Bài giảng Vận hành hệ thống điện - Võ Phúc Lập

Nội dung text: Bài giảng Vận hành hệ thống điện - Võ Phúc Lập

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN Giảng viên: ThS Võ Phúc Lập 1 1
2. NỘI DUNG TRÌNH BÀY Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN Chương 2: CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA THIẾT BỊ Chương 3: KẾT CẤU CỦA CÁC PHẦN TỬ HỆ THỐNG ĐiỆN Chương 4: CHẾ ĐỘ LÀM ViỆC KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Chương 5: CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG Chương 6: NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Chương 7: VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐIỆN 2
3. Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung: - Vận hành hệ thống điện là tập hợp các thao tác nhằm duy trì chế độ làm việc bình thường của HTĐ, đáp ứng yêu cầu chất lượng, tin cậy và kinh tế. - Hệ thống điện bao gồm các phân tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. - Sự làm việc tin cậy và kinh tế của hệ thống xuất phát tù sự tin cậy và chế độ làm việc kinh tế của từng phần tử. - Sự ra đời của các thiết bị công nghệ mới, những yêu cầu về vận hành các thiết bị điện nói riêng và hệ thống điện nói chung ngày càng trở nên nghiêm ngặt, khắc khe hơn nhiều. 3
4. - Đối với tất cả các thiết bị điện, vấn đề vận hành hệ thống điện cần phải thực hiện theo đúng các qui trình, qui phạm của ngành, của quốc gia và của các nhà cung cấp. - Qui trình vận hành các phân tử hệ thống điện được xây dựng dựa trên cơ sở các qui trình, qui phạm, các hướng dẫn vận hành, bảo trì bảo dưỡng của thiết bị, có xét đến những đặc điểm công nghệ của hệ thống. Một số đặt điểm nổi bật như: + Qui trình sản xuất và tiêu thụ điện năng diễn ra hầu như đồng thời: Điện năng không thể lưu trữ, do đó, cần phải duy trì sao cho tổng công suất phát của tất cả các nhà máy điện phải luôn luôn phù hợp với nhu cầu tiêu thụ của tất cả các phụ tải sử dụng điện. 4 4
5. + Hệ thống điện là một hệ thống nhất: giữa các phần tử của hệ thống điện luôn luôn có những mối liên hệ hết sức mật thiết với nhau, sự thay đổi bất kỳ của một thành phần nào trong hệ thống điện đều làm thay đổi chế độ làm việc của các phần tử khác trong hệ thống, có thể chúng cách xa nhau hàng trăm km. Do đó, cần phải có sự thống nhất trong quá trình điều khiển, vận hành hệ thống để đảm bảo duy trì chất lượng lưới điện ở mức độ hợp lý. + Các quá trình diễn ra trong hệ thống điện rất nhanh: do đó yêu cầu hệ thống điện cần phải được trang bị hệ thống điều khiển, bảo vệ có tính tự động hoá cao nhằm duy trì chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. + Hệ thống điện liên quan mật thiết đến đời sống, an sinh xã hội: Để đáp ứng nhu cầu không ngừng gia tăng của xã hội thì hệ thống điện cũng không ngừng mở rộng và phát 5 triển. 5
6. - Các yêu cầu cơ bản của hệ thống: + Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao + Đảm bảo chất lượng điện năng + Độ tin cậy, ổn định cung cấp điện + Tính linh hoạt và khả năng đáp ứng đồ thị phụ tải 1.2 Các chế độ vận hành hệ thống điện và tính kinh tế của chế độ vận hành: - Các chế độ vận hành của hệ thống điện: + Chế độ xác lập: là chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, các tham số biến thiên rất nhỏ xung quanh giá trị trung bình (cho phép). 6 6
7. + Chế độ quá độ bình thường: hiện tượng này xảy ra thường xuyên khi hệ thống điện chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác và nằm trong phạm vi cho phép của hệ thống. + Chế độ quá độ sự cố: xảy ra khi xuất hiện hiện tượng sự cố trên hệ thống điện, các tham số hệ thống thay đổi lớn so với trạng thái bình thường, hậu quả của chế độ quá độ sự cố còn phụ thuộc vào qui mô, tính chất của sự cố. + Chế độ xác lập sau sự cố: là trạng thái hệ thống sau khi các phần tử bị sự cố được loại ra khỏi hệ thống. Nếu quá trình xảy ra sự cố trong thời gian ngắn và các tham số hệ thống biến đổi trong giới hạn cho phép thì chế độ sau sự cố đã được xử lý tốt. 7 7
8. - Tính kinh tế và sự điều chỉnh chế độ của hệ thống điện: + Tính kinh tế của hệ thống điện được đặc trưng bởi cực tiểu chi phí để sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Chi phí này phụ thuộc vào mức độ yêu cầu điện năng nên chỉ tiêu kinh tế của chế độ hệ thống điện đặc trưng cho suất chi phí, tức là chi phí tính 1kWh. + Tính kinh tế của hệ thống điện cũng có thể được thể hiện ở mức thu lợi nhuận cao nhất và đáp ứng được đầy đủ nhu cầu của các hộ sử dụng điện. Chỉ tiêu kinh tế có thể được xem xét dưới góc độ giá thành 1kWh điện năng tiêu thụ. Chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: giá nhiên liệu, giá thành thiết bị, yêu cầu và đặc điểm sử dụng điện, các điều kiện thời tiết, và đặc biệt là phương thức vận hành hệ thống điện 8 8
9. + Tính kinh tế của hệ thống điện trước hết phải đảm bảo được sự tăng trưởng kinh tế của từng khâu trong hệ thống như tăng hiệu suất các nhà máy điện, hiệu suất truyền tải, Để đảm bảo tính kinh tế của hệ thống điện cần phải: + Xác định được sự phân bố công suất tối ưu giữa các phần tử trong hệ thống. + Lựa chọn tốt nhất tổ hợp các phần tử trong hệ thống, nhằm giảm tối đa thành phần tổn hao của các phần tử hệ thống (tổn hao cố định - tổn hao không tải và tổn hao thay đổi - tổn hao phụ thuộc hệ số mang tải). + Xác định qui luật vận hành tối ưu của từng phần tử, của hệ thống như: qui luật điều chỉnh điện; qui luật điều chỉnh dung lượng bù công suất phản kháng, 9 9
10. 1.3 Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện: - Nhiệm vụ chung: Các phần tử trong hệ thống điện làm việc tốt, ổn định và đảm bảo độ tin cậy hay không phần lớn là do quá trình vận hành quyết định. Khi vận hành, các phần tử cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Đảm bảo cung cấp điện liên tục, tin cậy cho các hộ tiêu thụ và chế độ vận hành liên tục của thiết bị. + Đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp: tần số, điện áp của hệ thống, các thông số vận hành của nhà máy phải luôn được giữ trong giới hạn cho phép. + Đáp ứng được đồ thị phụ tải một cách linh hoạt, cung cấp đầy đủ điện năng đảm bảo chất lượng cho khách hàng. + Đảm bảo được tính kinh tế cao của các phần tử hệ thống, đồ thị phụ tải phải được san bằng tốt nhất đến mức 10 có thể. 10
11. + Đảm bảo giá thành sản xuất, truyền tải và phân phối thấp nhất đến mức có thể. - Thử nghiệm: Việc thử nghiệm các phần tử hệ thống được tiến hành để kiểm tra và đánh giá tình trạng của các thiết bị, khối lượng công việc thử nghiệm tuỳ thuộc vào từng loại thiết bị và mục đích thử nghiệm. Việc thử nghiện có thể tiến hành tại hiện trường hoặc tại phòng thí nghiệm, các công việc được tiến hành khi: + Sau mỗi lần đại tu, thay đổi cấu trúc, kết cấu thiết bị hoặc chuyển sang sử dụng loại nguyên liệu khác. + Khi có sự sai lệch thông số so với giá trị chuẩn một cách có hệ thống mà cần phải xác định rõ nguyên nhân của sự sai lệch này. 11 11
12. + Định kỳ sau một thời gian nhất định, tính từ khi thiết bị bắt đầu được đưa vào vận hành nhằm kiểm tra tình trạng và khả năng làm việc của thiết bị. - Phân tích đánh giá kết quả thử nghiệm: Sau khi đã tiến hành thử nghiệm, các kết quả sẽ được phân tích cụ thể như sau: + Xác định hiệu quả của việc thay đổi cấu trúc thiết bị. + Xác định các chỉ tiêu vận hành liên quan đến công tác hiệu chỉnh. + Thiết lập các đặc tính, chế độ công nghệ khác nhau. + Giải thích nguyên nhân của sự sai lệch thông số của thiết bị, xác định được các đặc tính của các phần tử cần thiết, đưa ra các giải pháp khắc phục hậu quả. 12 12
13. - Sửa chữa định kỳ: Sự làm việc lâu dài, liên tục và ổn định của các thiết bị trong hệ thống điện được đảm bảo bởi chế độ sửa chữa, bảo dưỡng phòng ngừa theo kế hoạch trước khi thiết bị có thể bị dừng lam việc do hao mon, hư hỏng. Quá trình sửa chữa định kỳ được chia ra các loại gồm: + Đại tu: khi sửa chữa người ta tiến hành xem xét thật kỹ, thật chi tiết các thiết bị và phân tích tình trạng của thiết bị, khắc phục những hư hỏng của các bộ phận, các chi tiết bằng cách sửa chữa phục hồi hoặc thay thế. + Bảo dưỡng định kỳ: trong quá trình bảo dưỡng định kỳ người ta thường xuyên kiểm tra, tu bổ các thiết bị để đảm bảo thiết bị luôn vận hành liên tục, hiệu suất cao và mang lại hiệu quả kinh tế. 13 13
14. 1.4 Điều độ và tổ chức vận hành hệ thống điện: - Tuỳ thuộc vào qui mô của hệ thống điện mà người ta có những sơ đồ tổ chức đơn giản hay phức tạp khác nhau, trong đó đảm bảo điều hành các hoạt động trong hệ thống điện một cách mạch lạc, cơ động và hiệu quả. - Đối với các hệ thống điện lớn, với lượng thông tin đến vô cùng lớn, dễ dẫn đến tình trạng quá tải bởi lượng thông tin sẽ đi qua nhiều cấp. Do đó, ở những hệ thống phức tạp sơ đồ phân tán từng phần sẽ có hiệu quả hơn rất nhiều. - Hệ thống điều độ được phân chia thành nhiều cấp: điều độ Quốc gia (A0); điều độ khu vực (A1; A2; ) và điều độ địa phương (điều độ Điện lực). 14 14
15. - Mỗi cấp thực hiện những nhiệm vụ riêng của minh, tuy nhiên, việc phân cấp chỉ mang tính chất tương đối do giữa các cấp luôn luôn có sự liên kết chật chẻ, gắn bó hỗ trợ cho nhau trong quá trinh vận hành hệ thống điện chung. 1.4.1 Điều độ Quốc gia: - Nhiệm vụ: + Thoả mãn nhu cầu của phụ tải về điện năng va công suất đỉnh. + Đảm bảo toàn bộ hệ thống điện vận hành an toàn và tin cậy. + Đảm bảo chất lượng điện năng (tần số, điện áp của các nút trong hệ thống điện). + Nhanh chóng loại trừ các sự cố trong hệ thống điện. 15 15
16. - Điều độ Quốc gia được chia lam hai bộ phận: chỉ huy và thường trực + Bộ phận chỉ huy: theo dõi các hoạt động và chỉ huy trực tiếp cấp dưới thực hiện theo nhiệm vụ được giao. + Bộ phận thường trực: • Lập kế hoạch bảo dưỡng các tổ máy, đương dây và trạm biến áp nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao nhất. • Cân bằng năng lượng hằng năm, quí, tháng. • Xác định đồ thị phụ tải ngày đêm. • Lập sơ đồ vận hành lưới điện chính. • Tính toán phân bố tối ưu công suất tác dụng, công suất phản kháng, tính mức điện áp tại các nút chính. 16 16
17. • Tính toán độ ổn định, lựa chọn và chỉnh định cấu trúc hệ thống bảo vệ relay đảm bảo loại trừ các sự cố trên hệ thống. • Lập trình tự điều chỉnh tần số và điện áp. • Xây dựng các tình huống giả lập sự cố và các giải pháp loại trừ. • Lập sơ đồ sử dụng tối ưu các dạng nguồn năng lượng (nước, nhiệt, dầu, gas, ) huy động phát lên trên hệ thống điện Quốc gia. • Chỉ định biểu đồ phụ tải cho các nhà máy điện và điều chỉnh nó trong suốt quá trình vận hành hệ thống. • Đưa ra các yêu câu tối cần thiết đối với việc lập qui hoạch phát triển và thiết kế hệ thống điện Quốc gia 17 17
18. - Sơ đồ tổ chức: 18 18
19. 1.4.2 Điều độ địa phương: - Có nhiệm vụ điều khiển việc tiếp nhận và phân phối nguồn điện năng từ các trạm biến áp trung gian cho mạng điện phân phối trung - hạ áp. Điều độ địa phương phải đảm bảo cung cấp điện tin cậy và chất lượng cho khách hàng với tổn thất ở mức thấp nhất. - Ở chế độ vận hành bình thường: • Thực hiện các thao tác đóng cắt và điều chỉnh trên lưới điện nhằm tối ưu hoá chế độ của mạng điện. • Thao tác bảo dưỡng định kỳ. • Đưa các thiết bị mới vào vận hành trên lưới. • Điều chỉnh đóng cắt các trạm biến áp phân phối sao cho phù hợp với công suất nguồn cấp.- 19 19
