song song
Cụng suất của một tổ mỏy phỏt điện gồm hai thành phần là cụng suất tỏc dụng (cụng suất hữu cụng) và cụng suất phản khỏng (cụng suất vụ cụng).
Cụng suất tỏc dụng phụ thuộc vào mụmen tỏc dụng lờn trục của mỏy phỏt, do động cơ sơ cấp tạo nờn P = M.. Quỏ trỡnh điều chỉnh cụng suất tỏc dụng là tăng hoặc giảm mụ men quay của động cơ sơ cấp. Với động cơ đốt trong, ta thay đổi đối tượng cung cấp nhiờn liệu cấp vào xi lanh động cơ.
Cụng suất phản khỏng của mỏy phỏt phụ thuộc vào dũng kớch từ của mỏy phỏt điện. Quỏ trỡnh điều chỉnh cụng suất phản khỏng là điều chỉnh dũng kớch từ của mỏy phỏt điện.
3.1. Điều chỉnh và phõn phối cụng suất tỏc dụng giữa cỏc tổ mỏy phỏt điện làm việc song song
3.1.1. Phõn phối cụng suất tỏc dụng
Đặc tớnh t nh của bộ ổn định tốc độ quay của động cơ sơ cấp cú hai dạng đặc tớnh: Đặc tớnh phiếm t nh (1) và đặc tớnh t nh (2).
ộ ổn định tốc độ cú đặc tớnh phiếm t nh (đường 1) sẽ duy trỡ tốc độ quay n hay tần số f của mỏy phỏt khụng đổi khi phụ tải của mỏy phỏt thay đổi từ khụng tải đến định mức.
Cỏc tổ mỏy phỏt cú động cơ sơ cấp sử dụng bộ điều tốc dạng này khi làm việc song song khụng cú khả năng tự động phõn phối tải tỏc dụng giữa chỳng với nhau. Nếu cho hai mỏy phỏt cú đặc tớnh điều chỉnh tần số cú đặc tớnh phiếm t nh làm việc song song với nhau, ở tần số định mức mỗi mỏy xỏc lập một trị số phụ tải của mỡnh. Khi cú sự biến động phụ tải ở bờn ngoài, tần số chung biến đổi, cả hai bộ điều chỉnh tần số đều tỏc động điều chỉnh cụng suất tỏc dụng của mỡnh nhằm khụi phụ tần số. Như vậy quỏ trỡnh tăng hoặc giảm tải xảy ra độc lập. Kết quả là khụng cũn sự cõn bằng cụng suất tỏc dụng giữa hai tổ mỏy. Với cỏc tổ mỏy này, muốn phõn phối cõn bằng cụng suất tỏc dụng khi làm việc song song phải dựng cỏc cảm biến cụng suất tỏc dụng và bộ điều chỉnh cụng suất tỏc dụng để phõn phối cụng suất tỏc dụng.
Sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ cú đặc tớnh t nh, đảm bảo cỏc mỏy phỏt khi làm việc song song sẽ tự phõn phối phụ tải tỏc dụng cõn bằng. Hai tổ mỏy phỏt làm việc song song được cõn bằng cụng suất tỏc dụng là
dm dm P P P P 2 1 2 1
Việc phõn phối cụng suất tỏc dụng giữa hai tổ mỏy phỏt điện làm việc song song phụ thuộc vào đặc tớnh của bộ điều tốc.
Giả sử cú hai trạm mỏy phỏt cựng cụng suất làm việc song song với nhau P1đm = P2đm; độ sai lệch t nh của bộ điều tốc
P n s . Giả thiết s1 s2
Giả thiết ban đầu cho P1 = P2 và hai mỏy cựng làm việc với tốc độ n1. Cụng suất ngoài phõn phối đều cho mỗi tổ mỏy.
