Chương 24 Máy phát điện đồng làm việc song song 24-1 Đại cương Trong nhà máy điện thường có đặt nhiều máy phát điện đồng nói chung nhà máy điện làm việc hệ thống điện lực Như hệ thống điện lực có nhiều máy phát điện đồng làm việc song song Việc nối máy phát điện làm việc chung hệ thống điện lực cần thiết, có ưu điểm giảm bớt vốn đầu tư đặt máy phát điện dự trữ đề phòng sửa chữa cố để đảm bảo an toàn cung cấp điện, sử dụng hợp lý nguồn lượng cho trạm thuỷ điện làm việc với công suất lớn mùa mưa lũ để giảm bớt công suất trạm nhiệt điện, tiết kiệm than thời gian đó, nói tóm lại nâng cao tiêu kinh tế kỹ thuật thiết kế vận hành Trong chương nghiên cứu vấn đề ghép máy phát điện làm việc song song với nhau, nghiên cứu vấn đề điều chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng máy phát điện làm việc hệ thống điện lực có công suất lớn làm việc song song với máy phát điện khác có công suất tương tự 24-2 Ghép máy phát điện đồng làm việc song song Khi ghép máy phát điện làm việc song song với hệ thống điện lực với máy phát điện khác, để tránh dòng điện xung mô men điện từ có trị số lớn gây cố phá hỏng máy thiết bị khác, gây rối loạn hệ thống điện lực trị số tức thời điện áp máy phát điện ghép vào hệ thống điện lực phải luôn Muốn phải bảo đảm điều kiện sau đây: 1) Điện áp máy phát U F phải điện áp lưới điện U L 2) Tần số máy phát f F phải tần số lưới điện f L 3) Thứ tự pha máy phát phải giống thứ tự pha lưới điện 4) Điện áp máy lưới phải trùng pha với Nếu không đảm bảo điều kiện nói trên, ghép song song máy phát điện xảy cố nghiêm trọng, thí dụ đóng cầu dao mà điện áp máy phát lưới lệch pha 180 tương đương với nối ngắn mạch máy phát điện với điện áp U F - UL = 2UF, dòng điện xung đóng cầu dao lớn gấp hai lần dòng điện ngắn mạch thông thường, lực mômen điện từ lớn gấp bốn lần, phá hỏng dây quấn, kết cấu thép, lõi thép, trục, máy phát điện Khi ghép song song, việc điều chỉnh điện áp U F máy phát điện đồng thực cách thay đổi dòng điện kích thích máy, tần số f F máy điều chỉnh cách thay đổi mômen tốc độ quay động sơ cấp kéo máy phát điện Sự trùng pha điện áp máy phát điện lưới điện kiểm tra 127 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com đèn, vônmét có số không dụng cụ đo đồng Thứ tự pha máy phát điện thường kiểm tra lần sau lắp ráp máy hoà đồng với lưới điện lần đầu Việc ghép song song máy phát điện vào hệ thống điện theo điều kiện nói gọi hoà đồng xác máy phát điện Trong số trường hợp dùng phương pháp hoà đồng không xác nghĩa so sánh tần số, trị số góc pha điện áp máy phát điện cần ghép song song lưới điện Phương pháp gọi phương pháp tự đồng Dưới xét phương pháp hoà đồng xác tự đồng 24.2.1 Các phương pháp hoà đồng xác Để ghép máy phát điện vào làm việc song song với lưới điện phương pháp hoà đồng xác, dùng hoà đồng kiểu ánh sáng đèn hoà đồng kiểu điện từ Hoà đồng bộ đồng kiểu ánh sáng đèn Phương pháp dùng cho máy phát điện có công suất nhỏ thực kiểu nối tối theo sơ đồ hình 24-1a kiểu ánh sáng đ èn quay theo sơ đồ hình 24-1b A B C A B C D1 Đến FI D2 D2 2 V F2 F1 - - - it2 it1 + F2 a) it2 + b) + Hình 24-1 Sơ đồ hoà đồng máy phát điện kiểu nối tối (a) kiểu ánh sáng đèn quay (b) Trong sơ đồ hình 24-1a, 24-1b, F máy phát điện làm việc F máy phát điện cần đem ghép song song với F Bộ đồng kiếu