CHƯƠNG 3VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN§3.1 ĐẬC ĐIỂM VÀ PHÂN LOẠI3.1.1 Đăc điểmThiết bị điện chiếm vị trí quan trọng nhất trong các nhà máy điện [NMĐ] là máyphát điện [MPĐ]. Các máy phát điện có nhiệm vụ biến đổi các dạng cơ năng thànhđiện năng. Đó là khâu chính của quá trình sản xuất điện năng. Hiện nay các MPĐdùng trong NMĐ chủ yếu vẫn là các MPĐ đồng bộ ba pha. Chúng có công suất từvài kW đến hàng nghìn MW, điện áp định mức từ 380V đến 25kV. Khi làm việctrong NMĐ, các MPĐ không thể tách rời các thiết bị phụ như: hệ thống kích từ, hệthống bôi trơn, hệ thống làm mát...Một MPĐ chỉ có thể phát ra điện năng [đặc trưng bởi S, f, U, I] khi có đủ các điềukiện sau:- Phải có dòng điện kích thích đưa vào cuộn dây rôto của MPĐ để tạo ra từ thôngchính Φ0 . Dòng kích thích này do máy phát kích thích một chiều cung cấp.- Phải có công suất cơ để tạo ra mô men cơ M1 làm quay rôto của MPĐ. Công suấtcơ do các động cơ sơ cấp cung cấp [tua bin hơi, tua bin nước,...]Các yếu tố làm việc của một MPĐ được mô tả như hình 3.1.Động cơ sơ cấp[tua bin hơi, tuabin nước]M1MPĐMáy phát kíchthích một chiềuEư , Iư , f , SF , PF ,QF , cosϕ FΦοHình 3.1 : Sơ đồ nguyên lý các yếu tố làm việc của MPĐCông suất cơ M1 chủ yếu điều chỉnh được tần số f và công suất tác dụng P F .Dòng điện kích thích để tạo ra từ trường chính Φ0 , chủ yếu điều chỉnh điện áp U[sức điện động E] và công suất phản kháng QF .Tuy nhiên sự điều chỉnh công suất cơ M1 cũng làm thay đổi được điện áp U, sựđiều chỉnh dòng kích thích cũng làm thay đổi được tần số f, nhưng sự phụ thuộc đóít hơn.Rõ ràng là muốn điều chỉnh được tần số f và công suất tác dụng P F thì phải điềuchỉnh công suất cơ M1 tức là điều chỉnh lượng hơi vào tua bin hơi [đối với MPĐ tuabin hơi] hay điều chỉnh lượng nước vào tua bin nước [đối với MPĐ tua bin nước].48Muốn điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát U và công suất phản kháng Q F thì phảiđiều chỉnh dòng điện kích thích Ikt .Như vậy, nếu chất lượng điện năng được đặc trưng bởi U và f thì M1 và Φ0 quyếtđịnh nhiều đến chất lượng điện năng.Nguyên lý làm việc chung của máy phát điện đồng bộ dựa trên sự chuyển độngtương đối của phần cảm [còn gọi là phần kích từ] và phần ứng [phát ra điện xoaychiều]. Khi rôto chuyển động quay đều với vận tốc ω, dòng điện một chiều chạytrong cuộn dây kích từ của rôto sẽ sinh ra từ trường quay có từ thông Φ khép mạchqua cuộn dây của phần ứng stato và sinh ra sức điện động cảm ứng Eo biến đổi theochu kỳ hình sin có tần số f = 50Hz hoặc f = 60Hz. Chuyển động tương đối của phầncảm và phần ứng cho phép phần cảm quay phần ứng đứng yên hoặc phần ứng quayphần cảm đứng yên. Mạch kích từ và cuộn dây kích từ dùng điện áp một chiều thấp,có cấu tạo cực từ đơn giản hơn cực từ của phần ứng.Các cuộn dây phần ứng thườngcó nhiều vòng chịu điện áp cao, có cấu tạo mạch từ và cách đấu nối dây dẫn phứctạp. Do những đặc điểm trên nên máy phát điện đồng bộ thường chế tạo với phầncảm quay gọi là rôto, phần ứng đứng yên gọi là stato.Máy phát điện đồng bộ hoạt động được là nhờ có hệ thống tuabin, tua bin củamáy phát có vai trò truyền lực và truyền mô men quay M1 vào làm quay trục máyphát, năng lượng được dùng để quay cánh tua bin là sức nước, khí ga, hơi nước, tùytheo việc xử dụng nguồn năng lượng nào mà có tua bin có tên gọi khác nhau:- Tua bin dùng năng lượng nước được gọi là tua bin nước. Với các nhà máy thủyđiện công suất lớn có tốc độ quay của tua bin thấp khoảng 100 ÷ 150 vòng/ phút,các máy phát điện tua bin nước có tốc độ thấp thường dùng kiểu cực lồi. Với cácnhà máy thủy điện được thiết kế có mức chênh áp nước lớn thường có tốc độ quaytua bin cao khoảng 1000 ÷ 1500 vòng/ phút.- Các máy phát điện tua bin khí và tua bin hơi dùng các nguồn năng lượng như khíga [nhà máy tua bin khí] hoặc hơi [nhà máy nhiệt điện]. Máy phát điện tua bin khíhoặc tua bin hơi thường có 2 hoặc 4 cực được thiết kế chế tạo để làm việc ở tốc độcao khoảng 1500 ÷ 3600 v/ phút.- Các máy phát điện được kéo trực tiếp bằng động cơ Diesel hoặc bằng động cơxăng “không dùng tua bin” thường có tốc độ khoảng 100 ÷ 1000 v/ phút. Hiện naymáy phát điện Diesel không dùng trong lưới điện mà chỉ là nguồn phát điện độc lập,vì công suất và hiệu suất thấp, giá thành sản xuất điện năng cao,chi phí nhiên liệuvà chi phí cho sửa chữa cao.3.1.2 Phân loại1] Máy phát tuabin hơiMáy phát điện tua bin hơi [máy phát nhiệt điện] được tính toán chế tạo với tốcđộ quay lớn [với tần số 50 Hz, quay 3000 vg/ph], vì vậy rôto được làm theo kiểucực ẩn bằng cả một khối thép hợp kim rèn có chất lượng cao và tính chất về cơ khícao. Dạng hình trụ dài, trục quay được bố trí nằm ngang. Máy phát điện tua bin hơi49làm việc có tốc độ lớn thì các tua bin hơi sẽ có hiệu suất cao, kích thước giảm điđáng kể.Một đầu trục rôto của MPĐ được nối trực tiếp với trục của tua bin hơi [thườngnối cứng], đầu còn lại nối với rôto của máy kích thích [nếu có].Mối quan hệ giữa tần số và tốc độ quay được thể hiện bởi biểu thức60 fp=[3.1]ntrong đó : p - số lượng cặp cực ;n - tốc độ quay, vòng/phút;f - tần số.Như vậy ứng với tần số 50Hz, nếu máy phát tuabin hơi có một cặp cực thì tốcđộ quay sẽ là 3000 vg/ph. Vì rotor của các máy phát tuabin hơi quay nhanh nênđường kính rất nhỏ, kết cấu cực ẩn để đảm bảo độ bền cơ học cao. Mạch từ củastator và rotor máy phát điện nói chung được các làm bằng thép có độ từ dẫn lớn vàđộ bền cơ học cao để có thể hạn chế được tổn hao do dòng điện xoáy. Sơ đồ kết cấucủa máy phát được thể hiện trên hình 3.2. Đặc điểm kết cấu của máy phát có thểtóm tắt như sau:a] Vỏ stator được chế tạo liền khối không thấm khí, có độ bền cơ học đủ đểstator có thể không bị hỏng bởi sự biến dạng khi có sự cố nổ, vỏ được đặttrực tiếp lên bệ máy và bắt chặt bằng bulông.b] Lõi stator có cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật, trên bề mặt các lá thép này đượcquét lớp sơn cách điện và dọc theo trục có các rãnh thông gió.Cuộn dây của stator có cấu tạo kiểu 3 pha 2 lớp, cách điện giữa các cuộn dâythường dùng là cách điện loại B sơ đồ nối hình sao kép gồm 9 đầu ra.c] Rotor được rèn liền khối bằng thép đặc biệt để đảm bảo rotor có độ bền cơhọc trong mọi chế độ làm việc của máy phát. Cuộn dây của rotor có cách điện loạiB, lõi được khoan xuyên tâm để đặt các dây nối các cuộn rotor đến chổi than, cácvòng dây rotor quấn trên các gờ rãnh, các rãnh này tạo nên các khe thông gió. Mộtđầu trục rotor được nối trực tiếp với trục tuabin hơi, đầu còn lại nối với máy kích từ.Các ổ đỡ thuộc loại ổ trượt được bôi trơn bằng dầu áp lực cao.d] Bộ chèn trục dùng để giữ khí H2 không thoát ra ngoài theo dọc trục có kếtcấu đảm bảo nén chặt bạc vào gờ trục nhờ áp lực dầu chèn, dầu nén và đảm bảo tựđộng dịch chuyển dọc khi có sự di trục.e] Bộ làm mát được bố trí bao bọc phần trên và dọc theo thân máy phát.f] Thông gió cho máy phát điện được thực hiện theo chu trình tuần hoàn kín cùngvới việc làm mát khí H2 bằng các bộ làm mát đặt trong vỏ stator, căn cứ vào yêu cầulàm mát khí H2, nhà chế tạo đặt 2 quạt ở 2 đầu trục của rotor máy phát.Kiểu trục ngang là kiểu mà trục rô to máy phát nằm song song với mặt đất, kiểutrục ngang thường dùng cho các máy phát điện có công suất thấp [hình 3.2]50Ưu điểm:- Trang bị hệ thống bôi trơn đơn giản hơn so với kiểu trục đứng.