20. • Kiểm tra hoạt động của các phụ tải. • Duy trì hành lang an toàn điện của lưới điện. - Ở chế độ sự cố: • Đánh giá nhận định tính chất, mức độ của tinh trạng sự cố. • Loại trừ hậu quả của các sự cố. • Cô lập các phân tử bị sự cố ra khỏi lưới điện, đóng chuyển các nguồn dự phòng để đảm bảo duy trì sự hoạt động bình thường của các thiết bị còn lại. • Khắc phục hậu quả sự cố. - Nhiệm vụ của các ban phương thức vận hành địa phương: 20 20
21. • Lập kế hoạch cấu trúc vận hành lưới điện. • Lập kế hoạch bảo dưỡng định kỳ, nâng cấp, sửa chữa các phần tử trong hệ thống điện. • Sa thải phụ tải khi thiếu hụt công suất nguồn. • Đo đếm và điều chỉnh thông số của các chế độ lưới điện. • Lập kế hoạch cho các đội công tác. - Các nguyên tắc chung: • Phải có đầy đủ các thông tin về đặc tính của các phân tử trong hệ thống điện và các trạng thái của chúng. • Xử lý nhanh các thông tin để ra quyết định vận hành chính xác. 21 21
22. • Truyền thông tin nhanh và chính xác đến các vị trí, tổ công tác thưa hành. • Tiếp nhận đúng các thông tin phản hồi để kiểm tra và hiệu chỉnh kịp thời. • Lưu giữ và phân tích các trạng thái của các phần tử trong hệ thống điện để đúc kết các kinh nghiệm và nghiên cứu các giải pháp phù hợp. • Dự báo và qui hoạch quá trình vận hành trong tương lai. • Các hoạt động được thực hiện trong một hệ thống thống nhất và đồng bộ. 22 22
23. • Sơ đồ tổ chức: 23 23
24. 1.4.3 Sơ đồ tổ chức của nhà máy điện: - Các phòng ban nghiệp vụ và các phân xưởng chịu sự lãnh đạo của Giám đốc nhà máy và người điều việc sản xuất trong các ca trực đó là các trưởng ca, dưới các trưởng ca là trưởng kíp các bộ phận, dưới trưởng kíp là các trực ban kỹ thuật. - Các phân xưởng kỹ thuật, vận hành, kiểm nhiệt, ló máy, chịu sự điều hành của Phó Giám đốc Kỹ thuật và các xưỡng sửa chữa, bảo dưỡng chịu sự điều hành của Phó Giám đốc sữa chữa. - Sơ đồ tổ chức: 24 24
25. 1.5 Các thủ tục trong công tác vận hành hệ thống điện: 1.5.1 Phiếu công tác: - Phiếu công tác hay phiếu thao tác là giấy phép tiến hành công việc trong đó ghi rõ địa điểm làm việc, nội dung công tác, thời gian bắt đầu, điều kiện tiến hành làm việc. - Phiếu công tác được viết làm 02 bản rõ ràng, không tẩy xoá, có đầy đủ các chữ ký của các thành viên tham gia trong phiếu công tác, một bản lưu và một bản giao cho người trưởng nhóm công tác phụ trách công việc. Riêng đối với các công việc của lưới điện hạ áp chỉ cân viết 01 bản và lưu lại cuống phiếu. - Các nội dung bắt buộc phải được giao theo phiếu công tác: 26 26
26. • Làm việc trên tất cả các thiết bị cao áp. • Làm việc ở các thiết bị đã cắt điện. • Làm việc ở độ cao trên 3m đối với các thiết bị không cắt điện nhưng vẫn đảm bảo khoảng cách an toàn trong giới hạn cho phép. • Làm việc trên đường dây đã cắt điện nhưng các đường dây đi chung cột vẫn còn mang điện. • Làm việc trên các thiết bị mang điện hạ áp. - Thủ tục cấp phiếu công tác như sau: Nội dung công tác do thủ trưởng đơn vị hoặc người được ủy quyền ra quyết định và ký phiếu, nếu công việc do đơn vị khác đến thực hiện thì đơn vị quản lý thiết bị phải có trách nhiệm viết phần biện pháp an toàn vào phiếu công tác. 27 27
27. 1.5.2 Nội dung phiếu thao tác: - Phiếu công tác được viết bằng tay, phải điên đầy đủ nhiệm vụ, địa điểm, thời điểm bất đầu công tác, họ va tên người ra lệnh, người giám sát và người thực hiện thao tác. - Trong phiếu thao tác phải được ghi rõ sơ đồ, trình tự thực hiện các hạng mục công việc như: cắt điện, kiểm tra, đặt rào chắn, mắc tiếp địa, treo biển báo, - Phiếu thao tác phải được ghi rõ ràng, không được tẩy xoá. Mỗi phiếu thao tác chỉ viết cho một nội dung công việc và phải có đủ chữ ký của người viết và thực hiện trong phiếu. 28 28
28. 1.5.3 Tổ chức thực hiện: - Phiếu thao tác sau khi được trưởng ca, kíp duyệt thì được giao cho trưởng nhóm công tác một bản, cón một bản được lưu lại. Trưởng nhóm công tác có nhiệm vụ phổ biến rõ nhiệm vụ thực hiện các công việc cho các thành viên trong tổ. - Người được giao nhiệm vụ thao tác phải nắm vững sơ đồ lưới, vị trí các thiết bị cần thao tác, các hạng mục và trình tự thao tác. Quá trình thao tác được thực hiện dưới sự giám sát của người có bậc an toàn cao nhất. - Khi đến hiện trường công tác, cả người thực hiện lẫn người giám sát phải kiểm tra lại sơ đồ thực tế của thiết bị so với phiếu thao tác, chỉ được thực hiện khi không thấy có sự sai khác. 29 29
29. - Người thực hiện thao tác, sửa chữa, vận hành thiết bị cần phải có đủ trình độ chuyên môn, có bậc an toàn phù hợp với yêu cầu của ngành điện. Mọi thao tác đóng cắt thiết bị cao áp đều phải do hai người thực hiện, người thực hiện có bậc an toàn trên bậc 3 và người giám sát có bậc an toàn trên 4 và cả hai đều phải chịu trách nhiệm như nhau về công tác đã thực hiện. - Trước khi kết thúc công tác, người chỉ huy cần phải trực tiếp kiểm tra lại toàn bộ công việc, thiết bị và sơ đồ vừa thực hiện, sau đó ra lệnh thoá gỡ hệ thống tiếp địa đi động. Người chỉ huy phải trực tiếp gỡ bỏ biển báo, thu lại phiếu công tác, ký tên và trả phiếu thao tác cho người cấp, phiếu này phải được lưu ít nhất 01 tháng. 30 30
30. Chương 2: CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA THIẾT BỊ 2.1 Khái niệm chung: - Trong quá trình hoạt động, dòng điện làm việc của thiết bị gây ra một tổn thất điện năng dưới dạng tổn hao nhiệt, sự gia tăng nhiệt độ của các thiết bị càng làm tăng tổn hao điện năng do điện trở của các phần tử dẫn điện tăng, do đó làm giảm khả năng mang tải của chúng. - Độ bền cơ học của các chi tiết trong thiết bị sẽ suy giảm khi nhiệt độ tăng, điều đó làm giảm độ tin cậy của chúng. Khi nhiệt độ tăng cũng sẽ làm tăng tổn thất điện môi làm cho độ bền điện của chúng bị suy giảm. Đó chính la những nguyên nhân cơ bản đẩy nhanh quá trình lão hoá cách điện và làm giảm tuổi thọ của thiết bị. 31 31
31. - Nghiên cứu chế độ nhiệt của thiết bị là một nhiệm vụ quan trọng, và từ đó xác định được các điều kiện làm việc an toàn của thiết bị, đặc biệt là nâng cao khả năng mang tải của chúng. - Việc nghiên cứu chế độ nhiệt của các thiết bị điện là một bài toán khá phức tạp, vì sự gia tăng của nhiệt độ phụ thuộc rất nhiêu yếu tố như dòng điện, điện áp, tần số, tổn thất, cấu trúc vật liệu, kết cấu lõi thép, cuộn dây, điện môi, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, - Tùy theo mục đích cụ thể mà người ta có thể lựa chọn các phương pháp tính toán chế độ nhiệt phù hợp với sai số trong giới hạn cho phép. 32 32
32. 2.2 Sự cân bằng nhiệt trong thiết bị điện: - Sự truyền nhiệt trong các thiết bị điện diễn ra theo trình tự: dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt và đối lưu. Theo định luật bảo toàn năng lượng, nhiệt năng sinh ra bằng tổng nhiệt năng làm nóng thiết bị và nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh. - Phương trình căn bằng nhiệt được biểu diễn dưới dạng: ΔP.dt = cG.dθ + qFθ.dt Trong đó: ΔP – hao tổn công suất trong thiết bị điện. t – thời gian tác động của phụ tải c - nhiệt dung W.s/kg.0C. G - khối lượng của vật thể. 33 33
33. θ – tăng nhiệt độ của thiết bị so với môi trường làm mát tại thời điểm t, θ = θthiết bị - θ0; θthiết bị - nhiệt độ của thiết bị. θ0 - nhiệt độ của mội trường xung quanh. q - nhiệt lượng toả ra trên một đơn vị diện tích bê mặt, W/mm2.0C. F - diện tích bề mặt tiếp xúc mm2. Chia hai vế của biểu thức trên cho dt ta được phương trình vi phân: d P = cG. + qF dt 34 34
34. - Nếu coi các đại lượng c, q là không đổi thì phương trinh vi phân có nghiệm: θ = A.ekt + B trong đó: A, B là các hằng số, được xác định theo điều kiện ban đầu, k là nghiệm của phương trình đặc trưng: qF cGk + qF = 0 k = − qF cG − t Như vậy:  = Ae cG + B , gọi T là hằng số thời gian đốt cG nóng: T = − qF 35 35
35. t − Ta có:  = Ae T + B - Ở thời điểm ban đầu khi t = 0 thì nhiệt độ của thiết bị và môi trường xung quanh bằng nhau, tức là chênh lệch nhiệt độ giữa thiết bị và môi trường xung quanh bằng không θ = 0, lúc đó: 0 = A + B suy ra A = B - Ở thời điểm t = ∞ thì θ đạt đến giá trị xác lập θ = θ∞ − T  = Ae + B = 0 + B hay B = θ∞ t − T Thay A và B vào ta có:  =  (1− e ) - Nhiệt độ của thiết bị tại thời điểm t bất kỳ có thể xác định t t theo biểu thức: − − T T t =  (1− e ) + 0.e 36 36
36. - Hằng số thời gian đốt nóng T của thiết bị điện hoàn toàn có thể xác định phụ thuộc vào công suất định mức và phương thức làm mát của chúng. Giá trị hằng số thời gian đốt nóng của một số thiết bị có thể tra bảng: 37 37
37. 2.3 Tuổi thọ của thiết bị điện: - Tuổi thọ của các thiết bi phụ thuộc chủ yếu vào chế độ nhiệt của chúng, các vật liệu cách điện bị lão hoá do tác động của nhiệt độ, độ ẩm, hoá học, - Quá trình lão hoá thiết bị thực chất là quá trình suy giảm đặc tính cách điện do sự biến đổi hoá học bên trong vật liệu cách điện dưới tác động của các yếu tố khác nhau trong quá trình vận hành, đặc biệt là sự tác động của nhiệt độ. - Nếu thiết bị làm việc với phụ tải định mức thì sẽ tương ứng với tuổi thọ định mức Nn, nếu thiết vị làm việc quá tải thì nhiệt độ lúc đó vượt quá giá trị định mức và tuổi thọ thiết bị cũng sẽ suy giảm nhiều ít tuỳ thuộc vào việc vận hành ở chế độ quá tải nhiều hay ít. 38 38
38. - Khi nhiệt độ của thiết bị tăng một cách đột ngột sẽ gây ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị nhiều hơn việc tăng nhiệt độ từ từ. Tuổi thọ thiết bị có thể cho theo biểu thức: 2 (cp−tb )(1−kmt) N = Nn .2 = Nn .L (năm) Trong đó: Nn - tuổi thọ định mức của thiết bị, năm α - hệ số phụ thuộc vào vật liệu, thường có giá trị trong khoảng 8 ÷ 12. θcp - nhiệt độ cho phép (nhiệt độ giới hạn của của thiết bị điện),0C 0 θtb - nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh, C kmt - hệ số mang tải của thiết bị điện 39 39
39. - Như vậy, ta thấy rằng nếu thiết bị làm việc non tải thì tuổi thọ sẽ được kéo dài, còn nếu làm việc quá tải thì tuổi thọ sẽ bị suy giảm, có nghĩa là tuổi thọ của thiết bị điện là một đại lượng biến thiên phụ thuộc vào chế độ làm việc và điều kiện làm mát. Tuổi thọ thiết bị có thể được tính theo biểu thức: t qt N = Nn . t dt Trong đó: tqt - thời gian làm việc quá tải cho phép của thiết bị điện; tdt- thời gian dự trữ do trước đó thiết bị làm việc non tải. - Thời gian dự trữ tdt trong ngày có thể xác định: M t dt = 24 −  t qdi i=1 40 40
40. với tqdi - thời gian phục vụ ở chế độ thứ i, ứng với hệ số mang tải kmti qui đổi về chế độ làm việc định mức t i t qdi = Li M - số lần thay đổi chế độ làm việc trong ngày ti - thời gian làm việc thực tế ở chế độ thứ i trong ngày - Như vậy biểu thức xác định thời gian quá tải cho phép của thiết bị: tqt = tdt.L - Do đó, nếu trong quá trình vận hành thiết bị thì chúng có thể làm việc quá tải trong một khoảng thời gian nhất định mà không làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị. 41 41
41. 2.4 Chế độ nhiệt của MBA: 2.4.1 Chế độ nhiệt xác lập của MBA: - Khi MBA làm việc ở chế độ bình thường thì nhiệt độ của máy sẽ đạt đến một giá trị ổn định, lúc này toàn bộ lượng nhiệt do máy sẽ được toả ra môi trường xung quanh nhờ quá trình trao đổi nhiệt với sự trợ giúp của hệ thống làm mát của MBA. Với điều kiện làm việc định mức thì tuổi thọ của MBA có thể lên đến 25 ÷ 30 năm. - Độ đốt nóng của MBA đang vận hành được kiểm tra theo nhiệt độ lớp dầu bề mặt bằng nhiệt kế, nhiệt độ lớp dầu bề mặt không được vượt quá quá trị cho phép θcp (theo bảng tra). 42 42
