VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

f Thông gió cho máy phát điện được thực hiện theo chu trình tuần hoàn kín cùng với việc làm mát khí H2 bằng các bộ làm mát đặt trong vỏ stator, căn cứ vào yêu cầu làm mát khí H2, nhà ch

CHƯƠNG 3 VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN

§3.1 ĐẬC ĐIỂM VÀ PHÂN LOẠI 3.1.1 Đăc điểm

Thiết bị điện chiếm vị trí quan trọng nhất trong các nhà máy điện (NMĐ) là máy phát điện (MPĐ) Các máy phát điện có nhiệm vụ biến đổi các dạng cơ năng thành điện năng Đó là khâu chính của quá trình sản xuất điện năng Hiện nay các MPĐ dùng trong NMĐ chủ yếu vẫn là các MPĐ đồng bộ ba pha Chúng có công suất từ vài kW đến hàng nghìn MW, điện áp định mức từ 380V đến 25kV Khi làm việc trong NMĐ, các MPĐ không thể tách rời các thiết bị phụ như: hệ thống kích từ, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát

Một MPĐ chỉ có thể phát ra điện năng (đặc trưng bởi S, f, U, I) khi có đủ các điều kiện sau:

- Phải có dòng điện kích thích đưa vào cuộn dây rôto của MPĐ để tạo ra từ thông chính 0 Dòng kích thích này do máy phát kích thích một chiều cung cấp

- Phải có công suất cơ để tạo ra mô men cơ M1 làm quay rôto của MPĐ Công suất

cơ do các động cơ sơ cấp cung cấp (tua bin hơi, tua bin nước, )

Các yếu tố làm việc của một MPĐ được mô tả như hình 3.1

Công suất cơ M1 chủ yếu điều chỉnh được tần số f và công suất tác dụng PF Dòng điện kích thích để tạo ra từ trường chính 0 , chủ yếu điều chỉnh điện áp U (sức điện động E) và công suất phản kháng QF

Tuy nhiên sự điều chỉnh công suất cơ M1 cũng làm thay đổi được điện áp U, sự điều chỉnh dòng kích thích cũng làm thay đổi được tần số f, nhưng sự phụ thuộc đó

ít hơn

Rõ ràng là muốn điều chỉnh được tần số f và công suất tác dụng PF thì phải điều chỉnh công suất cơ M1 tức là điều chỉnh lượng hơi vào tua bin hơi (đối với MPĐ tua bin hơi) hay điều chỉnh lượng nước vào tua bin nước (đối với MPĐ tua bin nước)

Muốn điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát U và công suất phản kháng QF thì phải điều chỉnh dòng điện kích thích Ikt

Như vậy, nếu chất lượng điện năng được đặc trưng bởi U và f thì M1 và 0 quyết định nhiều đến chất lượng điện năng

Nguyên lý làm việc chung của máy phát điện đồng bộ dựa trên sự chuyển động

tương đối của phần cảm (còn gọi là phần kích từ) và phần ứng (phát ra điện xoay chiều) Khi rôto chuyển động quay đều với vận tốc , dòng điện một chiều chạy trong cuộn dây kích từ của rôto sẽ sinh ra từ trường quay có từ thông  khép mạch qua cuộn dây của phần ứng stato và sinh ra sức điện động cảm ứng Eo biến đổi theo chu kỳ hình sin có tần số f = 50Hz hoặc f = 60Hz Chuyển động tương đối của phần cảm và phần ứng cho phép phần cảm quay phần ứng đứng yên hoặc phần ứng quay phần cảm đứng yên Mạch kích từ và cuộn dây kích từ dùng điện áp một chiều thấp,

có cấu tạo cực từ đơn giản hơn cực từ của phần ứng.Các cuộn dây phần ứng thường

có nhiều vòng chịu điện áp cao, có cấu tạo mạch từ và cách đấu nối dây dẫn phức tạp Do những đặc điểm trên nên máy phát điện đồng bộ thường chế tạo với phần

cảm quay gọi là rôto, phần ứng đứng yên gọi là stato

Máy phát điện đồng bộ hoạt động được là nhờ có hệ thống tuabin, tua bin của máy phát có vai trò truyền lực và truyền mô men quay M1 vào làm quay trục máy phát, năng lượng được dùng để quay cánh tua bin là sức nước, khí ga, hơi nước, tùy theo việc xử dụng nguồn năng lượng nào mà có tua bin có tên gọi khác nhau:

- Tua bin dùng năng lượng nước được gọi là tua bin nước Với các nhà máy thủy điện công suất lớn có tốc độ quay của tua bin thấp khoảng 100 ÷ 150 vòng/ phút, các máy phát điện tua bin nước có tốc độ thấp thường dùng kiểu cực lồi Với các nhà máy thủy điện được thiết kế có mức chênh áp nước lớn thường có tốc độ quay tua bin cao khoảng 1000 ÷ 1500 vòng/ phút

- Các máy phát điện tua bin khí và tua bin hơi dùng các nguồn năng lượng như khí

ga (nhà máy tua bin khí) hoặc hơi (nhà máy nhiệt điện) Máy phát điện tua bin khí hoặc tua bin hơi thường có 2 hoặc 4 cực được thiết kế chế tạo để làm việc ở tốc độ cao khoảng 1500 ÷ 3600 v/ phút

- Các máy phát điện được kéo trực tiếp bằng động cơ Diesel hoặc bằng động cơ xăng “không dùng tua bin” thường có tốc độ khoảng 100 ÷ 1000 v/ phút Hiện nay máy phát điện Diesel không dùng trong lưới điện mà chỉ là nguồn phát điện độc lập,

vì công suất và hiệu suất thấp, giá thành sản xuất điện năng cao,chi phí nhiên liệu

và chi phí cho sửa chữa cao

3.1.2 Phân loại

1) Máy phát tuabin hơi

Máy phát điện tua bin hơi (máy phát nhiệt điện) được tính toán chế tạo với tốc

độ quay lớn (với tần số 50 Hz, quay 3000 vg/ph), vì vậy rôto được làm theo kiểu cực ẩn bằng cả một khối thép hợp kim rèn có chất lượng cao và tính chất về cơ khí cao Dạng hình trụ dài, trục quay được bố trí nằm ngang Máy phát điện tua bin hơi

làm việc có tốc độ lớn thì các tua bin hơi sẽ có hiệu suất cao, kích thước giảm đi đáng kể

Một đầu trục rôto của MPĐ được nối trực tiếp với trục của tua bin hơi (thường nối cứng), đầu còn lại nối với rôto của máy kích thích (nếu có)

Mối quan hệ giữa tần số và tốc độ quay được thể hiện bởi biểu thức

n

f

p 60 (3.1) trong đó : p - số lượng cặp cực ;

n - tốc độ quay, vòng/phút;

f - tần số

Như vậy ứng với tần số 50Hz, nếu máy phát tuabin hơi có một cặp cực thì tốc

độ quay sẽ là 3000 vg/ph Vì rotor của các máy phát tuabin hơi quay nhanh nên đường kính rất nhỏ, kết cấu cực ẩn để đảm bảo độ bền cơ học cao Mạch từ của stator và rotor máy phát điện nói chung được các làm bằng thép có độ từ dẫn lớn và

độ bền cơ học cao để có thể hạn chế được tổn hao do dòng điện xoáy Sơ đồ kết cấu của máy phát được thể hiện trên hình 3.2 Đặc điểm kết cấu của máy phát có thể tóm tắt như sau:

a) Vỏ stator được chế tạo liền khối không thấm khí, có độ bền cơ học đủ để

stator có thể không bị hỏng bởi sự biến dạng khi có sự cố nổ, vỏ được đặt trực tiếp lên bệ máy và bắt chặt bằng bulông

b) Lõi stator có cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật, trên bề mặt các lá thép này được

quét lớp sơn cách điện và dọc theo trục có các rãnh thông gió

Cuộn dây của stator có cấu tạo kiểu 3 pha 2 lớp, cách điện giữa các cuộn dây thường dùng là cách điện loại B sơ đồ nối hình sao kép gồm 9 đầu ra

c) Rotor được rèn liền khối bằng thép đặc biệt để đảm bảo rotor có độ bền cơ

học trong mọi chế độ làm việc của máy phát Cuộn dây của rotor có cách điện loại

B, lõi được khoan xuyên tâm để đặt các dây nối các cuộn rotor đến chổi than, các vòng dây rotor quấn trên các gờ rãnh, các rãnh này tạo nên các khe thông gió Một đầu trục rotor được nối trực tiếp với trục tuabin hơi, đầu còn lại nối với máy kích từ Các ổ đỡ thuộc loại ổ trượt được bôi trơn bằng dầu áp lực cao

d) Bộ chèn trục dùng để giữ khí H2 không thoát ra ngoài theo dọc trục có kết cấu đảm bảo nén chặt bạc vào gờ trục nhờ áp lực dầu chèn, dầu nén và đảm bảo tự động dịch chuyển dọc khi có sự di trục

e) Bộ làm mát được bố trí bao bọc phần trên và dọc theo thân máy phát

f) Thông gió cho máy phát điện được thực hiện theo chu trình tuần hoàn kín cùng

với việc làm mát khí H2 bằng các bộ làm mát đặt trong vỏ stator, căn cứ vào yêu cầu làm mát khí H2, nhà chế tạo đặt 2 quạt ở 2 đầu trục của rotor máy phát

