Trong nhà mỏy điện cỏc mỏy phỏt điện nối chung vào một thanh cỏi, trong hệ thống điện gồm nhiều nhà mỏy nối với nhau, tạo thành lưới điện, như vậy cỏc mỏy phỏt điện đồng bộ làm việc song song. Cú nhiều ưu điểm như giảm vốn đầu tư đặt mỏy phỏt điện dự trữ, đảm bảo an toàn cung cấp điện và sử dụng cỏc nguồn năng lượng một cỏch kinh tế. Khi nối cỏc mỏy phỏt điện làm việc song song cụng suất của lưới điện rất lớn so với cụng suất của từng mỏy phỏt, do đú tần số và điện ỏp của lưới điện gần như khụng đổi khi thay đổi tải.
4.6.1.Mỏy phỏt điện đồng bộ làm việc song song
Khi ghộp một mỏy phỏt điện đồng bộ làm việc song song trong hệ thống điện lực hoặc với một mỏy phỏt điện đồng bộ khỏc, để trỏnh dũng điện xung và cỏc mụmen điện từ cú trị số rất lớn cú thể sinh ra sự cố làm hỏng mỏy và cỏc thiết bị điện khỏc, gõy rối loạn trong hệ thống điện lực thỡ cỏc trị số tức thời của điện ỏp mỏy phỏt điện và hệ thống điện lực phải luụn bằng nhau. Muốn vậy phải đảm bảo cỏc điều kiện sau đõy:
1. Điện ỏp của mỏy phỏt UF phải bằng điện ỏp của lưới điện UL. 2. Tần số của mỏy phỏt fF phải bằng tần số của lưới điện fL. 3. Thứ tự pha của mỏy phỏt phải giống thứ tự pha của lưới điện. 4. Điện ỏp của mỏy phỏt và của lưới phải trựng pha nhau.
Nếu khụng đảm bảo đỳng cỏc điều kiện núi trờn, khi ghộp song song mỏy phỏt điện cú thể xảy ra cỏc sự cố nghiờm trọng, thớ dụ như khi đúng mỏy cắt mà điện ỏp của mỏy phỏt và của lưới lệch pha nhau 1800 thỡ sẽ tương đương với nối ngắn mạch mỏy phỏt điện với điện ỏp UF – UL = 2UF; dũng điện xung khi đúng mỏy cắt
cú thể lớn gấp hai lần dũng điện ngắn mạch thụng thường; lực và mụmen điện từ sẽ lớn gấp bốn lần, phỏ hỏng dõy quấn, kết cấu thộp, lừi thộp, trục,… của mỏy phỏt điện.
Khi ghộp song song, việc điều chỉnh điện ỏp UF của mỏy phỏt đồng bộ được thực hiện bằng cỏch thay đổi dũng điện kớch từ của mỏy, tần số fF của mỏy được điều chỉnh bằng cỏch thay đổi mụmen hoặc tốc độ của động cơ sơ cấp kộo mỏy phỏt điện. Sự trựng pha giữa điện ỏp của mỏy phỏt điện và của lưới điện được kiểm tra bằng đốn, vụnmet cú chỉ số khụng hoặc dụng cụ đo đồng bộ. Thứ tự pha của mỏy phỏt điện thường chỉ được kiểm tra một lần sau khi lắp rỏp mỏy và hũa đồng bộ với lưới điện lần đầu.
Việc ghộp song song mỏy phỏt điện vào hệ thống điện theo cỏc điều kiện núi trờn gọi là hũa đồng bộ chớnh xỏc mỏy phỏt điện. Trong một số trường hợp cú thể dựng phường phỏp hũa đồng bộ khụng chớnh xỏc, nghĩa là khụng phải so sỏnh tần số, trị số gúc pha cỏc điện ỏp của mỏy phỏt điện cần được ghộp song song và của lưới điện. Phương phỏp này cũn được gọi là phương phỏp tự đồng bộ.
4.6.2.Cỏc phương phỏp hũa đồng bộ chớnh xỏc
a. Hũa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ỏnh sỏng đốn.
Phương phỏp này dựng cho cỏc mỏy phỏt điện đồng bộ cụng suất nhỏ và được thực hiện hoặc với kiểu nối “tối” theo sơ đồ trờn hỡnh 4-14 hoặc với kiểu ỏnh sỏng đốn “quay” theo sơ đồ trờn hỡnh 4-15. Trong cỏc sơ đồ trờn hỡnh 4-14 và 4-15, F1 là mỏy phỏt điện đang làm việc và F2 là mỏy phỏt điện cần đem ghộp song song với F1. Bộ đồng bộ kiểu ỏnh sỏng được hỡnh thành bằng cỏc ngọn đốn 1, 2 và 3.
