Hòa đồng bộ trong hệ thống điện

Khái niệm về hòa đồng bộ Hoà đồng bộ trong hệ thống điện là thao tác nối tổ máy phát điện vào hệ thống điện– hoặc để kết nối giữa hai hệ thống.Người ta có thể hòa đồng bộ một máy phát đi

Hòa đồng bộ trong hệ thống điện 1 Khái niệm về hòa đồng bộ

Hoà đồng bộ trong hệ thống điện là thao tác nối tổ máy phát điện vào hệ thống điện– hoặc để kết nối giữa hai hệ thống.

Người ta có thể hòa đồng bộ một máy phát điện với một máy khác, một máy phát điện với một lưới đang có điện, hoặc 2 lưới cùng đang có điện với nhau.

Các máy phát điện khi hoạt động ở chế độ làm việc song song với một máy khác, hoặc nhiều máy cùng nối chung vào một mạng lưới điện luôn đòi hỏi một số điều kiện Một trong các điều kiện đó là các máy phải hoạt động đồng bộ với nhau.

Khi bắt đầu khởi động một máy phát điện, tốc độ của máy, tần số máy và điện áp của máy luôn bắt đầu từ 0 Sau khi thỏa các điều kiện tần số và điện áp của máy bằng với

trị số định mức, phải có động tác đấu nối các máy lại với nhau Động tác này gọi là hòa

đồng bộ.

Figure 1 Tủ hòa đồng bộ máy phát điện làm việc song song

2 Các điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện

Yêu cầu khi hòa đồng bộ trong hệ thống là: dòng điện cân bằng trong lúc hòa đồng bộ phải nhỏ nhất, giảm thiểu sụt áp và dao động công suất.

 Điều kiện về tần số: 2 máy phải bằng tần số với nhau, hoặc tần số máy phải cao hơn tần số lưới để máy phát công suất vào lưới luôn.

 Điều kiện về điện áp: 2 máy phải cùng điện áp với nhau, hoặc điện áp máy phải bằng điện áp lưới.

 Điều kiện về pha: 2 máy phải cùng thứ tự pha, và góc pha phải trùng nhau.

Ta thấy điều kiện 1 và điều kiện 3 có vẻ như mâu thuẫn với nhau Vì nếu muốn cho góc pha của 2 phía trùng nhau, thì phải điều chỉnh tần số Mà đã điều chỉnh tần số thì tần số không thể bằng nhau Còn nếu muốn giữ nguyên cho 2 tần số bằng nhau, thì mãi mãi chẳng thể điều chỉnh được góc pha Do đó điều kiện thực tế là:

a Điều kiện về điện áp

Người ta cũng cho phép điện áp có sai biệt chút ít so với điện áp lưới Và thường người ta cũng chỉnh định sao cho điện áp máy phát bằng hoặc hơn điện áp lưới một chút, để khi đóng điện thì công suất vô công của máy nhỉnh hơn 0 một chút Đối với điện áp thì có thể điều chỉnh cho U máy = U lưới chính xác mà không có vấn đề gì.

b Điều kiện về tần số

Tần số của 2 máy xấp xỉ bằng nhau.

Sai biệt nằm trong khoảng Delta ∆f cho phép ∆f này là bao nhiêu tùy thuộc vào việc chỉnh định bộ điều tốc và rơ le hòa điện tự động, hoặc rơ le chống hòa sai.

Thông thường, người ta điều chỉnh sao cho ∆f có trị số > 0, nghĩa là tần số máy cao hơn tần số lưới một chút Như vậy khi hòa vào lưới, máy phát sẽ bị tần số lưới ghì lại, nghĩa là máy phát sẽ phát một công suất bé ra lưới ngay thời điểm đóng máy cắt.

Một số rơ le cho phép đóng cả khi tần số máy phát thấp hơn tần số lưới Nhưng vận hành viên thường vẫn điều chỉnh sao cho tần số máy cao hơn Nếu tần số máy thấp hơn lưới, thì sau khi đóng máy cắt, máy phát sẽ bị tần số lưới kéo cho chạy nhanh lên, công suất sẽ bị âm một ít, mát phát làm việc ở chế độ động cơ.

Thông thường, các bộ điều tốc sẽ chỉnh định tốc độ FSNL (full speed no load) bằng 100,3% định mức Và đây cũng là tần số ban đầu để đưa hệ thống hòa đồng bộ vào vận hành Với ∆f nhỏ hơn ∆f cho phép, thì khi hòa đòng bộ, công suất phát ra hoặc thu vào rất bé, không ảnh hưởng gì đến hệ thống.

c Điều kiện về pha

Đây là điều kiện bắt buộc, và phải tuyệt đối chính xác Thứ tự pha, thường chỉ kiểm tra một lần đầu tiên khi lắp đặt máy Từ đó về sau, không ai kiểm lại làm gì, ngoại trừ nếu có công tác gì đó phải tháo nhiều thứ ra và lắp lại.