Kiểu trục ngang là kiểu mà trục rô to máy phát nằm song song với mặt đất, kiểu

trục ngang thường dùng cho các máy phát điện có công suất thấp (hình 3.2)

Ưu điểm:

- Trang bị hệ thống bôi trơn đơn giản hơn so với kiểu trục đứng

- Thuận lợi trong việc sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ

- Giá thành xây lắp, chế tạo rẻ

Nhược điểm:

- Gian máy yêu cầu phải có diện tích mặt bằng lớn, chiều cao gian máy thấp

- Máy phát điện được đặt cùng cao độ tua bin nên gặp khó khăn trong việc giải quyết độ cao của gian đặt máy ở trên mức nước lũ

- Hiệu suất khai thác cột nước kém hiệu quả so với kiểu trục đứng

- Bất lợi trong việc giải quyết độ võng của trục rô to, chiều dài của trục máy phát bị hạn chế bởi độ võng

2) Máy phát điện tuabin nước

Máy phát điện tua bin nước (máy phát thuỷ điện) được chế tạo với tốc độ quay thấp và nằm trong phạm vi 100750 vg/ph Vì vậy, rôto của máy phát thuỷ điện là loại có nhiều cực lồi

Rôto MPĐ thuỷ điện có đường kính lớn hơn nhiều so với chiều dài của nó, vì vậy rôto của MPĐ thuỷ điện thường được bố trí cho trục quay thẳng đứng Như thế sẽ tiết kiệm được chiều cao của gian máy Trục quay nằm ngang chỉ áp dụng đối với máy có công suất nhỏ, tốc độ quay nhanh

Máy phát điện tuabin nước (ở các nhà máy thuỷ điện) được chế tạo với tốc độ quay chậm hơn nhiều so với máy phát tuabin hơi Hơn nữa, tốc độ quay của máy phát ở các nhà máy thuỷ điện khác nhau thường cũng không giống nhau Đó là vì để đảm bảo hiệu suất cao, tuabin nước cần có công suất định mức và tốc độ quay phù hợp với tham số của nguồn nước (chiều cao hiệu dụng cột nước, lưu lượng dòng nước ) Khi cột nước nhỏ (nhưng lưu lượng nước lớn) tuabin nước có thể có tốc độ quay thấp đến 100 vg/ph

Do tốc độ quay thấp, số cặp cực của máy phát tuabin nước rất lớn, do đó đường kính của rotor phải lớn hơn nhiều so với đường kính của rotor máy phát tuabin hơi

Hình 3.2 Mô tả máy phát điện trục ngang

Thường thì đường kính của rotor máy phát tuabin nước lớn hơn nhiều so với chiều dài của nó, kết cấu có dạng bánh xe rỗng (hình 3.3) Do đường kính lớn, chiều dài ngắn, rotor của máy phát thuỷ điện thường được bố trí cho trục quay thẳng đứng, điều đó cho phép tiết kiệm được chiều cao của máy Đối với máy có công suất nhỏ, tốc độ quay nhanh, trục quay được bố trí nằm ngang Vành bánh xe được nối với trục quay bởi các trục thép, mặt ngoài gắn các cực từ có cuộn dây

Có hai kết cấu ổ đỡ cho máy phát thuỷ điện trục đứng là kiểu treo và kiểu đỡ Đối với máy phát kiểu treo, ổ chính được bố trí ở phía trên rotor, còn trong kiểu đỡ -

ở phía dưới Ưu điểm của kiểu treo là ổn định, ít chịu ảnh hưởng tác động của các phần phụ, còn ưu điểm của kiểu đỡ là giảm được kích thước theo chiều cao và do đó giảm được kích thước chung của máy Kiểu đỡ thường áp dụng cho các máy có công suất lớn Máy phát và tuabin nước thường có chung trục và ổ đỡ, do đó ổ đỡ chịu lực dọc trục lớn của toàn bộ trọng lượng các rotor cũng như lực hướng trục của dòng nước Vì thế ổ đỡ của các máy phát tuabin nước phải có kết cấu rất đặc biệt Máy phát điện thường dùng 2 loại: Kiểu trục đứng và kiểu trục ngang

Kiểu trục đứng phù hợp với các máy phát điện công suất lớn, trục của rô to máy

phát có phương vuông góc với mặt đất (hình 3.3)

Ưu điểm:

- Gian máy không yêu cầu có diện tích mặt bằng lớn

- Máy phát điện được đặt cao hơn tua bin nên rất thuận lợi trong việc giải quyết

độ cao của gian đặt máy ở trên mức nước lũ

- Hiệu suất khai thác cột nước rất hiệu quả

- Khung của stato được chế tạo thành nhiều phần nên rất thuận lợi cho việc thi công lắp đặt phù hợp với loại máy phát điện có công suất lớn, tốc độ thấp

- Trục máy không có độ võng

- Chiều dài của trục không hạn chế

Nhược điểm:

- Giá thành xây lắp, chế tạo cao

- Do không đặt được bánh đà nên bánh đà của máy phát phải dùng nhờ rôto

- Trang bị hệ thống bôi trơn khá phức tạp

- Không thuận lợi trong việc sửa chữa bảo và dưỡng định kỳ, trên gian máy phải được trang bị cẩu chuyên dụng loại lớn

Kiểu trục ngang các máy phát điện công suất nhỏ, trục của rô to máy phát có

phương song song với mặt đất (hình 3.5)

§3.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ 3.2.1 Các thông số

Máy phát lực là một động cơ sơ cấp (Tuốc bin nước hoặc hơi) làm quay rôto của

máy phát điện với tốc độ n bằng tốc độ từ trường quay n 1 :

p

f

n 60. , trong đó p là

số đôi cực của máy phát điện

Khi thay đổi công suất cơ M 1 thì tần số và công suất tác dụng phát ra của máy

phát cũng thay đổi theo

Để đảm nhận được sự điều chỉnh chủ yếu đối với f và P F thì máy phát lực có hai yêu cầu chính sau:

Hình 26 Máy phát trục đứng Hình III.27 Máy phát trục ngang

Hình 3.4 Hình ảnh bên ngoài

máy phát trục đứng

Hình 3.5 Hình ảnh bên ngoài máy phát trục ngang Hình 3.3 Mô tả máy phát điện trục đứng

- Đặc tính tốc độ quay: n = f(l)

Đặc tính tốc độ phải nhạy, phạm vi điều chỉnh phải rộng, và phải thay đổi được thích ứng với mọi sự thay đổi của công suất Muốn đảm bảo được các yêu cầu trên, các máy phát lực phải có bộ điều chỉnh tốc độ tốt, tức là điều chỉnh nhạy và phạm vi điều chỉnh rộng Bộ điều tốc làm nhiệm vụ thay đổi lượng hơi nước vào tuốc bin để giữ cho tốc độ quay của máy phát ổn định

Để đặc trưng cho độ ổn định của tốc độ góc  ta sử dụng một hệ số gọi là hệ số

điều hoà, ký hiệu i:

điều kiện hoà dễ dàng

Hệ số điều hoà i phụ thuộc vào kiểu và đặc điểm của máy phát lực: Máy phát tuốc bin hơi, nước có i  0, máy phát đi ê den có i lớn

- Công suất định mức

Công suất của máy phát điện bị giới hạn bởi nhiệt độ của các bộ phận trên máy phát Công suất định mức của máy phát điện được quy định theo công suất biểu kiến S [kVA] với các điều kiện tiêu chuẩn về điện áp, dòng điện, tần số Các tổn thất sắt trên lõi thép và tổn thất đồng trên cuộn dây máy phát được xác định bởi điện trở và dòng điện chứ không quy định theo công suất tác dụng

- Điện áp định mức:

Điện áp định mức trên cực máy phát quyết định bởi số cuộn dây nối tiếp của cùng một pha và cường độ từ thông cắt qua các cuộn dây stato Như vậy muốn có máy phát có điện áp cao hơn cần phải chế tạo số lượng thanh dẫn nhiều hơn, stato

có nhiều rãnh hơn, điều này đồng nghĩa với việc chế tạo mạch từ của stato lớn hơn, cách điện của các bối dây dẫn điện phải tốt hơn và phải đảm bảo được điều kiện thông gió cho máy phát Đây là nguyên nhân làm cho giá thành chế tạo của máy phát tăng lên

