Trong mỗi nhà máy điện thường đặt nhiều máy điện đồng bộ và nói chung các nhà máy điện đều làm việc trong hệ thống điện lực.
Việc nối các máy phát điện làm việc chung trong hệ thống điện lực là cần thiết vì nó có ưu điểm:
- Đảm bảo tính liên tục cung cấp điện,
- Sử dụng hợp lý nguồn năng lượng như về mùa mưa lũ cho các nhà máy thuỷ điện làm việc với công suất lớn để giảm công suất của các trạm nhiệt điện, tiết kiệm than, dầu trong thời gian đó …
- Do đảm bảo tính liên tục cung cấp điện nên đã giảm được vốn đầu tư do không phải đặt các máy dự phòng.
Điều kiện để ghép song song hai máy phát điện
Khi ghép một máy phát điện làm việc song song với hệ thống điện lực hoặc với một máy phát điện khác phải đảm bảo các điều kiện sau:
- Điện áp của máy phát UF phải bằng điện áp của lưới UL.
- Tần số của máy phát fF phải bằng tần số lưới fL.
- Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới.
- Điện áp của máy phát và của lưới phải trùng pha nhau.
Khi ghép song song, việc điều chỉnh điện áp của máy phát UF được thực hiện bằng cách thay đổi dòng kích từ của máy, còn tần số fF của máy được điều chỉnh bằng cách thay đổi mômen quay (tốc độ) của động cơ sơ cấp kéo máy phát. Sự trùng pha giữa điện áp của máy phát và điện áp của lưới được kiểm tra bằng đèn, vonmét chỉ không hoặc dụng cụ đồng bộ. Thứ tự pha của máy phát được kiểm tra bằng dụng cụ kiểm tra thứ tự pha và thường chỉ kiểm tra một lần sau khi lắp đặt máy và hoà đồng bộ với lưới lần đầu tiên.
Ghép song song máy phát vào lưới theo các điều kiện trên gọi là hoà đồng bộ chính xác.
Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác
Hoà đồng bộ bằng bộ hoà đồng bộ kiểu ánh sáng đèn.
Bộ hoà này dùng cho các máy phát điện có công suất nhỏ. Có hai kiểu nối các đèn trong bộ hoà: kiểu nối “tối” (hình 13-6a) và kiểu ánh sáng đèn “quay” (hình 13-6b).
Hoà đồng bộ bằng bộ hoà kiểu ánh sáng đèn nối theo kiểu nối tối.
Trong sơ đồ hình 13-6a, F1 là máy phát điện đang làm việc, F2 là máy phát điện cần ghép song song với máy phát F1. Bộ hoà kiểu ánh sáng đèn được hình thành bởi ba ngọn đèn 1, 2 và 3.
Các đèn của bộ hoà được nối giữa hai đầu tương ứng của cầu dao D2.
Trong quá trình hoà, phải điều chỉnh đồng thời điện áp UF và tần số fF của máy phát F2.
Điện áp máy phát UF được kiểm tra theo điều kiện UF = UL bằng vôn mét V có cầu dao đổi nối.
Tần số và thứ tự pha được kiểm tra bằng bộ đồng bộ với ba đèn 1, 2 và 3.
Điện áp đặt vào ba đèn chính là hiệu số các điện áp pha tương ứng của máy phát và của lưới (hình 13-7a).
Hai hình sao điện áp của máy phát và của lưới đang quay với tốc độ ωF = 2πfF và ωL = 2πfL.
Khi tần số fF ≠ fL thì điện áp đặt vào các đèn UF – UL sẽ có tần số fF – fL.
Nếu thứ tự pha của máy phát và của lưới giống nhau thì điện áp đặt vào ba đèn sẽ giống nhau và thay đổi trong phạm vi 0 ≤ ΔU ≤ 2UF, cả ba đèn sẽ cùng tối và cùng sáng như nhau với tần số fF – fL.
Điều chỉnh tần số fF của máy phát F2 sao cho chu kỳ sáng và tối bằng 3 ÷ 5 giây, chờ lúc các đèn tắt hẳn (là lúc điện áp của máy phát và của lưới trùng pha nhau) thì đóng cầu dao hoà D2, việc ghép song song máy phát với lưới được hoàn thành.
Hoà đồng bộ bằng bộ hoà nối theo kiểu ánh sáng đèn “quay”
Khi hoà đồng bộ theo kiểu ánh sáng đèn “quay” (hình 13-6b) thì hai trong ba đèn phải được nối vào các đầu không tương ứng của cầu dao D2, ví dụ đèn 2 và đèn 3.