Hỡnh 2-44: Đặc tớnh phõn phối cụng suất tỏc dụng
Mỏy phỏt I làm việc trờn đặc tớnh cú độ nghiờng
1 1 P n s
Mỏy phỏt II làm việc trờn đặc tớnh cú độ nghiờng
2 2 P n s Giả thiết s1 s2
Khi cụng suất tỏc dụng của phụ tải tăng, mỗi mỏy đều phải mang thờm tải. Sau thời gian quỏ độ, tốc độ chung đạt giỏ trị ổn định mới và giảm xuống một lượng là n, từ n1 đến n2. Mỏy I chuyển đến làm việc trờn đặc tớnh của nú tại điểm I’, mỏy II chuyển đến làm việc trờn đặc tớnh của nú tại điểm II’.
Trờn hỡnh 2-17 ta cú 1 2 2 1 2 2 1 1. . , s s P P P s P s n .
Sự tăng cụng suất của mỗi mỏy tỷ lệ nghịch với hệ số nghiờng của đường đặc tớnh điều chỉnh. Nếu độ nghiờng của đường đặc tớnh điều chỉnh khỏc nhau, độ tăng cụng suất sẽ khỏc nhau.
Do vậy, muốn cỏc tổ mỏy phỏt điện cú cựng cụng suất phõn phối đều cụng suất khi làm việc song song, thỡ đặc tớnh của bộ điều tốc phải cú độ nghiờng giống nhau. Đối với cỏc tổ mỏy phỏt điện cú cụng suất khỏc nhau làm việc song song, để tự phõn phối hợp lớ cụng suất tỏc dụng, thỡ đặc tớnh của bộ điều tốc phải cú độ nghiờng tỉ lệ nghịch với cụng suất định mức của nú, ngh a là:
1 2 2 1 2 1 s s P P P P dm dm (2-19)
Kết luận: Để cỏc tổ mỏy phỏt điện đồng bộ làm việc song song tự phõn phối hợp lý cụng suất tỏc dụng thỡ đặc tớnh bộ điều chỉnh tốc độ phải là đặc tớnh t nh, cú độ nghiờng tỉ lệ nghịch với cụng suất định mức của nú.
3.1.2. Truyền tải cụng suất tỏc dụng giữa hai tổ mỏy làm việc song song
Việc truyền cụng suất tỏc dụng giữa hai tổ mỏy làm việc song song là rất cần thiết khi cần cho luõn phiờn tổ mỏy nghỉ mà khụng ngừng cung cấp điện. Giả thiết mỏy F1 đang làm việc và cấp điện cho tải, muốn đổi ca cho mỏy F2.
Ta xột hai mỏy phỏt điện cú cựng cụng suất làm việc song song là F1 và F2 cú P1đm = P2đm. Giả sử tổ mỏy F1 đang làm việc với P1 = P1đm và tần số f = fđm, tương ứng n1 = nđm như hỡnh 2-18.
Trạng thỏi ban đầu:
Tổ mỏy F1: n1 = nđm; P1 = Pđm Tổ mỏy F2: n2 = nđm; P2 = 0
Ta đưa tổ mỏy F2 vào làm việc song song với tổ mỏy F1, thời điểm đầu F2 làm việc khụng tải.
Để truyền phụ tải tỏc dụng sang tổ mỏy F2, ta tăng dần lượng cung cấp nhiờn liệu cho động cơ sơ cấp của tổ mỏy F2, sẽ làm tăng dần tốc độ quay và phụ tải của mỏy F2. Giữ nguyờn vị trớ tay ga cấp nhiờn liệu cho tổ mỏy F1. Đặc tớnh điều chỉnh của F1 giữ nguyờn, đặc tớnh của F2 tịnh tiến tăng dần phụ thuộc vào vị trớ tay ga ta đặt. Tổ mỏy F1 sẽ tự động giảm tải và tốc độ của nú tăng dần theo đường đặc tớnh điều chỉnh.
Tại đường đặc tớnh 2, cỏc tổ mỏy cú cỏc thụng số sau: Tổ mỏy F1 cú n1 > nđm; P Pdm 2 1 ' 1 . Tổ mỏy F2 cú n2 > nđm; P Pdm 2 1 ' 2 .