- Hệ số công suất của máy phát:

Hệ số công suất của máy phát điện thường từ 0,8 đến 0,98 Khi cần tăng cường khả năng truyền tải công suất lớn nhất thì máy phát được chế tạo với hệ số công suất là 1,0

3.2.2 Hệ thống kích từ

Hệ thống kích từ (hay kích từ) có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho các cuộn dây kích từ nhằm giữ điện áp không đổi khi phụ tải biến đổi và nâng cao giới hạn công suất truyền tải từ nhà máy điện vào hệ thống đảm bảo ổn định tĩnh và

ổn định động Trong chế độ làm việc bình thường bộ tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) sẽ điều chỉnh điện áp trên đầu cực máy phát, thay đổi lượng công suất phản kháng đồng thời nâng cao ổn định tĩnh và ổn định động của hệ thống Trong chế độ

sự cố (ngắn mạch) chỉ có bộ phận kích từ cưỡng bức làm việc, nó cho phép duy trì điện áp của lưới ổn định Hiệu quả thực hiện nhiệm vụ trên phụ thuộc vầo đặc trưng

và thông số của hệ thống kích từ cũng như kết cấu của bộ phận TĐK

Để đảm bảo chế độ làm việc chất lượng và tin cậy, dòng một chiều cung cấp cho cuộn dây kích từ của MPĐ đồng bộ phải đủ lớn Thông thường đòi hỏi công suất định mức của hệ thống kích từ bằng (0,20,6)% công suất định mức của MPĐ Việc tạo ra hệ thống kích từ có công suất lớn như vậy thường gặp rất nhiều khó khăn Đó là vì công suất chế tạo của các máy phát điện một chiều bị hạn chế bởi điều kiện làm việc của bộ phận đổi chiều Khi công suất lớn, do tia lửa phát sinh mạnh, nên bộ phận làm việc kém tin cậy và mau hỏng Bởi vậy, đối với các MPĐ công suất lớn, thay vì sử dụng hệ thống kích từ một chiều, người ta thường áp dụng

hệ thống kích từ dùng MPĐ xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lưu Ngoài công suất định mức và điện áp định mức, hệ thống kích từ còn được đặc trưng bằng hai thông

số quan trọng khác là điện áp kích từ giới hạn Ufgh và hằng số thời gian Te

Điện áp kích từ giới hạn là điện áp kích từ lớn nhất để tạo ra dòng điện của hệ thống kích từ Điện áp này càng lớn thì phạm vi tác động điều chỉnh dòng kích từ càng rộng và càng có khả năng điều chỉnh nhanh Đối với MPĐ tuabin hơi thường

có giá trị lớn hơn hoặc bằng điện áp định mức máy phát (Ufgh  UnF), còn ở MPĐ thuỷ điện thì Ufgh  1,5UnF Trong nhiều trường hợp, để đáp ứng yêu cầu đảm bảo

ổn định của hệ thống người ta ấp dụng điện áp giới hạn lớn hơn (Ufgh=34)UnF Tuy nhiên U càng lớn đòi hỏi cách điện của hệ thống kích từ càng phải cao

Hằng số thời gian Te đặc trưng cho tốc độ thay đổi dòng kích từ, nó được xác định bởi quán tính điện từ của các cuộn dây điện cảm Hằng số thời gian có trị số càng nhỏ thì tốc độ điều chỉnh kích từ càng nhanh Tính tác động nhanh của hệ thống kích từ được đặc trưng bởi tốc độ tăng điện áp kích từ trong trường hợp kích

từ cưỡng bức:

1632

,0

t U

U U

v

nF

nF fgh

Đây chính là tốc độ trung bình tăng điện áp ở giai đoạn đầu của quá trình kích

từ cưỡng bức Đa số các trường hợp có thể coi điện áp kích từ cưỡng bức tăng theo quy luật hàm mũ:

Uf(t)= Ufgh - (Ufgh - UnF)e-t/Te, (3.3)

Công thức (3.3) cho thấy, tốc độ tăng điện áp kích từ càng nhanh khi Ugh càng lớn và hằng số thời gian Te càng nhỏ Các tham số nầy phụ thuộc vào kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống kích từ cụ thể

Hệ thống kích từ có thể được chế tạo theo 3 loại sau:

- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều;

- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều chỉnh lưu;

- Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển

1) Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

Để quay MPĐ một chiêù người ta sử dụng năng lượng của chính trục quay của MPĐ đồng bộ Đôi khi cũng có thể sử dụng một động cơ điện xoay chiều riêng cho mục đích này Động cơ xoay chiều được cung cấp từ lưới điện tự dùng của nhà máy qua máy biến áp hoặc từ một MPĐ đồng bộ riêng ghép cùng trục với MPĐ chính nhưng có công suất nhỏ

Trường hợp đầu có ưu điểm là đơn giản, tin cậy , giá thành hạ, tốc độ quay ổn định không phụ thuộc vào điện áp của lưới điện tự dùng Tuy nhiên, có nhược điểm

là khi cần sửa chữa máy kích từ nhất thiết khải ngừng máy phát điện đồng bộ, không thay thế được bằng nguồn kích từ dự phòng Ngoài ra, tốc độ quay quá lớn của tuabin hơi không thích hợp với MPĐ một chiều, do đó phương pháp này được

sử dụng chỉ ở các MPĐ công suất nhỏ Đối với MPĐ thuỷ điện, tốc độ trục quay lại quá nhỏ cũng hạn chế công suất chế tạo MPĐ kích từ Nhược điểm của phương án dùng động cơ điện xoay chiều là vận hành phức tạp, giá thành cao, chịu ảnh hưởng của việc thay đổi tần số và điện áp lưới nhất là trong chế độ sự cố Về mặt này

phương án cung cấp cho động cơ từ máy phát điện xoay chiều, nối cùng trục với máy phát điện chính, tỏ ra có ưu điểm hơn

Nhược điểm chung của hệ thống kích từ dùng MPĐ một chiều là hằng số thời gian Te lớn (0,3 0,6s) và giới hạn điều chỉnh không cao Ngoài ra do có vành góp

và chổi điện,công suất chế tạo bị hạn chế Vì vậy hệ thống kích từ từ loại này thường chỉ được áp dụng ở các MPĐ nhỏ và trung bình

2) Hệ thống kích từ máy phát điện xoay chiều và chỉnh lưu

Có hai loại chính: dùng máy phát điên xoay chiều tần số cao và dùng máy phát điện xoay chiếu không vành trượt

Máy phát điện xoay chiều với tần số cao được chế tạo theo kiểu cảm ứng: rotor không có cuộn dây, cuộn kích từ cũng đặt ở phần tĩnh Từ thông thay đổi được nhờ vào kết cấu thay răng rãnh của rotor Cuộn kích từ chính của MPĐ kích từ thường được nối trực tiếp với tải của nó Các cuộn kích từ phụ được cung cấp và điều chỉnh qua thiết bị TĐK với nhận điện năng từ phía đầu cực của MPĐ đồng bộ (qua các máy biến đổi áp và dòng BU và BI) Tần số của dòng điện trong MPĐ kích từ tần số cao là 500Hz( khi quay cùng trục với MPĐ đồng bộ tuabin hơi 3000vg/ph) Dòng điện này được chỉnh lưu ba pha biến đổi thành dòng điện một chiều

Dùng MPĐ xoay chiều tần số cao, hệ thống kích từ có thể áp dụng cho các MPĐ đồng bộ công suất lớn (200300) MW Hạn chế công suất trong trường hợp này chủ yếu vẫn là do tồn tại vành trượt và chổi điện cung cấp dòng điện kích từ cho rotor của máy phát điện đồng bộ

Hằng số thời gian Te và điện áp kích từ giới hạn Ufgh trong trường hợp này gần như hệ thống kích từ dùng MPĐ một chiều (Te lớn, Ufgh nhỏ)

Để tăng công suất kích từ lên hơn nữa người ta áp dụng hệ thống kích từ không vành trượt Trong hệ thống kích từ này người ta dùng MPĐ xoay chiều ba pha quay đồng trục với MPĐ chính làm nguồn cung cấp Máy phát xoay chiều có kết cấu đặc biệt: cuộn kích từ đặt ở stator, còn cuộn dây ba pha lại đặt ở rotor Dòng điện xoay chiều ba pha tạo ra ở máy phát kích từ được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều nhờ bộ chỉnh lưu công suất lớn cũng gắn ngay trên trục rotor của các máy phát Nhờ vậy cuộn dây kích từ của MPĐ chính có thể nhận ngay được dòng điện chỉnh lưu không qua vành trượt và chổi điện

