Giáo trình Máy điện 1 - Chương 2: Vận hành máy điện đồng bộ

Chia sẻ: Bùi Tấn Lợi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

111
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình giới thiệu tới người đọc các nội dung: Đặc tính của máy phát điện đồng bộ, máy phát điện đồng bộ làm việc song song, đặc tính điều tốc của động cơ sơ cấp, phương pháp dừng an toàn các máy phát điện đồng bộ làm việc song song với máy phát khác,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Máy điện 1 - Chương 2: Vận hành máy điện đồng bộ

39 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP MÁY ĐIỆN 1 2008
40 Chƣơng 2 VẬN HÀNH MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2.1. ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Chế độ làm việc của máy phát điện của máy phát điện đồng bộ ở tai đối xứng được thể hiện rõ ràng qua các đại lượng như điện áp U ở đầu cực máy phát, dòng điện tải I trong dây quấn phần ứng, dòng điện kích thích It, hệ số công suất cos, tần số f hoặc tốc độ quay n. Trừ tần số f luôn luôn được giữ bằng định mức fđm và cos = const do tải bên ngoài quyết định, từ ba đại lượng U, I, It còn lại có thể thành lập được các đặc tính sau đây của máy phát điện đồng bộ: + Đặc tính không tải: E = U0 =f(It)  I = 0, f = fđm. + Đặc tính ngắn mạch: In = f(It)  U = 0, f = fđm. + Đặc tính ngoài: U = f(I)  It = const, f = fđm, cos = const + Đặc tính điều chỉnh: It = f(I)  U = const, f = fđm, cos = const P I Z W A It V + A F _ V V A W A Rđc Hình 2.1 Sơ đồ nối dây xác định đặc tính của máy fát điện đồng bộ Các đặc tính trên có thể thành lập được theo tính toán dựa vào đồ thị vectơ sđđ hoặc bằng cách làm thí nghiệm trực tiếp. Từ các đặc tính trên có thể suy ra các tính chất quan trọng của máy tỉ số ngắn mạch, độ thay đổi điện áp. Cũng từ các đặc tính ta suy ra các tham số điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục, điện kháng tản của máy. Trong phần này ta nghiên cứu các vấn đề trên bằng thí nghiệm với sơ đồ nối dây thí nghiệm lấy các đặc tính của máy phát điện đồng bộ được trình bày trên hình 2.1. Tải của máy phát đồng bộ là tổng trở Z có thể biến đổi. Dòng điện kích thích It của máy phát điện lấy từ nguồn điện bên ngoài và điều chỉnh Et được nhờ biến trở Rđc. Uđm 2.1.1. Đặc tính không tải Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ là quan hệ giữa sđđ Et = Uo và Edư It it0 Hình 2.2 Đặc tính không tải Et = f(It)
41 dòng điện kích từ It khi máy làm việc không tải (I = 0) và tốc độ quay của rotor không đổi được trình bày trên hình 2.2. Nó chính là dạng của đường cong từ hóa B = f(H) của vật liệu sắt từ. Et = U0 = f(It) I = 0, f = fđm. 2.1.2. Đặc tính ngắn mạch và tỉ số ngắn mạch Đặc tính ngắn mạch là quan hệ : In = f(It) khi U = 0, f = fđm. (Khi đó dây quấn phần ứng được nối tắt ngay trên đầu cực của máy) Nếu gỉa thiết lúc ngắn mạch bỏ qua điện trở phần ứng (Rư = 0) thì mạch điện dây quấn phần ứng lúc này là thuần cảm ( = 900), như vậy dòng điện Iq = Icos = 0, còn Id = Isin = I và đồ thị vectơ của máy phát điện lúc đố trình bày trên hình 2.3b. Ta có:  t   jI X d  jIX æt  jIX æd E (2.1) Và mạch điện thay thế của máy như trên hình 2.3a. jXưd I E t jXưt jXd I + I E t jXưd _ jXưt I I (a) Hình 2.3 Mạch điện thay thế và đồ thị véctơ của máy phát điện (b) đồng bộ lúc ngắn mạch Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão hòa, vì từ thông khe hở  cần thiết để sinh ra sđđ E = Et –IXưd = IXưt rất nhỏ. Do đó đặc tính ngắn mạch máy phát điện đồng bộ là đường thẳng như trình bày trên hình 2.4 Tỉ số ngắn mạch K Tỉ số ngắn mạch K theo định nghĩa là tỉ số: In0 K (2.2) I âm  In0 = dòng điện ngắn mạch ứng với dòng điện kích từ It0 để sinh ra sđđ Et = Uđm khi không tải.  Iđm = dòng điện định mức của máy phát. Từ hình 2.5, ta có : U âm I no  (2.3) Xd