- Thuận lợi trong việc sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ.- Giá thành xây lắp, chế tạo rẻ.Nhược điểm:- Gian máy yêu cầu phải có diện tích mặt bằng lớn, chiều cao gian máy thấp- Máy phát điện được đặt cùng cao độ tua bin nên gặp khó khăn trong việc giảiquyết độ cao của gian đặt máy ở trên mức nước lũ.- Hiệu suất khai thác cột nước kém hiệu quả so với kiểu trục đứng.- Bất lợi trong việc giải quyết độ võng của trục rô to, chiều dài của trục máyphát bị hạn chế bởi độ võng.Hình 3.2 Mô tả máy phát điện trục ngang2] Máy phát điện tuabin nướcMáy phát điện tua bin nước [máy phát thuỷ điện] được chế tạo với tốc độ quaythấp và nằm trong phạm vi 100÷750 vg/ph. Vì vậy, rôto của máy phát thuỷ điện làloại có nhiều cực lồi.Rôto MPĐ thuỷ điện có đường kính lớn hơn nhiều so với chiều dài của nó, vì vậyrôto của MPĐ thuỷ điện thường được bố trí cho trục quay thẳng đứng. Như thế sẽtiết kiệm được chiều cao của gian máy. Trục quay nằm ngang chỉ áp dụng đối vớimáy có công suất nhỏ, tốc độ quay nhanh.Máy phát điện tuabin nước [ở các nhà máy thuỷ điện] được chế tạo với tốc độquay chậm hơn nhiều so với máy phát tuabin hơi. Hơn nữa, tốc độ quay của máyphát ở các nhà máy thuỷ điện khác nhau thường cũng không giống nhau. Đó là vì đểđảm bảo hiệu suất cao, tuabin nước cần có công suất định mức và tốc độ quay phùhợp với tham số của nguồn nước [chiều cao hiệu dụng cột nước, lưu lượng dòngnước...]. Khi cột nước nhỏ [nhưng lưu lượng nước lớn] tuabin nước có thể có tốc độquay thấp đến 100 vg/ph.51Do tốc độ quay thấp, số cặp cực của máy phát tuabin nước rất lớn, do đó đườngkính của rotor phải lớn hơn nhiều so với đường kính của rotor máy phát tuabin hơi.Thường thì đường kính của rotor máy phát tuabin nước lớn hơn nhiều so với chiềudài của nó, kết cấu có dạng bánh xe rỗng [hình 3.3]. Do đường kính lớn, chiều dàingắn, rotor của máy phát thuỷ điện thường được bố trí cho trục quay thẳng đứng,điều đó cho phép tiết kiệm được chiều cao của máy. Đối với máy có công suất nhỏ,tốc độ quay nhanh, trục quay được bố trí nằm ngang. Vành bánh xe được nối vớitrục quay bởi các trục thép, mặt ngoài gắn các cực từ có cuộn dây.Có hai kết cấu ổ đỡ cho máy phát thuỷ điện trục đứng là kiểu treo và kiểu đỡ.Đối với máy phát kiểu treo, ổ chính được bố trí ở phía trên rotor, còn trong kiểu đỡ- ở phía dưới. Ưu điểm của kiểu treo là ổn định, ít chịu ảnh hưởng tác động của cácphần phụ, còn ưu điểm của kiểu đỡ là giảm được kích thước theo chiều cao và dođó giảm được kích thước chung của máy. Kiểu đỡ thường áp dụng cho các máy cócông suất lớn. Máy phát và tuabin nước thường có chung trục và ổ đỡ, do đó ổ đỡchịu lực dọc trục lớn của toàn bộ trọng lượng các rotor cũng như lực hướng trục củadòng nước. Vì thế ổ đỡ của các máy phát tuabin nước phải có kết cấu rất đặc biệt.Máy phát điện thường dùng 2 loại: Kiểu trục đứng và kiểu trục ngang.Kiểu trục đứng phù hợp với các máy phát điện công suất lớn, trục của rô to máyphát có phương vuông góc với mặt đất [hình 3.3]Ưu điểm:- Gian máy không yêu cầu có diện tích mặt bằng lớn.- Máy phát điện được đặt cao hơn tua bin nên rất thuận lợi trong việc giải quyếtđộ cao của gian đặt máy ở trên mức nước lũ.- Hiệu suất khai thác cột nước rất hiệu quả.- Khung của stato được chế tạo thành nhiều phần nên rất thuận lợi cho việc thicông lắp đặt phù hợp với loại máy phát điện có công suất lớn, tốc độ thấp.- Trục máy không có độ võng.- Chiều dài của trục không hạn chế.Nhược điểm:- Giá thành xây lắp, chế tạo cao.- Do không đặt được bánh đà nên bánh đà của máy phát phải dùng nhờ rôto.- Trang bị hệ thống bôi trơn khá phức tạp.- Không thuận lợi trong việc sửa chữa bảo và dưỡng định kỳ, trên gian máy phảiđược trang bị cẩu chuyên dụng loại lớn.Kiểu trục ngang các máy phát điện công suất nhỏ, trục của rô to máy phát cóphương song song với mặt đất [hình 3.5]52Hình 3.3 Mô tả máy phát điện trục đứngHình 3.5 Hình ảnh bên ngoài máyphát trục ngangHình 3.4 Hình ảnh bên ngoài máyphát trục đứng§3.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ3.2.1 Các thông sốMáy phát lực là một động cơ sơ cấp [Tuốc bin nước hoặc hơi] làm quay rôto củamáy phát điện với tốc độ n bằng tốc độ từ trường quay n1: n =60. f, trong đó p làpsố đôi cực của máy phát điện.Khi thay đổi công suất cơ M1 thì tần số và công suất tác dụng phát ra của máyphát cũng thay đổi theo.Để đảm nhận được sự điều chỉnh chủ yếu đối với f và PF thì máy phát lực có haiyêu cầu chính sau:53- Đặc tính tốc độ quay: n = f[l].Đặc tính tốc độ phải nhạy, phạm vi điều chỉnh phải rộng, và phải thay đổi đượcthích ứng với mọi sự thay đổi của công suất. Muốn đảm bảo được các yêu cầu trên,các máy phát lực phải có bộ điều chỉnh tốc độ tốt, tức là điều chỉnh nhạy và phạm viđiều chỉnh rộng. Bộ điều tốc làm nhiệm vụ thay đổi lượng hơi nước vào tuốc bin đểgiữ cho tốc độ quay của máy phát ổn định.- Đặc tính tốc độ góc: ω = f[t].Các máy phát lực yêu cầu phải có trị số tốc độ góc đều: ω = const.α rad2πf2πnω= .=hay ω =tsP60Để đặc trưng cho độ ổn định của tốc độ góc ω ta sử dụng một hệ số gọi là hệ sốđiều hoà, ký hiệu i:ω ωi = max minω tbtrong đó: ωmax- Là tốc độ góc cực đại.ωmin- Là tốc độ góc cực tiểu.ωtb- Là tốc độ góc trung bình.Trị số i càng nhỏ đặc tính tốc độ góc càng tốt, dễ ổn định cho tần số phát, tạođiều kiện hoà dễ dàng.Hệ số điều hoà i phụ thuộc vào kiểu và đặc điểm của máy phát lực: Máy pháttuốc bin hơi, nước có i ≈ 0, máy phát đi ê den có i lớn.