Để cung cấp cho cuộn dây kích từ của máy phát kích từ ( đặt ở stato) người ta dùng một bộ chỉnh lưu khác (thường là chỉnh lưu có điều khiển) mà nguồn cung cấp của nó có thể là MPĐ xoay chiều tần số cao hoặc nguồn xoay chiều bất kỳ khác Ngoài ưu điểm có công suất lớn, hằng số thời gian kích từ Te của hệ thống kích từ loại này cũng quá nhỏ (0,1 0,5)s, điện áp kích từ giới hạn lớn hơn

3) Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển

Việc áp dụng hệ thống kích từ với các loại chỉnh lưu có điều khiển công suất lớn (các chỉnh lưu thuỷ ngân có cực điều khiển, các bộ thyristor) cho phép giảm hằng số thời gian T Nguồn điện xoay chiều ba pha cung cấp cho cuộn dây kích từ

của máy phát đồng bộ qua bộ chỉnh lưu có điều khiển là một máy phát điện xoay chiều ba pha tần số (50 500)Hz, hoặc máy biến áp tự dùng

Khác với chỉnh lưu bình thường, trong chỉnh lưu có điều khiển, ngoài điều kiện thuận chiều của điện áp trên chỉnh lưu, còn đòi hỏi có một tín hiệu (dòng điện) xuất hiện trên cực điều khiển mới có dòng điện chạy qua Tốc độ điều chỉnh của hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển rất nhanh, có thể coi như tác động tức thời vào điện áp kích từ Hằng số thời gian chỉ còn khoảng (0,020,04)s Do ưu điểm của hệ thống kích từ này , chúng được áp dụng rộng rãi trong các MPĐ công suất lớn, có yêu cầu điều chỉnh cao

Yêu cầu cơ bản đối với hệ thống kích thích là:

- Có khả năng điều chỉnh dòng kích thích trong giới hạn cần thiết

- Có khả năng tăng cường kích thích trong chế độ sự cố (đủ về độ lớn và tốc độ tăng kích thích) Khi có quá tải đột nhiên hoặc ngắn mạch đột nhiên trên mạng điện

mà máy cắt chưa kịp tác động làm cho điện áp đầu cực máy phát giảm rất thấp Để tránh gây rối loạn cho hệ thống cần tăng cường kích thích lên thật lớn trong thời gian rất nhanh

- Phải đảm bảo dập tắt từ trường nhanh Khi có ngắn mạch giữa các vòng dây hoặc giữa các pha thì máy phát được cắt khỏi lưới đồng thời phải dập tắt từ trường nhanh của cuộn kích thích để hạn chế sự phá hoại của dòng kích thích đối với dây quấn stato

- Phải đảm bảo độ tin cậy

§3.3 LÀM MÁT CHO MÁY PHÁT ĐIỆN 3.3.1 Khái quát chung

Phụ thuộc vào công suất sự làm mát máy phát điện được thực hiện với môi chất

là nước, dầu, không khí hoặc khí hydro Các máy phát điện công suất nhỏ thường được làm mát bằng không khí, còn ở các máy phát công suất lớn việc làm mát được thực hiện bởi môi chất là khí hydro Sự thay thế không bằng khí hydro cho phép giảm ma sát và tăng hiệu suất của máy phát Khí hydro có ưu điểm là có độ dẫn nhiệt cao gấp 7 lần và tốc độ nhận nhiệt gấp gần 1,5 lần so với không khí cùng áp suất, thêm vào đó mật độ khí hydro thấp hơn nhiều nên giảm được ma sát và công suất bơm Nhưng nhược điểm của khí hydro là có thể gây nổ nếu trong máy có lẫn khí ôxy, do đó máy được làm mát bằng khí hydro cần có độ bền cao và cấu trúc đặc biệt kín Để tăng cường hiệu quả làm mát, môi chất được thổi qua các rãnh được chế tạo sẵn ở trục, stator và rotor Quá trình làm mát được thực hiện theo hai phương pháp: gián tiếp và trực tiếp

3.3.2 Làm mát gián tiếp bề mặt

1)Làm mát bề mặt bằng không khí:

a) Làm mát gián tiếp được thực hiện bằng cách thổi môi chất làm mát (không

khí hoặc khí hydro) qua các khe hở giữa stator và rotor và các khe hở được chế tạo

với mục đích làm mát Có thể thực hiện theo hai phương thức

1 Làm mát bằng không khí tuần hoàn tự nhiên

Các cánh quạt được gắn vào hai đầu trục rotor, khi rotor quay sẽ tạo thành luồng gió tuần hoàn tự nhiên thổi mát máy theo hướng trục hoặc hướng kính Phương thức này tuy đơn giản nhưng có nhược điểm là hiệu suất làm mát thấp; Không khí làm mát còn nhiều bụi bẩn làm hư hại cách điện Với những nhược điểm như vậy phương thức này chỉ được áp dụng cho các loại máy phát có công suất định mức

dưới 3 MW

2 Làm mát bằng không khí tuần hoàn cưỡng bức

- Phương pháp làm mát thông dụng nhất là dùng không khí thổi tự nhiên hoặc bằng quạt gió thổi không khí tuần hoàn cưỡng bức qua bề mặt máy phát Không khí dùng để làm mát máy phát được lấy từ bên ngoài gian máy thổi qua máy phát rồi thải ra ngoài

- Phương pháp làm mát bằng khí thổi còn được thực hiện trong một hệ thống bơm tuần hoàn và đường ống dẫn không khí theo một chu trình kín kết hợp với bộ lọc bụi và hệ thống làm lạnh bằng dàn phun nước Ưu điểm của biện pháp này là cuộn dây của máy phát ít bị bẩn, hiệu suất cao, ít chịu tác động của nhiệt độ môi trường bên ngoài

Hệ thống làm mát bằng không khí thổi tuần hoàn cưỡng bức được mô tả trên hình 3.6

Không khí được lưu thông tuần hoàn trong đường ống kín, từ “buồng lạnh làm sạch” không khí sẽ có nhiệt độ < 200 để không mang theo hơi ẩm vào máy phát được các quạt gió hút và thổi vào hai đầu máy phát Gió lạnh sau khi đi qua máy

phát sẽ hấp thụ nhiệt của máy phát trở thành gió nóng lại quay về buồng lạnh làm sạch Buổng lạnh có dàn ống kim loại khoan nhiều lỗ nhỏ, nước xối mạnh ra qua

dàn ống có nhiệt độ 0 < 200 ÷ 300 Sau khi được hạ nhiệt độ và được lọc bụi không khí sẽ quay trở lại đi vào hai đầu của máy phát Phương pháp làm mát tuần hoàn không khí có hiệu suất cao và có khả năng điều chỉnh được nhiệt độ làm mát Ngoài

ra hệ thống làm mát khi cần còn có khả năng dập lửa cho máy phát nếu xảy ra hỏa hoạn Phương pháp này được ứng dụng cho các máy phát có công suất > 3MW

Hình 3.6 Hệ thống làm mát bằng không khí thổi tuần hoàn cưỡng bức

2)Làm mát bề mặt bằng khí H 2

Làm mát bề mặt bằng khí hyđrô H2 được thực hiện giống như làm mát bằng không khí tuần hoàn cưỡng bức H2 được sản xuất và duy trì với độ tinh khiết đến 99,9% Khí H2 thuộc vào dạng khí trơ có khả năng cách điện cao không tác dụng trực tiếp với khí ô xy O2

Ở áp suất 0,5at thì:

- Mật độ của hỗn hợp khí H2 thấp hơn khoảng 8 lần so với không khí

- Hệ số truyền nhiệt từ bề mặt làm mát tới H2 lớn hơn 1,35 lần so với không khí

- Độ dẫn nhiệt lớn hơn khoảng 5 lần so với không khí

- Hệ số dẫn nhiệt của cách điện tăng lên được 1,3 lần

Phương pháp làm mát bằng khí H 2 có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp làm mát bằng không khí:

- Tổn hao ma sát và tổn hao thông gió của rôto tới khí làm mát giảm đi khoảng 8 lần, hiệu suất làm mát tăng lên rất nhiều

Thí dụ: Ở các máy phát điện có công suất từ 25 ÷ 100MW khi làm mát bằng

không khí, các tổn hao này cộng lại khoảng 25 ÷ 50% của các tổn hao Khi làm mát bằng khí H2 thì mức tổn hao này chỉ còn 3 ÷ 6% của các tổn hao

- Độ dẫn nhiệt của khí H2 lớn hơn độ dẫn nhiệt của không khí rất nhiều tạo ra khả năng tản nhiệt nhanh của các phần tử truyền nhiệt trong máy phát Nếu duy trì được chế độ làm mát bằng khí H2, giữ ổn định nhiệt độ cuả máy phát thì có thể nâng được công suất của máy phát lên 1,2 lần

- Hệ thống làm mát bằng H2 ngăn chặn bụi bẩn và hơi ẩm chui vào máy phát nên chống được lão hóa cho các vật liệu cách điện trong máy phát