Vì phải điều chỉnh tần số, nên 2 tần số không bằng nhau Do đó góc pha sẽ thay đổi liên tục theo tần số phách bằng hiệu của 2 tần số Các rơ le phải dự đoán chính xác thời

điểm góc pha bằng 0, biết trước thời gian đóng của máy cắt, và phải cho ra tín hiệu đóng MC trước thời điểm đồng bộ bằng đúng thời gian đó Thường khoảng dưới 100 ms đến vài trăm ms.

3 Các biện pháp để kiểm tra các điều kiện đồng bộ

Các điều kiện về điện áp và điều kiện về tần số, có thể kiểm tra bằng các dụng cụ đo trực tiếp như vôn kế, tần số kế Nhưng các điều kiện về pha: thứ tự pha và đồng vị pha (góc lệch pha) cần phải kiểm tra nghiêm ngặt hơn.

a Đồng vị pha trong máy phát

Đối với máy phát được hòa đồng bộ vào hệ thống lưới, điều kiện tiên quyết là thứ tự pha phải hoàn toàn chính xác Như vậy chỉ cần một pha của máy phát có góc lệch so với pha tương ứng của lưới bằng không thì đã đạt điều kiện về đồng vị pha Trong trường hợp này, đồng vị pha sẽ được xác định khi máy phát đã quay đến đủ tốc độ định mức và điện áp cũng đạt đến giá trị định mức Khi đó, do tần số của máy phát và tần số của lưới thường luôn dao động trong phạm vi nhỏ, nên rất khó bằng nhau trong một thời gian dài, mà sẽ có sai lệch nhỏ Với sự khác biệt về tần số như thế, nên góc lệch pha giữa hai máy sẽ thay đổi liên tục.

Vì thế các thao tác đóng máy cắt điện để hòa đồng bộ vào lưới rất có nhiều rủi ro không đúng góc pha Khi đóng máy cắt ở trạng thái góc pha không đúng, dòng điện máy phát sẽ rất lớn và có dạng xung Momen điện từ trong máy phát cũng thay đổi đột ngột, rất dễ gây hư hỏng cho máy, và gây mất ổn định cho lưới.

Để bảo đảm đồng vị pha, ngoài việc dùng các hệ thống đo lường chính xác, trên mạch điều khiển máy cắt cần có lắp đặt rơ le hòa đồng bộ, hoặc rơ le chống hòa sai.

Figure 2 Rơ le kiểm tra hòa đồng bộ máy phát điện

b Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới

Đối với các hệ thống phân đoạn, hệ thống lưới mạch vòng, thì đồng vị pha đã được xác định ngay khi thiết kế Tuy nhiên do những sai lệch về điện áp giáng trên đường dây, trên tổng trở ngắn mạch của máy biến áp, do phối hợp các tổng trở các máy biến áp trong mạch vòng không tốt và do sự phân bố tải trước khi đóng, nên góc pha giữa hai đầu máy cắt có thể khác không Nhưng thường là ít thay đổi trong thời gian ngắn Trong trường hợp này, đóng máy cắt sẽ không gây ra ảnh hưởng gì lớn, ngoại trừ một vài điểm nào đó có khả năng quá tải.

Đối với một số vùng liên kết với hệ thống lưới bằng một đường duy nhất, hoặc nhiều đường nhưng do sự cố đã rã toàn bộ, thì khi đóng lại, góc pha sẽ không còn bằng không nữa Khi đó, góc pha sẽ thay đổi liên tục, vì hai tần số lúc ấy sẽ không còn bằng nhau Đóng máy cắt lúc đó phải đầy đủ các điều kiện về tần số như hòa đồng bộ máy phát điện Và thường rất khó, khó hơn hòa đồng bộ máy phát Vì muốn thay đổi tần số của một trong hai hệ thì không thể tác động tại chỗ được, mà phải liên hệ từ xa.

Để bảo đảm đồng vị pha, trên mạch điều khiển các máy cắt ấy phải có lắp đặt rơ le hòa đồng bộ, hoặc rơ le chống hòa sai.

Đối với trường hợp thứ nhất, rơ le có thể chỉnh định với khoảng cho phép khá rộng: góc pha có thể sai từ 5 đến 10 độ, điện áp cho phép sai từ 5 đến 10% Có thể cho phép hoặc không cho phép đóng trong trường hợp live line dead bus, live bus dead line một số máy cắt còn cho phép đóng cả trong trường hợp dead line dead bus.

Đối với trường hợp thứ hai, thì yêu cầu có lẽ sẽ nghiêm ngặt hơn.

4 Các phương pháp hòa đồng bộ a Hòa đồng bộ chính xác

Có thể dùng bộ hòa đồng bộ kiểu ánh sáng đèn hoặc bộ hòa đồng bộ kiểu điện từ

1 Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng

Ta có thể hòa đồng bộ kiểu ánh sáng bằng hai phương pháp : phương pháp nối tối hay đèn tối và phương pháp ánh sáng quay.