42. - Theo thực nghiệm cho thấy nếu nhiệt độ của MBA không vượt quá giá trị cho phép khi máy làm việc liên tục 24h mỗi ngày thì tuổi thọ của máy sẽ đạt đến giá trị định mức, nếu nhiệt độ của MBA tăng lên thì tuổi thọ giảm xuống và ngược lại. - Sự phân bố nhiệt độ trong MBA có thể được xác định: Điểm nóng nhất là cuộn dây và sẽ giảm dân đến bề mặt tiếp xúc với môi trường xung quanh, theo kết quả phân tích thì sự suy giảm nhiệt độ trong cuộn dây chỉ khoảng vài 0C, thì sự giảm nhiệt ở điểm tiếp xúc với trường xung quanh chiếm tới 60% tổng nhiệt lượng đặt lên MBA. -Để thuận tiện trong việc theo dõi chế độ làm việc trong quá trình vận hành, nhiệt độ kiểm tra không phải là nhiệt độ của cuộn dây mà chính là nhiệt lớp dầu bề mặt của MBA. - Sự thay đổi nhiệt độ của MBA phụ thuộc vào sự thay đổi phụ tải, tổn hao công suất trong MBA gồm 02 thành phần: tổn hao không tải và tổn hao ngắn mạch (tỷ lệ với bình phương hệ số mang tải). 43 434 3
43. 2 ∆P = ∆P0 + ∆Pkkmt Trong đó: kmt = S/Sn S - phụ tải của MBA Sn – công suất định mức của MBA ∆P0, ∆Pk - tổn hao không tải và tổn hao ngắn mạch MBA P Ký hiệu b = k thì ta có biểu thức biểu diễn độ tăng nhiệt lớp dầu bề P 2 0 1+ b.k mặt so với môi trường làm mát như sau:  =  ( mt )m d d.n 1+ b Trong đó: θd.n - độ tăng nhiệt dầu khi phụ tải định mức; θd.n = θcp – θtb θcp - nhiệt độ cho phép của MBA, phụ thuộc vào chế độ làm mát θtb - nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh m - chỉ số phụ thuộc vào điều kiện làm mát của MBA (bảng tra) 44
44. M - hệ thống làm mát bằng đối lưu của dầu MBA Д – hệ thống làm mát bằng đối lưu dầu có sự trợ giúp bằng quạt Ц – hệ thống làm mát bằng sự lưu thông dầu và nước ДЦ - hệ thống làm mát bằng tuần hoàn cưỡng bức và không khí P Độ tăng nhiệt θ của MBA:  = q.F Trong đó: q - hệ số truyền nhiệt F - diện tích bề mặt toả nhiệt của MBA (m2) 45
45. - Độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ của dầu, được tính 2m gần đúng theo biểu thức: ∆θcd = ∆θcd.n(kmt) ∆θcd.n - độ tăng nhiệt độ cuộn dây tại điểm nóng nhất so với nhiệt độ lớp dầu bề mặt khi tải định mức. - Độ tăng nhiệt độ tại điểm nóng nhất: θcd = θd + ∆θcd -Trong quá trình vận hành, chế độ nhiệt của MBA cần phải được giám sát chặt chẻ để đảm bảo nhiệt độ lớp dầu bề mặt không vượt quá giới hạn cho phép. 2.4.2 Chế độ nhiệt không xác lập của MBA: 1. Đồ thị phụ tải 2 nấc: - Giả sử MBA đang ở trạng thái ban đầu chưa đầy tải, hệ số mang tải kmt = k0 1, độ tăng nhiệt độ tương ứng θ∞. 46
46. - Nếu nhiệt độ θ∞ lớn hơn giá trị ở chế độ phụ tải định mức θn thì sẽ có nguy cơ làm giảm tuổi thọ, thậm chí có thể gây sự cố trong MBA, do đó cần phải giảm tải sau một khoảng thời gian tcp và tcp được xác định bằng biểu thức:  P I2 Ta có: 0 2 và 2 2 = = 2 = kmt 0 = n.k0 ;  = n.k2 n Pn In Sau các phép biến đổi ln, ta có biểu thức tính cho giá trị tcp: 2 2 k2 − k0 tcp = Tln 2 k2 −1 Nếu MBA không được giảm tải thì nhiệt độ của nó sẽ tiếp tục tăng cao và đến khi t = 4,6T thì đạt đến giá trị xác lập θ = θ∞ (đường cong số 1). - Nếu tại B máy được giảm tải với k3 < 1, thì nhiệt độ sẽ giảm tương ứng với đường cong số 2, chế độ mới được xác lập với θ = θ2∞. 48
47. - Nếu thời gian quá tải không đủ lớn, thì nhiệt độ sẽ không tăng đến giá trị xác lập θ∞, mà chỉ đến giá trị θ’ ứng với điểm cuối của bậc thang thứ hai và khi phụ tải giảm thì nhiệt độ xác lập lúc này chỉ là θ’2∞ chứ không phải là θ2∞. 2. Đồ thị phụ tải nhiều nấc: - Giả sử MBA làm việc với phụ tải thay đổi nhiều nấc trong ngày, hệ số mang tải của các nấc là k1, k2, , kn, nhiệt độ xác lập tại các điểm cuối các nấc tương ứng θ1, θ2, , θn. - Nhiệt độ ban đầu θ0 được xác định theo biểu thức: t n t i (i−1) T T di (e − e )  = i=1 0 t n e T −1 49
48. Trong đó: θdi - độ tăng nhiệt độ ở trạng thái xác lập ứng với hệ số mang tải ki. tiΣ - khoảng thời gian tính từ thời điểm được chọn làm gốc đến nấc thứ i n – số bậc thang của đồ thị phụ tảin t i di (Di − Di−1) T i=1 Đặt D = e ta có:  = x i 0 D −1 n 0 + di (Di − Di−1 ) i=1 - Độ tăng nhiệt độ của nấc thứ x là: x = Dn −1 - Nhiệt độ lớp dầu bề mặt: θtrd = θd + θtb - Nhiệt độ thực tế của cuộn dây ứng với nấc phụ tải: θcd = θtrd + Δθcd với Δθcd - độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ dầu. 50
49. 2.5 Chế độ nhiệt của máy phát điện: - Quá trình phát nhiệt ở máy phát điện phức tạp hơn rất nhiều so với MBA và nó phụ thuộc rất nhiều vào các phần tử cấu thành của máy phát. - Sự thay đổi chế độ nhiệt của các phần tử cấu trúc của máy phát có thể diễn ra do sự thay đổi các điều kiện dẫn nhiệt, điều kiện làm mát. -Tổn thất từ các thành phần trong lõi thép, cuộn dây stator, rotor, chúng phụ thuộc vào phụ tải. Tổn thất còn liên quan đến các hiện tượng ma sát bên trong máy phát như: ma sát giữa trục và ổ bi, giữa rotor và chất làm mát. 51
50. - Nhiệm vụ của nhân viên vận hành là giữ cho nhiệt độ của các phần tử nóng nhất không vượt quá giá trị cho phép ở bất kỳ chế độ làm việc nào, do các máy phát có quán tính nhiệt rất thấp. Do đó, phụ tải cho phép lâu dài của máy phát được giao cho nhân viên vận hành dưới dạng bảng biểu và biều đồ sau khi tiến hành các thử nghiệm vận hành. 2.6 Chế độ nhiệt của động cơ điện: - Sự đốt nóng và chế độ nhiệt của động cơ là yếu tố quan trọng để xác định giới hạn mang tải của nó. Tương tự như máy phát, sự đốt nóng của động cơ xảy ra do tổn thất điện từ và tổn thất cơ. Khi động cơ trong chế độ làm việc, nhiệt độ của nó tăng lên cho đến khi đạt đến chế độ căn bằng nhiệt, khi tất cả lượng nhiệt do tổn thất gây ra được đối lưu hoàn toàn ra môi trường xung quanh, khi đó nhiệt độ của động cơ đạt giá trị xác lập. 52
51. - Tùy theo mức độ mang tải của động cơ mà thời gian đạt đến nhiệt độ xác lập sẽ nhanh hay chậm. Đường cong số 1 - ứng với chế độ của động cơ khi phụ thuộc vào mức độ mang tải; Đường cong số 2 - ứng với chế độ mang tải định mức; và đường cong số 3 - ứng với chế độ mang tải thấp hơn giá trị định mức. Như vậy, nhiệt độ xác lập của động cơ thay đổi trong phạm vi tùy thuộc vào chế độ mang tải của nó. 53
52. - Giá trị đốt nóng cho phép của động cơ được xác định phụ thuộc vào loại cách điện dùng trong động cơ. Trong thực tế, thường giới hạn nhiệt độ lớn nhất của động cơ được lấy thấp hơn 100C so với nhiệt độ cho phép của loại cách điện được sử dụng trong động cơ. - Đối với chế độ làm việc ổn định lâu dài, nhiệt độ xác lập được duy trì không đổi (đường cong 1); đối với chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, nhiệt độ đốt nóng của động cơ sẽ thay đổi theo phụ tải của chúng (đường cong 2). Khi lựa chọn công suất của động cơ cần phải dựa vào đặc tính mang tải của chúng. 54
53. Nhiệt độ cho phép lâu dài θcp của các loại cách điện: 2.7 Sự đốt nóng tiếp điểm: Các điểm tiếp xúc trong mạch điện là những nơi có nhiệt độ rất cao, vì điện trở quá độ ở vị trí này thường khá lớn. Điện trở quá độ Rqđ phụ thuộc vào lực ép giữa các điện cực và được xác định theo biểu thức:  R = vl qđ Fk Trong đó: εvl – hệ số biểu thị đặc tính của vật liệu và phương pháp xử lý bề mặt tiếp xúc điểm. F – lực ép. k – chỉ số, phụ thuộc vào loại tiếp điểm . 55
54. Trong quá trình làm việc, điện trở quá độ của tiếp điểm tăng theo nhiệt độ: 2 R = R [1+ ( −  )] qđ qđ1 3 R 2 1 Trong đó: θ1 và θ2 – nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ xác định điện trở Rqđ Rqđ1 – nhiệt độ ban đầu ứng với nhiệt độ θ1; αR – hệ số nhiệt điện trở của vật liệu làm tiếp điểm 2.8 Đo nhiệt độ của thiết bị: 2.8.1 Khí cụ và phương tiện kiểm tra nhiệt độ: 1. Nhiệt kế thủy ngân: có độ nhạy cao nhưng sẽ sai số lớn khi để gần trường điện từ, do tác động của dòng điện xoáy. 56
55. 2. Nhiệt kế áp suất: Khi nhiệt độ thay đổi làm áp suất của hơi ete thay đổi, áp suất này tác động đến bộ chỉ thị có vạch thang hiển thị số đo. 3. Nhiệt kế trương nở: được làm bằng vật liệu có tính năng đặc biệt, có khả năng thay đổi chiều dài khi nhiệt độ thay đổi. 4. Cặp nhiệt độ: làm việc theo hiệu ứng nhiệt – điện, tức là làm việc dựa trên nguyên lý chuyển tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp trên hiện tượng khuyếch tán điện tử tự do của kim loại khi bị nung nóng. 5. Nhiệt điện trở: làm việc theo nguyên lý thay đổi điện trở theo nhiệt độ: R R (1+  ) 1 = 0 R 1 R 2 R0 (1+ R2 ) 0 Trong đó: R0 – điện trở ứng với 0 C R1, R2 – điện trở ứng nhiệt độ θ1 và θ2; 57
56. αR – hệ số nhiệt điện trở, đối với dây đồng có giá trị 0,00425 từ phương trình trên ta có: R 2 1 1 2 = (1 + ) − R1 R R 2.8.2 Kiểm tra nhiệt độ của các thiết bị: - Nhiệt độ thực tế của MBA: được kiểm tra thông qua nhiệt độ của lớp dầu bề mặt và được đo bằng nhiệt kế. - Nhiệt độ của các cuộn dây máy phát điện: được kiểm tra bằng phương pháp gián tiếp với phương pháp nhiệt điện trở. - Nhiệt độ thực tế của ruột cáp: xác định trên cơ sở nhiệt độ đo được ở vỏ và hiệu chỉnh theo công thức 58
57. I2.n R  =  + Q 1 vo 100.F Trong đó: 0 θ1 – nhiệt độ của lõi cáp, C; 0 θvo – nhiệt độ đo được ở vỏ cáp, C; I – giá trị dòng điện cực đại của cáp, xác định trong quá trình đo nhiệt độ vỏ cáp n – số lõi cáp ρ – điện trở suất của vật liệu làm lõi cáp, Ω.mm2/m (bảng tra); 0 RQ – tổng nhiệt trở của lớp cách điện và các lớp bảo vệ, C.m/W; F – tiết diện mặt cắt ngang của lõi cáp, mm2; 59
58. - Nhiệt độ bên trong của vật liệu cách điện: xác định trên cơ sở nhiệt độ bên ngoài của chúng theo biểu thức: A tr = ng + kvl θng – nhiệt độ đo được trên bề mặt cách điện; A – hằng số, thường lấy giá trị bằng 1,188; kvl – hệ số phụ thuộc vào loại vật liệu cách điện; - Nhiệt độ của các tiếp điểm: thường được kiểm tra bằng cầu đo gắn trên sào cách điện, sự kiểm tra theo chu kỳ chế độ nhiệt của các tiếp điểm cần được tiến hành ở thời điểm phụ tải cực đại. 60
59. Chương 3: KẾT CẤU CỦA CÁC PHẦN TỬ HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1 Tuabin: 3.1.1 Tuabin hơi - Đặc điểm kết cấu: - Hệ thống điều chỉnh tuabin hơi nước: - Nguyên lý hoạt động: + Hơi nước từ lò được đưa vào hộp hơi đứng riêng biệt trong đó có van stop, sau đó theo bốn đường ống truyền vào bốn van điều chỉnh, rồi đi vào xilanh cao áp, sau khi sinh công ở phần cao áp hơi nước theo hai đường ống chuyển tiếp đi vào xilanh hạ áp, sau khi sinh công trong xilanh hạ áp dòng hơi nước đi vào bình ngưng dạng bề mặt. 61
60. + Bộ điều chỉnh tốc độ có tác dụng tự động duy trì tốc độ quay tuabin không đổi, bộ điều tốc này hoạt động trên nguyên lý Servomotor thứ cấp với cơ cấu thừa hành được điều khiển bởi hệ thống dầu áp lực. + Bộ bảo vệ vượt tốc có tác dụng bảo vệ tuabin tránh vượt quá tốc độ cho phép, khi tốc độ quay của rotor tăng đến 3330 ÷ 3360 vòng/phút thì bảo vệ sẽ đóng van stop và van điều chỉnh lại. + Bộ bảo vệ phụ tác động đóng van stop và các van điều chỉnh khi tốc độ quay của rotor đạt tốc độ 3480 vòng/phút mà bảo vệ máy vượt tốc không đáp ứng. + Bộ hạn chế công suất tác dụng bằng cách hạn chế độ mở các van điều chỉnh không cho máy mang tải cao hơn trị số đã định. 62