- Thiết bị làm mát bằng H2 có kích thước nhỏ gọn

- Khí H2 không duy trì sự cháy

Tuy vậy phương pháp làm mát bằng khí H 2 cũng cần một số yêu cầu kỹ thuật đặc biệt:

- Độ sạch của khí H2 trong đường ống dẫn cần phải đạt trên 99,9%,

- Trong đường ống cần phải có áp lực khí H2 nhỏ nhất là 0,035 ÷ 0,05at Nếu không có áp lực khí H2 bên trong không khí dễ xâm nhập vào đường ống qua các khe hở tại các đệm dầu hoặc qua lỗ thông khuyết tật của đường ống đưa hơi ẩm vào trong cuộn dây máy phát

- Khi có kích nổ bằng ngọn lửa H2 sẽ gây nổ tạo ra áp lực lớn Áp lực tác dụng khi xảy ra nổ không quá 3,5at do đó đường dẫn khí và vỏ máy phát cần có độ bền cao chịu được áp lực tính toán đến 6at

- Phải trang bị hệ thống sản xuất và bình khí nén để dự trữ H2

Tuy nhiên việc làm mát bề mặt bằng khí H2 chưa đủ để giảm sự chênh lệch nhiệt

độ từ cuộn dây tới khí làm mát Sự tăng áp lực khí H2 chủ yếu để giảm nhiệt độ từ

bề mặt rãnh nhưng lại không gây được ảnh hưởng đến sự chênh lệch nhiệt độ còn lại Bằng cách tăng áp lực khí trên đường ống sẽ giảm được nhiệt độ trên cuộn dây

và nâng cao được công suất cho máy phát trong khi kích thước của máy phát vẫn giữ nguyên Nếu áp lực khí H2 trong hệ thống đường ống làm mát đến 2at thì công suất giới hạn có thể đạt được đến 200MW

3.3.3 Làm mát trực tiếp

Làm mát trực tiếp là phương pháp cho khí H 2 , gió, tuần hoàn trực tiếp bên trong

ống dây dẫn điện hay đi qua hệ thống đường ống dẫn có tiếp xúc với dây dẫn điện Phương pháp này có hiệu suất làm mát cao hơn phương pháp làm mát bề mặt vì làm

giảm được độ chênh lệch nhiệt độ từ cuộn dây đến khí làm mát Phương pháp này thường áp dụng cho các máy phát điện tua bin hơi cho phép giảm được kích thước

tác dụng, nâng cao được công suất tới hạn, nâng cao được hiệu quả kinh tế do giảm được giá thành xây dựng, tăng hiệu suất và giảm được chi phí vận hành Nếu đảm bảo được chỉ tiêu quá nhiệt tương tự như làm mát bề mặt thì cho phép tăng công suất giới hạn đến 2,4 lần Nếu tăng áp lực khí trong đường ống dẫn khí H2 làm mát thì hiệu quả làm mát cũng tăng lên

Nước cất tinh khiết cũng dùng để làm mát trực tiếp cho máy phát Làm mát bằng

nước đạt hiệu quả cao hơn so với việc dùng khí H2 rất nhiều nước có khả năng tản nhiệt tốt hơn Làm mát trực tiếp bằng nước cất tinh khiết được ứng dụng trong những máy phát điện tua bin khí có công suất lớn và các máy phát điện thủy lực lớn

có tốc độ thấp (khoảng 500v/phút)

Hình 3.7 mô tả hệ thống làm mát trực tiếp bằng nước Dây dẫn điện stato làm bằng ống đồng rỗng có thể dùng làm đường dẫn nước được liên hệ với đường dẫn nước làm mát bằng một đoạn ống dẫn nước cách điện bằng silicôn mềm dẻo Đoạn ống dẫn nước cách điện có hình dáng bên ngoài giống như một quả sứ xuyên nhiều tán, có chiều dài dòng rò cho phép 2,5cm/ 1kV Nước tinh khiết được chưng cất và khử bỏ các thành phần kim loại do đó không dẫn điện Buồng hạ nhiệt là một hệ thống dàn phun nước làm mát, nước trong ống sau khi đi qua buồng hạ nhiệt sẽ tuần hoàn trở lại làm mát cho máy phát nhờ một máy bơm nước đặt trên đường ống Các đầu cực stato thường có điện áp từ 6,6 kV đến 21kV được đấu qua sứ đỡ trung gian bằng thanh dẫn mềm được làm bằng các lá đồng ghép lại Ống dẫn nước làm mát được nối vào hệ thống tiếp địa an toàn có Rtđ  4 Với những máy phát điện có công suất nhỏ thì dây dẫn stato thường có tiết diện nhỏ do đó không ứng dụng phương pháp làm mát bằng nước trực tiếp qua dây dẫn

Hình 3.8 giới thiệu các kiểu làm mát cho máy phát điện trục ngang, có thể tóm tắt như sau:

- Kiểu làm mát bằng gió tự nhiên: cả đầu hút và đầu thải được đặt phía trong của

gian máy, nhiệt độ bên trong gian máy tăng lên, phát ra tiếng ồn lớn, phần bên

ngoài máy không lắp vỏ nêm cuộn dây dễ bị nhiễm bẩn, diện tích mặt bằng đặt máy

nhỏ, chỉ được áp dụng cho các máy nhỏ, giá thành thấp

- Kiểu thông gió bằng ống ở lối ra: hút ở bên trong và thải ở bên ngoài nhiệt độ

bên trong không tăng, có tiếng ồn khá nhỏ, đây là loại trung gian giữa loại mở và loại đóng hoàn toàn cuộn dây cũng dễ bị nhiễm bẩn

- Kiểu thông gió bằng ống ở lối ra và lối vào: cả đầu hút và đầu thải đặt ở bên

ngoài nhiệt độ phần bên trong không tăng tiếng ồn nhỏ cuộn dây và ống dẫn dễ bị nhiễm bẩn phần bên ngoài lớn nên được bao bọc bằng vỏ chiếm diện tích mặt bằng

Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống làm mát trực tiếp cho máy phát điện bằng nước

Hình 3.8 Làm mát cho máy phát điện trục ngang

Kiểu làm mát

bằng gió tự nhiên

Kiểu thông gió bằng ống ở lối ra ống ở lối ra và lối vào Kiểu thông gió bằng Kiểu trao đổi nhiệt làm mát bằng nước

lớn thường áp dụng cho các máy nhỏ hơn 20MVA giá thành sản xuất cao cần trang

bị chống rung

- Kiểu trao đổi nhiệt làm mát bằng nước: không khí được sử dụng lại trong

quá trình làm mát việc làm mát không bị ảnh hưởng ngay cả khi phần bên trong có nhiệt độ cao và không khí độ ẩm cao, tiếng ồn nhỏ, cuộn dây và ống dẫn không bị nhiễm bẩn, phần bên ngoài lớn và phức tạp, chiếm diện tích mặt bằng lớn thường áp dụng cho các máy công suất lớn giá thành sản xuất cao.

§3.4 KHỞI ĐỘNG, HÒA ĐỒNG BỘ VÀ NGỪNG MÁY PHÁT ĐIỆN 3.4.1 Kiểm tra chuẩn bị trước khi khởi động máy

- Thu hồi các phiếu công tác và giải trừ các biện pháp an toàn ở máy phát điện và các thiết bị liên quan đến máy phát điện

- Kiểm tra toàn diện các thiết bị sau khi sửa chữa (đại tiểu tu, bao gồm các mạch nhất thứ và nhị thứ), kiểm tra vành trượt rôto, cổ góp máy kích thích, áp lực chổi than phải tốt, cổ góp, vành trượt phải sạch sẽ

- Kiểm tra máy phát điện và các thiết bị phụ thuộc phải sạch sẽ

- Kiểm tra đấu dây nhất thứ

- Kiểm tra đấu dây của máy biến dòng điện, biến áp đo lường phải tốt và sạch sẽ

- Kiểm tra hệ thống làm mát và không khí làm mát như quạt, đường ống, nhiệt độ nước làm mát và không khí làm mát

- Kiểm tra điện trở cách điện của mạch stato và mạch rôto

- Thử tín hiệu liên lạc điện và tuốc bin và ngược lại, thử động cơ điều tốc phải đúng chiều tăng, giảm tốt

- Thử đóng cắt áp tô mát máy kích thích, máy cắt máy phát điện, thử liên động giữa máy cắt đầu cực máy phát và áp tô mát mạch kích thích

3.4.2 Khởi động máy phát

Trưởng ca nhà máy điện, khi nhận được báo cáo của trưởng kíp điện rằng máy phát điện đã sẵn sàng khởi động, sẽ ra lệnh khởi động máy Khi máy phát điện đã bắt đầu nâng tốc độ quay lên đến 100300 vòng/phút thì cả máy phát và mọi thiết bị liên quan của nó đều được coi là đã có điện áp Từ lúc này nghiêm cấm làm bất cứ việc gì ở máy trừ những việc mà quy phạm an toàn cho phép