42 Trong đó Xd là trị số bão hòa của điện kháng đồng bộ dọc trục ứng với Et = Uđm Từ (2.2) và (2.3) ta có: U âm 1 K  (2.4) X d I âm X d* Thường Xd* > 1, vậy K < 1, nghĩa là dòng điện ngắn mạch xác lập Ino < Iđm lúc ngắn mạch xác lập. Vì vậy có thể kết luận dòng điện ngắn mạch của mát phát điện đồng bộ không lớn vì lúc đó tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng rất mạnh. E,I Et=f(It) Uđm I I=f(It) B’ A’ I=f(It) Iđm In0 It A B It 0 Ito Itn Hình 2.4 Đặc tính ngắn mạch của máy phát đồng bộ Hình 2.5 Xác định trị số ngắn mạch - Xác định tỉ số ngắn mạch nhờ đặc tính ngắn mạch và không tải Từ hình 2.5, dựa vào hai tam giác đồng dạng 0AA’ và 0BB’, ta có: I no I to K  (2.5) I âm I tn Ito = dòng điện kích từ sinh ra U0 = Uđm khi không tải. Itn = dòng điện kích từ sinh ra I = Iđm khi ngắn mạch. 2.1.3. Đặc tính ngoài và độ thay đổi điện áp máy phát đồng bộ. 1. Đặc tính ngoài Đặc tính ngoài của máy phát là quan hệ giữa điện áp U trên cực máy phát và dòng điện tải I khi tính chất tải không đổi (cos = const), cũng như tốc độ quay rotor n và dòng điện kích từ It không đổi (hình 2.6). Dòng điện kích thích không đổi thì điện áp U thay đổi như thế U nào khi Uđm dòng điện tải I thay đổi. cos =1 cos =0,8 (dung) Uđm cos =1 cos =0,8 (cảm) I Iđm Hình 2.6 Đặc tính ngoài máy phát đồng bộ
43 Từ hình 2.6, ta thấy rằng đặc tính ngoài phụ thuộc tính chất tải. Tải có tính cảm khi I tăng, do phản ứng phần ứng khử từ nên điện áp giảm, đường biểu diễn đi xuống; còn tải có tính dung thì ngược lại. Dòng điện từ hóa định mức là dòng điện kích thích ứng với chế độ U =Uđm I=Iđm, cos = cosđm, f = fđm. 2. Độ thay đổi điện áp định mức Uđm của MFĐB. Độ thay đổi điện áp định mức Uđm của máy phát đồng bộ được định nghĩa là sự thay đổi điện áp khi tải thay đổi từ định mức đến không tải, trong điều kiện không thay đổi dòng điện kích từ. Trị số Uđm thường biểu thị theo % điện áp định mức, nghĩa là: U  U âm ΔU âm %  o 100 (2.6) U âm Trong đó: Uđm% = dộ thay đổi điện áp định mức % Uo = điện áp lúc không tải (V) Uđm = điện áp định mức (V) Trong máy phát đồng bộ turbine hơi, do Xd lớn nên có U lớn hơn so với máy phát turbine nước. Thường Uđm = (25  35)% khi hệ số công suất cosđm. Chú ý: 1. U0 là điện áp đo được sau khi giảm tải từ định mức đến không tải, mà máy đang vận hành ở dòng điện và điện áp định mức (hình 2.6). 2. Điện áp U0 không phải là sđđ kích thích Et. Thay Et bằng Uo vào biểu thức (2.6), sẽ có kết quả sai số lớn vì Et không tính đến ảnh hưởng bão hòa từ, còn U0 là có xét đến yếu tố ảnh hưởng bão hòa từ. (hình 2.7) 3. Độ thay đổi U cho trong điều kiện định mức, thường thì U sẽ dương khi cos = 1, hoặc tải có tính cảm, còn tải có tính dung U âm. a Đường thẳng Et tuyến tính E=f(It) áp phần ứng U(V) U0 b Uđm