Ta thấy ở đường đặc tớnh 2, phụ tải đó phõn đều cho hai tổ mỏy.
Nếu tiếp tục giữ nguyờn lượng cung cấp nhiờn liệu cho tổ mỏy F1, tăng cung cấp nhiờn liệu cho tổ mỏy F2, cho tới trạng thỏi làm việc ở đường 3.
Tổ mỏy F1: n1 = nmax; P1 = 0. Tổ mỏy F2 n2= nkt; P2 = Pđm.
Như vậy ở đường đặc tớnh 3, toàn bộ cụng suất phụ tải tỏc dụng đó truyền sang cho tổ mỏy F2. Tổ mỏy F1 chuyển sang chế độ khụng tải. Lỳc này hệ thống làm việc với tần số f > fđm, n > nđm. Sau đú tỏch tổ mỏy F1 ra khỏi hệ thống.
Ở trờn ta xột quỏ trỡnh chuyển tải bằng tay khi giữ nguyờn vị trớ tay ga của mỏy F1, và tăng cụng suất của mỏy 2. Như vậy cụng suất cơ của mỏy 1 giữ nguyờn, cụng suất cơ của mỏy 2 tăng dần nờn tần số xỏc lập ở giỏ trị cao hơn là điều đương nhiờn. Để tần số sau khi truyền tải khụng cao hơn định mức, người ta phối hợp giảm lượng nhiờn liệu cấp cho mỏy 1.
Nếu sau khi đưa mỏy 2 vào hũa đồng bộ với mỏy 1 ở đường đặc tớnh 1, người ta ngắt tải mỏy 1, toàn bộ cụng suất tải truyền ngay sang mỏy 2. Việc ngắt mỏy 1 đột ngột tương đương với việc đúng tải đột ngột mỏy 2 nờn gõy biến động điện ỏp và tần số lớn. Với cỏch truyền tải như vậy, điểm làm việc ổn định tương ứng với n < nđm. Cũn tại đặc tớnh 2, sau khi đó truyền 50% cụng suất sang mỏy 2, ta
khụng tăng lượng cấp nhiờn liệu cho mỏy 2 nữa, mà giảm lượng cấp nhiờn liệu cho mỏy 1, khi đú điểm làm việc ổn định của mỏy 2 sẽ ứng với n = nđm.
3.2. Điều chỉnh và phõn phối cụng suất phản khỏng giữa cỏc mỏy phỏt làm việc song song việc song song
3.2.1. Phõn phối cụng suất phản khỏng
Giỏ trị phụ tải phản khỏng cung cấp cho hộ tiờu thụ phụ thuộc vào mức độ kớch từ mỏy phỏt. Trị số của cụng suất phản khỏng được xỏc định bởi trị số của thành phần dũng điện phản khỏng. Trong lý thuyết mỏy điện đồng bộ đó chỉ ra rằng sự thay đổi kớch từ mỏy phỏt điện sẽ thay đổi thành phần dũng điện phản khỏng, nhưng khụng ảnh hưởng đến giỏ trị của thành phần dũng điện tỏc dụng.
Như vậy, cụng suất phản khỏng của mỏy phỏt điện cú thể điều chỉnh bằng cỏch tỏc động lờn kớch từ của mỏy phỏt điện. Từ đú, ta cú thể thực hiện việc tự động phõn phối cụng suất phản khỏng một cỏch thớch hợp giữa cỏc tổ mỏy làm việc song song thụng qua hệ thống điều chỉnh kớch từ của mỏy phỏt. Cơ sở đảm bảo tự động phõn phối đều cụng suất phản khỏng là đăc tớnh bộ ổn định điện ỏp.
Cũng như bộ điều tốc, cú hai loại đặc tớnh ổn định điện ỏp là đặc tớnh phiếm t nh (1) và đặc tớnh t nh (2) trờn hỡnh 2-46.
Hỡnh 2-46: Đặc tớnh bộ ổn định điện ỏp mỏy phỏt
Hai tổ mỏy làm việc song song được phõn phối hợp lớ cụng suất phản khỏng là dm dm Q Q Q Q 2 1 2 1 .