1.1.Phương pháp đèn tối

Sơ đồ hòa đồng bộ bằng phương pháp đèn tối được thể hiện như sau:

Figure 3 Sơ đồ phương pháp đèn tối

Quay máy phát 2 đến n=n1

Điều chỉnh cho UF=UL khi UF trùng pha và cùng thứ tự pha với UL thì không có điện áp đặt trên các đèn nên các đèn sẽ tối Nếu tần số máy phát và lưới không bằng nhau thì các vector điện áp lưới và máy phát sẽ quay với các tốc độ góc khác nhau, góc lệch phaα giữa chúng sẽ thay đổi từ 0 đến 1800 , điện áp đặt lên các đèn sẽ thay đổi từ 0 đến hai lần điện áp pha và đèn sẽ lần lượt sáng tối, sự sai khác về điện áp giữa máy phát và lưới càng lớn thì các đèn sáng tối càng nhanh : Khi fF≠fL nhiều thì đèn nhấp nháy rất nhanh, khi fF≈fL thì đèn sáng tối rất chậm Khi đèn tối tương đối lâu ( khoang 3 đến 5 giây) thì người ta đóng máy phát vào lưới để đóng máy chính xác hơn người ta mắc thêm 1 votl mét chỉ không ( có điểm không ở giữa thang đo ).

1.2 Phương pháp đèn quay

Sơ đồ phương pháp ánh sáng đèn quay được thể hiện qua hình sau:

Figure 4 Sơ đồ phương pháp ánh sáng đèn quay

Ta nối đèn ở 3 vị trí :(A1-A2),(B1-C2),(C1-B2) Nếu ở vị trí như sau:

Thì đèn 1 tối mờ, đèn 2 sáng nhiều, đèn 3 sáng vừa Ở vị trí A1 ≡ A2 thì đèn 1 tắt đèn 2 và đèn 3 sáng bằng nhau kết hợp với volt mét chỉ không có thể đóng máy hòa đồng bộ Nếu n’> n thì đèn 1 sáng dần lên, đèn 2 sáng nhiều lên và đèn 3 sáng yếu đi.

Nếu n’ > n ánh sáng quay từ 1-2-3 n’ < n ánh sáng quay từ 1-3-2

n’= n đèn 1 tắt.

Trong đó n’ : tốc độ máy phát n : tốc độ đồng bộ

Do đó nhìn chiều quay của đèn có thể biết được cần phải tang hay giảm tốc độ của máy phát sắp ghép với lưới để đến gần vận tốc đồng bộ

Chú ý: nếu nối dây theo sơ đồ đèn tối mà kết quả đèn quay hay ngược lại khi nối đèn quay mà đèn cùng sáng, cùng tối thì chứng tỏ thứ tự pha nối sai Lúc này cần đổi thứ tự nối hai trong ba pha của máy phát với lưới điện.

2 Hòa đồng bộ kiểu điện từ ( dùng cột hòa đồng bộ)

Cột đồng bộ dùng ba đồng hồ để kiếm tra điều kiện hòa đồng bộ + Hai votl mét để kiểm tra điện áp UF và UL

+ Hai tần số kế để kiểm tra tần số fL và fF hoặc một tần số kế kép có hai dãy phiến rung để chỉ đồng thời tần số fL và fF.

+Một đồng bộ kế tác động thep sự khác nhau giữa fL và fF định hòa đồng bộ Khi fL = fF và kim quay chậm (fL ≈ fF.) thì thời điểm đóng cầu dao là lúc trùng kim với đường thẳng đứng và hướng lên trên

b Tự hòa đồng bộ

Figure 5 Sơ đồ tự hòa đồng bộ

Đối tượng sử dụng: dùng với máy phát điện công suất nhỏ Phương pháp: Nối mạch kích từ qua một điện trở triệt từ Trình tự thao tác:

- Máy phát không được kích từ - cuộn kích từ nối tắt hoặc nối qua điện trở từ RTDT

(tiếp điểm liên động 1 đóng và 2 mở) - Quay máy phát Đ2 đến gần tốc độ đồng bộ.

- Ngay sau khi đóng máy phát vào hệ thống thì ta đóng CD3 kích từ cho máy phát Đ2.

- Các momen sinh ra sẽ tự đưa máy phát vào làm việc đồng bộ, việc ghép máy phát vào làm việc song song với lưới được hoàn thành.

Lưu ý: Tuyệt đối không được cấp nguồn (đóng CD2) vào máy phát DD2 khi mạch

kích từ hở vì lúc đó tỏng cuộn kích từ sẽ cảm ứng được sức điện động lớn, sẽ phá hủy cách điện cuộn dây kích từ