44 VÍ DỤ 2.1 Một máy phát điện đồng bộ ba pha 1000kVA, 4,8kV, nối Y có điện trở dây quấn stator không đáng kể và điện kháng đồng bộ Xđb = 13,8/pha. Máy đang vận hành trong điều kiện định mức với cos = 0,9 (chậm sau). Hãy tính (a) sđđ kích thích và góc công suất; (b) điện áp không tải, cho rằng dòng điện kích từ của máy phát điện không đổi; (c) độ thay đổi điện áp; (d) điện áp không tải, nếu dòng điện kích từ giảm còn 80% so với tải định mức. Bài Giải Mạch điện thay thế của máy phát đồng bộ một pha trình bày trên hình 2.8a. a. Tính sđđ kích thích Et Điện áp pha và góc lệch pha: Ud 4800 U   2771,28 V ;  = cos-1(0,9) = 25,84o 3 3 ~  * 1000 10 3 S  UI  25,84 o  2771,280 o  I* 3  I  120 ,2825,84 o  I  120 ,28  25,84 o A * Sơ đồ mạch điện tương đương trình bày trên hình 2.8a. Sđđ kích thích pha máy: E t  U  IjX âb  2771,280o  120 ,28  25,28 o  j13,8 E t  3800 ,723,1o V Et = 3800,7 V;  = 23,1o b. Điện áp không tải
45 Điện áp không tải có được từ hình vẽ 2.8. Đường cong tuyến tính hóa vẽ được bằng cách, một điểm đi qua gốc tọa độ và một điểm ở đường cong từ hóa có điện áp pha là 2771V. Chia trục điện áp thành tỉ lệ: jXđb I E t + + ~   U0o U _ _ (a) 50 3801 40 3085 2863 2771 Sđđ kích thích E t(V) 2679V 2535V 20 10 0 10 20 30 40 (b) Dòng điện kích từ It (A) Hình 2.8. Mạch điện tương đương và đường cong từ hóa của Ví dụ 2.1 2771 V  30 tỉ lệ/đơn vị chia = 92,37 V/đơn vị chia So với sức điện động kích thích Et: 3801  41,2 đơn vị chia trên đường tuyến tính hóa 92,37 Từ điện áp 3801V trên đường tuyến tính hóa, hạ đường song song trục đứng sẽ gặp đường cong từ hóa và xác định được điện áp không tải: U o  33,4 đơn vị x 92,37 V/đơn vị chia = 3085 V c. Độ thay đổi Điện áp định mức
46 U o  U âm 3085  2771 ΔU âm %  100  100  11% U âm 2771 Chú ý, nếu dùng sđđ kích thích thế vào biểu thức độ thay đổi điện áp, ta có: 3801  2771 100  37% 2771 Ở đây do bão hòa từ làm độ lớn sđđ cảm ứng giảm. d. Điện áp không tải khi giảm dòng điệ khích từ Khi dòng điện kích từ (It2) định mức chia thành 27,5 khoảng, như vậy dòng điện kích từ giảm còn 80%, số đơn vị chia là: 80% x It2 tương ứng = 0,8 x 27,5 = 22 đơn vị chia dòng kích từ Như vậy, ta xác định được điện áp không tải có dòng điện kích từ bằng 80% dòng điện kích từ định mức là: U o  31 đơn vị x 92,37 V/đơn vị chia = 2863 V VÍ DỤ 2.2 Làm lại ví dụ 2.1 với cos = 0,9 (vượt trước). Bài Giải Mạch điện thay thế của máy phát đồng bộ một pha trình bày trên hình 2.8a. a. Tính sđđ kích thích Et Điện áp pha và góc lệch pha: Ud 4800 U   2771,28 V ;  = cos-1(0,9) = - 25,84o 3 3 ~  * 1000 10 3 S  UI    25,84 o  2771,280 o  I* 3  I  120 ,28  25,84 o  I  120 ,2825,84 o A * Sơ đồ mạch điện tương đương trình bày trên hình 2.8a. Sđđ kích thích pha máy: t U E   IjX âb  2771,280o  120 ,2825,28 o  j13,8  t  2534 ,8136,11o V E Et = 2534,81 V;  = 36,11o b. Điện áp không tải Điện áp không tải có được từ hình 2.8. Đường cong tuyến tính hóa vẽ được bằng cách, một điểm đi qua gốc tọa độ và một điểm ở đường cong từ hóa có điện áp pha là 2771V. Chia trục điện áp thành tỉ lệ: So với sức điện động kích thích Et:
47 2535  27 ,4 đơn vị chia trên đường tuyến tính hóa 92,37 Từ điện áp 2535V trên đường tuyến tính hóa, hạ đường song song trục đứng sẽ gặp đường cong từ hóa và xác định được điện áp không tải: U o  29 đơn vị x 92,37 V/đơn vị chia = 2679 V c. Độ thay đổi Điện áp định mức U o  U âm 2679  2771 ΔU âm %  100  100  3,32% U âm 2771 2.1.4. Đặc tính điều chỉnh. Đặc tính điều chỉnh của máy phát là quan hệ giữa dòng điện kích từ It theo dòng điện tải I khi điện áp U không đổi và tốc độ quay rotor n, cos cũng không đổi It cos =0,8 (cảm) (hình 2.9). Đặc tính này cho biết cần phải cos =1 điều chỉnh dòng điện kích từ như thế nào để giữ điện áp U trên đầu cực máy phát không It0 đổi khi tăng tải. Thường trong các máy phát điện đồng bộ có bộ tự động điều chỉnh dòng cos =0,8 (dung) kích từ để giữ điện áp không đổi. Dòng điện kích thích thay đổi ứng với các I 0 tính chất tải khác nhau: Iđm - Tải thuần trở: tăng tải thì phải tăng dòng Hình 2.9 Đặc tính điều chỉnh điện kích từ It để bù điện áp rơi trên dây quấn phần ứng. - Tải có tính cảm: tăng tải thì phải tăng dòng điện kích từ It mạnh (1,7-2,2) Ito, để khắc phục phản ứng phần ứng khử từ. - Tải có tính dung: tăng tải thì giảm It, do phản ứng phần ứng trợ từ làm U tăng. 2.2. MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG Trong nhà máy điện các máy phát nối chung vào một thanh cái, còn trong hệ thống điện gồm nhiều nhà máy nối với nhau, tạo thành lưới điện, như vậy các máy phát điện đồng bộ làm việc song song. Có nhiều ưu điểm khi các máy phát điện đồng bộ làm việc song song như giảm vốn đầu tư đặt máy phát điện dự trữ, đảm bảo an toàn cung cấp điện và sử dụng các nguồn năng lượng một cách kinh tế. Khi nối các máy phát làm việc song song công suất của lưới điện rất lớn so với công suất của từng máy phát, do đó tần số và điện áp của lưới điện gần như không đổi khi thay đổi tải. Trước khi đưa một máy phát vào làm việc cùng với lưới điện tức là hoà đồng bộ (hình.2.10), phải kiểm tra các điều kiện sau đây: 1. Điện áp của máy phát phải bằng điện áp của lưới điện. 2. Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện.
48 3. Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới điện. 4. Điện áp của máy phát và điện áp của lưới điện phải trùng pha nhau. Trên sơ đồ hình 2.10, máy phát điện đồng bộ F1 là máy phát đang làm việc với lưới, máy F2 là máy phát chuẩn bị ghép làm việc song song F1 tức là nối vào lưới, còn bộ đồng bộ kiểu ánh sáng được hình thành bởi ba đèn dây tóc 1, 2 và 3. Lưới điện  , L U AF U 12  MC1 UL,f  U AL MC2 3 F V L  U  U CL BF F1 F2 UF,fL  U  U - _ it1 it2  U  U CF BL + + (b) (a) Hình 2.10. Hòa đồng bộ máy phát đồng bộ vào lưới điện Kiểm tra các điều kiện để ghép máy phát làm việc song song Để ghép máy phát F2 vào lưới ta phải kiểm tra các điều kiện nối máy phát điện làm việc song song. Dùng vônmét V để kiểm tra UF = UL, nếu không bằng ta điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát để điện áp máy phát bằng điện áp lưới. Tần số và thứ tự pha được kiểm tra bằng bộ đồng bộ với ba đèn 1, 2 và 3. Khi tần số f F   U fL thì điện áp ΔU  L U F đặt vào các đèn 1, 2, 3 sẽ có tần số fF - fL. Nếu thứ tự pha của máy phát và lưới giống nhau thì cả ba đèn cùng tối và cùng sáng với tần số. Điện áp U đặt trên ba đèn chính là hiệu số các điện áp pha tương ứng của hai hình sao điện áp máy phát F2 và của lưới điện như trên hình 2.10b. Như vậy điện áp đặc lên đèn U (0 < U < 2UF) có lúc lớn nhất là 2UF, do vậy Chọn đèn có điện áp Uđm = 2UF. Khi các điều kiện trên được thỏa mãn tức là điện áp ở hai đầu máy cắt bằng không, ta đóng máy cắt MC 2 để hòa đồng bộ. Đóng máy cắt MC khi chu kỳ sáng tối của đèn từ 3  5s và đóng MC khi các đèn tối hẳn. Nếu không đảm bảo các điều kiện trên, sẽ có dòng điện lớn chạy quẩn trong máy, phá hỏng máy và gây rối loạn hệ thống điện.