- Công suất định mứcCông suất của máy phát điện bị giới hạn bởi nhiệt độ của các bộ phận trên máyphát. Công suất định mức của máy phát điện được quy định theo công suất biểukiến S [kVA] với các điều kiện tiêu chuẩn về điện áp, dòng điện, tần số. Các tổnthất sắt trên lõi thép và tổn thất đồng trên cuộn dây máy phát được xác định bởi điệntrở và dòng điện chứ không quy định theo công suất tác dụng.- Điện áp định mức:Điện áp định mức trên cực máy phát quyết định bởi số cuộn dây nối tiếp củacùng một pha và cường độ từ thông cắt qua các cuộn dây stato. Như vậy muốn cómáy phát có điện áp cao hơn cần phải chế tạo số lượng thanh dẫn nhiều hơn, statocó nhiều rãnh hơn, điều này đồng nghĩa với việc chế tạo mạch từ của stato lớn hơn,cách điện của các bối dây dẫn điện phải tốt hơn và phải đảm bảo được điều kiệnthông gió cho máy phát. Đây là nguyên nhân làm cho giá thành chế tạo của máyphát tăng lên.- Hệ số công suất của máy phát:54Hệ số công suất của máy phát điện thường từ 0,8 đến 0,98. Khi cần tăng cườngkhả năng truyền tải công suất lớn nhất thì máy phát được chế tạo với hệ số côngsuất là 1,0.- Tốc độ quay định mức:Tốc độ quay định mức phụ thuộc vào tốc độ quay của tuabin. Ngoài ra còn phụthuộc vào số đôi cực của máy phát. Nếu tốc độ quay là n, số đôi cực là p, tần số củahệ thống là f = 50Hz [60] thì tốc độ quay đồng bộ là:60 fn=vòng / phútpSố đôi cực thay đổi tùy theo cấu tạo của từng loại máy phát, số đôi cực “p”thường là [1, 2, 3, 4, 5, 6, …]. Tốc độ quay của các máy phát phải đảm bảo đạt đượctốc độ đồng bộ của hệ thống điện.3.2.2 Hệ thống kích từHệ thống kích từ [hay kích từ] có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều chocác cuộn dây kích từ nhằm giữ điện áp không đổi khi phụ tải biến đổi vànâng cao giới hạn công suất truyền tải từ nhà máy điện vào hệ thống đảm bảoổn định tĩnh và ổn định động. Trong chế độ làm việc bình thường bộ tự độngđiều chỉnh kích từ [TĐK] sẽ điều chỉnh điện áp trên đầu cực máy phát, thayđổi lượng công suất phản kháng đồng thời nâng cao ổn định tĩnh và ổn địnhđộng của hệ thống. Trong chế độ sự cố [ngắn mạch] chỉ có bộ phận kích từcưỡng bức làm việc, nó cho phép duy trì điện áp của lưới ổn định. Hiệu quảthực hiện nhiệm vụ trên phụ thuộc vầo đặc trưng và thông số của hệ thốngkích từ cũng như kết cấu của bộ phận TĐK.Để đảm bảo chế độ làm việc chất lượng và tin cậy, dòng một chiều cung cấpcho cuộn dây kích từ của MPĐ đồng bộ phải đủ lớn. Thông thường đòi hỏi côngsuất định mức của hệ thống kích từ bằng [0,2÷0,6]% công suất định mức của MPĐ.Việc tạo ra hệ thống kích từ có công suất lớn như vậy thường gặp rất nhiều khókhăn. Đó là vì công suất chế tạo của các máy phát điện một chiều bị hạn chế bởiđiều kiện làm việc của bộ phận đổi chiều. Khi công suất lớn, do tia lửa phát sinhmạnh, nên bộ phận làm việc kém tin cậy và mau hỏng. Bởi vậy, đối với các MPĐcông suất lớn, thay vì sử dụng hệ thống kích từ một chiều, người ta thường áp dụnghệ thống kích từ dùng MPĐ xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lưu. Ngoài công suấtđịnh mức và điện áp định mức, hệ thống kích từ còn được đặc trưng bằng hai thôngsố quan trọng khác là điện áp kích từ giới hạn Ufgh và hằng số thời gian Te.Điện áp kích từ giới hạn là điện áp kích từ lớn nhất để tạo ra dòng điện của hệthống kích từ. Điện áp này càng lớn thì phạm vi tác động điều chỉnh dòng kích từcàng rộng và càng có khả năng điều chỉnh nhanh. Đối với MPĐ tuabin hơi thườngcó giá trị lớn hơn hoặc bằng điện áp định mức máy phát [U fgh ≥ UnF], còn ở MPĐthuỷ điện thì Ufgh ≥ 1,5UnF. Trong nhiều trường hợp, để đáp ứng yêu cầu đảm bảo55ổn định của hệ thống người ta ấp dụng điện áp giới hạn lớn hơn [U fgh=3÷4]UnF . Tuynhiên Ufgh càng lớn đòi hỏi cách điện của hệ thống kích từ càng phải cao.Hằng số thời gian Te đặc trưng cho tốc độ thay đổi dòng kích từ, nó được xácđịnh bởi quán tính điện từ của các cuộn dây điện cảm. Hằng số thời gian có trị sốcàng nhỏ thì tốc độ điều chỉnh kích từ càng nhanh. Tính tác động nhanh của hệthống kích từ được đặc trưng bởi tốc độ tăng điện áp kích từ trong trường hợp kíchtừ cưỡng bức:U − U nFv = 0,632 fgh[3.2]U nF t1trong đó : Ufgh - điện áp khích từ giới hạn;UnF - điện áp định mức;t1 - thời gian để tăng điện áp kích từ từ trị số định mức UnF đến trịsố UnF +0,632[Ufgh -UnF].Đây chính là tốc độ trung bình tăng điện áp ở giai đoạn đầu của quá trình kíchtừ cưỡng bức. Đa số các trường hợp có thể coi điện áp kích từ cưỡng bức tăng theoquy luật hàm mũ:Uf[t]= Ufgh - [Ufgh - UnF]e-t/Te,[3.3]Công thức [3.3] cho thấy, tốc độ tăng điện áp kích từ càng nhanh khi U gh cànglớn và hằng số thời gian T e càng nhỏ. Các tham số nầy phụ thuộc vào kết cấu vànguyên lý làm việc của hệ thống kích từ cụ thể.Hệ thống kích từ có thể được chế tạo theo 3 loại sau:- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều;- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều chỉnh lưu;- Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển1] Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiềuĐể quay MPĐ một chiêù người ta sử dụng năng lượng của chính trục quay củaMPĐ đồng bộ. Đôi khi cũng có thể sử dụng một động cơ điện xoay chiều riêng chomục đích này. Động cơ xoay chiều được cung cấp từ lưới điện tự dùng của nhàmáy qua máy biến áp hoặc từ một MPĐ đồng bộ riêng ghép cùng trục với MPĐchính nhưng có công suất nhỏ.Trường hợp đầu có ưu điểm là đơn giản, tin cậy , giá thành hạ, tốc độ quay ổnđịnh không phụ thuộc vào điện áp của lưới điện tự dùng. Tuy nhiên, có nhược điểmlà khi cần sửa chữa máy kích từ nhất thiết khải ngừng máy phát điện đồng bộ,không thay thế được bằng nguồn kích từ dự phòng. Ngoài ra, tốc độ quay quá lớncủa tuabin hơi không thích hợp với MPĐ một chiều, do đó phương pháp này đượcsử dụng chỉ ở các MPĐ công suất nhỏ. Đối với MPĐ thuỷ điện, tốc độ trục quay lạiquá nhỏ cũng hạn chế công suất chế tạo MPĐ kích từ. Nhược điểm của phương án56dùng động cơ điện xoay chiều là vận hành phức tạp, giá thành cao, chịu ảnh hưởngcủa việc thay đổi tần số và điện áp lưới nhất là trong chế độ sự cố. Về mặt nàyphương án cung cấp cho động cơ từ máy phát điện xoay chiều, nối cùng trục vớimáy phát điện chính, tỏ ra có ưu điểm hơn.Nhược điểm chung của hệ thống kích từ dùng MPĐ một chiều là hằng số thờigian Te lớn [0,3÷ 0,6s] và giới hạn điều chỉnh không cao. Ngoài ra do có vành gópvà chổi điện,công suất chế tạo bị hạn chế. Vì vậy hệ thống kích từ từ loại nàythường chỉ được áp dụng ở các MPĐ nhỏ và trung bình.2] Hệ thống kích từ máy phát điện xoay chiều và chỉnh lưuCó hai loại chính: dùng máy phát điên xoay chiều tần số cao và dùng máy phátđiện xoay