Khi hũa đồng bộ theo kiểu nối tối (hỡnh 4-14), mỗi ngọn đốn 1, 2, 3 của bộ đồng bộ được nối giữa hai đầu tương ứng của mỏy cắt MC2. Trong quỏ trỡnh hũa đồng bộ thường phải điều chỉnh đồng thời điện ỏp UF và tần số fF của mỏy phỏt điện F2. Điện ỏp UF của mỏy phỏt điện được kiểm tra theo điều kiện UF = UL (trong đú UL là điện ỏp của lưới điện và cũng là điện ỏp của mỏy phỏt điện F1 đang làm việc) bằng vụnmet V cú cầu dao đổi nối. Tần số và thứ tự pha được kiểm tra bằng bộ đồng bộ với cỏc đốn 1, 2 và 3. Khi tần số fF ≠ fL thỡ điện ỏp UF – UL đặt vào cỏc đốn 1, 2, 3 sẽ cú tần số fF – fL. Nếu thứ tự pha của mỏy phỏt điện và của lưới điện giống nhau thỡ cả 3 ngọn đốn sẽ lần lượt cựng tối và cựng sỏng như nhau với tần số fF – fL đú. Sỡ dĩ như vậy là vỡ cỏc điện ỏp ΔU đặt lờn ba ngọn đốn chớnh là hiệu số cỏc điện ỏp pha tương ứng của hai hỡnh sao điện ỏp của mỏy phỏt điện F2 và của lưới điện, quay với cỏc tần số gúc ωF = 2πfF và ωL = 2πfL như trờn hỡnh 4-14. Rừ ràng là khi fF ≠ fL thỡ cỏc điện ỏp đặt vào ba ngọn đốn sẽ thay đổi giống nhau trong phạm vi 0 ≤ ΔU ≤ 2UF và ba ngọn đốn sẽ cựng sỏng và tối với hiệu cỏc tần số fF – fL đú. Tiếp tục điều chỉnh tần số fF của mỏy phỏt F2 sao cho chu kỳ tối và sỏng bằng 3 ữ 5 giõy (nghĩa là lỳc đú fF ≈ fL) và chờ cho lỳc cỏc đốn tắt hẳn ứng với lỳc điện ỏp của mỏy phỏt điện F2 và của lưới điện trựng pha nhau thỡ cú thể đúng mỏy cắt MC2 và việc ghộp song song mỏy phỏt điện vào lưới điện được hoàn thành.
Hỡnh 4-15. Sơ đồ hũa đồng bộ mỏy phỏt điện kiểu ỏnh sỏng đốn “quay”. Khi hũa đồng bộ theo kiểu ỏnh sỏng quay (hỡnh 4-15) thỡ hai trong ba ngọn đốn thớ dụ đốn 2, 3 phải được nối với cỏc đầu khụng tương ứng của mỏy cắt MC2. Trong quỏ trỡnh ghộp song song nếu thứ tự pha giống nhau thỡ khi fF ≠ fL cỏc đốn 1, 2, 3 sẽ lần lượt sỏng và tối tạo thành ỏnh sỏng “quay”. Vỡ điện ỏp đặt vào cỏc đốn đú sẽ khụng bằng nhau và thay đổi lần lượt trong phạm vi 0 ≤ ΔU ≤ 2UF như trờn hỡnh 4-15. Khi fF
> fL nếu ỏnh sỏng quay theo một chiều nhất định thỡ khi fF < fL ỏnh sỏng sẽ quay theo chiều ngược lại. Tốc độ quay nhanh hoặc chậm phụ thuộc vào sự khỏc nhau giữa fF và fL. Điều chỉnh cho fF = fL và tốc độ ỏnh sỏng quay thật chậm (fF ≈ fL) và đợi cho khi đốn khụng nối chộo (đốn 1) tắt hẳn và cỏc đốn nối chộo (2 và 3) sỏng bằng nhau ứng với lỳc cỏc điện ỏp của mỏy phỏt điện và lưới điện trựng pha nhau thỡ cú thể đúng mỏy cắt MC2.