49 VÍ DỤ 2.3 Hai máy phát điện đồng bộ ba pha làm việc song song, nối Y có điện trở dây quấn stator Rư = 2,18 /pha và điện kháng đồng bộ Xđb = 62/pha. Hai máy cùng cung cấp điện cho cho một phụ tải 1830 kW với cos  = 0,83 (chậm sau) và điện áp trên tải là 13800V. Điều chỉnh dòng kích từ của hai máy sao cho một máy có dòng điện phản kháng là 40A. Tính : a. Dòng điện của mỗi máy phát điện ? b. Sđđ Et của mỗi máy và góc lệch pha giữa các sđđ đó ? Bài Giải Mạch điện thay thế của máy phát đồng bộ một pha trình bày trên hình VD 2.3. d. Tính dòng điện tải Ud 13800 Điện áp pha : U   7967,43 V 3 3 Dòng điện tải có trị số là : P 1830 103 I   92,3 A 3U cos  3  7967,43 0,83 Dòng điện chậm sau điện áp góc  = arccos 0,83 = 33,9o và biểu thị dưới dạng số phức như sau : I  92,3  33,9o  76,8  j51,4 A Do công suất tác dụng phân phối đều cho hai máy nên dòng điện tác dụng của mỗi máy là 76,8/2 = 38,4 A, hơn nữa dòng điện phản kháng của máy A là 40 A, do đó : I A  38,4  j40 A I B  I  I A  38,4  11,4 j A j62 I E t 2,18 IjX âb + + E t ~   U0o _ U   U _ I (b) IR æ (a) Hình VD 2.3 Mạch điện tương đương và đồ thị vector máy phát e. Tính sđđ kích thích Sđđ kích thích pha máy A :  tA  U E   I A (R æ  jX âb )
50  7967,430o  (38,4  40 j)  (2,18  j62)  1072012,22o V Sđđ kích thích pha máy B :  tB  U E   I B (R æ  jX âb )  7967,430o  (38,4  11,4 j)  (2,18  j62)  903015,1o V Góc lệch pha giữa hai sđđ dó là : B - A = 15,1o -12,22o = 2,88o. 2.3. ĐẶC TÍNH ĐIỀU TỐC CỦA ĐỘNG CƠ SƠ CẤP Điều chỉnh dòng điện kích từ It, điện áp của máy phát vẫn không đổi vì đó là điện áp của lưới điện. Việc thay đổi dòng điện kích từ It chỉ làm tháy đổi công suất phản kháng của máy phát. Còn muốn máy phát điện mang tải sau khi hòa đồng bộ, ta tăng công suất động cơ sơ cấp, tức tăng lưu lượng nước trong máy thủy điện hoặc tăng lưu lượng hơi trong máy phát nhiệt điện. Trên hình 2.11 trình bày đặc tính tốc độ của động cơ sơ cấp, là quan hệ giữa tốc độ (tần số) của động cơ sơ cấp với công suất tác dụng. Về lý thuyết nó là đường thẳng ngang, nhưng thực tế là đường hơi dốc xuống. Đặc tính tốc độ hơi dốc xuống tình bày trên hình là qui định về tính ổn định làm việc vốn có khi máy phát vận hành song song với máy phát khác. Máy có độ dốc bằng không gọi là máy đẳng thời, sẽ không ổn định khi vận hành song song; trong phần này ta xét sự thay đổi tải đột ngột, và điều chỉnh với trạng thái ổn định. Đường cong đặc tính tốc độ không tải khác nhau được vẽ bằng các đường thẳng nét đứt được trình bày trên hình 2.11. Tham số bộ điều tốc xác định việc phân phối công suất tác dụng giữa các máy phát làm việc song song là độ thay đổi tốc độ bộ điều tốc GSR (Governor Speed Regulation) và độ suy giảm tốc độ GD bộ điều tốc (Governor Droop). Độ thay đổi tốc độ bộ điều tốc GSR Độ thay đổi tốc độ được định nghĩa là: n o  n âm f o  f âm GSR   (2.7) n âm f âm Trong âoï: nđm = tốc độ định mức no = tốc độ không tải fđm = tần số định mức fo = tần số không tải Độ suy giảm tốc độ bộ điều tốc GD Độ suy giảm tốc độ bộ điều tốc hay tỉ số suy giảm là tỉ số của sự thay đổi tần số với thay đổi công suất tác dụng tương ứng:
51 Δf f o  f âm GD   (2.8) ΔP Pâm Từ biểu thức (2.8), ta lấy đơn vị tương ứng cho độ suy giảm GD là Hertz/watt, Hertz/kilowatt, hay Hertz/megawatt. Độ suy giảm của bộ điều tốc đúng ra là không đổi nhưng nó sinh ra độ suy giảm khi đặt. Nó độc lập khi đặt ở chế độ không tải và không ảnh hưởng đến lúc làm việc song song. Tốc độ không tải 3060 51 3000 50 Tốc độ (vg/phút) Tần số (Hz) 500 Công suất P (kW) Hình 2.11 Đặc tính tốc độ của động cơ sơ cấp VÍ DỤ 2.4 Trên hình 2.11 là đặc tính điều chỉnh tốc độ của máy phát điện đồng bộ ba pha 500kW, 460V, 50Hz, 2 cực từ đang làm việc ở chế độ định mức. Hãy xác định độ thay đổi tốc độ và độ suy giảm tốc độ. Bài Giải a. Độ thay đổi tốc độ f o  f âm 51  50 GSR    0,02 f âm 50 b. Độ suy giảm tốc độ f o  f âm 51  50 GD    0,002 Hz / kW Pâm 500 Hay 2Hz/MW 2.4. PHƢƠNG PHÁP DỪNG AN TÕAN CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG VỚI MÁY PHÁT KHÁC
52 Để dừng an toàn các máy phát làm việc song song với máy phát khác, ta tiến hành các bước sau dây: 1. Điều chỉnh công suất cơ trên đầu trục máy phát và dòng điện kích từ để giảm dần dần công suất tác dụng và phản kháng về không. 2. Khi oát kế chỉ không, cắt máy phát ra khỏi lưới 3. Công tắc tự động điều chỉnh điện áp chuyển về bằng tay 4. Giảm điện áp máy phát về trị số nhỏ nhất và cắt kích thích 5. Ngừng turbine quay máy phát Chú ý, trong một số máy phát sử dụng tuốc bin hơi (1000MW hoặc cao hơn), nhà sản xuất đề xuất trình tự dừng máy nhằm mục đích giảm khả năng vượt tốc của máy phát. 2.5. DÙNG TAM GIÁC ĐẶC TÍNH ĐỂ GIẢI CÁC BÀI TOÁN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG Giải các bài toán phân phối tải giữa các máy phát làm việc song song, ta có thể tiến hành trực tiếp trên tam giác đặc tính của mỗi máy, và dựa vào tam giác đồng dạng để xác định. Trên hình 2.12, là tam giác đặc tính được hình thành từ đường thẳng đặc tính tốc độ (tần số) bộ điều tốc và đường thẳng tốc độ (tần số) định mức, hai đường này sẽ giao nhau ở tần số định mức và công suất tác dụng định mức. Tam giác đặc tính là cố định sinh ra từ sự suy giảm tốc độ và không đổi khi thay đổi tải hay thay đổi tốc độ đặt không tải của bộ điều tốc. Tam giác đặc tính f0 fđm fđm f Đường thẳng tần số mới Tần số (Hz) P Pđm Pđm Công suất P (kW) Hình 2.12 Tam giác đặc tính hình thành từ đặc tính điều tốc và đường thẳng tần số định mức Tăng tải là nguyên nhân làm giảm tần số, như trình bày trên hình 2.12, và sự giao nhau của đường thẳng tần số mới và đặc tính điều tốc đã thiết lập tam giác đặc tính