chiếu không vành trượt .Máy phát điện xoay chiều với tần số cao được chế tạo theo kiểu cảm ứng: rotorkhông có cuộn dây, cuộn kích từ cũng đặt ở phần tĩnh. Từ thông thay đổi được nhờvào kết cấu thay răng rãnh của rotor. Cuộn kích từ chính của MPĐ kích từ thườngđược nối trực tiếp với tải của nó. Các cuộn kích từ phụ được cung cấp và điều chỉnhqua thiết bị TĐK với nhận điện năng từ phía đầu cực của MPĐ đồng bộ [qua cácmáy biến đổi áp và dòng BU và BI]. Tần số của dòng điện trong MPĐ kích từ tần sốcao là 500Hz[ khi quay cùng trục với MPĐ đồng bộ tuabin hơi 3000vg/ph]. Dòngđiện này được chỉnh lưu ba pha biến đổi thành dòng điện một chiều.Dùng MPĐ xoay chiều tần số cao, hệ thống kích từ có thể áp dụng cho cácMPĐ đồng bộ công suất lớn [200÷300] MW. Hạn chế công suất trong trường hợpnày chủ yếu vẫn là do tồn tại vành trượt và chổi điện cung cấp dòng điện kích từcho rotor của máy phát điện đồng bộ.Hằng số thời gian Te và điện áp kích từ giới hạn U fgh trong trường hợp này gầnnhư hệ thống kích từ dùng MPĐ một chiều [Te lớn, Ufgh nhỏ].Để tăng công suất kích từ lên hơn nữa người ta áp dụng hệ thống kích từ khôngvành trượt. Trong hệ thống kích từ này người ta dùng MPĐ xoay chiều ba pha quayđồng trục với MPĐ chính làm nguồn cung cấp. Máy phát xoay chiều có kết cấu đặcbiệt: cuộn kích từ đặt ở stator, còn cuộn dây ba pha lại đặt ở rotor. Dòng điện xoaychiều ba pha tạo ra ở máy phát kích từ được chỉnh lưu thành dòng điện một chiềunhờ bộ chỉnh lưu công suất lớn cũng gắn ngay trên trục rotor của các máy phát. Nhờvậy cuộn dây kích từ của MPĐ chính có thể nhận ngay được dòng điện chỉnh lưukhông qua vành trượt và chổi điện.Để cung cấp cho cuộn dây kích từ của máy phát kích từ [ đặt ở stato] người tadùng một bộ chỉnh lưu khác [thường là chỉnh lưu có điều khiển] mà nguồn cung cấpcủa nó có thể là MPĐ xoay chiều tần số cao hoặc nguồn xoay chiều bất kỳ khác.Ngoài ưu điểm có công suất lớn, hằng số thời gian kích từ T e của hệ thống kích từloại này cũng quá nhỏ [0,1÷ 0,5]s, điện áp kích từ giới hạn lớn hơn.3] Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển57Việc áp dụng hệ thống kích từ với các loại chỉnh lưu có điều khiển công suấtlớn [các chỉnh lưu thuỷ ngân có cực điều khiển, các bộ thyristor] cho phép giảmhằng số thời gian Te. Nguồn điện xoay chiều ba pha cung cấp cho cuộn dây kích từcủa máy phát đồng bộ qua bộ chỉnh lưu có điều khiển là một máy phát điện xoaychiều ba pha tần số [50÷ 500]Hz, hoặc máy biến áp tự dùngKhác với chỉnh lưu bình thường, trong chỉnh lưu có điều khiển, ngoài điều kiệnthuận chiều của điện áp trên chỉnh lưu, còn đòi hỏi có một tín hiệu [dòng điện] xuấthiện trên cực điều khiển mới có dòng điện chạy qua. Tốc độ điều chỉnh của hệthống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển rất nhanh, có thể coi như tác động tứcthời vào điện áp kích từ. Hằng số thời gian chỉ còn khoảng [0,02÷0,04]s Do ưuđiểm của hệ thống kích từ này , chúng được áp dụng rộng rãi trong các MPĐ côngsuất lớn, có yêu cầu điều chỉnh cao.Yêu cầu cơ bản đối với hệ thống kích thích là:- Có khả năng điều chỉnh dòng kích thích trong giới hạn cần thiết.- Có khả năng tăng cường kích thích trong chế độ sự cố [đủ về độ lớn và tốc độtăng kích thích]. Khi có quá tải đột nhiên hoặc ngắn mạch đột nhiên trên mạng điệnmà máy cắt chưa kịp tác động làm cho điện áp đầu cực máy phát giảm rất thấp. Đểtránh gây rối loạn cho hệ thống cần tăng cường kích thích lên thật lớn trong thờigian rất nhanh.- Phải đảm bảo dập tắt từ trường nhanh. Khi có ngắn mạch giữa các vòng dâyhoặc giữa các pha thì máy phát được cắt khỏi lưới đồng thời phải dập tắt từ trườngnhanh của cuộn kích thích để hạn chế sự phá hoại của dòng kích thích đối với dâyquấn stato.- Phải đảm bảo độ tin cậy.§3.3. LÀM MÁT CHO MÁY PHÁT ĐIỆN3.3.1 Khái quát chungPhụ thuộc vào công suất sự làm mát máy phát điện được thực hiện với môi chấtlà nước, dầu, không khí hoặc khí hydro. Các máy phát điện công suất nhỏ thườngđược làm mát bằng không khí, còn ở các máy phát công suất lớn việc làm mát đượcthực hiện bởi môi chất là khí hydro. Sự thay thế không bằng khí hydro cho phépgiảm ma sát và tăng hiệu suất của máy phát. Khí hydro có ưu điểm là có độ dẫnnhiệt cao gấp 7 lần và tốc độ nhận nhiệt gấp gần 1,5 lần so với không khí cùng ápsuất, thêm vào đó mật độ khí hydro thấp hơn nhiều nên giảm được ma sát và côngsuất bơm. Nhưng nhược điểm của khí hydro là có thể gây nổ nếu trong máy có lẫnkhí ôxy, do đó máy được làm mát bằng khí hydro cần có độ bền cao và cấu trúc đặcbiệt kín. Để tăng cường hiệu quả làm mát, môi chất được thổi qua các rãnh đượcchế tạo sẵn ở trục, stator và rotor. Quá trình làm mát được thực hiện theo haiphương pháp: gián tiếp và trực tiếp.3.3.2 Làm mát gián tiếp bề mặt581]Làm mát bề mặt bằng không khí:a] Làm mát gián tiếp được thực hiện bằng cách thổi môi chất làm mát [khôngkhí hoặc khí hydro] qua các khe hở giữa stator và rotor và các khe hở được chế tạovới mục đích làm mát. Có thể thực hiện theo hai phương thức1. Làm mát bằng không khí tuần hoàn tự nhiên.Các cánh quạt được gắn vào hai đầu trục rotor, khi rotor quay sẽ tạo thành luồnggió tuần hoàn tự nhiên thổi mát máy theo hướng trục hoặc hướng kính. Phương thứcnày tuy đơn giản nhưng có nhược điểm là hiệu suất làm mát thấp; Không khí làmmát còn nhiều bụi bẩn làm hư hại cách điện. Với những nhược điểm như vậyphương thức này chỉ được áp dụng cho các loại máy phát có công suất định mứcdưới 3 MW.2. Làm mát bằng không khí tuần hoàn cưỡng bức.- Phương pháp làm mát thông dụng nhất là dùng không khí thổi tự nhiên hoặcbằng quạt gió thổi không khí tuần hoàn cưỡng bức qua bề mặt máy phát. Không khídùng để làm mát máy phát được lấy từ bên ngoài gian máy thổi qua máy phát rồithải ra ngoài.