ánh sáng hình thành đèn 1, Khi hoà đồng theo kiểu nối tối (hình 24-1a), đèn 1, 2, đồng nối hai đầu tương ứng cầu dao D2 Trong trình hoà đồng thường phải điều chỉnh đồng thời điện áp U F tần số fF máy phát điện F Điện áp UF máy phát điện kiểm tra theo điều kiện U F = UL (trong U L điện áp lưới điện điện áp máy phát điện F làm việc) vônmét V có cầu dao đổi nối Tần số thứ tự pha kiểm tra đồng với ba đ èn 1, 128 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Khi tần số f F fL điện áp UF - UL đặt vào đèn 1, 2, có tần số f F - fL Nếu thứ tự pha máy phát điện lưới điện giống ba đ èn tối sáng với tần số f F - fL Sở dĩ điện áp U đặt lên ba đèn hiệu số điện áp pha tương ứng hai hình điện áp máy phát điện F lưới điện, quay với tần số góc F = 2fF L = 2fL hình 24-2a Rõ ràng f F fL điện áp đặt vào ba đèn thay đổi giống phạm vi U 2UF ba đèn sáng tối với hiệu tần số f F - fL Tiếp tục điều chỉnh tần số fF máy phát F2 cho chu kỳ tối sáng ữ giây chờ lúc đèn tắt hẳn hẳn ứng với lúc điện áp máy phát điện F2 lưới điện trùng pha đóng cầu dao D2 việc ghép song song máy phát điện vào lưới điện hoàn thành Khi hoà đồng theo kiểu ánh sáng đèn quay (hình 241b) hai ba đèn, thí dụ đèn phải nối vào đầu không tương ứng cầu dao D2 Hình 24-2 Đồ thị véctơ điện áp nối tối (a) nối theo ánh sáng quay (b) Trong trình ghép song song thứ tự pha giống fF fL đèn 1, 2, sáng tối tạo thành ánh sáng quay Vì điện áp đặt vào đèn không thay đổi phạm vi U 2UF hình 24-2b Khi f F > fL ánh sáng quay theo chiều định fF < fL ánh sáng quay theo chiều ngược lại Điều chỉnh cho f F = fL tốc độ ánh sáng quay thật chậm (fF fL) chờ đèn không nối chéo (đèn 1) tắt hẳn đèn nối chéo (các đèn 3) sáng ứng với lúc điện áp máy phát điện lưới điện trùng pha đóng cầu dao hoà điện D2 Cần ý hoà đồng bộ đồng kiểu đ èn, theo sơ đồ nối tối mà kết ánh sáng quay hay nối theo sơ đồ nối kiểu ánh sáng quay mà kết ba đèn sáng tối thứ tự pha máy phát điện khác với thứ tự pha lưới Trong trường hợp phải tráo đ ổi hai ba đầu dây tức hai ba pha máy phát điện với cầu dao D2 Hoà đồng bộ đồng kiểu điện từ Trong nhà máy điện có đặt máy phát điện công suất lớn, để kiểm tra điều kiện ghép song song máy phát điện vào lưới điện người ta thường dùng cột đồng tức đồng kiểu điện từ Cột đồng gồm ba dụng cụ đo sau: vônmét có hai kim, kim điện áp U L lưới điện kim điện áp U F máy phát điện, tần số kế có hai dãy phiến rung để đồng thời tần số f L lưới fF máy phát điện dụng cụ đo làm việc theo nguyên lý từ trường quay có kim quay với tần số fF - fL.Tốc độ quay phụ thuộc vào trị số f F - fL chiều quay kim thuận hay ngược chiều kim đồng hồ tuỳ theo fL > fF ngược lại Khi fL = fF 129 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com kim quay thật chậm (fL fF ) thời điểm đóng cầu dao lúc kim trùng với vạch thẳng đứng hướng lên Việc hoà điện đồng xác máy phát điện đòi hỏi nhân viên thao tác phải thật thành thạo tập trung ý cao độ để tránh thao tác nhầm l ẫn, hệ thống điện lực có cố Để giảm nhẹ công việc nhân viên thao tác tránh nhầm lẫn xảy cố, dùng hoà đồng tự động giúp tự động điều chỉnh UF fF máy phát tự động đóng cầu dao điều kiện ghép song song bảo đảm Tuy nhiên lưới điện có cố, điện áp tần số lưới thay đổi nên trình hoà đồng tự động thường kéo dài từ năm đến mười phút lâu Vì gần số trường