53 đồng dạng mới. Như vậy, từ hình của tam giác đồng dạng, và biểu thức (2.8), ta có: f f Δf GD  o âm  (2.9) Pâm ΔP Từ biểu thức (2.7), ta có: f o  f âm  GSR  f âm (2.10) Thay (2.10) vào biểu thức (2.9), ta được: GSR  f âm Δf GD   (2.11) Pâm ΔP Trong đó: GR = độ suy giảm tốc độ GSR = độ thay đổi tốc độ f = độ thay đổi tần số do thay đổi tải P = độ thay đổi tải Vì độ suy giảm tốc độ là không đổi khi tăng hoặc giảm tải. Biểu thức (2.11) là đúng với tất cả các tần số vận hành và trong tất cả các tốc độ đặt không tải của bộ điều tốc. VÍ DỤ 2.5 Hai máy phát đồng bộ, A và B, làm việc song song và đang cung cấp cho lưới 300kW có tần số 60Hz. Số liệu định mức của cả hai máy 460V, 500kW, 60Hz và độ thay đổi tốc độ 2%. Máy A mang tải 100kW và máy B – 200kW. Giả sử rằng máy A được cắt ra khỏi lưới điện, xác định tần số của (a) máy A; (b) máy B; (c) và của lưới. Bài giải Trên hình 2.13 trình bày đường cong đặc tính của hai máy, với máy phát A được cắt ra khỏi lưới, tần số của nó tăng lên là fa2; máy B nhận hết tải nên tần số của nó giảm xuống là fb2. a. Tần số của máy A GSR  f âm Δf a 0,02  60 Δf a    Pâm ΔPa 500 100  Δf a  0,24 Hz Như vậy, fa = fđm + fa = 60 + 0,24 = 60,24 Hz b. Tần số của máy B Vì hai máy có đặc tính điều chỉnh giống nhau, nên: fb = fa = 0,24 Hz fb = fđm - fa = 60 - 0,24 = 59,76 Hz Tam giác đặc tính 61,2 A B Đến tải 60,0 500kW z)
54 c. Tần số của lưới flưới = 59,76 Hz VÍ DỤ 2.6 Hai máy phát đồng bộ, A có 500kW, 60Hz, 2300V, 6 cực từ và B - 300kW, 60Hz, 2300V, 4 cực từ đang làm việc song song. Cả hai máy đều có độ thay đổi tốc độ 2,43%. Hai máy có tải như nhau và công suất tổng máy đang cấp cho lưới 400kW ở tần số 60,5Hz. Giả sử rằng tải tổng tăng lên 500kW, hãy xác định (a) tần số đang vận hành; và (b) công suất của mỗi máy. Bài giải Trên hình 2.14 trình bày đường cong đặc tính của hai máy. a. Tần số của hai máy đang vận hành GSR  f âm Δf a Ta có:  Pâm ΔPa Máy A Máy B 0,0243  60 Δf 0,0243  60 Δf   500 ΔPa 300 ΔPb Pa = 342,936 f Pb = 205,761 f Pa + Pb = (342,936 + 205,761) f
55 500 - 400 = 548,697 f f = 0,182 Hz Tần số của lưới điện: flưới = 60,5 - 0,182 = 60,318 Hz b. Công suất của mỗi máy Máy A: Pa = 342,936 f = 342,936 x 0,182 = 62,414 kW Máy B: Pb = 100 - 62,414 = 37,586 kW Pa = 200 + 62,41 = 262,21 kW Pb = 200 + 37,59 = 237,59 kW Tam giác đặc tính A B Đến tải Tần số (Hz) (B) 60,458 60,458 (A) (B) (A) 60,0 60,0 300kW 500kW 60,5 f fbus Pb Pa 100 200 300 Công suất P/máy (kW) Hình 2.14 Đặc tính điều tốc của ví dụ 2.6 VÍ DỤ 2.7 Hai máy phát đồng bộ, A có 1000kW, 60Hz và B - 600kW, 60Hz đang làm việc song song. Cả hai máy đều có độ suy giảm tốc độ 0,0008Hz/kW. Tải của lưới điện 900kW, máy A cấp 2/3 tải cho lưới ở tần số 60,2Hz. Giả sử rằng tải của lưới tăng thêm 720kW, hãy xác định (a) tần số lưới điện; và (b) tải của mỗi máy.