Nếu thứ tự pha giống nhau thì khi tần số fF ≠ fL, các đèn 1, 2, 3 sẽ lần lượt thay nhau sáng, tối tạo thành ánh sáng đèn “quay”.
Sở dĩ như vậy là vì điện áp đặt vào các đèn không bằng nhau, chúng thay đổi lần lượt trong phạm vi 0 ≤ ΔU ≤ 2UF như trên hình 13-7b.
Khi fF > fL, ánh sáng quay theo chiều này thì khi fF < fL ánh sáng quay theo chiều ngược lại.
Điều chỉnh cho fF = fL và tốc độ ánh sáng quay thật chậm (fF ≈ fL), chờ đến khi đèn không nối chéo (đèn 1) tắt hẳn, các đèn nối chéo (2 và 3) sáng bằng nhau (đó là lúc các điện áp của máy phát và của lưới trùng pha nhau) thì đóng cầu dao hoà D2.
Chú ý: Khi hoà dùng bộ hoà kiểu ánh sáng đèn, nếu nối theo sơ đồ nối “tối” mà nhận được kết quả là ánh sáng đèn “quay” hoặc khi nối theo sơ đồ ánh sáng đèn “quay” mà kết quả nhận được các đèn cùng sáng cùng tối thì thứ tự pha của máy phát đã khác thứ tự pha của lưới. Trong trường hợp đó chỉ cần tráo hai trong ba pha của máy phát điện nối với cầu dao D2 là được.
Hoà đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ
Ở các nhà máy điện có đặt các máy phát có công suất lớn, để kiểm tra các điều kiện ghép song song máy phát điện vào lưới người ta dùng bộ đồng bộ kiểu điện từ, gọi là cột đồng bộ.
Cột đồng bộ gồm ba dụng cụ đo sau: một vôn mét có hai kim, một kim chỉ UF và một kim chỉ UL, một tần số kế có hai kim để chỉ đồng thời tần số máy phát fF và tần số lưới fL và một đồng bộ kế làm việc theo nguyên lý từ trường quay có kim quay với tần số fF – fL. Tốc độ quay của kim đồng bộ kế phụ thuộc vào trị số fF – fL, chiều quay của kim thuận hay ngược chiều kim đồng hồ tuỳ thuộc vào fF > fL hay fF < fL.
Trong quá trình hoà, điều chỉnh cho fF = fL và kim quay thật chậm (fF ≈ fL), thời điểm đóng cầu dao hoà là lúc kim của đồng bộ kế trùng với vạch thẳng đứng và hướng lên trên.
Việc hoà đồng bộ chính xác máy phát điện đòi hỏi nhân viên vận hành phải thao tác thật thành thục và tập trung chú ý cao độ để tránh thao tác nhầm, nhất là khi trong lưới đang có sự cố.
Để giảm nhẹ công việc cho nhân viên thao tác và tránh nhầm lẫn có thể xảy ra sự cố, ta có thể dùng bộ hoà đồng bộ tự động: Tự động điều chỉnh UF và fF của máy phát và tự động đóng cầu dao khi các điều kiện hoà được đảm bảo.
Vì khi trong lưới đang có sự cố, UL và fL luôn thay đổi nên quá trình hoà tự động thường kéo dài 5 đến 10 phút.
Phương pháp hoà tự đồng bộ.
Ghép song song máy phát với lưới điện thep phương pháp tự đồng bộ được tiến hành như sau:
Quay máy phát không được kích thích (UF = 0) với dây quấn kích thích được nối tắt qua điện trở diệt từ đến tốc độ xấp xỉ tốc độ đồng bộ (sai khác khoảng 2%), không cần kiểm tra tần số, trị số và góc pha của điện áp, đóng cầu dao ghép máy phát vào lưới điện. Sau đó lập tức đóng kích thích cho máy phát điện, do tác dụng của mômen đồng bộ, máy phát được lôi vào đồng bộ (fF = fL), việc ghép máy phát vào làm việc song song với lưới được hoàn thành.
Chú ý: Việc đóng cầu dao nối máy phát chưa được kích thích với lưới có UL tương đương với trường hợp ngắn mạch đột nhiên của lưới. Tuy nhiên, do trên lưới có tổng trở của các phần tử (như máy biến áp tăng áp, đường dây …) và tổng trở của bản thân máy phát điện nên dòng điện xung chạy trong máy phát điện không vượt quá ba hoặc bốn lần dòng điện định mức.
Vì dây quấn kích thích được nối tắt qua điện trở diệt từ nên dòng điện xung quá độ giảm rất nhanh (hình 24-3).
Phương pháp hoà tự đồng bộ chỉ được phép sử dụng trong trường hợp Ixg < 3,5 Iđm
Chúc các bạn thành công !