61. + Bảo vệ trục rotor: khi rotor bị di trục về phía máy phát 1,2 mm hoặc di trục về phía xilanh cao áp 1,7 mm thì bảo vệ sẽ tác động đóng van stop và các van điều chỉnh đồng thời phát tín hiệu sự cố. + Bảo vệ tín hiệu khi chân không bình ngưng tụt xuống còn 650 mmHg và ngắt máy ngắt điện từ khi chân không tụt xuống 540 mmHg (- 0,7 kG/cm2). + Thiết bị đóng cưỡng bức các van một chiều trên các đường trích hơi đến các bình gia nhiệt cao áp và hạ áp khi van stop đóng tách máy phát. + Thiết bị liên khởi động các bơm dầu bảo đảm cung cấp dầu cho các gối trục của tuabin, khi áp lực của dầu bôi trơn giảm xuống còn 0,6 kG/cm2 thì phát tín hiệu chạy bơm dự phòng, khi áp lực của dầu bôi trơn giảm xuống 0,5 kG/cm2 thì phát tín hiệu chạy bơm dầu sự cố và tác động dừng tuabin khi áp lực dầu bôi trơn xuống còn 0,3 kG/cm2. 63
62. 3.1.2 Tuabin thủy điện: - Nguyên lý làm việc: Dòng nước với tốc độ khá lớn đổ vào cánh tuabin, truyền thế năng cho tuabin quay với vận tốc xác định. Để nâng cao hiệu suất, trước khi đổ vào tuabin, dòng nước được dẫn qua buồng xoáy ốc. Sau khi qua tuabin, dòng nước thoát ra ngoài theo ống xã ở phía hạ lưu. Tốc độ quay của tuabin có thể điều chỉnh bởi lưu lượng nước chảy vào bằng cách thay đổi độ mở cửa van. - Do làm việc với năng lượng sơ cấp là thế năng của dòng nước, nên tuabin nước có kết cấu khác nhiều so với tuabin hơi. Tuabin nước liên hệ với máy phát qua trục nối cứng, đối với các nhà máy thủy điện công suất lớn được chế tạo theo kiểu trục đứng, còn đối với các máy phát công suất nhỏ thì được chế tảo theo kiểu trục ngang. - Tùy thuộc vào độ cao của cột nước, tức là sự chênh lệch giữa mức nước của hồ chứa và mức nước phía hạ lưu mà tuabin thủy điện được chế tạo với tốc độ quay khác nhau: 100 vòng/phút (quay chậm); 100 – 200 vòng/phút (quay trung bình) và trên 200 vòng/phút (quay nhanh). 64
63. 3.2 Máy phát điện: 3.2.1. Đặc điểm kết cấu: 1. Máy phát tuabin hơi: - Các máy phát điện tuabin hơi (nhiệt điện) được chế tạo với rotor cực ẩn dạng hình trụ dài, trục quay được bố trí kiểu nằm ngang. -Để đạt được hiệu suất cao mà không cần tăng kích thước, tốc độ quay của các máy phát điện tuabin hơi phải lớn, mối quan hệ giữa tần số và tốc độ quay60đượcf thể hiện bởi biểu thức: Trong đó: p – số lượng p = cặp cực: n Trong đó: n – tốc độ quay, vòng/phút; f – tần số - Mạch từ của stator, rotor của máy phát điện nói chung được làm bằng thép có độ từ dẫn lớn và có độ bền cơ học cao để hạn chế được tổn hao do dòng điện xoáy. 65
64. + Vỏ stator được chế tạo liến khối không thấm khí, có độ bền cơ học đủ để stator có thể không bị hỏng bởi sự biến dạng khi có sự cố nổ, vỏ được đặt trực tiếp lên bệ máy và bắt chặt bằng bu-lông. + Lõi stator có cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật, trên bề mặt các lá thép này được quyét lớp sơn cách điện và dọc theo trục có rãnh thông gió. + Rotor được rèn liền khối bằng thép đặc biệt để đảm bảo rotor có độ bền cơ học cao trong mọi chế độ làm việc của máy phát. Một đầu trục rotor được nối trực tiếp với trục tuabin hơi, đầu còn lại nối với máy kích từ. + Bộ làm mát được bố trí bao bọc phần trên và dọc theo thân máy phát. 66
65. 2. Máy phát tuabin nước: - Máy phát điện tuabin nước (thủy điện) được chế tạo với tốc độ quay chậm hơn nhiều so với máy phát tuabin hơi và khác nhau giữa các nhà máy thủy điện. - Để đảm bảo hiệu suất cao, tuabin nước cần có công suất định mức và tốc độ quay phù hợp với tham số của nguồn nước (chiều cao hiệu dụng cột nước, lưu lượng dòng nước, ). Khi cột nước nhỏ nhưng lưu lượng nước lớn thì tuabin nước có thể có tốc độ quay thấp đến 100 vòng/phút. - Do tốc độ thấp nên số cặp cực của máy phát tuabin nước rất lớn, do đó, đường kính của rotor phải lớn hơn nhiều so với đường kính của rotor máy phát tuabin hơi. - Do đường kính lớn, chiều dài ngắn nên rotor của máy phát thủy điện thường được bố trí trục quay thẳng đứng. Đối với máy phát thủy điện có công suất nhỏ, tốc độ quay nhanh nên trục quay được bố trì nằm ngang. 67
66. 3.2.2 Hệ thống làm mát: - Tùy thuộc vào công suất mà sự làm mát máy phát điện được thực hiện với môi chất là nước, dầu, không khí hoặc hydro. Các máy phát điện có công suất nhỏ thường được làm mát bằng không khí, còn đối với máy phát công suất lớn làm mát bằng khí hydro. - Để tăng cường hiệu quả làm mát, môi chất được thổi qua các rãnh được chế tạo sẵn ở trục, stator, rotor. Quá trình làm mát được thực hiện theo hai phương thức: gián tiếp và trực tiếp. - Hệ thống làm mát gián tiếp được thực hiện bằng cách thổi môi chất làm mát (không khí hoặc khí hydro) qua các khe hở giữa stator, rotor và các khe hở được chế tạo với mục đích làm mát. Môi chất làm mát của hệ thống gián tiếp chuyển động theo hai phương thức: thổi qua và tuần hoàn khép kín. 68
67. - Hệ thống làm mát trực tiếp: môi chất làm mát (không khí, hydro, nước hoặc dầu) được dẫn qua dây dẫn rỗng và các rãnh chế tạo sẵn trong lõi thép, do đo hiệu suất làm mát rất cao. Tuy nhiên với hệ thống làm mát này đòi hỏi kết cấu máy rất phức tạp, giá thành cao. 3.2.3 Hệ thống kích từ: - Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho các cuộn dây kích từ nhằm giữ điện áp đầu cực máy phát không đổi khi phụ tải biến đổi và nâng cao giới hạn công suất truyền tải từ nhà máy điện vào hệ thống đảm bảo ổn định hệ thống. - Để đảm bảo chế độ làm việc chất lượng và tin cậy, dòng điện một chiều cung cấp cho cuộn dây kích từ của máy phát đồng bộ phải đủ lớn, thông thường công suất định mức của hệ thống kích từ bằng 0,2 ÷ 0,6% công suất định mức của máy phát. 69
68. - Việc tạo ra hệ thống kích từ có công suất lớn thường gặp nhiều khó khăn trong khâu chế tạo, do đó, thường sử dụng hệ thống kích từ xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lưu. - Điện áp kích từ giới hạn là điện áp kích từ lớn nhất để tạo ra dòng điện của hệ thống kích từ, điện áp này càng lớn thì phạm vi tác động điều chỉnh dòng kích từ càng rộng và càng có khả năng điều chỉnh nhanh. - Hệ thống kích từ có thể được chế tạo theo ba 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 chỉnh lưu có điều khiển. 70
69. 3.2.4 Điều chỉnh máy phát điện: Bộ tự động điều chỉnh điện áp của máy phát điện hoạt động theo nguyên lý sau: - Cuộn dây 1 nhận tín hiệu được lấy từ máy biến điện áp và cuộn dây 2 nhận tín hiệu từ máy biến dòng ở đầu cực máy phát đưa vào bộ tự động điều chỉnh kích từ. Cuộn dây 1 còn nhận thêm dòng kích từ của máy kích từ phụ. - Hai cuộn dây này tạo nên hiệu ứng corrector thuận và nghịch cho việc điều chỉnh điện áp của máy phát. Ngoài ra còn có thêm cuộn dây thứ 3 mắc nối tiếp với mạch kích từ chính có nhiệm vụ tăng tốc cho những tín hiệu điều chỉnh (dòng kích từ). 71
70. 3.2.5 Các chế độ làm việc của máy phát: a) Chế độ làm việc bình thường: - Là chế độ làm việc ứng với các tham số định mức hoặc gần với giá trị định mức. Các thông số của máy phát như: công suất; dòng stator, rotor; tần số; hệ số công suất; nhiệt độ và áp suất của môi chất. - Công suất giới hạn của máy phát phụ thuộc vào hệ số cosφ và được thể hiện trên hình vẽ: 72
71. + Khi công suất tác dụng bằng với công suất định mức toàn phần, yếu tố giới hạn toàn phần trong trường hợp này chính là dòng stator (đường cong a). + Khi phụ tải tác dụng nhỏ hơn giá trị định mức, máy phát có thể nhận phụ tải phản kháng lớn hơn giá trị mà nó có thể gánh được ở chế độ định mức (đường cong b). - Máy phát có hệ thống làm mát trực tiếp bằng khí hydro có thể làm việc với chế độ làm mát bằng không khí nếu giảm phụ tải. Đối với máy phát làm mát gián tiếp bằng khí hydro thì không thể làm việc với chế độ làm mát bằng không khí được. - Độ sạch của môi chất cũng làm ảnh hưởng đến chế độ làm mát của máy phát, nếu độ sạch giảm đi 1% thì hiệu quả làm mát giảm từ 10 ÷ 11% và thành phần oxy trong máy phát không được vượt quá 1,2%, nếu không đảm bảo thì sẽ dẫn đến nguy cơ hình thành hỗn hợp gây nổ, cháy. 73
72. b) Chế độ làm việc của máy phát khi điện áp, hệ số công suất, tần số sai lệch so với giá trị định mức: - Khi điện áp ở đầu cực stator máy phát điện thay đổi trong giới hạn ± 5÷25% so với điện áp định mức của máy phát thì cho phép duy trì công suất định mức trong điều kiện hệ số công suất cosφ có giá trị định mức. - Khi điện áp thay đổi từ 90 ÷ 110% thì dòng điện và công suất toàn phần của máy phát điện được qui định sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế. c) Chế độ làm việc của máy phát khi tần số thay đổi: - Khi tần số thay đổi trong phạm vi cho phép ± 2,5Hz so với giá trị định mức thì cho phép máy phát duy trì công suất toàn phần. 74
73. - Khi tần số lớn hơn 52,5Hz hoặc nhỏ hơn 47,5Hz thì không cho phép máy phát điện làm việc vỉ điều kiện an toàn của xilanh cao áp. d) Chế độ tăng phụ tải của máy phát: - Tốc độ tăng phụ tải tác dụng của máy phát được xác định theo điều kiện làm việc của tuabin, trong trường hợp này dòng điện stator không được tăng nhanh hơn phụ tải tác dụng của máy phát. e) Chế độ làm việc với phụ tải không đối xứng: - Khi làm việc ở chế độ không đối xứng, dòng điện stator xuất hiện thành phần thứ tự nghịch, sinh ra thành phần từ thông nghịch, dẫn đến sự hình thành từ trường quay ngược chiều, làm tăng đột ngột độ nóng, tăng tổn thất, tăng độ rung. - Chỉ cho phép máy phát làm việc lâu dài khi hiệu số dòng điện trên các pha không lớn hơn 10% so với dòng điện định mức, dòng điện thứ tự nghịch trong trường hợp này có trị số khỏang từ 5 ÷ 7% dòng thứ tự thuận. 75
74. - Khi xảy ra mất đối xứng vượt quá giá trị cho phép thì cần phải có biện pháp loại trừ hoặc giảm sự bất đối xứng, trong khoảng thời gian từ 3 ÷ 5 phút nếu không thể khắc phục được thì phải giảm phụ tải và cắt máy phát ra khỏi lưới. f) Chế độ cho phép quá tải ngắn hạn: - Trong chế độ sự cố cho phép máy phát quá tải ngắn hạn với dòng điện của stator, rotor, nhiệt độ môi chất, hệ số công suất, hoạt động ở chế độ định mức. g) Chế độ vận hành không đồng bộ: - Khả năng máy phát vận hành ở chế độ không đồng bộ được xác định theo mức suy giảm điện áp và có đủ công suất phản kháng dự phòng của hệ thống. 76
75. - Nếu hệ thống cho phép máy phát làm việc ở chế độ không đồng bộ thì khi mất kích từ phải lập tức cắt CB khử từ trường và giảm phụ tải tác dụng đến 60% công suất định mức trong thời gian 30s, tiếp theo giảm công suất đến 40% công suất định mức trong thời gian 1,5 phút. -Cho phép máy phát làm việc ở chế độ không đồng bộ trong thời gian 30 phút kể từ thời điểm bất đầu mất kích từ để tìm ra nguyên nhân sự cố và sửa chữa, nếu sau 30 phút mà không tìm ra nguyên nhân thì đưa kích từ dự phòng vào làm việc. 3.3. Máy biến áp lực: 3.3.1 Đặc điểm kết cấu: a) Mạch từ: - Mạch từ được làm bằng thép kỹ thuật, gồm các lá thép dát mỏng có sơn cách điện để cách ly các lá thép với nhau, với mục đích giảm dòng điện xoáy chạy trong lõi thép, làm tăng hiệu suất của MBA 77
76. b) Các cuộn dây: - Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được lồng vào các trụ mạch từ theo từng lớp, các lớp dây được cách điện với nhau và được đấu theo tổ đấu dây hình sao hoặc tam giác. c) Vỏ máy biến áp: - Được chế tạo bằng thép có thể chịu được áp suất cao, bên trong vỏ máy biến áp cùng với ruột máy (mạch từ và các cuộn dây) là dầu biến thế có nhiệm vụ cách điện và làm mát cho máy. - Quanh thùng MBA người ta lắp các cánh tản nhiệt để tăng bề mặt tiếp xúc của dầu với môi trường làm mát. Trong quá trình vận hành thể tích của dầu thay đổi theo nhiệt độ đốt nóng. Khi nhiệt độ dầu đạt đến 110 ÷ 1200C làm cho khối lượng dầu có thể tăng lên 10%. 78