56 Bài giải a. Tần số của lưới điện Do hai máy có độ suy giảm tốc độ như nhau nên tải tăng thêm phân phối đều cho hai máy, vì vậy: 720 ΔPa  ΔPb   360 kW 2 Δf Δf GD   0,0008  ΔPa 360  Δf  0,288 Hz flưới = 60,2 - 0,288 = 59,91 Hz b. Công suất mỗi máy 2 Pa   900  360  960 kW 3 1 Pa   900  360  660 kW 3 Ta thấy máy B đang làm việc quá tải 10% . VÍ DỤ 2.8 Ba máy phát đồng bộ sử dụng đông cơ sơ cấp diesel đang làm việc song song cung cấp công suất tổng 210kW, 60Hz cho tải của lưới điện. Công suất định mức của máy A – 500kW, B – 200kW, C – 300kW. Sơ đồ mạch điện trình bày trên hình 2.18a, và đặc tính điều tốc trên hình 2.18b. Giả sử rằng tải của lưới ba pha tăng thêm gồm tải thuần trở 440kW và một động cơ không đồng bộ tiêu thụ công suất từ lưới 200kVA có hệ số công suất 0,8; hãy xác định (a) công suất tác dụng của lưới điện cung cấp; và (b) tần số của hệ thống; (c) công suất tác dụng của mỗi máy. Bài giải a. Công suất tác dụng của lưới điện cung cấp cho tải Tải tăng thêm: P = 400 + 0,8.200 = 600kW Tải hệ thống: P = 210 + 600 = 810kW b. Tần số hệ thống Từ số liệu trên hình 2.15b, tính được độ suy giảm tốc độ như sau: Δf a 60,2  60 GD a    0,002857 Hz / kW ΔPa 70
57 Δf b 60,4  60 GD b    0,005714 Hz / kW ΔPb 70 Δf 60,6  60 GD c  c   0,008571 Hz / kW ΔPc 70 500kW 200kW 300kW A B C 70kW 70kW 70kW Lưới (a) 210kW 210kW 210kW 60,6 60,4 60,2 60 f (A) f2 Pc2 (B) Pb Tần số (Hz) 2 (C) Pa2 (b) 70 100 200 300 400 Công suất P/máy (kW) Hình 2.15 Đặc tính điều tốc của ví dụ 2.7 Tăng tải là nguyên nhân làm giảm tần số về f2 như trình bày trên hình 2.15b. Dựa vào hình 2.15b, sử dụng tam giác đồng dạng và chú ý rằng f là như nhau cho tất cả các máy phát: Δf Δf Δf  0,002857  0,005714  0,008571 ΔPa 2 ΔPb 2 ΔPc 2
58 Pa2 = 350f; Pb2 = 175f; Pc2 = 116,667f Pa2 + Pb2 + Pc2 = 600 (350 +175 + 116,667)f = 600  f = 0,9351 Hz f2 = 60 - f = 60 - 0,9351 = 59,06 Hz c. Công suất mỗi máy Pa2 = 70 + Pa2 = 70 + 350 x 0,9351 = 397,3 kW Pb2 = 70 + Pb2 = 70 + 175 x 0,9351 = 233,6 kW Pc2 = 70 + Pc2 = 70 + 116,667 x 0,9351 = 179,1 kW 2.6. PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT TÁC DỤNG GIỮ CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG Điều chỉnh công suất động cơ sơ cấp tương ứng sẽ cân bằng lại công suất tác dụng giữa các máy phát điện làm việc song song nhưng không cân bằng công suất phản kháng. Điều chỉnh dòng điện kích từ It sẽ cân bằng lại công suất phản kháng giữa các máy phát. Muốn máy phát điện mang tải sau khi hòa đồng bộ, ta tăng công suất cơ của động cơ sơ cấp, tức tăng lưu lượng nước trong máy thủy điện hoặc tăng lưu lượng hơi trong máy phát nhiệt điện. Điều chỉnh dòng điện kích từ It, điện áp của máy phát vẫn không đổi vì đó là điện áp của lưới điện. Việc thay đổi dòng điện kích từ It chỉ làm tháy đổi công suất phản kháng của máy phát. Chú ý, sau đây ta chỉ xét máy phát làm việc trong hệ thống điện, nghĩa là tần số f và điện áp U của hệ thống điện cho là không đổi. Để xét việc điều chỉnh công suất tác dụng giữa các máy phát điện làm việc song song được trình bày trên hình 2.16, máy phát điện một F1 đang cấp công suất cho lưới, máy phát hai F2 vừa hòa đồng bộ thành công vào lưới. Đồ thị véctơ tương ứng với điều kiện ban đầu trình bày trên hình 2.16a và b. Dòng điện I1 do máy F1 cấp cho lưới trước khi hòa máy F2 vào lưới điện. Tuốc bin Hòa thành công vào lưới F1 F2 Tải Hình 2.16 Hai máy phát làm việc song song Điều chỉnh công suất tác dụng giữa các máy phát điện là đồng thời điều chỉnh điều chỉnh công suất cơ tương ứng, đó cũng là nguyên nhân gây ra góc công suất