1) Điều kiện để khởi động máy phát thủy lực

Trước khi khởi động cần phải khẳng định không có vật lạ trong tất cả các khu vực máy phát Chỉ được phép khởi động khi:

a Hệ thống phanh không có áp lực và các guốc phanh đã hạ xuống

b Mức dầu trong các thùng ổ đỡ và ổ hướng bình thường

c Nhiệt độ dầu trong các thùng không thấp dưới 1000C

d Có nước tuần hoàn trong tất cả các bộ làm mát dầu và khí

2) Điều kiện để khởi động máy phát nhiệt điện

Khi tăng tốc độ vòng quay của máy phát điện thì phải chú ý đến vòng quay tới hạn

ở 1500 vòng/phút, lúc này có thể xuất hiện sự rung nguy hiểm cho máy Cho nên cần

thiết phải vượt qua trị số vòng quay này càng nhanh càng tốt Khi quay xung động tuabin và tăng vòng quay của nó đến trị số định mức, nhân viên trực chính cần phải theo dõi:

a Xem có tiếng kêu gõ đặc biệt không? khi thấy máy có hiện tượng không bình thường nói trên cần nhanh chóng ngừng máy lại để sửa chữa khắc phục

b Sự làm việc của hệ thống bôi trơn, các gối đỡ và các dầu chèn lưu lượng phải vừa đủ, độ chênh áp lực của dầu, khí H2 trong máy phát điện phải ở trong giới hạn 0,50,7kG/cm2 và phải được tự động duy trì do bộ điều chỉnh chênh

áp lực

c Sự làm việc tối ưu của các bộ làm mát khí, nhiệt độ của nước ở đầu vào và của H2 cần phải duy trì trong giới hạn

d Độ rung của gối đỡ không được lớn hơn 0,03mm

e Không có sự dò rỉ H2 từ máy phát ra

Sau khi máy phát đã đạt được tốc độ quay định mức và sau khi nhận được tín hiệu sẵn sàng hoà vào lưới thì cần phải điều chỉnh sơ đồ khối và các sơ đồ các máy biến điện áp theo phương thức vận hành quy định Tiến hành nâng kích

từ để nâng cao điện áp máy phát đến trị số cho phép hoà điện rồi hoà điện theo qui

trình Đưa bộ tự động điều chỉnh điện áp (TĐA) vào làm việc Tiến hành phân phối

công suất cho máy Tốc độ tăng phụ tải hữu công phải từ từ và dựa vào điều kiện vận hành của tuabin, tốc độ tăng của phụ tải vô công không bị hạn chế

Cơ cấu tự động điều chỉnh kích từ (TĐCKT) phải luôn luôn ở trạng thái sẵn sàng Khi cắt dòng điện ngắn mạch, nếu không sử dụng các biện pháp đặc biệt thì

sự phục hồi từ thông diễn ra sẽ khá chậm và có thể dẫn đến sự mất đồng bộ nếu momen cơ của động cơ sơ cấp lớn hơn mômen điện từ Chức năng cơ bản của cơ cấu tự động điều chỉnh kích từ là nhanh chóng khôi phục suất điện động của máy phát nhằm tăng mômen điện từ và tạo ra công suất phản kháng để ngăn chặn sự suy giảm điện áp Chính vì lẽ đó mà cơ cấu TĐCKT cần phải luôn được mắc trong mạng để có thể nhanh chóng khắc phục sự cố

Với mục đích nâng cao độ tin cậy của nhà máy nhiệt điện và duy trì quá trình công nghệ sản xuất điện năng trong trường hợp cơ cấu kích từ bị ngừng hoạt động

do sự cố, ở các máy phát luôn được lắp thêm hệ thống kích từ dự phòng Nhiệm vụ của cơ cấu kích từ dự phòng là thay thế cơ cấu kích từ chính khi cần thiết, thường

nó chỉ được thiết kế để làm việc tạm thời, bởi vậy máy phát chỉ được khởi động với

cơ cấu kích từ chính

3.4.3 Hoà máy phát vào lưới

Khi đóng máy phát vào làm việc song song với mạng điện hoặc với các máy phát khác thường có thể xuất hiện dòng điện cân bằng có thể gây hư hỏng cho máy, đồng

thời làm giảm điện áp trong mạng, làm tăng tổn thất Bởi vậy quá trình hoà đồng bộ máy phát phải được thực hiện sao cho ảnh hưởng của dòng điện này nhỏ nhất đến mức có thể, quá trình diễn ra càng nhanh càng tốt

1) Phương pháp hoà đồng bộ

Trong thực tế hiện nay có hai phương pháp hoà đồng bộ được áp dụng là phương pháp đồng bộ chính xác và phương pháp tự đồng bộ

a) Phương pháp đồng bộ chính xác

Theo phương pháp này máy phát được kích từ và tăng tốc độ quay gần bằng tốc

độ đồng bộ Thời điểm đóng đồng bộ vào mạng được chọn bởi nhân viên vận hành hoặc do thiết bị tự động theo các điều kiện:

- Vận tốc góc 1 của máy phát bằng vận tốc 2 của hệ thống;

- Điện áp của máy phát bằng điện áp hệ thống;

- Thứ tự các pha trùng nhau

Nếu các điều kiện trên thoả mãn thì dòng cân bằng sẽ không xuất hiện Tuy nhiên việc thực hiện chính xác các điều kiện trên là rất khó khăn, bởi vậy thường lúc đóng máy phát vào hệ thống vẫn có dòng cân bằng xuất hiện

b) Phương pháp tự đồng bộ

Trước hết ta cần đóng vào mạch rotor máy phát một điện trở dập tắt và chuẩn bị đưa cơ cấu tự động điều chỉnh kích từ vào làm việc Trường hợp không có nó thì biến trở trong mạch kích từ được đặt ứng với vị trí không tải Sau đó với sự trợ giúp của động cơ sơ cấp, máy phát được quay không có kích từ, khi tốc độ quay đạt giá trị 9698% tốc độ đồng bộ, thì đóng máy phát vào làm việc song song và liền sau đó là đóng kích từ Máy phát tự mình hoà vào đồng bộ Sự đóng có thể tiến hành ở độ trượt  510%

Ưu điểm của phương pháp tự đồng bộ là:

- Thao tác đơn giản;

- Quá trình diễn ra tự động;

- Loại trừ khả năng đóng nhầm;

- Quá trình đóng diễn ra rất nhanh (35 s) so với phương pháp đồng bộ chính xác(510 phút)

2) Hoà máy phát vào lưới

Hoà vào lưới điện do trưởng kíp tiến hành theo lệnh của trưởng ca về nâng điện

áp, lấy đồng bộ và hoà vào lưới Trước lúc nâng điện áp của máy phát trưởng kíp điện phải chuẩn bị sơ đồ kích từ theo qui trình vận hành các máy kích từ làm việc

dự phòng Tốc độ nâng điện áp của máy phát điện không hạn chế dù là khởi động từ trạng thái lạnh hay trạng thái nóng

Các Ampermét đặt ở stator dùng để kiểm tra sai sót có thể trong sơ đồ điện của máy phát điện, trong quá trình nâng điện áp, nếu có sai sót (thí dụ các thiết bị đóng

vào máy phát bị chập mạch), trong trường hợp này phải cắt kích từ và kiểm tra lại

sơ đồ điện của máy phát điện Chỉ số Ampermét của rotor và kilovonmét của stator khi máy phát đã được kích từ cần phải tăng lên đều đặn

Nghiêm cấm tăng dòng điện của rotor cao hơn mức cho phép trong khi máy chạy không tải và tốc độ quay của tuabin ở trị số định mức Khi đã nâng điện áp của máy phát điện lên trị số định mức, trưởng kíp điện cần phải kiểm tra:

+ Sự làm việc của chổi than

+ Nhiệt độ của nước làm mát và khí H2

+ Tất cả các thiết bị đấu nối vào thanh cái của máy phát điện

+ Loại trừ các hư hỏng trong hệ thống kích từ, kiểm tra cách điện của mạch kích từ bằng vôn kế kiểm tra

Sau khi máy phát đã được hoà vào hệ thống, cần phải báo cáo cho trưởng ca biết máy đã được đóng vào làm việc song song với lưới Bằng cách điều chỉnh kích từ và điều chỉnh tốc độ tuabin, xác lập chế độ công suất tác dụng và phản kháng theo biểu

đồ do trưởng ca quy định, phụ tải phản kháng cần phải được tăng theo phụ tải tác dụng Trong trường hợp sự cố, cần đưa bộ tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) và