Cũng như ở bộ điều chỉnh cụng suất tỏc dụng, khi hai tổ mỏy phỏt điện làm việc song song, nếu bộ điều chỉnh kớch từ cú đặc tớnh phiếm t nh sẽ khụng cú khả năng tự phõn phối cụng suất phản khỏng giữa cỏc tổ mỏy phỏt khi cụng suất phản khỏng trờn tải biến đổi. Để cỏc tổ mỏy tự phõn phối cụng suất phản khỏng tỉ lệ với cụng suất định mức của chỳng, cần sử dụng bộ ổn định điện ỏp cú đặc tớnh nghiờng t nh. D nhiờn khi sử dụng cỏc bộ ổn định điện ỏp này, phải chấp nhận sai lệch điện ỏp khi tải thay đổi.
Với cỏc tổ mỏy phỏt điện sử dụng bộ ổn định cú đặc tớnh phiếm t nh, để phõn phối đều cụng suất phản khỏng giữa chỳng khi làm việc song song, phải sử dụng bộ cảm biến cụng suất phản khỏng. ộ cảm biến này sẽ tỏc động khi cú sự chờnh lệch cụng suất phản khỏng giữa cỏc tổ mỏy làm việc song song vượt quỏ 10% cụng suất phản khỏng định mức của mỗi mỏy. Cỏc cảm biến này dựng hợp bộ với cỏc bộ tự động điều khiển kớch từ.
Như vậy, bằng cỏch thay đổi kớch từ sẽ phõn phối cụng suất phản khỏng giữa cỏc tổ mỏy làm việc song song. Để phõn phối hợp lớ cụng suất phản khỏng giữa cỏc tổ mỏy làm việc song song, cần phải tạo ra độ sai lệch thớch hợp trờn đặc tớnh điều chỉnh kớch từ của mỗi tổ mỏy.
Xột đặc tớnh ổn định điện ỏp của hai mỏy làm việc song song hỡnh 2-47.
Giả thiết hai mỏy phỏt điện cú đặc tớnh điều chỉnh như hỡnh 2-20, cú chung điện ỏp U1, tương ứng với cụng suất phản khỏng QI và QII.
Khi tăng phụ tải phản khỏng thỡ điện ỏp chung giảm từ U1 đến U2. Tương ứng cụng suất phản khỏng của hai mỏy tăng từ QI đến QI’ và QII đến QII’. Để đảm bảo sự phõn phối cụng suất phản khỏng giữa cỏc mỏy phỏt làm việc song song theo tỉ lệ với cụng suõt định mức của mỗi mỏy thỡ bộ ổn định điện ỏp phải cú đặc tớnh ổn định t nh. Từ hỡnh 2-20 ta cú: 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 . . Q tg U Q U tg s Q tg U Q U tg s Hay: dm dm Q Q Q Q tg tg s s 1 2 1 2 2 1 2 1 (2-20)
Ta thấy khi hai mỏy làm việc song song, cụng suất phản khỏng được phõn phối tỉ lệ nghịch với độ dốc của đặc tớnh ổn định điện ỏp. Hai tổ mỏy cú cụng suất giống nhau làm việc song song, độ dốc đường đặc tớnh ổn định điện ỏp phải như nhau.
Kết luận: Điều kiện phõn phối hợp lớ cụng suất phản khỏng giữa hai tổ mỏy làm việc song song là độ nghiờng đường đặc tớnh bộ ổn định điện ỏp tỷ lệ nghịch với cụng suất phản khỏng định mức của chỳng.
Cỏc bộ ổn định điện ỏp khi làm việc độc lập đều mong muốn làm việc ở đặc tớnh phiếm t nh để điện ỏp ổn định khụng bị thay đổi theo tải. Khi làm việc song song, phải tạo độ nghiờng cho đặc tớnh điều chỉnh.