hợp người ta thường dùng phương pháp hoà tự đồng 24.2.2 Phương pháp tự đồng Việc ghép máy phát điện làm việc song song với lưới điện theo phương pháp tự đồng tiến hành sau: đem quay máy phát điện không kích thích (UF = 0) với dây quấn kích thích nối tắt qua điện trở triệt từ đến tốc độ sai khác với tốc độ đồng khoảng 2% không cần kiểm tra tần số, trị số góc pha điện áp việc đóng cầu dao ghép máy phát điện vào lưới điện Sau cho kích thích máy phát điện tác dụng mômen đồng U* bộ, máy phát điện lôi vào tốc độ đồng I* U* ( fF = fL), trình ghép máy phát điện it* làm việc song song lưới điện hoàn thành * * I U =1 Cần ý việc đóng cầu dao nối máy phát điện chưa kích thích vào it* lưới điện có điện áp UL tương đương với t 160 40 60 120 trường hợp ngắn mạch lưới điện Vì tổng trở thân máy phát điện có tổng trở phần tử Hình 24-3 Sự biến đổi U, I, it khác lưới điện (máy biến áp tăng áp, máy phát 100000 KW hoà đường dây) nên dòng điện xung chạy đồng tự động vào lưới điện máy phát điện không vượt ba bốn lần dòng điện định mức Hơn dây quấn kích thích nối qua điện trở triệt từ nên dòng điện xung độ giảm nhanh Hình 24-3 cho thấy biến đổi U, I it đóng cầu dao ghép máy phát điện vào lưới điện phương pháp tự đồng Phương pháp tự đồng phép sử dụng trường hợp Ixg < 3,5 Iđm 24-3 Điều chỉnh công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát đồng Tải hộ dùng điện lưới điện thường thay đổi theo điều kiện sản xuất có trường hợp tải không thay đổi điều kiện vận hành lưới điện mà cần thiết phải thay đổi chế độ làm việc máy phát điện, thực tế phải điều chỉnh công suất tác dụng P công suất phản kháng Q máy phát điện đồng 130 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ta xét vấn đề hai trường hợp điển hình Trường hợp thứ trường hợp máy phát điện làm việc hệ thống điện lực có công suất vô lớn với U, f = const, hay nói khác tổng công suất máy phát điện làm việc song song hệ thống lớn so với công suất máy phát điện xét, việc điều chỉnh P Q máy phát điện không làm thay đổi U f hệ thống điện Trường hợp thứ hai trường hợp có hai vài máy phát điện có công suất tương đương làm việc song song thay đổi chế độ làm việc máy làm thay đổi U, f chung máy phát điện 24.3.1 Điều chỉnh công suất tác dụng P máy phát điện đồng Trường hợp máy phát điện làm việc hệ thống điện công suất vô lớn trường hợp U f không đổi nên P giữ dòng điện kích thích i t không đổi E Pcb số theo biểu thức 21-12 P P hàm số góc đường biểu diễn A B có dạng biết hình 21-9 chế độ làm việc xác lập công suất tác dụng P máy Pm ứng với góc định phải cân với công suất trục làm quay máy phát m điện Đường biểu diễn công suất động sơ cấp biểu thị đường thẳng Hình 24-4 Công suất tác dụng song song với trục ngang cắt đặc tính góc công suất chỉnh máy điểm A hình 24-4 Như muốn điều phát điện đồng cực ẩn chỉnh công suất tác dụng P máy phát phải thay đổi góc , nghĩa giao điểm A cách thay đổi công suất trục máy Công suất tác dụng cực đại Pm mà máy phát điện cung cấp cho hệ thống điện ứng với dP = áp dụng điều kiện biểu thức (21-12) máy phát đồng d cực ẩn suy m = 900 Pm = mUE xd (24-1) Cũng máy cực lồi, từ (21-12) suy góc m xác định bởi: cos m = đó: A= Pm = mUE , xd A + 8B A 4B 1 B = mU x q xd mUE mU 1 sin m + sin m xd x q x d 131 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com (24-2) Khi điều chỉnh công suất tác dụng cần ý máy phát điện đồng làm việc ổn định tĩnh < < m Để thấy rõ điều đó, giả thử máy làm việc giao điểm A ứng với < m Nếu nguyên nhân công suất Pcơ động sơ cấp tăng lên thời gian ngắn, sau lại trở trị số ban đầu rôto máy phát điện quay nhanh lên Như góc tăng thêm + tương ứng công suất P tăng thêm P Vì lúc công suất Pcơ trở trị số ban đầu nên P + P > Pcơ, kết rôto bị ghìm máy phát điện tr lại làm việc góc ban đầu sau vài chu kỳ dao động Trái lại máy phát điện làm việc xác lập > m, ví dụ điểm B hình 24-4 công suất thay đổi trên, góc tăng thêm làm cho P máy phát điện giảm, P < Pcơ, kết rôto quay nhanh thêm, góc tăng máy phát điện đồng với lưới điện Từ điều nói ta thấy rằng, điều chỉnh công suất tác dụng mà muốn giữ cho máy phát điện làm việc ổn định phải có điều kiện sau: dP >0 d (24-3) dP gọi công suất chỉnh đặc trưng cho khả giữ cho máy làm d việc đồng lưới điện kí hiệu Pcb Từ biểu thức (21-12) (21-14) suy công suất chỉnh máy cực lồi: Pcb = mUE cos + mU cos x xd q xd (24-4) máy cực ẩn: Pcb = mUE cos xd (24-5) Đường biểu diễn công suất chỉnh đường nét đứt hình 24-4 Ta thấy không tải ( = 0), khả chỉnh tức khả P công suất đưa vào máy công suất tác dụng đưa lưới điện ứng với thay đổi làm cho máy phát trì làm việc đồng với lưới điện lớn nhất, = m khả chỉnh không Trên thực tế vận hành để đề phòng trường hợp U E giảm nguyên nhân khác làm cho công suất P đưa lưới điện giảm theo trì đồng bộ, máy phát điện thường làm việc với công suất định mức Pđm ứng với < 300 Như khả tải máy phát điện đồng xác định tỷ số: km = Pm Pdm gọi hệ số lực tải Đối với máy cực ẩn k m = sin dm 132 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Theo quy định cần đảm bảo km > 1,7 muốn máy phải có tỷ số ngắn mạch K lớn, nghĩa xd phải nhỏ (hoặc khe hở lớn) Cần ý điều chỉnh công suất tác dụng P, thay đổi nên công suất phản kháng thay đổi theo Trường hợp máy phát điện công suất tương tự làm việc song song Giả thử có hai máy phát điện công suất làm việc song song trường hợp này, điều kiện tải lưới điện không đổi, tăng công suất tác dụng máy mà không giảm tương ứng công suất tác dụng máy tần số lưới điện thay đổi có cân khiến cho hộ dùng điện phải làm việc điều kiện tần số khác định mức Vì vậy, để giữ cho f = const tăng công suât tác dụng máy phải giảm công suất tác dụng máy Chính cách mà thay đổi phân phối công suất tác dụng hai máy 24.3.2 Điều chỉnh công suất phản kháng máy phát điện Ta xét việc điều chỉnh công suất phản kháng máy phát điện đồng làm việc lưới điện vô lớn (U, f = const) công suất tác dụng máy giữ không đổi Giả sử máy phát điện có cực ẩn để đơn giản, bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng (rư = 0) Trong trường hợp đó, đồ thị véctơ s.đ.đ hình 24-5 Vì P = mUIcos OA không đổi, với điều kiện U = const nên thay đổi Q, mút véctơ I luôn đường thẳng 1, vuông góc với véctơ U Với trị số I có trị số cos vẽ đồ thị véctơ s.đ.đ tương ứng xác định độ lớn véctơ E, từ suy dòng điện kích thích i t cần thiết để sinh s.đ.đ E Cũng cần ý P = mEU sin P1 = const , U xd không đổi nên P xd Esin = OB = const mút véctơ E luôn nằm đường thẳng vuông góc với OB E& j I& x db E& I n j I&x db U& Thiếu kích thích m Quá kích thích cos =1 B ' I& A P = 1,0Pđm P = 0,5Pđm P = 0,25Pđm I& ,