Khái niệm chung

Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng. Tốc độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều. Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng bị giảm thấp. Tần số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức. Do vậy và do một số nguyên nhân khác, tần số luôn được giữ ở định mức. Đối với hệ thống điện Việt nam, trị số định mức của tần số được quy định là 50Hz. Độ lệch cho phép khỏi trị số định mức là ± 0,1Hz.

Việc sản xuất và tiêu thụ công suất tác dụng xảy ra đồng thời. Vì vậy trong chế độ làm việc bình thường, công suất PF do máy phát của các nhà máy điện phát ra phải bằng tổng công suất do các phụ tải tiêu thụ Ptt và công suất tổn thất Pth trên đường dây truyền tải và các phần tử khác của mạng điện, nghĩa là tuân theo điều kiện cân bằng công suất tác dụng : PF = Ptt + Pth = PPT  (với PPT là phụ tải tổng của các máy phát).

Khi có sự cân bằng công suất thì tần số được giữ không đổi. Nhưng vào mỗi thời điểm tùy thuộc số lượng hộ tiêu thụ được nối vào và tải của chúng, phụ tải của hệ thống điện liên tục thay đổi làm phá hủy sự cân bằng công suất và làm tần số luôn biến động. Để duy trì tần số định mức trong hệ thống điện yêu cầu phải thay đổi công suất tác dụng một cách tương ứng và kịp thời. Như vậy vấn đề điều chỉnh tần số liên quan chặt chẽ với điều chỉnh và phân phối công suất tác dụng giữa các tổ máy phát và giữa các nhà máy điện. Tần số được điều chỉnh bằng cách thay đổi lượng hơi hoặc nước đưa vào tuabin. Khi thay đổi lượng hơi hoặc nước vào tuabin, công suất tác dụng của máy phát cũng thay đổi.

Bộ điều chỉnh tốc độ quay tuabin sơ cấp

Vào thời kỳ đầu phát triển hệ thống năng lượng, nhiệm vụ duy trì tần số được giao cho bộ điều chỉnh tốc độ quay kiểu ly tâm đặt tại tuabin của các nhà máy thủy điện và nhà máy nhiệt điện. Bộ điều chỉnh này cũng được gọi là bộ điều chỉnh sơ cấp. Sơ đồ cấu trúc của một trong những loại bộ điều chỉnh sơ cấp như trên hình:

Sơ đồ nguyên lí cấu tạo và tác động của bộ điều chỉnh tốc độ tuabin

Sơ đồ nguyên lí cấu tạo và tác động của bộ điều chỉnh tốc độ tuabin

Cơ cấu đo lường là con lắc ly tâm 1 quay cùng với tuabin. Khi tần số giảm, tốc độ quay của tuabin giảm, quả cầu của con lắc hạ xuống và khớp nối của nó từ vị trí A chuyển đến A1. Tay đòn AC xoay quanh C làm khớp nối B chuyển đến vị trí B1, tay đòn GE quay quanh G làm khớp nối E chuyển đến vị trí E1 và piston bình 2 di chuyển xuống dưới, dầu áp suất cao đi vào phía dưới piston bình 3, piston được nâng lên làm tăng lượng hơi (hoặc nước) đi vào tuabin, khớp nối B chuyển đến vị trí B1 và khi tốc độ quay tăng lên, khớp nối từ A1 chuyển đến vị trí A2, đồng thời tay đòn AC xoay quanh C1 nâng khớp nối B và các điểm D, E về vị trí cũ làm kín bình 3 và chấm dứt quá trình điều chỉnh.
Vị trí mới của piston 3 và của khớp nối ở A2 tương ứng với tốc độ quay nhỏ hơn của tuabin. Như vậy tần số không trở về giá trị ban đầu. Bộ điều chỉnh như vậy gọi là bộ điều chỉnh có đặc tính phụ thuộc.

Để khôi phục tốc độ quay định mức, cũng như để điều khiển tuabin bằng tay người ta dùng cơ cấu 4, nhờ nó thay đổi vị trí điểm G. Chẳng hạn như khi dịch chuyển điểm G lên trên, GE quay quanh D và hạ piston 2 xuống, lúc này bình 3 tăng lượng hơi (nước) vào tuốc-bin và tần số tăng lên.

Có thể điều khiển xa cơ cấu 4 nhờ động cơ 5.

Điều chỉnh và phân phối công suất tác dụng giữa các máy phát làm việc song song

Bộ điều chỉnh tốc độ quay sơ cấp, cũng như thiết bị điều chỉnh tần số thứ cấp có thể có 2 dạng đặc tính điều chỉnh: độc lập và phụ thuộc.

Bộ điều chỉnh có đặc tính độc lập duy trì tốc độ quay n hay tần số f của hệ thống không đổi khi phụ tải của máy phát thay đổi từ không tải đến định mức. Nhược điểm của dạng điều chỉnh này là không thể cho một số máy phát làm việc song song vì sự phân phối phụ tải giữa chúng không xác định. Nếu 2 máy phát có đặc tính điều chỉnh độc lập làm việc song song với nhau, thì ở tần số định mức mỗi máy sẽ có một phụ tải nhất định nào đó, còn khi tần số giảm xuống cả 2 bộ điều chỉnh đều tác động tăng tải cho máy phát của mình nhằm để khôi phục tần số. Trong trường hợp này, các máy phát được tăng tải hoàn toàn tùy tiện và thậm chí một máy phát có bộ điều chỉnh nhạy hơn sẽ nhận hết tất cả phần phụ tải tăng thêm, còn máy phát kia không được tăng tải, hoặc chỉ bắt đầu tăng tải khi nào phụ tải của máy phát thứ nhất đạt giá trị cực đại mà tần số vẫn không được khôi phục.

Việc áp dụng bộ điều chỉnh tốc độ quay có đặc tính phụ thuộc cho các máy phát làm việc song song sẽ đảm bảo sự làm việc ổn định của chúng và sự phân phối phụ tải định trước.

Hệ số phụ thuộc đặc trưng cho độ dốc của đặc tính điều chỉnh (hình phía dưới): 

hệ số đặc trưng độ dốc

biểu diễn hệ số phụ thuộc trong đơn vị tương đối (đối với tần số định mức fđm và công suất định mức Pđm của máy phát), ta có:

hệ số phụ thuộc trong đơn vị tương đối

Nếu các máy phát làm việc song song có đặc tính điều chỉnh phụ thuộc thì độ thay đổi công suất tác dụng tổng sẽ được phân phối giữa chúng tỷ lệ nghịch với hệ số phụ thuộc của mỗi máy (hình dưới).

Thay đổi độ dốc của đặc tính có thể đảm bảo phần đóng góp cần thiết của máy phát trong việc điều chỉnh phụ tải của nhà máy điện. Nhược điểm của dạng điều chỉnh theo đặc tính phụ thuộc là không thể duy trì không đổi tần số của hệ thống.

Sự phân phối công suất tác dụng giữa các máy phát làm việc song song

Bộ tài liệu Thiết kế điện hợp chuẩn – Bạn đã có ???
Tham khảo ngay