Một trong cỏc giải phỏp đú là dựng thiết bị ổn định dũng điện. Sơ đồ chung của hệ thống điều chỉnh kớch từ cú dựng bộ ổn định dũng điện biểu diễn trờn hỡnh
2-21. Thiết bị này gồm cú một biến dũng mắc khỏc pha với hai pha mắc biến ỏp đo lường, một điện trở R0 mắc nối tiếp trong mạch đo lường của bộ tự động điều chỉnh kớch từ. Điện ỏp đo lường đặt vào bộ điều chỉnh điện ỏp theo sai lệch gồm hai thành phần: Thành phần tỷ lệ với điện ỏp mỏy phỏt và thành phần tỷ lệ với dũng
điện mỏy phỏt. Thành phần dũng điện ở đầu ra biến dũng và thành phần điện ỏp vuụng pha khi tải thuần trở; và khi tải thuần trở thành phần điện ỏp chậm sau thành phần dũng điện một gúc /2. Cỏch mắc này nhằm để cho tớn hiệu điện ỏp đo lường đặt vào bộ điều chỉnh điện ỏp chỉ biến động phụ thuộc vào điện ỏp và thành phần dũng phản khỏng.
Hỡnh 2-48: Sơ đồ hệ thống TĐễĐĐA cú thiết bị ổn định dũng điện
Theo sơ đồ ta cú: I R U Udl BC . 0
Độ lớn vộc tơ Uđl phụ thuộc vào điện ỏp mỏy phỏt và thành phần dũng điện phản khỏng I.sin. Nếu thành phần dũng điện tải I.sin tăng làm Uđl tăng, tương tự việc tăng điện ỏp mỏy phỏt, nờn hệ thống sẽ tỏc động theo hướng làm giảm kớch từ và giảm tải phản khỏng của mỏy đú.
Độ nghiờng s của đặc tớnh do giỏ trị R0 quyết định. Ta phải chọn R0 sao cho
1 02 2
01 Q ; R Q
R khi sử dụng một loại biến dũng (là hệ số quy đổi)
Chỳ ý: Khi mỏy phỏt điện làm việc độc lập thỡ R0 phải được nối ngắn mạch để đặc tớnh bộ điều chỉnh điện ỏp trở về đặc tớnh phiếm t nh.
3.2.2. Truyền cụng suất phản khỏng giữa hai tổ mỏy làm việc song song
Quỏ trỡnh truyền cụng suất phản khỏng giữa hai tổ mỏy phỏt làm việc song song xảy ra cũng giống như quỏ trỡnh truyền cụng suất tỏc dụng. Việc truyền cụng suất phản khỏng được thực hiện bằng cỏch tỏc động lờn bộ điều chỉnh kớch từ của mỏy phỏt.
Ở đõy ta xem xột quỏ trỡnh ngược lại với quỏ trỡnh truyền cụng suất tỏc dụng: Giữ nguyờn kớch từ của mỏy F2 (mỏy đưa vào thay tế), giảm kớch từ của mỏy F1 (mỏy đang vận hành). A U A I BC U dl U
Hỡnh 2-49: Đặc tớnh truyền cụng suất phản khỏng
Tại thời điểm đưa tổ mỏy thứ 2 vào làm việc song song với tổ mỏy 1, tốc độ quay (tần số) của nú bằng tốc độ quay (tần số) của tổ mỏy thứ nhất. Điện ỏp của hai tổ mỏy là định mức U2 = U1 = Uđm. Cụng suất phản khỏng của tổ mỏy F2 Q2 = 0; của tổ mỏy F1 là định mức: Q1 = Qđm.
Đặc trưng của điểm làm việc ban đầu trờn hai mỏy: Mỏy 1: U = Uđm; Q1 = Qđm (đường đặc tớnh 1 – điểm I). Mỏy 2: U = Uđm; Q2 = 0.
Dựng biến trở điều chỉnh, ta giảm dũng kớch từ của tổ mỏy thứ nhất, dũng kớch từ của tổ mỏy thứ hai được giữ khụng đổi. Khi đú, điện ỏp của tổ mỏy thứ nhất