- Phương pháp làm mát bằng khí thổi còn được thực hiện trong một hệ thống bơmtuần hoàn và đường ống dẫn không khí theo một chu trình kín kết hợp với bộ lọcbụi và hệ thống làm lạnh bằng dàn phun nước. Ưu điểm của biện pháp này là cuộndây của máy phát ít bị bẩn, hiệu suất cao, ít chịu tác động của nhiệt độ môi trườngbên ngoài.Hệ thống làm mát bằng không khí thổi tuần hoàn cưỡng bức được mô tả trênhình 3.6Hình 3.6 Hệ thống làm mát bằng không khí thổi tuần hoàn cưỡng bứcKhông khí được lưu thông tuần hoàn trong đường ống kín, từ “buồng lạnh làmsạch” không khí sẽ có nhiệt độ < 200 để không mang theo hơi ẩm vào máy phátđược các quạt gió hút và thổi vào hai đầu máy phát. Gió lạnh sau khi đi qua máyphát sẽ hấp thụ nhiệt của máy phát trở thành gió nóng lại quay về buồng lạnh làmsạch. Buổng lạnh có dàn ống kim loại khoan nhiều lỗ nhỏ, nước xối mạnh ra quadàn ống có nhiệt độ θ0 < 200 ÷ 300. Sau khi được hạ nhiệt độ và được lọc bụi khôngkhí sẽ quay trở lại đi vào hai đầu của máy phát. Phương pháp làm mát tuần hoàn59không khí có hiệu suất cao và có khả năng điều chỉnh được nhiệt độ làm mát. Ngoàira hệ thống làm mát khi cần còn có khả năng dập lửa cho máy phát nếu xảy ra hỏahoạn. Phương pháp này được ứng dụng cho các máy phát có công suất > 3MW.2]Làm mát bề mặt bằng khí H2Làm mát bề mặt bằng khí hyđrô H 2 được thực hiện giống như làm mát bằngkhông khí tuần hoàn cưỡng bức. H2 được sản xuất và duy trì với độ tinh khiết đến99,9%. Khí H2 thuộc vào dạng khí trơ có khả năng cách điện cao không tác dụngtrực tiếp với khí ô xy O2.Ở áp suất 0,5at thì:- Mật độ của hỗn hợp khí H2 thấp hơn khoảng 8 lần so với không khí.- Hệ số truyền nhiệt từ bề mặt làm mát tới H2 lớn hơn 1,35 lần so với không khí.- Độ dẫn nhiệt lớn hơn khoảng 5 lần so với không khí.- Hệ số dẫn nhiệt của cách điện tăng lên được 1,3 lần.Phương pháp làm mát bằng khí H2 có nhiều ưu điểm vượt trội so với phươngpháp làm mát bằng không khí:- Tổn hao ma sát và tổn hao thông gió của rôto tới khí làm mát giảm đi khoảng 8lần, hiệu suất làm mát tăng lên rất nhiều.Thí dụ: Ở các máy phát điện có công suất từ 25 ÷ 100MW khi làm mát bằngkhông khí, các tổn hao này cộng lại khoảng 25 ÷ 50% của các tổn hao. Khi làm mátbằng khí H2 thì mức tổn hao này chỉ còn 3 ÷ 6% của các tổn hao.- Độ dẫn nhiệt của khí H2 lớn hơn độ dẫn nhiệt của không khí rất nhiều tạo ra khảnăng tản nhiệt nhanh của các phần tử truyền nhiệt trong máy phát. Nếu duy trì đượcchế độ làm mát bằng khí H2, giữ ổn định nhiệt độ cuả máy phát thì có thể nâng đượccông suất của máy phát lên 1,2 lần.- Hệ thống làm mát bằng H2 ngăn chặn bụi bẩn và hơi ẩm chui vào máy phát nênchống được lão hóa cho các vật liệu cách điện trong máy phát.- Thiết bị làm mát bằng H2 có kích thước nhỏ gọn.- Khí H2 không duy trì sự cháy.Tuy vậy phương pháp làm mát bằng khí H2 cũng cần một số yêu cầu kỹ thuậtđặc biệt:- Độ sạch của khí H2 trong đường ống dẫn cần phải đạt trên 99,9%,- Trong đường ống cần phải có áp lực khí H 2 nhỏ nhất là 0,035 ÷ 0,05at. Nếukhông có áp lực khí H2 bên trong không khí dễ xâm nhập vào đường ống qua cáckhe hở tại các đệm dầu hoặc qua lỗ thông khuyết tật của đường ống đưa hơi ẩm vàotrong cuộn dây máy phát.- Khi có kích nổ bằng ngọn lửa H2 sẽ gây nổ tạo ra áp lực lớn. Áp lực tác dụng khixảy ra nổ không quá 3,5at do đó đường dẫn khí và vỏ máy phát cần có độ bền caochịu được áp lực tính toán đến 6at.60- Phải trang bị hệ thống sản xuất và bình khí nén để dự trữ H2.Tuy nhiên việc làm mát bề mặt bằng khí H2 chưa đủ để giảm sự chênh lệch nhiệtđộ từ cuộn dây tới khí làm mát. Sự tăng áp lực khí H 2 chủ yếu để giảm nhiệt độ từbề mặt rãnh nhưng lại không gây được ảnh hưởng đến sự chênh lệch nhiệt độ cònlại. Bằng cách tăng áp lực khí trên đường ống sẽ giảm được nhiệt độ trên cuộn dâyvà nâng cao được công suất cho máy phát trong khi kích thước của máy phát vẫngiữ nguyên. Nếu áp lực khí H2 trong hệ thống đường ống làm mát đến 2at thì côngsuất giới hạn có thể đạt được đến 200MW.3.3.3 Làm mát trực tiếpLàm mát trực tiếp là phương pháp cho khí H2, gió, tuần hoàn trực tiếp bên trongống dây dẫn điện hay đi qua hệ thống đường ống dẫn có tiếp xúc với dây dẫn điện.Phương pháp này có hiệu suất làm mát cao hơn phương pháp làm mát bề mặt vì làmgiảm được độ chênh lệch nhiệt độ từ cuộn dây đến khí làm mát. Phương pháp nàythường áp dụng cho các máy phát điện tua bin hơi cho phép giảm được kích thướctác dụng, nâng cao được công suất tới hạn, nâng cao được hiệu quả kinh tế do giảmđược giá thành xây dựng, tăng hiệu suất và giảm được chi phí vận hành. Nếu đảmbảo được chỉ tiêu quá nhiệt tương tự như làm mát bề mặt thì cho phép tăng côngsuất giới hạn đến 2,4 lần. Nếu tăng áp lực khí trong đường ống dẫn khí H 2 làm mátthì hiệu quả làm mát cũng tăng lênNước cất tinh khiết cũng dùng để làm mát trực tiếp cho máy phát. Làm mát bằngnước đạt hiệu quả cao hơn so với việc dùng khí H 2 rất nhiều nước có khả năng tảnnhiệt tốt hơn. Làm mát trực tiếp bằng nước cất tinh khiết được ứng dụng trongnhững máy phát điện tua bin khí có công suất lớn và các máy phát điện thủy lực lớncó tốc độ thấp [khoảng 500v/phút].Hình 3.7 mô tả hệ thống làm mát trực tiếp bằng nước. Dây dẫn điện stato làmbằng ống đồng rỗng có thể dùng làm đường dẫn nước được liên hệ với đường dẫnnước làm mát bằng một đoạn ống dẫn nước cách điện bằng silicôn mềm dẻo. Đoạnống dẫn nước cách điện có hình dáng bên ngoài giống như một quả sứ xuyên nhiềután, có chiều dài dòng rò cho phép 2,5cm/ 1kV. Nước tinh khiết được chưng cất vàkhử bỏ các thành phần kim loại do đó không dẫn điện. Buồng hạ nhiệt là một hệthống dàn phun nước làm mát, nước trong ống sau khi đi qua buồng hạ nhiệt sẽ tuầnhoàn trở lại làm mát cho máy phát nhờ một máy bơm nước đặt trên đường ống. Cácđầu cực stato thường có điện áp từ 6,6 kV đến 21kV được đấu qua sứ đỡ trung gianbằng thanh dẫn mềm được làm bằng các lá đồng ghép lại. Ống dẫn nước làm mátđược nối vào hệ thống tiếp địa an toàn có R tđ ≤ 4Ω. Với những máy phát điện cócông suất nhỏ thì dây dẫn stato thường có tiết diện nhỏ do đó không ứng dụngphương pháp làm mát bằng nước trực tiếp qua dây dẫn.Hình 3.8 giới thiệu các kiểu làm mát cho máy phát điện trục ngang, có thể tómtắt như sau:61- Kiểu làm mát bằng gió tự nhiên: cả đầu hút và đầu thải được đặt phía trong củagian máy, nhiệt độ bên trong gian máy tăng lên, phát ra tiếng ồn lớn, phần bênngoài máy không lắp vỏ nêm cuộn dây dễ bị nhiễm bẩn, diện tích mặt bằng đặt máynhỏ, chỉ được áp dụng cho các máy nhỏ, giá thành thấp.Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống làm mát trực tiếp cho máy phát điện bằng nướcKiểu làm mátbằng gió tự nhiênKiểu thông gió bằngống ở lối raKiểu thông gió bằngống ở lối ra và lối vàoKiểu trao đổi nhiệt làmmát bằng nướcHình 3.8 Làm mát cho máy phát điện trục ngang62- Kiểu thông gió bằng ống ở lối ra: hút ở bên trong và thải ở bên ngoài nhiệt độbên trong không tăng, có tiếng ồn khá nhỏ, đây là loại trung gian giữa loại mở vàloại đóng hoàn toàn cuộn dây cũng dễ bị nhiễm bẩn.