77. 3.3.2 Các phương pháp làm mát của MBA: 1. Làm mát bằng đối lưu tự nhiên: 79
78. 2. Làm mát bằng sự đối lưu của dầu có sự trợ giúp của quạt: 80
79. 3. Làm mát bằng tuần hoàn cưỡng bức và không khí: 81
80. 4. Làm mát bằng đối lưu dầu và nước: 82
81. 5. Làm mát bằng không khí tự nhiên: 83
82. Chương 4: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1 Khái niệm chung: - Một yêu cầu quan trọng nhất trong vận hành HTĐ là đảm bảo kinh tế của việc sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng. Để thực hiện yêu cầu đó cần đảm bảo cho HTĐ hoạt động với chi phí thấp nhất, như vậy phải: + Sử dụng hiệu quả nguồn nước của các nhà máy thủy điện. + Phối hợp hoạt động giữa các nhà máy điện một cách tốt nhất. + Thiết lập chế độ sử dụng điện hợp lý nhất. + Lựa chọn cơ cấu thiết bị vận hành hợp lý. + Phân bố tối ưu công suất giữa các phần tử HTĐ. 84
83. - Một nhà máy điện có một chế độ làm việc kinh tế ứng với một giới hạn phụ tải kinh tế xác định, tuy nhiên để đảm bảo sự cân bằng với một lượng dự trữ công suất nhất định, bắt buột phải giữ phụ tải thực tế khác so với mức giới hạn này. - Việc kết hợp các nhà máy điện trong hệ thống nhằm dung hòa các mâu thuẫn và nâng cao tính kinh tế của toàn hệ thống, với các ưu điểm sau: + Giảm tổng công suất cực đại. + Giảm lượng công suất dự trữ. + Sử dụng tối đa khả năng phát của các nhà máy điện sử dụng nguyên liệu rẻ. 85
84. + Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện do có sự hỗ trợ của các nhà máy điện. + Giảm nhẹ điều kiện sữa chữa định kỳ, sử dụng hiệu quả phương tiện sửa chữa. 4.2 Đặc tính kinh tế của các tổ máy phát và nhà máy điện: - Do hiệu quả kinh tế của máy phát sử dụng công nghệ khác nhau, thông số kỹ thuật khác nhau và hiệu quả kinh tế này được đo bằng chi phí nhiên liệu cho việc phát ra một đơn vị công suất nên mỗi máy phát sẽ được biểu diễn bởi một đường cong chi phí khác nhau. - Đặc tính chi phí sản xuất có dạng đường cong Parabol: Z = a.P2 + b.P + c 86
85. Trong đó: a, b, c là các hệ số hồi qui, xác định từ các số liệu thống kê theo phương pháp bình phương cực tiểu, ta có thể lập hệ phương trình: 4 3 2 2 a.Pi + b.Pi + c.Pi =  Zi.Pi 3 2 a.Pi + b.Pi + c.Pi =  Zi.Pi 2 a.Pi + b.Pi + n.c =  Zi - Suất chi phí trên một đơn vị công suất là: γ = Z/P = tgβ. - Việc xem xét phân bố kinh tế phụ tải, quan tâm nhất chính là mức tăng chi phí của các tổ máy, do đó, người ta thường quan tâm đến suất tăng chi phí ε = dZ/dP = tg α, nó biểu thị cho độ dốc của đường cong chi phí. Khi α = β thì chi phí sẽ đạt giá trị cực tiểu. - Thông thường công suất kinh tế bằng 80% công suất định mức của tổ máy. 87
86. 4.3 Phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy phát: - Nhiệm vụ quan trộng của vận hành là phân bố tối ưu phụ tải giữa các tổ máy phát. Sự phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy không dựa trên suất chi phí nhiên liệu vì đại lượng này không đặc trưng cho sự thay đổi phụ tải thực tế mà chính là suất tăng chi phí nhiên liệu. 88
87. - Để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất thì trước hết cần phải cho các tổ máy có suất tăng chi phí thấp nhất mang tải nhiều hơn. Ví dụ: cho 02 tổ máy phát có đặc tính chi phí B(T / h)  −   −  với: I2 I1 II2 II1 , ta có kết quả: i = ;I = ;II = P(MW) PI1 − PI2 PII1 − PII2 - Như vậy, ta cần tăng tải cho máy I vì suất tăng chi phí εI < εII, mặc suất chi phí của máy II nhỏ hơn. 89
88. - Mục tiêu của bài toán phân bố tối ưu phụ tải giữa các tổ máy chính là cực tiểu tổng chi phí và ta có thể biểu diễn hàm tổng chi phí có dạng: 2 2 Z∑ = Z1 + Z2 = a1.P1 + b1.P1 + c1 + a2.P2 + b2.P2 + c2 → min - Điều kiện cân bằng công suất sẽ là: P1 + P2 = ∑Ppt - Hàm ràng buộc là: W = ∑Ppt – (P1 + P2) = 0 - Áp dụng phương pháp Lagrange, ta có: L = Z∑ + λ.W - Lấy đạo hàm riêng của hàm Lagrange, ta có hệ phương trình: L Z = +  = 0 P1 P1 1 +  = 0 L Z  +  = 0 = +  = 0 2 P2 P2 - Giải hệ phương trình trên ta có: ε1 = ε2 = – λ 90
89. - Như vậy, điều kiện để phân bố tối ưu công suất giữa n tổ máy là: ε1 = ε2 = = εn - Nguyên lý căn bằng suất tăng chi phí như sau: Nếu 02 tổ máy làm việc song song với các suất tăng chi phí sản xuất không bằng nhau thì khi ta tăng công suất của tổ máy có suất tăng chi phí nhỏ hơn lên 1 đơn vị, đồng thời sẽ giảm công suất của tổ máy có suất tăng chi phí sản xuất cao xuống 1 đơn vị, lúc đó chi phí sản xuất điện năng chung sẽ giảm. Quá trình này cứ tiếp tục cho đến khi suất tăng chi phí của hai tổ máy bằng nhau. 4.4 Phân bố công suất tối ưu giữa các nhà máy điện: - Giả sử HTĐ có 02 nhà máy điện 1 và 2 (hình vẽ), phụ tải yêu cầu Ppt, điện áp hệ thống U, cần phân bố phụ tải giữa các nhà máy nhằm đảm bảo tổng chi phí là thấp nhất, tức là: Z∑ = ∑gi.Bi = g1.B1 + g2.B2 = Z1 + Z2 → min 91
90. Trong đó: gi – giá thành nhiên liệu nhà máy i Bi – chi phí nhiên liệu của nhà máy I - Điều kiện ràng buộc là tổng công suất phát bằng tổng phụ tải cộng tổn thất: P1 + P2 = Ppt + ∑∆P hay W = Ppt + ∑∆P – (P1 + P2) = 0 Trong đó: P2 + Q2 P2 + Q2 P = 1 1 R + 2 2 R U2 1 U2 2 92
91. 4.4.1 Trường hợp không xét đến tổn thất: - Nếu bỏ qua ảnh hưởng của tổn thất thì bài toán phân bố công suất tối ưu giữa các nhà máy được giải hoàn toàn giống như bài toán phân bố công suất tối ưu giữa các tổ máy phát. Tức là để có chi phí nhỏ nhất thì suất tăng chi phí của tất cả các nhà máy phải bằng nhau, ε = const. -Trước hết, xác định sự phân bố phụ tải giữa các nhà máy điện bằng cách giải hệ phương trình: 1 = 2 P1 + P2 = Ppt - Sau khi tìm được P1 và P2, ta giả thuyết sự phân bố công suất phản kháng tỷ lệ với sự phân bố công suất tác dụng và giải hệ phương trình: 93
92. Q1 P1 = Q2 P2 Q1 + Q2 = Qpt - Xác định hao tổn công suất theo biểu thức: P2 + Q2 2 2 1 1 P2 + Q2 P1 = R1 và P = R U2 2 U2 2 2 2 P2 + Q2 P1 + Q1 2 2 Q = X và Q2 = X2 1 U2 1 U2 - Xác định công suất phát thực tế của các máy phát: PI = P1 + ∆P1 ; QI = Q1 + ∆Q1 PII = P2 + ∆P2 ; QII = Q2 + ∆Q2 - Thay vào biều thức: Z = a.P2 + b.P + c, để xác định chi phí sản xuất điện năng của các nhà máy điện và tổng chi phí Z∑ 94
93. 4.4.2 Trường hợp có xét đến ảnh hưởng của tổn thất: - Nếu xét đến ảnh hưởng của tổn thất, tức là xem ∆P là thành của hàm công suất P, ta có hàm mục tiêu: 2 2 Z∑ = Z1 + Z2 = a1.P1 + b1.P1 + c1 + a2.P2 + b2.P2 + c2 → min - Và hàm ràng buộc có dạng: W = (Ppt + ∆P) – (P1 + P2) = 0 P2 + Q2 với P = i i R i U2 i Ta có hệ phương trình: L Z  P = − .(1− ) = 0  − (1−  ) = 0 P1 P1 P1 1 P1 L Z  P  − (1−  ) = 0 = − .(1− ) = 0 2 P2 P2 P2 P2  P Trong đó:  = - suất tăng tổn thất tác dụng theo công suất P P 95
94. 1 2 - Giải hệ phương trình trên ta có: = 1− P1 1− P2 i - Điều kiện phân bố tối ưu công suất giữa các nhà máy: = const 1− Pi + Nếu tính đến sự khác nhau của giá thành nhiên liệu thì: g . i i = const 1− Pi + Nếu coi điện áp hệ thống là không đổi thì σ phụ thuộc tuyến tính với 2.R  = P P, tức là: U2 4.5 Thành phần tối ưu của các tổ máy phát: - Khi tổng công suất của các máy phát đáp ứng đầy đủ cho phụ tải và tồn hao, ta có thể tìm được tổ hợp tối ưu các máy phát vận hành: ∑PF = ∑Ppt +∆P 96
95. - Giả thuyết công suất của nhà máy biến đổi liên tục và không xét đến công suất dự trữ thì điều kiện cực tiểu chi phí sẽ là: 휀 + 훿 휀 + 훿 휀 + δ 1 1 = 2 2 = ⋯ n n 1 − σp1 1 − σp2 1 − σpn 훿1 = 훿2 = ⋯ = 훿n n Pk = Ppt + ∆P k=1 ∂Z - Trong đó: δ k = là suất tăng chi phí trên 1 đơn vị công suất ∂Pnk định mức tăng thêm khi cho trước phụ tải Pk - Nếu tổ máy có 훿 > 0 thì chi phí sẽ tăng khi mở tổ máy đó và kinh tế hơn nếu dừng. 97
96. - Điều kiện tối ưu của các tổ máy phát sẽ là: δ > 0 và δ < 0 d min vh max δd min . Pnd − δvh max . Pnvh ≥ 0 - Trong đó: Pnd là công suất định mức của tổ máy dừng và Pnvh là công suất định mức của tổ máy vận hành. 4.6 Xác định cơ cấu tối ưu của trạm biến áp: - Việc lựa chọn số lượng máy biến áp làm việc song song được tính toán dựa trên cơ sở cực tiểu hóa chi phí tổn thất điện năng trong mạng điện. - Tổn thất điện năng trong mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sự tiêu thụ công suất phản kháng Q của máy biến áp, lượng công suất Q thường có giá trị gấp 3-4 lần công suất tác dụng P. 98
97. -Giả sử tổng công suất định mức của trạm là ∑Sa ở chế độ vận hành a và ở chế độ vận hành b là ∑Sb 99
98. - Tổng tổn hao công suất ở các chế độ tương ứng là: S 2 ∆Pa = ∆Pca + ∆Pva Sa S 2 ∆Pb = ∆Pcb + ∆Pvb Sb - Trong đó: ∆Pca là tổng tổn hao cố định và ∆Pva là tổng tổn hao biến đổi ở chế độ a. - Đặt ∆Pa = ∆Pb giải phương trình ta tìm được giá trị công suất giới hạn là: ∆Pcb − ∆Pca Sgh = ∆Pva ∆Pvb 2 − 2 Sa Sb 100
99. - Khi phụ tải nhỏ hơn công suất giới hạn thì nên vận hành trạm biến áp ở chế độ a, trường hợp ngược lại thì vận hành ở chế độ b. ∆P - Trường hợp tỷ số : k = v = const tức là khi các máy biến áp ∆Pc giống nhau thì: S ∙ S S = a b gh k - Công suất giới hạn từ n máy sang n+1 máy được xác định theo biểu thức sau: n(n + 1) S = S ∙ gh n k - Trong đó Sn là công suất định mức của một máy biến áp. 101
100. 4.7 Các biện pháp cải thiện chế độ làm việc kinh tế của HTĐ: 1. San bằng đồ thị phụ tải: Giải pháp thông dụng nhất là lắp đặt công tơ nhiều biểu giá nhằm khuyến khích các hộ tiêu dùng điện sắp xếp lại các qui trình sản xuất và sử dụng điện hợp lý hơn. 2. Cân bằng tải giữa các pha: Do phụ tải phát triển không ngừng nên khó tránh khỏi tình trạng mất đối xứng giữa các pha, do đó, cần phải đối xứng hoá định kỳ. Biện pháp này giúp làm giảm tổn thất điện năng do dòng thứ tự không trên dây trung tính. 3. Loại trừ các sự cố trên đường dây: Trên đường dây truyền tải, loại trừ các yếu tố dẫn đến tổn thất điện năng do rò điện như: vi phạm hành lang bảo vệ đường dây, chất lượng xà, sứ, cột 102
101. 4. Nâng cao hệ số cosφ: Khi các thiết bị làm việc non tải sẽ dẫn đến hệ số công suất thấp, làm tăng tổn thất trong hệ thống. Một số biện pháp cụ thể như: - Giảm điện áp ở những động cơ làm việc non tải, đổi tổ đấu dây của động cơ từ tam giác thành đấu sao. - Hạn chế động cơ chạy non tải. - Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ. - Lắp đặt thêm thiết bị bù công suất phản kháng. 5. Triển khai chương trình DSM – “Quản lý nhu cầu phụ tải”. - DSM là tập hợp các giải pháp kỹ thuật – công nghệ, kinh tế - xã hội nhằm sử dụng điện năng một cách hiệu quả và tiết kiệm. - DSM một mặt giúp khách hàng sử dụng năng lượng hợp lý, hiệu quả, mặt khác giúp cho việc cải thiện đồ thị phụ tải của hệ thống qua việc phân bổ thới gian sử dụng điện hợp lý của khách hàng. 103
102. Chương 5: CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 5.1 Khái niệm chung: - Chất lượng điện năng là một trong những yêu cầu quan trọng của hệ thống, chất lượng điện năng xấu sẽ dẫn đến sự gia tăng chi phí vốn đầu tư, chi phí vận hành, giảm năng suất và hiệu quả làm việc của các thiết bị, - Trong quá trình vận hành, chất lượng điện luôn luôn thay đổi dưới tác động của nhiều yếu tố, mà trong đó yếu tố mang tính ngẫu nhiên chiếm phần lớn nên việc điều chỉnh chất lượng điện năng là bài toán khá phức tạp. - Giá trị cho phép của các chỉ tiêu chất lượng điện được xác định trên những yêu cầu kỹ thuật, điều kiện vận hành an toàn của các thiết bị và khả năng thực hiện hoàn toàn các chức năng của các thiềt bị. 104