“cường hành” kích từ vào làm việc Trong quá trình này cần phải theo dõi chặt chẽ chỉ số của các đồng hồ tác dụng, không cho phép máy phát điện chuyển chế độ khi non kích từ

3.4.4 Theo dõi vận hành

1) Nội dung của công tác theo dõi

Khi máy làm việc cán bộ quản lý vận hành phải thực hiện công việc sau:

- Theo dõi chế độ làm việc bình thường của máy phát điện Chế độ làm việc

bình thường là chế độ mà các đại lượng đặc trưng như P F , Q F , U F , cosF , f F và nhiệt

độ khí làm mát lm đều ở trị số định mức theo qui chuẩn vận hành

- Đọc và theo dõi các số chỉ của các đồng hồ, các số chỉ của các đồng hồ phải ở trị số định mức (vạch đỏ đồng hồ)

- Ghi chép số liệu : cứ sau nửa giờ phải theo dõi và đọc chính xác các đồng hồ một lần, sau một giờ phải ghi vào sổ nhật ký vận hành một lần

- Điều chỉnh và sử lý khi vận hành: khi các số chỉ của các đồng hồ sai lệch trị số bình thường thì phải tiến hành điều chỉnh và báo cáo với trưởng ca Phải điều chỉnh

có kết quả để duy trì các tham số của máy phát như U, I, f và lm ở trị số định mức Chẳng hạn, xử lý điện áp thấp như sau: Lúc vận hành bình thường của máy phát điện phải duy trì điện áp ở trạng thái định mức và cho phép biến đôỉ trong phạm vi

5%U đm Khi điện áp máy phát bé hơn định mức (-5%U đm) thì phải lập tức điều chỉnh kích thích để khôi phục điện áp đến phạm vi qui định sau đó báo cáo với điều

độ viên Trung ương Nếu điều chỉnh kích thích hết cỡ ở trạng thái định mức mà

điện áp máy phát vẫn thấp thì có thể giảm công suất hữu công để nâng dần U lên

Khi hệ thống bị sự cố điện áp giảm thấp, kích thích cường hành tác động, trong lúc

này ta không được điều chỉnh Khi hệ thống ổn định mà mạch kích thích cường hành vẫn còn làm việc thì ta cắt ngay mạch kích thích cường hành ra và báo phân xưởng cho người kiểm tra sử lý Dùng biến trở điều chỉnh để điều chỉnh điện áp

2) Nhận xét

Phần này do trực chính thực hiện ghi vào sổ nhật ký vận hành nhằm đánh giá

và nhận xét về tình trạng làm việc của máy sau một ca vận hành, làm số liệu theo dõi cho ca sau khi giao ca vận hành

Việc dừng tổ máy phát vì lý do bảo dưỡng định kỳ được thực hiện theo kế hoạch đã định trước ở các nhà máy nhiệt điện quá trình làm việc và dừng các tổ máy phải được thực hiện theo chỉ thị của hệ thống điều độ quốc gia, vào mùa khô do sự giảm công suất phát ở các nhà máy thuỷ điện, nhà máy nhiệt điện phải làm việc đầy tải, vì vậy mà hầu như tất cả tổ máy đều đưa vào vận hành, còn khi sang mùa mưa việc cung cấp điện lại ưu tiên nhà máy thuỷ điện, nên trong thời gian này ở nhà máy nhiệt điện có thể dừng một số

tổ máy để tiến hành các công việc sửa chữa trung và đại tu Lịch sửa chữa đại tu tổ máy

là 4 năm 1 lần và thời gian thực hiện là 3 tháng, còn sửa chữa trung tu thì 2 năm 1 lần với thời gian thực hiện là 1 tháng Như vậy cứ 2 lần trung tu thì sẽ có một lần đại tu

Trình tự ngừng máy phát điện :

Sau khi nhận được lệnh của trưởng ca, trưởng kíp điện báo cho các nhân viên trong kíp biết và các phân xưởng hữu quan, đồng thời phân công việc chuẩn bị ngừng máy phát điện Quá trình ngừng máy phát được tiến hành theo các bước sau:

- Từ từ chuyển hoặc giảm phụ tải tác dụng và phản kháng của máy sắp ngừng về

gần không, chú ý giữ cho cos ở phạm vi quy định Tốc độ giảm tải của máy phát

điện theo yêu cầu của tuabin

- Cắt bộ tự động điều chỉnh điện áp (theo quy trình) dùng biến trở điều chỉnh R đc

để điều chỉnh điện áp máy phát U F

- Cắt máy cắt đầu cực máy phát điện

- Đưa R đc về trị số cực đại, cắt máy cắt kích thích

- Phát tín hiệu sang tuabin “máy phát đã cắt”

Sau khi máy phát điện ngừng hẳn phải tiến hành:

- Đo điện trở cách điện của stator và rotorr máy phát điện và máy kích từ

- Áp dụng các biện pháp an toàn theo yêu cầu của phiếu công tác

- Nếu ngừng máy và không sửa chữa gì thì tiến hành sấy máy phát điện sẵn sàng vận hành khi cần thiết

§3.5 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 3.5.1 Chế độ làm việc bình thường

Chế độ làm việc bình thường của máy phát điện (MF) là chế độ làm việc ổn định,

đáp ứng được yêu cầu công suất của phụ tải, duy trì được thời gian cung cấp điện liên tục với tần số và điện áp đầu cực của máy phát đạt trị số định mức cho phép

Chế độ làm việc định mức là chế độ làm việc bình thường của máy phát điện, các

thông số kỹ thuật như điện áp đầu cực UF, dòng điện IF, tần số fF, công suất phát SF,

hệ số công suất cosF nằm ở trong giới hạn định mức

1) Biểu đồ véc tơ và đặc tính công suất của máy phát điện

a) Biểu đồ véc tơ

Biểu đồ véc tơ máy phát thể hiện trên hình 3.9 Vì điện trở của MF quá nhỏ so với điện kháng của nó nên trên biểu đồ chỉ thể hiện điện kháng Mặt khác điện kháng được phân thành dọc xd và ngang xq theo roto, khi máy phát cực ẩn (MF tuốc bin hơi) xd = xq và máy phát cực lồi (MF thủy lực) thì xd ≠ xq Hình 3.9a là biểu đồ véc tơ MF cực ẩn, còn hình 3.9b là biểu đồ MF cực lồi

Các ký hiệu trên biểu đồ véc tơ là như sau :

b)Đặc tính công suất

Trước hết xét đặc tính công suất MF cực ẩn

Tại đầu mút véc tơ U, điểm C dựng hệ tọa độ vuông góc xCy (hình 3.9a) Từ đầu mút véc tơ Eq, điểm A hạ đường vuông góc AB xuống trục y Ta có các góc

Trong ABC:AB ACcos I.x d, còn trong AOB:ABOAsin E qsin , suy

ra I.x d cos E qsin UI.x dcos E q Usin P.x d E q Usin Vậy ta có :

. sin

d

q x

U E

q

x

U x

U E Q

Đặc tính công suất MF cực lồi

Việc xây dựng đặc tính công suất MF cực lồi được tiến hành tương tự như trên,

kết quả được thể hiện bằng công thức (3.5a) và (3.5b) như sau :

2sin

2

q d

q d d

q

x x

x x U x

U E

x x U x

x

x x U x

U E

2cos

2 2

Nếu áp trên cực MF thay đổi thì chọn một nút trong hệ thống điện có U=const,

điểm đó cách cực MF một điện kháng xng (hình 3.10) thì đặc tính P,Q vẫn có dạng như đã nêu ở trên chỉ có khác là xd được thay bằng xd+xng và   f(E q,U)ới U là áp của nút cách cực MF một điện kháng xng

c) Sự thể hiện P,Q trên đồ thị (xét hình 3.9a)

Giả thiết U = const, ta có

U

x P U

x UI

U

U x

Ta lại có

U

x Q U

x UI

U

U x

A và B trở về C, ứng với Q = 0, vậy C là gốc của trục Q ( do U = const nên điểm

O và C cố định, nên C được lấy là gốc) Từ đó ta có Q là đường Cy, từ điểm A hạ vuông góc xuống Cy sẽ xác định được Q Giá trị Q có thể dương và cũng có thể âm,

Tóm lại biểu đồ véc tơ hình 3.9 ngoài thể hiện các suất điện động Eq, áp U, dòng

I, góc lệch , còn thể hiện công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q