- Kiểu thông gió bằng ống ở lối ra và lối vào: cả đầu hút và đầu thải đặt ở bênngoài nhiệt độ phần bên trong không tăng tiếng ồn nhỏ cuộn dây và ống dẫn dễ bịnhiễm bẩn phần bên ngoài lớn nên được bao bọc bằng vỏ chiếm diện tích mặt bằnglớn thường áp dụng cho các máy nhỏ hơn 20MVA giá thành sản xuất cao cần trangbị chống rung- Kiểu trao đổi nhiệt làm mát bằng nước: không khí được sử dụng lại trongquá trình làm mát việc làm mát không bị ảnh hưởng ngay cả khi phần bêntrong có nhiệt độ cao và không khí độ ẩm cao, tiếng ồn nhỏ, cuộn dây và ốngdẫn không bị nhiễm bẩn, phần bên ngoài lớn và phức tạp, chiếm diện tích mặtbằng lớn thường áp dụng cho các máy công suất lớn giá thành sản xuất cao.§3.4. KHỞI ĐỘNG, HÒA ĐỒNG BỘ VÀ NGỪNG MÁY PHÁT ĐIỆN3.4.1 Kiểm tra chuẩn bị trước khi khởi động máy- Thu hồi các phiếu công tác và giải trừ các biện pháp an toàn ở máy phát điện vàcác thiết bị liên quan đến máy phát điện.- Kiểm tra toàn diện các thiết bị sau khi sửa chữa [đại tiểu tu, bao gồm các mạchnhất thứ và nhị thứ], kiểm tra vành trượt rôto, cổ góp máy kích thích, áp lực chổithan phải tốt, cổ góp, vành trượt phải sạch sẽ.- Kiểm tra máy phát điện và các thiết bị phụ thuộc phải sạch sẽ.- Kiểm tra đấu dây nhất thứ.- Kiểm tra đấu dây của máy biến dòng điện, biến áp đo lường phải tốt và sạch sẽ.- Kiểm tra hệ thống làm mát và không khí làm mát như quạt, đường ống, nhiệt độnước làm mát và không khí làm mát.- Kiểm tra điện trở cách điện của mạch stato và mạch rôto.- Thử tín hiệu liên lạc điện và tuốc bin và ngược lại, thử động cơ điều tốc phảiđúng chiều tăng, giảm tốt.- Thử đóng cắt áp tô mát máy kích thích, máy cắt máy phát điện, thử liên độnggiữa máy cắt đầu cực máy phát và áp tô mát mạch kích thích.3.4.2 Khởi động máy phátTrưởng ca nhà máy điện, khi nhận được báo cáo của trưởng kíp điện rằng máyphát điện đã sẵn sàng khởi động, sẽ ra lệnh khởi động máy. Khi máy phát điện đãbắt đầu nâng tốc độ quay lên đến 100÷300 vòng/phút thì cả máy phát và mọi thiết bịliên quan của nó đều được coi là đã có điện áp. Từ lúc này nghiêm cấm làm bất cứviệc gì ở máy trừ những việc mà quy phạm an toàn cho phép.1] Điều kiện để khởi động máy phát thủy lực63Trước khi khởi động cần phải khẳng định không có vật lạ trong tất cả các khuvực máy phát. Chỉ được phép khởi động khi:a. Hệ thống phanh không có áp lực và các guốc phanh đã hạ xuống.b. Mức dầu trong các thùng ổ đỡ và ổ hướng bình thường.c. Nhiệt độ dầu trong các thùng không thấp dưới 1000C.d. Có nước tuần hoàn trong tất cả các bộ làm mát dầu và khí.2] Điều kiện để khởi động máy phát nhiệt điệnKhi tăng tốc độ vòng quay của máy phát điện thì phải chú ý đến vòng quay tới hạnở 1500 vòng/phút, lúc này có thể xuất hiện sự rung nguy hiểm cho máy. Cho nên cầnthiết phải vượt qua trị số vòng quay này càng nhanh càng tốt. Khi quay xung độngtuabin và tăng vòng quay của nó đến trị số định mức, nhân viên trực chính cần phảitheo dõi:a. Xem có tiếng kêu gõ đặc biệt không? khi thấy máy có hiện tượng không bìnhthường nói trên cần nhanh chóng ngừng máy lại để sửa chữa khắc phục.b. Sự làm việc của hệ thống bôi trơn, các gối đỡ và các dầu chèn lưu lượng phảivừa đủ, độ chênh áp lực của dầu, khí H2 trong máy phát điện phải ở tronggiới hạn 0,5÷0,7kG/cm2 và phải được tự động duy trì do bộ điều chỉnh chênháp lực.c. Sự làm việc tối ưu của các bộ làm mát khí, nhiệt độ của nước ở đầu vào vàcủa H2 cần phải duy trì trong giới hạn.d. Độ rung của gối đỡ không được lớn hơn 0,03mm.e. Không có sự dò rỉ H2 từ máy phát ra.Sau khi máy phát đã đạt được tốc độ quay định mức và sau khi nhận đượctín hiệu sẵn sàng hoà vào lưới thì cần phải điều chỉnh sơ đồ khối và các sơ đồcác máy biến điện áp theo phương thức vận hành quy định. Tiến hành nâng kíchtừ để nâng cao điện áp máy phát đến trị số cho phép hoà điện rồi hoà điện theo quitrình. Đưa bộ tự động điều chỉnh điện áp [TĐA] vào làm việc. Tiến hành phân phốicông suất cho máy. Tốc độ tăng phụ tải hữu công phải từ từ và dựa vào điều kiệnvận hành của tuabin, tốc độ tăng của phụ tải vô công không bị hạn chế.Cơ cấu tự động điều chỉnh kích từ [TĐCKT] phải luôn luôn ở trạng thái sẵnsàng. Khi cắt dòng điện ngắn mạch, nếu không sử dụng các biện pháp đặc biệt thìsự phục hồi từ thông diễn ra sẽ khá chậm và có thể dẫn đến sự mất đồng bộ nếumomen cơ của động cơ sơ cấp lớn hơn mômen điện từ. Chức năng cơ bản của cơcấu tự động điều chỉnh kích từ là nhanh chóng khôi phục suất điện động của máyphát nhằm tăng mômen điện từ và tạo ra công suất phản kháng để ngăn chặn sự suygiảm điện áp. Chính vì lẽ đó mà cơ cấu TĐCKT cần phải luôn được mắc trongmạng để có thể nhanh chóng khắc phục sự cố.Với mục đích nâng cao độ tin cậy của nhà máy nhiệt điện và duy trì quá trìnhcông nghệ sản xuất điện năng trong trường hợp cơ cấu kích từ bị ngừng hoạt động64do sự cố, ở các máy phát luôn được lắp thêm hệ thống kích từ dự phòng. Nhiệm vụcủa cơ cấu kích từ dự phòng là thay thế cơ cấu kích từ chính khi cần thiết, thườngnó chỉ được thiết kế để làm việc tạm thời, bởi vậy máy phát chỉ được khởi động vớicơ cấu kích từ chính.3.4.3 Hoà máy phát vào lướiKhi đóng máy phát vào làm việc song song với mạng điện hoặc với các máy phátkhác thường có thể xuất hiện dòng điện cân bằng có thể gây hư hỏng cho máy, đồngthời làm giảm điện áp trong mạng, làm tăng tổn thất. Bởi vậy quá trình hoà đồng bộmáy phát phải được thực hiện sao cho ảnh hưởng của dòng điện này nhỏ nhất đếnmức có thể, quá trình diễn ra càng nhanh càng tốt.1] Phương pháp hoà đồng bộTrong thực tế hiện nay có hai phương pháp hoà đồng bộ được áp dụng là phươngpháp đồng bộ chính xác và phương pháp tự đồng bộ.a] Phương pháp đồng bộ chính xácTheo phương pháp này máy phát được kích từ và tăng tốc độ quay gần bằng tốcđộ đồng bộ. Thời điểm đóng đồng bộ vào mạng được chọn bởi nhân viên vận hànhhoặc do thiết bị tự động theo các điều kiện:- Vận tốc góc ω1 của máy phát bằng vận tốc ω2 của hệ thống;- Điện áp của máy phát bằng điện áp hệ thống;- Thứ tự các pha trùng nhau.Nếu các điều kiện trên thoả mãn thì dòng cân bằng sẽ không xuất hiện. Tuynhiên việc thực hiện chính xác các điều kiện trên là rất khó khăn, bởi vậy thườnglúc đóng máy phát vào hệ thống vẫn có dòng cân bằng xuất hiện.b] Phương pháp tự đồng bộTrước hết ta cần đóng vào mạch rotor máy phát một điện trở dập tắt và chuẩn bịđưa cơ cấu tự động điều chỉnh kích từ vào làm việc. Trường hợp không có nó thìbiến trở trong mạch kích từ được đặt ứng với vị trí không tải. Sau đó với sự trợgiúp của động cơ sơ cấp, máy phát được quay không có kích từ, khi tốc độ quay đạtgiá trị 96÷98% tốc độ đồng bộ, thì đóng máy phát vào làm việc song song và liềnsau đó là đóng kích từ. Máy phát tự mình hoà vào đồng bộ. Sự đóng có thể tiếnhành ở độ trượt ± 5÷10%.