103. 5.2 Các yêu cầu về chất lượng điện: - Độ lệch tần số: Theo qui định, độ lệch tần số trong hệ thống điện không vượt quá ± 0,1Hz và ở chế độ tức thời không vượt quá ± 0,2Hz. Vì mức độ ảnh hưởng và yêu cầu nghiêm ngặt của độ lệch tần số nên việc tự động hoá điều chỉnh tần số được thực hiện ngay tại các nhà máy điện. - Độ lệch điện áp: Độ chênh lệch điện áp là độ chênh lệch điện áp giữa thực tế so với giá trị định mức. Qui định về độ chênh lệch này đối với từng hộ tiêu thụ điện là khác nhau, và được cho theo bảng: 105
104. - Dao động điện áp: là sự biến thiên của điện áp xảy ra trog thời gian tương đối ngắn, tốc độ không được quá 1%/s. Sự dao động điện áp thường được gây ra bởi các thiết bị có hệ số cosφ thấp, và có sự thay đổi đột biến phụ tải phản kháng. - Độ đối xứng: là một trong các chỉ tiêu quan trọng của chất lượng điện, khi mạng điện bị mất đối xứng sẽ dẫn đến những tổn thất do các thành phần dòng thứ thứ tự nghịch, thứ tự không gây nên. - Độ biến đổi hình sin: trong thực tế sự biến đổi của dòng điện và điện áp xoay chiều không hoàn toàn tuân theo quy luật hình sin, cì luôn có sự hiện diện của các thành phần sóng hài bậc cao trong các đại lượng điện áp và dòng điện. 106
105. - Để cải thiện chất lượng điện năng, thông thường áp dụng các biện áp sau: + Cân bằng phụ tải giữa các pha và điều chỉnh chế độ làm việc hợp lý của các hộ tiêu dùng điện. + Tăng cuờng sử dụng phụ tải 3 pha đến mức có thể giảm độ bất đối xứng của luới điện. + Chọn thiết bị điện hợp lý, không nên để thiết bị điện làm việc ở chế độ quá non tải vì như vậy sẽ làm giảm hệ số cosφ và tăng công suất phản kháng dẫn đến sụt giảm điện áp hệ thống. + Chọn điện áp đầu vào các thiết bị cho phù hợp. 5.3 Sự liên hệ giữa các tham số chế độ: 1. Sự liên hệ giữa phụ tải với tần số: 107
106. - Khi công suất tác dụng của phụ tải Ppt lớn hơn công suất tác dụng của nguồn phát PF thì tần số sẽ giảm và ngược lại, tức là: sự dư thừa công suất sẽ dẫn đến tần số cao và sự thiếu hụt công suất sẽ làm cho tần số thấp. - Khi tần số giảm sẽ dẫn đến sự thiếu hụt công suất phản kháng trên lưới, nếu không có dự phòng thì máy phát có thể lâm vào tình trạng quá tải. Khi tần số giảm mà thiếu dự phòng công suất phản kháng thì buộc phải giảm dòng kích từ, lúc đó điện áp sẽ bị giảm và làm thay đổi hàng hoạt các tham số chế độ khác của hệ thống. 2. Sự liên hệ giữa phụ tải và điện áp: - Tăng điện áp trong lưới điện sẽ làm tăng phụ tải tác dụng tổng trong hệ thống. Do tăng phụ tải tác dụng, việc tăng điện áp sẽ làm cho tần số suy giảm, nếu có dự phòng công suất tác dụng thì các bộ tự động điều chỉnh tần số sẽ ngăn chặn việc giảm tần số. 108
107. - Việc giảm điện áp sẽ làm giảm phụ tải tác dụng trong hệ thống, do đó làm tăng tần số của hệ thống. Ở chế độ sau sự cố, khi thiếu hụt công suất tác dụng và phản kháng, việc giảm điện áp sẽ phần nào ngăn chặn được hiện tượng tần số giảm quá mạnh. - Vì điện áp nút tại các vị trí khác nhau trong hệ thống sẽ có những giá trị khác nhau, nên người vận hành không chỉ cần phải bảo đảm cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống mà còn phải phân bố dòng công suất phản kháng sao cho điện áp tại tất cả các nút không vượt qua giá trị cho phép. 5.4 Điều chỉnh tần số: - Do yêu cầu về tần số hết sức nghiêm ngặt, nên tham số này được giám sát chặt chẽ ngay tại nhà máy điện. Nếu tần số bị lệch khỏi giá trị cho phép thì có thể làm ảnh hưởng đến chế độ làm việc của hàng loạt thiết bị. 109
108. - Tần số giảm làm cho năng suất của các thiết bị suy giảm, sự suy giảm năng suất của các thiết bị tự dùng trong nhà máy điện là đặc biệt nguy iểm vì có thể dẫn đến việc ngưng trệ của toàn nhà máy. Nếu không có biện pháp xử lý kịp thời thì có thể dẫn đến sự mất ổn định trong toàn hệ thống. - Nếu tần số giảm mạnh sẽ dẫn đến nguy cơ mất đồng bộ của hệ thống, do ổn định tĩnh bị phá vỡ. Biện pháp chủ yếu để phục hồi tần số trường hợp này là sử dụng cơ cấu tự động điều chỉnh tần số. - Điều độ quốc gia được giao nhiệm vụ điều chỉnh tần số trong toàn hệ thống nên người vận hành phải thường xuyên theo dõi không chỉ giá trị của tần số mà còn phải điều chỉnh nó nằm trong giới hạn tại các nhà máy điện. 110
109. 1. Điều chỉnh cấp I: Quá trình điều tần cấp I (điều tốc) là quá trình biến đổi tức thời công suất phát khi phụ tải thay đổi nhờ các bộ phận điều chỉnh tốc độ của tuabin trong hệ thống. Do đó, nếu độ dự phòng công suất càng bé thì hệ thống càng ít có khả năng tự động tăng công suất khi tần số giảm. 2. Điều chỉnh cấp II: Quá trình điều tần cấp II (thứ cấp) là quá trình tăng công suất máy phát điều tần để đưa tần số về giá trị định mức. Trong các hệ thống nhỏ thì chỉ có một số tổ máy làm nhiệm vụ điều tần cấp II, còn các tổ máy khác có đặt chế độ tự động điều chỉnh tốc độ sẽ tham gia trong quá trình điều tần cấp I. Khi phụ tải tăng, các máy phát này tạm thời tăng thêm công suất nhờ bộ tự động điều chỉnh tốc độ. Sau khi quá trình điều tần bắt đầu, tần số tăng lên thì các máy phát này sẽ tự động giảm công suất phát, toàn bộ công suất hệ thống yêu cầu thêm sẽ do các tổ máy điều tần đảm nhiệm. 111
110. 3. Điều chỉnh cấp III: Mục đích của quá trình điều chỉnh cấp III là phân phối lại công suất theo điều kiện tối ưu của hệ thống, vì khi xảy ra dao động công suất trên hệ thống thì người vận hành phải làm cùng lúc 02 nhiệm vụ đó là: thay đổi công suất phát để duy trì tần số và phân bố lại công suất giữa các tổ máy theo điều kiện tối ưu. 4. Điều chỉnh tần số trong trường hợp sự cố: Một số trường hợp thay đổi tần số quá lớn, gây ảnh hưởng nghiêm trọng như: + Tần số nhỏ hơn 48,5Hz chỉ cho phép kéo dài không quá 1 phút vì sự án toàn của các tuabin. + Tần số nhỏ hơn 47Hz không được kéo dài quá 20 giây, để đảm bảo năng suất cho các thiết bị phụ trợ trong nhà máy. 112
111. + Tần số không được phép nhỏ hơn 45Hz, vì ở tần số này sẽ dẫn đến các thiết bị phụ sẽ ngừng hoạt động dẫn đến ngừng hoạt động của nhà máy. Để giữ tần số trong một số trường hợp cần phải sa thải phụ tải, có các loại phụ tải cần phải sa thải: + Loại 1: có công suất cắt bằng công suất thiếu hụt cao nhất có thể cắt lần lượt từng đợt. Bắt đầu sa thải từ tần số 46,5Hz đến 49Hz, các đợt cách nhau 0,1Hz. + Loại 2: Chỉ chỉnh định ở tần số 49,2Hz, các đợt cách nhau 5 ÷ 10 giây, đợt cuối 60 giây làm nhiệm vụ đưa tần số lên 49,2Hz sau khi loại 1 cắt xong. Công suất cắt thường bằng 40% loại 1. + Loại 3: sẽ tác động nếu loại 1 không thể ngăn cản được nguy cơ xảy ra sụt áp trong hệ thống. 113
112. - Sa thải phụ tải phải phụ thuộc vào mức độ thiệt hại về kinh tế - xã hội, sau khi sự cố được khắc phục tải phải được đóng lại từng đợt cách nhau không nhỏ hơn 05 giây. - Sự có hay không cơ cấu điều chỉnh tần số thì cũng không ảnh hưởng đến nhiệm vụ và tính cấp bách của các điều độ viên khi xảy ra sự cố, vì trong thực tế luôn tồn tại những sự cố không thể lường trước được mà các cơ cấu tự động không thể hoạt động theo đúng chương trình đã cài đặt sẵn. - Do đó, sự thiếu quyết đoán và chậm trễ của điều độ viên trong các trường hợp sự cố có thể dẫn đến những thiệt hại nghiêm trọng. 5.5 Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện: 1. Những vấn đề chung: 114
113. - Cũng như tần số, điện áp cũng là một tham số cực kỳ quan trọng quyết định chế độ làm việc của các thiết bị điện. Khi điện áp bị suy giảm dưới mức cho phép sẽ làm giảm moment quay của các động cơ, giảm tốc và giảm hiệu suất làm việc của các thiết bị điện. Ngoài ra, sự suy giảm điện áp có thể là nguyên nhân làm tăng sự đốt nóng các động cơ, làm giảm tuổi thọ và thậm chí làm cháy động cơ. - Nếu điện áp tăng quá trị số cho phép sẽ dẫn đến sự suy giảm tuổi thọ của các thiết bị chiếu sáng và các thiết bị điện khác. Điện áp cao sẽ gây nguy hiểm cho các máy phát, máy biến áp, tăng tổn thất trong hệ thống điện. - Sự suy giảm áp quá mạnh có thể dẫn đến sự phá vỡ độ ổn định của máy phát, phụ tải và hệ thống điện. Việc duy trì điện áp trong giới hạn cho phép chính là nhiệm vụ quan trọng của các điều độ viên khi thực hiện các thao tác điều chỉnh trung tâm hoặc điều chỉnh phân tán. 115
114. - Điều kiện để điều chỉnh điện áp: + Phải có đủ lượng công suất tác dụng và phản kháng để đáp ứng cho nhu cầu của phụ tải và bù tổn thất. + Đảm bảo dòng công suất phản kháng trong mạng là nhỏ nhất, đây là điều kiện ràng buột rất lớn giữa các điểm nút. + Khi xét đến điều chỉnh điện áp, phải chú ý đến các ngưỡng cho phép của độ lệch điện tại đầu vào của các hộ dùng điện. - Điện áp cung cấp cho các hộ tiêu thụ phải đảm bảo giá trị trong phạm vi cho phép, nếu điện áp lệch khỏi phạm vi này thì cần phải tiến hành điều chỉnh. - Có rất nhiều biện pháp có thể sử dụng để nâng cao chất lượng điện áp, tuy nhiên cần phải ưu tiên sử dụng các biện pháp không đòi hỏi chi phí lớn như áp dụng các biện pháp vận hành kinh tế mạng điện, chọn đúng nấc máy biến áp. 116
115. - Nếu như việc áp dụng các biện pháp này vẫn không đảm bảo độ lệch điện áp cho phép tại đầu vào các hộ dùng điện, thì phải sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng (tụ bù, máy phát bù, ), phương pháp này đòi hỏi vốn đầu tư lớn và việc lựa chọn thiết bị bù cũng như vị trí lắp đặt phải được tính toán so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. - Hiệu quả của các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp được đánh giá dựa trên mức độ thiết hại kinh tế của các hộ tiêu thụ điện khi điện áp lệch khỏi giá trị định mức, hiệu quả càng cao thì mức độ bù thiệt hại càng nhỏ. - Khi tính toán điều chỉnh điện áp thường chỉ cần xét ở 2 chế độ phụ tải cực đại và phụ tải cực tiểu, ớ chế độ phụ tải cực đại mức điện áp được xét đối với các điểm tải xa nhất, còn chế độ phụ tải cực tiểu thì lại xét mức điện áp ở các điểm tải gần nhất. 117
116. 2. Điều chỉnh điện áp trung tâm: - Điều chỉnh điện áp trung tâm được thực hiện để duy trì mức điện áp cho phép tại các nút kiểm tra, nhân viên vận hành nhà máy thay đổi đại lượng đặt của các bộ điều chỉnh kích từ hoặc thiết bị hiệu chỉnh độc lập tưng ứng với đồ thị điện áp hằng ngày cho trước. - Điều chỉnh trung tâm được thực hiện bởi các điều độ quốc gia bằng cách thay đổi công suất phản kháng của các máy phát và máy bù đồng bộ, thay đổi hệ số các máy biến áp và biến áp tự ngẫu ở các lưới điện chính. Đối với mỗi điểm kiểm tra cần thiết phải lập hai biểu đồ điện áp: Điện áp cực đại – cho phép xác định theo giới hạn trên của mức điện áp cho phép và điện áp cực tiểu – xác định theo giới hạn dưới của điện áp cho phép. - Để đảm bảo điều chỉnh điện áp hiệu quả, điều kiện tối cần thiết đó là có dự phòng công suất phản kháng. Lưu ý: 118
117. + Khi tăng đột ngột phụ tải phản kháng tổng của hệ thống trước khi nhân viên vận hành kịp tăng kích từ, thì điện áp trong hệ thống có thể giảm đến mức làm cho stator của một số máy phát bị quá tải, đặc biệt là những máy phát có phụ tải tác dụng lớn. + Để giảm tải cho máy phát, hiển nhiên nhân viên vận hành sẽ phải giảm kích từ, điều này càng làm cho điện áp hệ thống giảm nhiều hơn nữa và lại tiếp tục gây quá tải cho stator của nhiều máy phát khác, buộc nhân viên vận hành ở các nhà máy điện khác cũng sẽ phải có hành động tương tự. Kết quả là điện áp trong hệ thống bị suy giảm nghiêm trọng. + Do đó, để tránh hiện tượng trên, trước khi muốn tăng mạnh phụ tải phản kháng của hệ thống thì cần phải tăng kích từ của tất cả các máy phát lên cao. Và điều này cần phải hết sức lưu ý trong quá trình vận hành nhà máy điện, nếu không sẽ dẫn đến những hậu quả không thể lường trước được. 119