Cần chỳ ý rằng:
+ Khi hũa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu đốn, nếu theo sơ đồ nối tối mà kết quả được ỏnh sỏng quay hoặc nếu theo sơ đồ nối kiểu ỏnh sỏng quay mà kết quả được đốn cựng sỏng và tối thỡ như vậy là thứ tự pha của mỏy phỏt điện khỏc với thứ tự pha của lưới điện. Trong những trường hợp đú, phải trao đổi hai trong ba đầu dõy tức là hai trong ba pha của mỏy phỏt điện với mỏy cắt MC2.
+ Muốn mỏy phỏt mang tải, ta tăng cụng suất động cơ sơ cấp: tăng lưu lượng nước trong mỏy thủy điện hoặc tăng lưu lượng hơi trong mỏy nhiệt điện.
b. Hũa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ.
Trong cỏc nhà mỏy điện cú đặt cỏc mỏy phỏt điện cụng suất lớn, để kiểm tra cỏc điều kiện ghộp song song mỏy phỏt điện vào lưới điện, người ta thường dựng cột đồng bộ tức là bộ đồng bộ kiểu điện từ. Cột đồng bộ gồm ba dụng cụ đo sau: một vụnmet cú hai kim, một kim chỉ điện ỏp UF của mỏy phỏt điện, một kim chỉ điện ỏp UL của lưới điện; một tần số kế cú hai dóy phiến rung để chỉ đồng thời tần số fF của mỏy và tần số fL của lưới; một dụng cụ đo làm việc theo nguyờn lý từ trường quay cú kim quay với tần số fF – fL. Tốc độ quay của kim phụ thuộc vào trị số fF – fL và chiều quay của kim thuận hoặc ngược chiều kim đồng hồ tựy theo fL > fF hoặc ngược lại. Khi fF = fL và kim quay thật chậm (fF ≈ fL) thỡ thời điểm đúng mỏy cắt là lỳc kim trựng với đường thẳng đứng và hướng lờn trờn.
Việc hũa đồng bộ chớnh xỏc mỏy phỏt điện đũi hỏi nhõn viờn thao tỏc phải thật thành thạo và tập trung chỳ ý cao độ để trỏnh nhầm lẫn nhất là khi trong hệ thống điện lực đang cú sự cố.
4.6.3.Phương phỏp tự đồng bộ
Việc ghộp mỏy phỏt điện làm việc song song với lưới điện theo phương phỏp tự đồng bộ được tiến hành như sau: đem quay mỏy phỏt điện khụng được kớch thớch (UF = 0) với dõy quấn kớch thớch được nối tắt qua điện trở triệt từ đến tốc độ sai khỏc với tốc độ đồng bộ khoảng 2% rồi khụng cần kiểm tra tần số, trị số và gúc pha của điện ỏp cứ việc đúng mỏy cắt ghộp mỏy phỏt điện vào lưới điện. Sau đú lập tức cho kớch thớch mỏy phỏt điện và do tỏc dụng của mụmen đồng bộ, mỏy phỏt điện được
lụi vào tốc độ đồng bộ (fF = fL), quỏ trỡnh ghộp mỏy phỏt điện làm việc song song trong lưới điện được hoàn thành.
Cần chỳ ý rằng; việc đúng mỏy cắt nối mỏy phỏt điện chưa được kớch thớch vào lưới điện cú điện ỏp UL tương đương với việc ngắn mạch đột nhiờn của lưới điện. Vỡ ngoài tổng trở của bản thõn mỏy phỏt điện cũn cú tổng trở của cỏc phần tử khỏc của lưới điện (mỏy biến ỏp tăng ỏp, đường dõy,…) nờn dũng điện xung chạy trong mỏy phỏt điện khụng vượt quỏ ba hoặc bốn lần dũng điện định mức. Hơn nữa vỡ dõy quấn kớch thớch được nối qua điện trở triệt từ nờn dũng điện xung quỏ độ giảm rất nhanh. Phương phỏp tự đồng bộ được phộp sử dụng trong trường hợp Ixg < 3,5Iđm.
CÂU HỎI ễN TẬP BÀI 4
1. Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của mỏy phỏt đồng bộ và động cơ đồng bộ? 2. Phản ứng phần ứng của mỏy điện đồng bộ?
3. Tại sao động cơ đồng bộ khụng tự mở mỏy được? Cỏch mở mỏy? 4. Cỏc đặc tớnh điều chỉnh của mỏy phỏt điện đồng bộ?
5. Sự làm việc song song của mỏy phỏt điện đồng bộ? 6. Ưu nhược điểm của động cơ đồng bộ?