Ưu điểm của phương pháp tự đồng bộ là:- Thao tác đơn giản;- Quá trình diễn ra tự động;- Loại trừ khả năng đóng nhầm;- Quá trình đóng diễn ra rất nhanh [3÷5 s] so với phương pháp đồng bộ chínhxác[5÷10 phút].652] Hoà máy phát vào lướiHoà vào lưới điện do trưởng kíp tiến hành theo lệnh của trưởng ca về nâng điệnáp, lấy đồng bộ và hoà vào lưới. Trước lúc nâng điện áp của máy phát trưởng kípđiện phải chuẩn bị sơ đồ kích từ theo qui trình vận hành các máy kích từ làm việcdự phòng. Tốc độ nâng điện áp của máy phát điện không hạn chế dù là khởi động từtrạng thái lạnh hay trạng thái nóng.Các Ampermét đặt ở stator dùng để kiểm tra sai sót có thể trong sơ đồ điện củamáy phát điện, trong quá trình nâng điện áp, nếu có sai sót [thí dụ các thiết bị đóngvào máy phát bị chập mạch], trong trường hợp này phải cắt kích từ và kiểm tra lạisơ đồ điện của máy phát điện. Chỉ số Ampermét của rotor và kilovonmét của statorkhi máy phát đã được kích từ cần phải tăng lên đều đặn.Nghiêm cấm tăng dòng điện của rotor cao hơn mức cho phép trong khi máy chạykhông tải và tốc độ quay của tuabin ở trị số định mức. Khi đã nâng điện áp của máyphát điện lên trị số định mức, trưởng kíp điện cần phải kiểm tra:+ Sự làm việc của chổi than.+ Nhiệt độ của nước làm mát và khí H2.+ Tất cả các thiết bị đấu nối vào thanh cái của máy phát điện.+ Loại trừ các hư hỏng trong hệ thống kích từ, kiểm tra cách điện của mạchkích từ bằng vôn kế kiểm tra.Sau khi máy phát đã được hoà vào hệ thống, cần phải báo cáo cho trưởng ca biếtmáy đã được đóng vào làm việc song song với lưới. Bằng cách điều chỉnh kích từ vàđiều chỉnh tốc độ tuabin, xác lập chế độ công suất tác dụng và phản kháng theo biểuđồ do trưởng ca quy định, phụ tải phản kháng cần phải được tăng theo phụ tải tácdụng. Trong trường hợp sự cố, cần đưa bộ tự động điều chỉnh kích từ [TĐK] và“cường hành” kích từ vào làm việc. Trong quá trình này cần phải theo dõi chặt chẽchỉ số của các đồng hồ tác dụng, không cho phép máy phát điện chuyển chế độ khinon kích từ.3.4.4 Theo dõi vận hành1] Nội dung của công tác theo dõi.Khi máy làm việc cán bộ quản lý vận hành phải thực hiện công việc sau:- Theo dõi chế độ làm việc bình thường của máy phát điện. Chế độ làm việcbình thường là chế độ mà các đại lượng đặc trưng như PF, QF, UF, cosφF, fF và nhiệtđộ khí làm mát θlm đều ở trị số định mức theo qui chuẩn vận hành.- Đọc và theo dõi các số chỉ của các đồng hồ, các số chỉ của các đồng hồ phải ởtrị số định mức [vạch đỏ đồng hồ].- Ghi chép số liệu : cứ sau nửa giờ phải theo dõi và đọc chính xác các đồng hồmột lần, sau một giờ phải ghi vào sổ nhật ký vận hành một lần.- Điều chỉnh và sử lý khi vận hành: khi các số chỉ của các đồng hồ sai lệch trị sốbình thường thì phải tiến hành điều chỉnh và báo cáo với trưởng ca. Phải điều chỉnh66có kết quả để duy trì các tham số của máy phát như U, I, f và θlm ở trị số định mức.Chẳng hạn, xử lý điện áp thấp như sau: Lúc vận hành bình thường của máy phátđiện phải duy trì điện áp ở trạng thái định mức và cho phép biến đôỉ trong phạm vi±5%Uđm. Khi điện áp máy phát bé hơn định mức [-5%Uđm] thì phải lập tức điềuchỉnh kích thích để khôi phục điện áp đến phạm vi qui định sau đó báo cáo với điềuđộ viên Trung ương. Nếu điều chỉnh kích thích hết cỡ ở trạng thái định mức màđiện áp máy phát vẫn thấp thì có thể giảm công suất hữu công để nâng dần U lên.Khi hệ thống bị sự cố điện áp giảm thấp, kích thích cường hành tác động, trong lúcnày ta không được điều chỉnh. Khi hệ thống ổn định mà mạch kích thích cườnghành vẫn còn làm việc thì ta cắt ngay mạch kích thích cường hành ra và báo phânxưởng cho người kiểm tra sử lý. Dùng biến trở điều chỉnh để điều chỉnh điện áp.2] Nhận xétPhần này do trực chính thực hiện ghi vào sổ nhật ký vận hành nhằm đánh giávà nhận xét về tình trạng làm việc của máy sau một ca vận hành, làm số liệu theodõi cho ca sau khi giao ca vận hành.Nội dung chính :- Ghi rõ ràng, chính xác của người trực vận hành về tình trạng làm việc củamáy.- Những công việc chính đã làm trong ca.- Những lưu ý và đề nghị.- Ký tên, ghi rõ họ tên, ngày tháng, giờ ghi nhật ký.3.4.5 Ngừng máy phát điệnViệc dừng tổ máy có thể là do sự cố hoặc theo quy trình vận hành [sửa chữatrung, đại tu vv.] Việc dừng bình thường được tiến hành theo lệnh của người điềuđộ hệ thống hoặc theo lệnh của kỹ sư trực. Dừng sự cố được thực hiện khi có hỏng hóchoặc khi thiết bị bảo vệ tác động.Trong điều kiện vận hành có thể có trường hợp sự tháo tải xảy ra do các nguyênnhân không có liên quan gì đến tổ máy hoặc khối cả, ví dụ như sự cố hư hỏng ởmạng điện bên ngoài. Để máy không bị ngắt trong trường hợp này, cần phải có khoáliên động giữ cho máy phát làm việc ở chế độ không tải, điều đó cho phép đóng lạitải nhanh chóng sau khi sự cố được khắc phục.Việc dừng tổ máy phát vì lý do bảo dưỡng định kỳ được thực hiện theo kế hoạch đãđịnh trước. ở các nhà máy nhiệt điện quá trình làm việc và dừng các tổ máy phải đượcthực hiện theo chỉ thị của hệ thống điều độ quốc gia, vào mùa khô do sự giảm công suấtphát ở các nhà máy thuỷ điện, nhà máy nhiệt điện phải làm việc đầy tải, vì vậy mà hầunhư tất cả tổ máy đều đưa vào vận hành, còn khi sang mùa mưa việc cung cấp điện lại ưutiên nhà máy thuỷ điện, nên trong thời gian này ở nhà máy nhiệt điện có thể dừng một sốtổ máy để tiến hành các công việc sửa chữa trung và đại tu. Lịch sửa chữa đại tu tổ máylà 4 năm 1 lần và thời gian thực hiện là 3 tháng, còn sửa chữa trung tu thì 2 năm 167lần với thời gian thực hiện là 1 tháng. Như vậy cứ 2 lần trung tu thì sẽ có một lầnđại tu.Trình tự ngừng máy phát điện :Sau khi nhận được lệnh của trưởng ca, trưởng kíp điện báo cho các nhân viêntrong kíp biết và các phân xưởng hữu quan, đồng thời phân công việc chuẩn bịngừng máy phát điện. Quá trình ngừng máy phát được tiến hành theo các bước sau:- Từ từ chuyển hoặc giảm phụ tải tác dụng và phản kháng của máy sắp ngừng vềgần không, chú ý giữ cho cosϕ ở phạm vi quy định. Tốc độ giảm tải của máy phátđiện theo yêu cầu của tuabin.- Cắt bộ tự động điều chỉnh điện áp [theo quy trình] dùng biến trở điều chỉnh Rđcđể điều chỉnh điện áp máy phát UF.- Cắt máy cắt đầu cực máy phát điện.- Đưa Rđc về trị số cực đại, cắt máy cắt kích thích.- Phát tín hiệu sang tuabin “máy phát đã cắt”.Sau khi máy phát điện ngừng hẳn phải tiến hành:- Đo điện trở cách điện của stator và rotorr máy phát điện và máy kích từ.