118. - Trong trường hợp điện áp suy giảm hơn mức điện áp cực tiểu của biểu đồ điện áp cho trước, thì điều độ quốc gia và nhân viên vận hành các nhà máy điện và trạm biến áp, nơi đặt các máy bù đồng bộ cần phải sử dụng tất cả lượng công suất phản kháng dự trữ nóng; - Nếu vẫn chưa đáp ứng thì nhanh chóng đưa các máy phát và máy bù đồng bộ ở trạng thái dự trữ lạnh vào hoạt động. - Nếu vẫn tiếp tục không thể phục hồi điện áp thì phải tận dụng khả năng làm việc quá tải của các máy phát trong khoảng thời gian xác định để cố gắng không để điện áp thấp hơn mức giới hạn sự cố. - Và nếu kể cả biện pháp cuối cùng này vẫn không thể khôi phục được điện áp thì cần thiết phải tiến hành sa thải phụ tải cho đến khi đạt được yêu cầu cần thiết. 120
119. 3. Điều chỉnh điện áp ở các trạm biến áp: - Trong mạng điện lớn, điều chỉnh điện áp trung tâm không thể duy trì được mức điện áp cần thiết trên đầu vào của các hộ tiêu dùng.Vì vậy, cần phải tiến hành điều chỉnh điều chỉnh điện áp phân tán (cục bộ) bằng cách thay đổi các đầu phân áp tại các trạm biến áp trung gian, phân phối, thay đổi dung lượng của các thiết bị bù. - Ở cuộn dây cao áp ở các máy biến áp ngoài đầu ra chính còn có các đầu ra phụ, được gọi là các đầu phân áp. Thay đổi các đầu ra phân áp của các máy biến áp có thể cho phép điều chỉnh điện áp trong phạm vi ±(2,5 ÷ 16)% Un. - Việc thay đổi các đầu phân áp có thực hiện bằng tay hoặc tự động. - Với các máy biến áp phân phối nhỏ thường chỉ có 3 ÷ 5 đầu phân áp, giới hạn điều chỉnh ±5%, khhi cần thay đổi vị trí đầu phân áp thì cần phải cắt điện để chuyển đầu phân áp. 121
120. - Đối với các trạm biến áp tiêu thụ điện dùng trong sinh hoạt, thì phụ tải mùa đông và mùa hè thường có độ chênh lệch nhau khá lớn nên mức điện áp cũng thay đổi khá lớn, do đó, hàng quý các vận hành viên cần có sự điều chỉnh các nấc máy biến áp cho phù hợp. - Mức điện áp ở các điểm nút khác nhau của hệ thống phụ thuộc vào sự căn bằng công suất phản kháng, trong khi đó phụ tải không ngừng thay đổi. Do đó, nhiệm vụ đặt ra cho các điều độ viên là theo dõi thường xuyên để có giải pháp điều chỉnh kịp thời và hiệu quả. - Việc lựa chọn không đúng đầu phân áp của các máy biến áp nối trực tiếp với máy phát có thể dẫn đến sự hạn chế khả năng phát công suất phản kháng của máy phát. Điều độ quốc gia có nhiệm vụ phải kiểm tra thường xuyên trạng thái của các đầu phân áp và khả năng phát công suất phản kháng ở tất cả các nhà máy điện. 122
121. - Ngoài phương pháp điều chỉnh nấc máy biến áp người ta còn sử dụng các phương tiện khác như máy biến áp bổ trợ, bù công suất phản kháng bằng tụ bù tĩnh và tụ bù dọc, dùng các cuộn kháng điện để ổn định điện áp, 123
122. Chương 6: NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 6.1 Khái niệm chung: - Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điện là cung cấp cho các hộ dùng điện đủ số lượng và chất lượng, tuy nhiên, do hàng loạt nguyên nhân khác nhau, việc cung cấp điện hoặc bị giảm về số lượng, hoặc bị giảm về chất lượng. Điều đó phụ thuộc vào độ tin cậy của hệ thống điện và độ tin cậy của hệ thống lại phụ thuộc vào xác suất xảy ra sự cố hỏng hóc của các thiết bị khác nhau trong hệ thống. - Hỏng hóc là sự phá vỡ khả năng làm việc bình thường của các phần tử hệ thống, sự hỏng hóc của các thiết bị dẫn đến sự cố trong mạng điện. 124
123. - Sự cố là những hỏng hóc ngẫu nhiên của thiết bị, gây gián đoạn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ. Sự gián đoạn cung cấp điện còn có thể do dự báo nhu cầu năng lượng thiếu chính xác, các hiện tượng thiên nhiên như hạn hán, bão lụt, sấm sét, làm giảm công suất phát của các nhà máy điện và làm giảm khả năng truyền tải điện năng của các phần tử hệ thống điện. - Độ tin cậy cung cấp điện là khả năng hệ thống có thể đảm bảo cung cấp điện liên tục và chất lượng cho các hộ tiêu dùng. Độ tin cậy có thể được xem như là xác suất bảo toàn cung cấp điện của hệ thống khi xảy ra các hiện tượng khác nhau ảnh hưởng đến tính liên tục và chất lượng cung cấp điện. - Độ tin cậy cung cấp điện là một trong những chỉ tiêu quan trọng của hệ thống điện, nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khách quan và chủ quan. Trong quá trình vận hành hệ thống cần phải thường xuyên khôi phục độ tin cậy của từng phần tử và của cả hệ thống. 125
124. - Độ tin cậy trên phương diện kinh tế được xem xét theo chỉ tiêu thiệt hại do mất điện. Khi bị ngừng cung cấp điện, tùy thuộc vào loại phụ tải mà sự thiệt hại về mặt kinh tế có thể rất khác nhau. Bài toán xác định thiệt hại do mất điện hết sức phức tạp do có nhiều thiệt hại không thể lượng hóa được trên phương diện kinh tế như uy tín chính trị, ngoại giao, tinh thần, - Trên phương diện kinh tế có thể phân biệt thiệt hại do: + Ứ đọng vốn đầu tư và tài sản cố định. + Do hư hỏng sản phẩm. + Do hư hỏng thiết bị. + Do đình trệ sản xuất, 126
125. - Để dễ dàng trong việc đánh giá thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện, người ta phân phụ tải thành các nhóm: + Nhóm 1: chỉ thiệt hại vì sản xuất bị định trệ, thiệt hại này do thành phẩm không sản xuất đủ yêu cầu. Mức thiệt hại tỷ lệ với thời gian mất điện. + Nhóm 2: không những chỉ thiếu hụt sản phẩm mà còn chủ yếu do quá trình công nghệ bị rối loạn. Để hồi phục đòi hỏi thời gian dài, do đó mức thiệt hại lớn và không tỷ lệ với thời gian mất điện. + Nhóm 3: ngoài việc rối loạn quy trình công nghệ sản xuất còn làm hỏng thành phần, do đó làm tăng thiệt hại. + Nhóm 4: khi mất điện làm hư hỏng thiết bị máy móc dẫn đến thiệt hại rất lớn. + Nhóm 5: khi mất điện gây nguy hiểm cho trang thiết bị và con người như gây cháy, nổ, 127
126. - Trong số những nguyên nhân gây gián đoạn cung cấp điện thì nguyên nhân do bản thân người vận hành gây nên chiếm tỷ lệ khá lớn, vì vậy việc nâng cao trình độ về lý thuyết và tay nghề cho các nhân viên vận hành là một trong các giải pháp hữu hiệu nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống. 6.2 Công tác vận hành đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện: 1. Các yêu cầu chung: - Dưới góc độ tin cậy, công tác vận hành phải đạt được những yêu cầu sau: + Duy trì đến mức tối đa trạng thái làm việc bình thường của các phần tử. + Giảm ảnh hưởng của các hỏng hóc đối với chế độ làm việc của hệ thống điện. 128
127. + Ngăn chặng những hậu quả của sự cố như làm phân rã hệ thống, suy sụp tần số và điện áp, + Giảm đến mức tối thiểu thiệt hại kinh tế do sự cố ngừng cung cấp điện gây nên. - Trong mọi trường hợp nhân viên vận hành cần phải hết sức bình tĩnh, linh hoạt, thao tác rành mạch. Việc loại trừ nhanh sự cố phụ thuộc nhiều vào sự thao tác nhanh, kịp thời và chính xác của người vận hành. - Các nhân viên vận hành nhà máy điện và trạm biến áp tự thực hiện các thao tác cần thiết để loại trừ sự cố, đồng thời thông báo ngay với cấp trên về diễn biến của sự việc. Các điều độ viên mạng điện và hệ thống kiểm tra và giám sát các hoạt động của nhân viên vận hành trong quá trình loại trừ sự cố. 129
128. - Khi xảy ra sự cố, trước hết các cơ cấu tự động sẽ thực hiện: + Cô lập các phần tử bị sự cố; + Đóng nguồn dự phòng cung cấp điện cho các hộ tiêu dùng điện; + Tự động điều tần và điều áp cấp I; + Tự động sa thải phụ tải; + Tự động tái đồng bộ; - Sau khi sự cố xảy ra 3 phút mà hệ thống tự động không giải trừ được sự cố thì nhân viên vận hành bắt đầu can thiệp: + Khởi động các tổ máy dự phòng lạnh; + Phân bố lại công suất tác dụng và công suất phản kháng để không làm sụt áp và quá tải đường dây; + Điều tần cấp II; 130
129. 2. Các hoạt động độc lập của nhân viên vận hành nhà máy điện và trạm biến áp khi xảy ra sự cố: - Các hoạt động độc lập khi xảy ra sự cố là các hoạt động do các nhân viên vận hành thực hiện theo quy trình, quy phạm đã xác định tại nơi thao tác mà không cần đến sự ra lệnh, chỉ đạo của cấp trên. - Mục tiêu của các hoạt động độc lập là loại trừ nhanh sự đe dọa nguy hiểm đến tính mạng con người và thiết bị, nhanh chóng khôi phục cung cấp điện cho các hộ tiêu dùng điện, tách riêng khu vực có sự cố ra khỏi hệ thống. Một số trường hợp cụ thể: + Khi có sự đe dọa trực tiếp đến tính mạng con người nhân viên vận hành được phép cắt bất kỳ một thiết bị nào có liên quan; + Trong trường hợp hỏa hoạn chỉ được phép tiến hành các biện pháp dập lửa sau khi đã cắt điện; + Khi hệ thống tự động cắt máy biến áp làm cho sự cung cấp điện bị ngừng trệ cần đóng ngay máy biến áp dự phòng; 131
130. - Khi đã phát hiện ra thiết bị có sự cố trên phần tử nào đó, cần tiến hành cắt ngay nó ra khỏi mạng điện, khi các thiết bị hỏng hóc đã được loại ra thì cần tiến hành trả điện lại cho các phần tử không bị ảnh hưởng. - Cùng với các thao tác mà nhân viên vận hành được phép thực hiện thì còn có một số các thao tác bị cấm thực hiện vì khí đó có thể dẫn đến sự lan rộng của sự cố như: đóng đường dây mang tải song song mà chưa kiểm tra sự đồng bộ của nó; đóng đường dây bị cắt tự động do thiếu hụt công suất nguồn; 6.3 Sự cố hệ thống và các biện pháp phòng ngừa: 1. Sự cố hệ thống: - Sự cố hệ thống là những sự cố liên quan đến việc ngừng cung cấp điện của phần lớn các thiết bị dùng điện, cũng như các chế độ làm việc song song của các nhà máy điện. 132
131. - Việc ngăn ngừa sự cố trong từng khâu riêng biệt của hệ thống có ý nghĩa hàng đầu để đảm bảo độ tin cậy cho toàn hệ thống. Căn cứ vào mức độ nghiêm trọng, người ta phân sự cố hệ thống thành các nhóm sau: + Nhóm các sự cố gây phá hủy hoàn toàn sự ổn định của hệ thống làm gián đoạn cung cấp điện của từng hộ tiêu thụ điện, trong đó có cả các thiết bị tự dùng của nhà máy điện. Khi đó điện áp sẽ giảm mạnh và không thể khôi phục được. + Nhóm các sự cố gây phá hủy sự ổn định của hệ thống, nhưng còn giữ được việc cung cấp điện cho các thiết bị tự dùng của nhà máy và một số khu vực quan trọng. + Nhóm các sự cố làm tách hệ thống ra thành nhiều phần làm việc không đồng bộ, điện áp và tần số trong từng phần hệ thống bị suy giảm nhiều. 133
132. + Nhóm các sự cố làm mất đồng bộ của một số nhà máy điện lớn của hệ thống nhưng còn giữ được phần lớn các nhà máy điện song song, điện áp và tần số suy giảm nhiều, tuy nhiên một số hộ tiêu dùng điện vẫn còn được cung cấp điện. + Nhóm các sự cố có liên quan đến việc mất đồng bộ của từng tổ máy hoặc các nhà máy điện nhỏ. 2. Các biện pháp phòng ngừa: - Loại sự cố đầu tiên gây thiệt hại nghiêm trọng đến nền kinh tế, vì vậy cần phải lựa chọn giải pháp hợp lý khi tách một tổ máy phát ra khỏi hệ thống mà không gây căng thẳng thêm tình trạng thiếu hụt công suất, gây suy giảm điện áp và tần số, dẫn đến sự lan rộng sự cố. - Loại sự cố thứ hai làm phá vỡ chế độ hoạt động ổn định của hệ thống, do đó việc sử dụng những biện pháp tăng cường hệ thống bảo vệ relay, giảm tải tự động, hạn chế trị số điện áp vận hành tối thiểu, sẽ góp phần khắc phục tình trạng sự cố làm mất ổn định hệ thống. 134