2)Chế độ làm việc của MF khi thay đổi các thông số

U=const

xng

Hình 3.10 Sơ đồ hệ thống điện với nút U=const

Như trên đã trình bày điểm A (đầu mút của véc tơ Eq) là điểm làm việc Trong quá trình vận hành có thể thay đổi thông số này hay thông số kia sẽ làm thay đổi

vị trí điểm làm việc này Sau đây ta xét sự thay đổi các thông số ảnh hưởng đến chề độ làm việc của MF, để tuiừ đó xác định miền làm việc hợp lý nhất

a) Chế độ Eq = const (không điều chỉnh kích từ), P=var

Vì Eq = const, nên điểm A nằm trên cung tròn Ao-A-A*-Agh, tâm O bán kính

Eq (hình 3.11a) Để đảm bảo ổn định tĩnh góc lệch giữa U và Eq nằm trong

90

0   , do vậy điểm A bị khống chế cung ¼ đường tròn :

x

U Q

- Điểm A ứng với chế độ làm việc định mức (các thông số đều đạt gía trị dm) ;

- Điểm A* ứng chế độ công suất phản kháng đổi dấu, chuyển từ chế độ phát Q sang chế độ tiêu thụ Q, ta có  *,PP*,Q0 ;

- Điểm Agh ứng chế độ công suất tác dụng phát cực đại, còn công suất phản kháng tiêu thụ cực đại, ta có

d

o

x

U Q

Q P P

2 max

max,,



b) Chế độ Eq=var (có điều chỉnh kích từ), P=const

Vì P = const, nên điểm A nằm trên đường thẳng Ao-A-A*-Agh (hình 3.11b)

- Điểm Ao ứng với suất điện động có giá trị giới hạn Eqgh, góc  đạt giá trị min

x P

qgh

d

.

arcsin

min

- Điểm A ứng với chế độ làm việc định mức (các thông số đều đạt gía trị dm) ;

- Điểm A* ứng chế độ công suất phản kháng đổi dấu, chuyển từ chế độ phát Q sang chế độ tiêu thụ Q ;

- Điểm Agh ứng chế độ Eq đạt giá trị cực tiểu, công suất phản kháng tiêu thụ cực

d

d q

q

x

U Q

Q U

x P E

2 max

c) Chế độ khi tất cả các thông số thay đổi

Giả sử trên hình 3.9a các thông số đều có giá trị định mức :

U U dm;E q E qdm;PP dm;QQ dm;SS dm;I I dm; cos  cosdm

Phân tích chế độ khi các thông số đều tha đổi (hình 3.12)

Lấy O làm tâm vẽ cung tròn (1) bán kính OAE qdm.Miền trong cung(1) là miền làm việc cho phép theo phát nóng cho phép của phần quay roto

Lấy C làm tâm vẽ cung tròn (2) bán kính CAS dm.Miền trong cung(2) là miền làm việc cho phép theo phát nóng cho phép của toàn bộ MF Công suất MF bị hạn

Hình 3.12 Vùng làm việc của MF khi các thông số thay đổi

chế bởi sự tăng nhiệt độ của chúng Sự tăng nhiệt độ là do tổn sắt từ và tổn thất trong cuộn dây Tổn thất sắt từ là do có từ thông khép mạch qua lõi thép, mà lõi thép có từ trở và dòng điện xoáy (dòng fucô) đã làm cho nhiệt độ của lõi thép tăng lên

Nói chung MF không được quá tải về P, tức là phải vận hành với PPmax,tức là miền làm việc bị giới hạn bởi đường thẳng Pmax (phía phải đường thẳng Pmax) Với

MF cực ẩn (MF tuốc bin hơi) thì phải vận hành với PPmin,tức là miền làm việc bị giới hạn bởi đường thẳng Pmin (phía trái đường thẳng Pmin)

MF có thể làm việc với U=0,95Udm , khi đó để đảm bảo phát được công suất định mức Sdm thì dòng điện sẽ là :

dm dm

dm

I U

S

95 , 0



, có nghĩa là áp giảm 5% thì dòng được phép tăng lên 5% Để thể hiện điều này lấy O làm tâm vẽ cung tròn (3) bán kính 0,95Udm.Miền trên cung(3) là miền làm việc cho phép theo điều kiện điện áp hạ thấp

Như phân tích trên, vùng làm việc của MF được thể hiện trên hình 3.12, đó là bên trong vùng EFHKGJA Vùng làm việc này có 3 vùng nhỏ, mà mỗi vùng có những đặc điểm cụ thể như sau :

- Vùng trên EFA là vùng có P p dm;QQ dm Vùng này ít sử dụng vì không tận dụng được phát công suất tác dụng P, có nghĩa là cùng công suất biểu kiến S, luợng phát công suất P không nhiều

- Vùng giữa FHJA là vùng có Pmin PP dm; 0 QQ dm Vùng này thường sử dụng

vì cho phát công suất P và Q hợp lý

- Vùng dưới HKGJ là vùng có Pmin PP dm;Q 0 Vùng này cũng ít dùng vì MF làm việc không ổn định, Eq nhỏ mà lại tiêu thụ công suất phản kháng Q

Tóm lại trong chế độ làm việc bình thường MF nên điều chỉnh các thông số để điểm làm việc A trong vùng FHJA

Trong vận hành các thông số thay đổi, để đảm bảo điểm làm việc trong vùng mong muốn tất yếu phải thực hiện các điều chỉnh nhờ bộ AVR (Tự động điều chỉnh điện áp), bộ PSS (bộ ổn định hệ thống điện) Yêu cầu của điều chỉnh là như sau :

1.Về điện áp :

- Điện áp đầu cực giảm thì dòng stato tăng dẫn đến tình trạng cuộn dây và mạch

từ phát nóng, làm suy giảm cách điện, đồng thời làm ảnh hưởng đến phụ tải Do vậy cần khống chế mức độ mức độ hạ thấp điện áp không được dưới 0,95Udm

- Nếu điện áp tăng cao U >1,065 U dm thì từ thông chính trong lới thép tăng lên gây nóng mạch từ làm nguy hại cho cách điện của cuộn dây và làm suy giảm dần

khả năng dẫn từ của lõi thép Nếu U >1,1U dm thì cuộn dây máy phát dễ bị chọc

thủng cách điện, phá hỏng máy phát Khi điện áp tăng cao qúa định mức sẽ dẫn đến hư hỏng các thiết bị điện

2 Về tần số :

-Tần số f(Hz) của máy phát điện là một chỉ tiêu quyết định việc cho phép máy phát hòa vào hệ thống điện Tần số được quy chuẩn f = 50Hz trên toàn bộ hệ thống điện quốc gia (ở một số nước tần số lấy quy chuẩn f = 60Hz) Các máy phát điện hoạt động không cùng tần số sẽ không cho phép hòa vào hệ thống điện Trong chế

độ làm việc bình thường tần số f = 50Hz hoặc dao động trong phạm vi cho phép:

(UF, Uht) là góc lệch pha điện áp của máy phát điện và điện áp của hệ thống điện, cf là góc lệch pha giới hạn cho phép Nếu (UF, Uht) > cf thì máy phát điện

sẽ rơi vào tình trạng mất ổn định

3 Về hệ số cos:

Trong chế độ làm việc bình thường hệ số cos được quy định nằm trong một

giới hạn đảm bảo chỉ tiêu vận hành kinh tế nhất cho MF (cosdm =0,8 ÷ 0,95)

- Khi cosF < cosdm, công suất tác dụng phát ra giảm đi, sin tăng lên, công suất phản kháng tăng lên, dòng điện phản kháng tăng lên làm cho phản ứng khử từ tăng lên dẫn đến điện áp đầu cực giảm đi Muốn giữ ổn định điện áp phải tăng dòng điện kích từ lớn hơn dòng kích từ định mức: Ikt > Iktdm Nhưng khi dòng điện kích từ tăng lên quá định mức sẽ lại gây ra phát nóng cho cuộn dây rôto

- Khi cosF > cosdm: cosF tăng thì công suất phản kháng) giảm đi, dòng điện phản kháng Ipk giảm đi làm cho phản ứng khử từ giảm dẫn đến điện áp đầu cực tăng lên Muốn giữ ổn định điện áp phải giảm dòng điện kích từ Khi giảm dòng kích từ thì nhiệt độ của máy phát giảm đi, công suất tác dụng phát ra của máy phát sẽ được phép tăng lên Nếu như PF > PFdm thì động cơ sơ cấp của máy phát điện lại rơi vào tình trạng quá tải, bất lợi cho máy phát Khi hòa vào lưới điện quốc gia nếu cosF > 0,95 thì máy phát sẽ phát huy tối đa công suất, hiệu suất làm việc  của máy phát có tăng lên nhưng máy phát sẽ hoạt động mất ổn định

3.5.2 Đặc tính điện áp của MF

Xét đặc tính điện áp của MF khi chúng vận hành trong chế độ không tải, chế độ ngắn mạch duy trì, chế độ mang tải định mức

1) Đường cong bão hòa không tải

Đường cong bão hòa không tải “OM” trên hình 3.13 mô tả quan hệ của điện áp trên các đầu cực MF và dòng điện kích thích Khi MF chạy không tải với tốc độ