- Áp dụng các biện pháp an toàn theo yêu cầu của phiếu công tác.- Nếu ngừng máy và không sửa chữa gì thì tiến hành sấy máy phát điện sẵn sàngvận hành khi cần thiết.§3.5 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN3.5.1 Chế độ làm việc bình thườngChế độ làm việc bình thường của máy phát điện [MF] là chế độ làm việc ổn định,đáp ứng được yêu cầu công suất của phụ tải, duy trì được thời gian cung cấp điệnliên tục với tần số và điện áp đầu cực của máy phát đạt trị số định mức cho phép.Chế độ làm việc định mức là chế độ làm việc bình thường của máy phát điện, cácthông số kỹ thuật như điện áp đầu cực U F, dòng điện IF, tần số fF, công suất phát SF,hệ số công suất cosϕF nằm ở trong giới hạn định mức.1] Biểu đồ véc tơ và đặc tính công suất của máy phát điệna] Biểu đồ véc tơBiểu đồ véc tơ máy phát thể hiện trên hình 3.9. Vì điện trở của MF quá nhỏ sovới điện kháng của nó nên trên biểu đồ chỉ thể hiện điện kháng. Mặt khác điệnkháng được phân thành dọc xd và ngang xq theo roto, khi máy phát cực ẩn [MF tuốcbin hơi] xd = xq và máy phát cực lồi [MF thủy lực] thì x d ≠ xq. Hình 3.9a là biểu đồvéc tơ MF cực ẩn, còn hình 3.9b là biểu đồ MF cực lồi.Các ký hiệu trên biểu đồ véc tơ là như sau :xd, xq - điện kháng thành phần dọc và ngang ;I - dòng điện stator ;68U - điện áp đầu cực MF ;Eq - suất điện động MF ;δ - góc lệch giữa suất điện động và điện áp ;y U và I.ϕ -góc lệch giữaAjIxdP EqxABC UEqDδ ϕyBIxdIxqC Uδ ϕIa]b]OIOHình 3.9 Biểu đồ véc tơ máy phát điệna] Cực ẩn; b] Cực lồib]Đặc tính công suấtTrước hết xét đặc tính công suất MF cực ẩn.Tại đầu mút véc tơ U, điểm C dựng hệ tọa độ vuông góc xCy [hình 3.9a]. Từ đầumút véc tơ Eq, điểm A hạ đường vuông góc AB xuống trục y. Ta có các gócBAˆ C = COˆ D = ϕ do góc có cạnh tương ứng vuông góc [ AB ⊥ OC , AC ⊥ OD ].Trong ∆ABC : AB = AC cos ϕ = I . xd , còn trong ∆AOB : AB = OA sin δ = Eq sin δ , suyra I . xd . cos ϕ = Eq sin δ ⇔ UI . xd cos ϕ = EqU sin δ ⇔ P. xd = EqU sin δ . Vậy ta có :E .UP = q . sin δ[3.4a]xdCũng trong ∆ABC có CB = AC sin ϕ = I . xd sin ϕ ;Mặt khác CB = OB − OC = Eq cos δ − U ,suy ra U [ I . xd sin ϕ ] = [ Eq cos δ − U ].U ⇔ Q. xd = [ Eq cos δ − U ].U . Vậy ta có :Q=EqUxd. cos δ −U2xd[3.4b]Công thức [3.4a] và[3.4b] là đặc tính công suất tác dụng và côg suất phản khángcủa MF cực ẩn.Đặc tính công suất MF cực lồi69Việc xây dựng đặc tính công suất MF cực lồi được tiến hành tương tự như trên,kết quả được thể hiện bằng công thức [3.5a] và [3.5b] như sau :P=Q=EqUxdEqUxdU 2 xd − xqsin δ +.sin 2δ2 xd xq[3.5a]U 2 xd − xqU 2 xd + xqcos δ +.cos 2δ −.2 xd xq2 xd xq[3.5b]Nếu áp trên cực MF thay đổi thì chọn một nút trong hệ thống điện có U=const,điểm đó cách cực MF một điện kháng xng [hình 3.10] thì đặc tính P,Q vẫn có dạngnhư đã nêu ở trên chỉ có khác là x d được thay bằng xd+xng và δ = f [ Eq ,U ] ới U là ápcủa nút cách cực MF một điện kháng xng.U=constxngHình 3.10 Sơ đồ hệ thống điện với nút U=constc] Sự thể hiện P,Q trên đồ thị [xét hình 3.9a]Giả thiết U = const, ta có AB = I . xd . cos ϕ .Uxxx= UI cos ϕ . d = P. d ; Do d = constUUUUnên AB ≡ P , có nghĩa là trục tọa độ Cx trên hình 3.9a là trục công suất tác dụng P.Khi I = 0 thì A và B trở về C, ứng với P = 0, vậy C là gốc của trục P [ do U = constnên điểm O và C cố định, nên C được lấy là gốc]. Từ đó ta có P là đường Cx và vì Pluôn dương nên P chỉ nằm về một phía, từ điểm A hạ vuông góc xuống Cx sẽ xácđịnh được P.Ta lại có CB = I . xd sin ϕ .Uxxx= UI sin ϕ . d = Q. d . Do d = const nên CB ≡ Q , cóUUUUnghĩa là trục tọa độ Cy trên hình 3.9a là trục công suất phản kháng Q. Khi I = 0 thìA và B trở về C, ứng với Q = 0, vậy C là gốc của trục Q [ do U = const nên điểmO và C cố định, nên C được lấy là gốc]. Từ đó ta có Q là đường Cy, từ điểm A hạvuông góc xuống Cy sẽ xác định được Q. Giá trị Q có thể dương và cũng có thể âm,cụ thể là :- Với tải cảm kháng thì B trên C, ta có CB ≡ Q >0, MF phát công suất phảnkháng ;
- Với tải dung kháng thì B dưới C, ta có CB ≡ Q kháng ;70Như vậy trên biểu đồ véc tơ, điểm A [đầu mút của véc tơ Eq] là điểm làm việc màchiếu vuông góc nó lên trục Cx được công suất tác dụng P và lên trục Cy được côngsuất phản kháng Q.Tóm lại biểu đồ véc tơ hình 3.9 ngoài thể hiện các suất điện động Eq, áp U, dòngI, góc lệch δ ,ϕ còn thể hiện công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q2]Chế độ làm việc của MF khi thay đổi các thông sốNhư trên đã trình bày điểm A [đầu mút của véc tơ Eq] là điểm làm việc. Trongquá trình vận hành có thể thay đổi thông số này hay thông số kia sẽ làm thay đổivị trí điểm làm việc này. Sau đây ta xét sự thay đổi các thông số ảnh hưởng đếnchề độ làm việc của MF, để tuiừ đó xác định miền làm việc hợp lý nhất.a] Chế độ Eq = const [không điều chỉnh kích từ], P=varVì Eq = const, nên điểm A nằm trên cung tròn A o-A-A*-Agh, tâm O bán kínhEq [hình 3.11a]. Để đảm bảo ổn định tĩnh góc lệch giữa U và Eq nằm trongkhoảng 0 ≤ δ ≤ 90 o , do vậy điểm A bị khống chế cung ¼ đường tròn :- Đầu cung Ao ứng với δ = 0, P = 0, Q = Qmax =U[ Eq − U ] ;xd- Điểm A ứng với chế độ làm việc định mức [các thông số đều đạt gía trị dm] ;- Điểm A* ứng chế độ công suất phản kháng đổi dấu, chuyển từ chế độ phát Qsang chế độ tiêu thụ Q, ta có δ = δ * , P = P* , Q = 0 ;- Điểm Agh ứng chế độ công suất tác dụng phát cực đại,Ao cònE công suất phảnyAokháng tiêu thụ cực đại, taAcó δ = 90 , P = oPmax , Q = −Qmax = −EqA*CAghA*ICDAghOb]Hình 3.11 Sự thay đổi điểm làm việc Aa] Eq=const,P=var; b] Eq=var,P=const71yδ ϕOa]qghEqDδ ϕU2;xdAIb] Chế độ Eq=var [có điều chỉnh kích từ], P=constVì P = const, nên điểm A nằm trên đường thẳng Ao-A-A*-Agh [hình 3.11b].- Điểm Ao ứng với suất điện động có giá trị giới hạn E qgh, góc δ đạt giá trị min δ min = arcsin P. xd ;Eqgh .U - Điểm A ứng với chế độ làm việc định mức [các thông số đều đạt gía trị dm] ;- Điểm A* ứng chế độ công suất phản kháng đổi dấu, chuyển từ chế độ phát Qsang chế độ tiêu thụ Q ;- Điểm Agh ứng chế độ Eq đạt giá trị cực tiểu, công suất phản kháng tiêu thụ cựcđại, ta có : Eq = Eq min =P. xdU2; Q = −Qmax = −; δ = 90oUxdc] Chế độ khi tất cả các thông số thay đổiyGiả sử trên hình 3.9a các thông số đều có giá trị định mức :[2]EU = U dm ; Eq = Eqdm ; P = Pdm ; Q = Qdm ; S = S dm ; I = I dm ; cos ϕ = cos ϕ dmA tích chế độ Fkhi cácPhânB thông số đều tha đổi [hình 3.12][1]PxEqHCJKG[3]PmaxδϕPminDIOHình 3.12 Vùng làm việc của MF khi các thông số thay đổi72