133. - Để loại trừ khả năng làm ta rã hệ thống do mất ổn định động thì cần phải tăng tốc độ cắt sự cố làm sao cho tổng thời gian loại trừ sự cố xuống còn 0,04 ÷ 0,08 giây. - Sử dụng các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ và tự động giảm tải theo tần số nhằm loại trừ sự cố ra khỏi hệ thống nhẹ nhàng hơn và cho phép ngăn chặn việc suy giảm điện áp và tần số khi một phần hệ thống bị tách ra. - Việc phân chia hệ thống thành từng phần tại những điểm phân dòng cho phép khôi phục hệ thống một cách nhanh chóng hơn, đống thời tránh được sự tác động sai của các thiết bị bảo vệ dẫn đến việc cắt nhầm một phần các hộ tiêu dùng điện. Tuy nhiên nếu việc phân chia điểm phân dòng không chính xác có thể dẫn đến sự thiếu hụt công suất trong từng phần của hệ thống, vì vậy việc phân chia này chỉ thực hiện trong điều kiện nếu không phân chia thì sẽ dẫn đến nguy cơ gây tan rã hệ thống 135
134. Chương 7: VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐIỆN 7.1 Công tác thử nghiệm và kiểm tra máy phát điện: 7.1.1 Công tác thử nghiệm: - Máy phát ở trạng thái dự phòng lâu hoặc mới sau công tác bảo dưỡng, sửa chữa cần được tiến hành đo điện trở cách điện của mạch stator, mạch kích từ, ống dẫn dầu, - Kiểm tra cách điện của cuộn stator với vỏ máy, điện trở cách điện thanh cái, máy biến áp lực, máy biến áp tự dùng, bằng các máy thử cách điện. - Các giá trị đo được cần phải so sánh với các giá trị định mức, chẳng hạn như: stator – 10,5M, mạch từ - 0,5M, nếu kết qua đo giảm hơn so lớn lần trước đó thì cần phải tìm ra nguyên nhân để khắc phục. 136
135. - Khi sơ đồ khối đang ở trạng thái tách rời thì cần phải tiến hành thử nghiệm các thiết bị sau: + Mạch điều khiển từ xa của máy cắt. + Mạch điều khiển từ xa của mạch tự động khử từ, khích từ dự phòng và làm việc. + Mạch liên động. + Hệ thống tín hiệu cảnh báo và tín hiệu sự cố. + Bộ chỉnh lưu của máy kích từ. + Hệ thống làm mát. - Khi kiểm tra xong, cần kiểm tra trạng thái làm việc của các thiết bị: + Máy cắt của khối ở trạng thái cắt. + CB đầu cực của máy kích từ dự phòng và làm việc ở trạng thái cắt. + Khoá điều khiển ở trạng thái mở và tất cả đèn khoá đều sáng. 137
136. 7.1.2. Kiểm tra thứ tự pha của máy phát: Sau khi máy phát được bảo dưỡng và sửa chữa xong cần phải kiểm tra thứ pha của nó, và được kiểm tra bằng thiết bị chuyên dùng. 7.1.3. Kiểm tra trước khi khởi động máy phát: a) Kiểm tra sau khi sửa chữa bảo dưỡng: - Kiểm ta sơ đồ nhất thứ, nhị thứ của máy kích từ và các thiết bị kiểm tra, đo lường. - Hoàn thành các biên bản xác nhận quá trình lắp ráp, thử nghiệm. - Kiểm tra độ kín của máy phát điện và hệ thống dầu, khí. - Kiểm tra sự hoàn chỉnh về kỹ thuật an toàn và cháy nổ. - Kiểm tra độ tin cậy của các thiết bị kiểm nhiệt. - Kiểm tra áp lực và độ tuần hoàn của dầu của tất cả các gối đỡ, trục rotor, nhiệt độ dầu ở mức giới hạn 24 ÷ 450C. 138
137. - Kiểm tra và xác định chắc chắn mọi thiết bị thao tác của máy phát phải ở vị trí cắt, hệ thống chổi than ở cổ góp rotor được lắp đặt đúng. - Kiểm tra tình trạng của các khối tiếp điểm, cuộc đóng cắt và CB của cuộn kích từ làm việc và dự phòng ở vị trí cắt. - Kiểm tra việc tháo dỡ các biển báo cho phép làm việc, trường hợp cần thiết thì phải treo các biển báo thích hợp. - Kiểm tra hệ thống bảo vệ relay, mạch điện cao áp, độ chính xác và tin cậy của hệ hto61ng hoà đồng bộ, thứ tự pha của mạch nhất thứ, nhị thứ. b) Kiểm tra mức độ sẵn sàng của máy phát: - Quan sát tình trạng bên ngoài của các bộ phận: + Tình trạng bản thân máy phát điện. + Tình trạng của các bulông ở mặt bích hai phía và nắp các gối đỡ. 139
138. + Trạng thái các máy bơm của hệ thống làm mát và dầu chèn. + Trạng thái mặt bích nối trên các đường ống dẫn khí, dầu và nước. - Kiểm tra các vòng tiếp xúc và các thiết bị chổi than. - Kiểm tra mức độ sẵn sàng của hệ thống dầu. - Kiểm tra độ sẵn sàng của hệ thống làm mát. - Kiểm tra mức dầu, áp suất và nhiệt độ của dầu. - Trước khi khởi động cần kiểm tra thêm: + Dầu vào các gối đỡ và chèn trục phải chạy bình thường. + Đã chạy bơm khí làm mát, các bộ làm mát khí đã đầy nước, van đẩy đã mở. + Thực hiện các yêu cầu kỹ thuật về đảm bảo tự động tăng áp lực dầu chèn từ 0,5 ÷ 0,7kG/cm2 và áp lực dầu nén trong giới hạn 1,2 ÷ 1,4kG/cm2 140
139. 7.1.4. Kiểm tra máy phát ở trạng thái vận hành: Khi máy phát đang vận hành thì cần phải tiến hàh các quan sát sau - Có hay không sự xuất hiện các tia lửa điện ở cổ góp máy kích từ. - Độ mòn của hệ thống chổi than. - Độ rung của các ổ bi. - Độ ồn của máy phát. - Nhiệt độ của ổ bi và hệ thống làm mát. - Áp suất của dầu. 7.2. Khởi động tổ máy phát và khối 7.2.1. Công tác chuẩn bị khởi động máy phát: a) Đối với lò hơi: - Tiến hành chất đầy nước và hệ thống sinh hơi. 141
140. - Đóng các cửa nắp trên đường khói và thông gió. - Kiểm tra sự hoạt động của các van an toàn và dụng cụ đo. - Đặt các van của sơ đồ khởi động vào vị trí. - Kiểm tra khả năng cấp hơi từ nguồn ngoài. b) Đối với tuabin: - Kiểm tra sự hoạt động của CB an toàn. - Kiểm tra tình trạng hệ thống dầu và bơm dầu. - Kiểm tra van stop và các van điều chỉnh. - Kiểm tra thiết bị quay trục. - Tiến hành sấy đường ống. 142
141. 7.2.2. Khởi động lò hơi: - Việc khởi động lò hơi bắt đầu từ thao tác đốt nhiên liệu, nhóm lò tạo thành ngọn lửa ổn định trong buồng lửa. Khi tiến hành nhóm lò cần phải có các biện pháp bảo vệ bộ quá nhiệt. - Khi phụ tải của buồng lửa đạt đến 30% giá trị định mức, sẽ chuyển sang đốt nhiên liệu chính. Áp lực ống góp hơi đưa ra được sẽ đạt giá trị định mức ở giai đoạn cuối của quá trình khởi động. - Sự khởi động tuabin được bắt đầu bằng việc đưa hoi qua các van điều chỉnh và xung động rotor. Quá trình sấy tuabin được diễn ra khi tăng dần lượng hơi và số vòng quay của rotor sao cho tốc độ tăng nhiệt không vượt quá giới hạn cho phép. 7.2.3 Khởi động khối từ trạng thái lạnh: - Mở bơm dầu khởi động. 143
142. - Mở bơm tuần hoàn. - Đưa nước vào bình ngưng. - Mở ejector để hút khí trong bình ngưng và đưa hơi vào chèn tuabin. - Nâng dần chân không. - Cho nước vào lò hơi tới mức khởi động. - Đóng van không khí và nước. - Mở van cắt, van bảo vệ và van điều chỉnh đường hơi chính giữa lò và tuabin. - Đặt lò vào tình trạng chân không cùng với tuabin. - Lò hơi được chất đầy nước nóng 70 ÷ 900C. - Lò hơi được nhóm, quá trình hoá hơi diễn ra mạnh hơn, nhiên liệu được điều chỉnh sao cho áp lực trong lò hơi không tăng quá nhanh, khoảng 1 ÷ 1,50C/phút. 144
143. - Khi áp lực dư của hơi nước đủ lớn (0,2 – 0,3 Mpa) thì sẽ xảy ra sự tự quay của rotor tuabin do tác động của hơi nước. Lúc này cần đặc biệt theo dõi việc đưa nhiên liệu vào các vòi phun và sự tăng áp lực của đường hơi vì điều này liên quan đến sự tăng dần tốc độ quay của rotor tuabin. - Việc tăng tốc độ quay không diễn ra quá nhanh, khi tốc độ quay gần tốc độ định mức thì hệ thống điều khiển tuabin bắt đầu hoạt động và việc tăng tốc được thực hiện nhờ thiết bị đồng bộ. Khi đó sự gia tăng áp lực trong đường hơi sẽ không ảnh hưởng đến tốc độ quay của rotor tuabin nữa. - Khi đạt đến tốc độ đồng bộ và ổn định, máy phát sẽ bắt đầu mang tải và phải thực hiện theo đúng qui trình mang tải tương ứng với thông số hơi của lò. 145
144. - Cơ cấu tự động điều khiển kích từ phải luôn ở trạng thái sẵn sàng. Khi cắt dòng điện ngắn mạch nếu không sử dụng các biện pháp đặc biệt thì sự phục hồi từ thông sẽ diễn ra khá chậm và có thể dẫn đến sự mất đồng bộ. - Chức năng cơ bản của bộ tự động kích từ đó là nhanh chóng khôi phục suất điện động của máy phát nhằm tăng monent điện từ và tạo ra công suất phản kháng để ngăn chặn sự suy giảm điện áp. Chính vì thế, cơ cấu tự động điều chỉnh kích từ cần phải luôn ở chế độ sẵn sàng để có thể nhanh chóng khắc phục sự cố. - Để đảm bảo tính ổn định và nâng cao độ tin cậy của hệ thống, nhà máy nhiệt điện cần phải lắp thêm bộ tự động điều chỉnh kích từ dự phòng nhằm thay thế trong trường hợp cần thiết. 146
145. 7.3 Hoà máy phát vào mạng: a) Phương pháp hoà đồng bộ chính xác: Khi máy phát đạt tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ, thời điểm hoà đồng bộ vào hệ thống theo các điều kiện sau: - Vận tóc gốc ω1 của máy phát bằng vận tốc gốc ω2 của hệ thống. - Điện áp của máy phát bằng điện áp của hệ thống. - Thứ tự pha bằng nhau. Việc thực hiện chính xác các điều kiện trên là rất khó khăn, nên việc hoà đồng bộ vào mạng sẽ được thực hiện một cách tự động. b) Phương pháp tự đồng bộ: Với sự trợ giúp của động cơ sơ cấp, máy phát được quay mà không có kích từ. Khi tốc độ quay đạt giá trị 96– 98% tốc độ đồng bộ thì đóng 147
146. máy phát vào làm việc song song và liền sau đó đóng kích từ vào. Lúc đó, máy phát tự mình hoà đồng bộ vào mạng, việc tự hoà đồng bộ như vậy có thể tiến hành ở độ trượt ± 5 – 10%. Ưu điểm của phương pháp này là: - Thao tác đơn giản. - Quá trình diễn ra tự động. - Loại trừ khả năng đóng nhằm. - Quá trình diễn ra rất nhanh (3 – 5s) so với phương pháp đồng bộ chính xác (5 – 10 phút). 7.4. Chuyển chế độ làm việc của máy phát: 7.4.1. Chuyển máy phát sang các chế độ làm việc bù đồng bộ: Các máy phát nhiệt điện có công suất 100 – 200MW vào giờ thấp điểm của biểu đồ phụ tải, đôi khi kinh tế hơn nếu chúng ta để chúng làm việc ở chế độ máy phát bù đồng bộ với lượng hơi nước ít, hơn là việc dừng nó lại và sau đó phải khởi động lại. 148
147. 7.4.2. Chuyển đổi hệ thống kích từ chính sang hệ thống kích từ dự phòng: Việc chuyển đổi hệ thống kích từ từ chính sang dự phòng được thực hiện bằng 2 cách - Cách 1: đóng kích từ dự phòng vào làm việc song song với kích từ chính, và sau đó cắt kích từ chính ra khỏi sơ đồ. - Cách 2: cắt kích từ chính và đóng kích từ dự phòng và chuyển sang chế độ không đống bộ. Khi chuyển đổi trạng thái kích từ cần phải có sự kiểm tra các cực của kích từ cho phù hợp và thời gian diễn ra không quá lâu: cách 1 từ 2 - 3s; cách 2 không quá 10s. 7.5. Các thao tác loại trừ sự cố trong nhà máy điện: 7.5.1. Công tác loại trừ sự cố trong sơ đồ chính của nhà máy điện: 149
148. - Sự cố trong sơ đồ chính của nhà máy điện là sự cố cực kỳ nghiêm trọng và nguy hiểm, thường thì nó dẫn đến việc suy giảm công suất của máy phát, suy giảm tần số, phá vỡ chế độ làm việc song song của các tổ máy phát, trực tiếp phá vỡ sự căn bằng công suất trong hệ thống. Vì vậy, vận hành viên phải thường xuyên thông báo về tình trạng làm việc của các tổ máy phát này. - Trong trường hợp bảo vệ so lệch tác động, thì một phần hoặc toàn bộ nhà máy có thể bị tách ra khỏi hệ thống và làm việc ở chế độ thiếu công suất phát. Vì vậy, nhân viên vận hành cần phải nhanh chóng tiến hành các biện pháp điều chỉnh tần số và điện áp trong giới hạn cho phép. Kiểm tra nguồn tự dùng của nhà máy điện. 150
149. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vận hành hệ thống điện – Trần Quang Khánh – Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội. 2. Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp- Bộ môn Hệ thống điện - Đại học Bách khoa- Hà nội, xuất bản năm 2003. 3. Mạng cung cấp và phân phối điện- Bùi Ngọc Thư- năm 2002. 4. Bảo dưỡng và thử nghiệm thiết bị trong hệ thống điện-Bộ môn Thiết bị điện- Đại học Bách khoa - Hà nội. 5. Vận hành nhà máy điện- Trịnh Hùng Thám, xuất bản năm 2007. 6. Lưới điện và hệ thống điện tập II- Trần Bách, xuất bản năm 2000. 151