Vì sao cần hòa đồng bộ 2 máy phát điện và Hướng dẫn hòa đồng bộ từ A->Z

I. Hòa đồng bộ máy phát điện là gì?

1. Khái niệm

Hòa đồng bộ máy phát điện là tên gọi chung của phương pháp mắc song song 2 hay nhiều máy phát điện. Và tất cả máy phát điện đều đặt chung dưới một mạng lưới điện. Và nguyên lí khi hòa đồng bộ, các máy phát sẽ có tốc độ quay và điện áp cân bằng.

Máy phát điện không thể cung cấp điện cho hệ thống điện trừ khi điện áp, tần số và các thông số khác của nó khớp chính xác với mạng lưới. Đồng bộ được thực hiện bằng cách điều khiển dòng kích từ và tốc độ động cơ máy phát điện.

Nhu cầu đồng bộ hóa xuất hiện khi 2 hoặc nhiều máy phát điện hoạt động song song để cung cấp tải lớn hơn. 

Phương pháp hòa đồng bộ các máy phát điện đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao cũng như tính chuyên nghiệp trong quá trình vận hành, bảo dưỡng. Chính vì thế, bạn phải xác định được đúng nhu cầu của mình phù hợp với giải pháp máy phát điện song song hay máy phát điện song song với lưới điện.

Trong nguyên tắc khi hòa đồng bộ các máy với nhau, giả sử tính công suất cho 4 máy thông thường hệ thống sẽ có 5 máy. Máy số 5 này sẽ ở chế độ sẵn sàng chờ nếu 1 trong 4 máy hư hỏng thì máy này sẽ làm việc.

2. Chức năng

Dưới đây là một số chức năng chính mà hòa đồng bộ mang lại:

• Xác định được thời điểm hòa đồng bộ.

• Ra lệnh thao tác các thiết bị tự động đóng cắt (đóng vào khi thích hợp và cắt ra khi có thông báo nguy hiểm).

• Bảo vệ được máy phát và hệ thống (bảo vệ quá dòng và chống công suất ngược).

• Điều khiển được quá trình phân chia tải giữa các máy phát điện với nhau.

3. Khi nào nên tiến hành hòa đồng bộ máy phát điện?

Mặc dù hòa đồng bộ máy phát điện khá phức tạp, nhưng nếu bạn đang gặp phải một trong các vấn đề sau thì nên cân nhắc thực hiện sớm. Đó là trường hợp:

• Công suất thực tế để máy móc, thiết bị hoạt động lớn hơn công suất từng máy phát điện
• Phụ tải tăng cao hoặc thay đổi nhiều, gây ra tình trạng phát sinh thêm chi phí nhiên liệu. Và số tiền phải chi trả lớn hơn số tiền tính toán hòa đồng bộ máy phát.
• Hoạt động sản xuất bước vào giai đoạn cao hiểm, nước rút, cần máy móc hoạt động liên tục 24/24 và bạn muốn tiết kiệm giai đoạn ngưng sản xuất vì chuyển tải  từ máy phát này sang máy phát khác.
• Nhu cầu sử dụng điện tăng lên trong sản xuất. Trong khi đơn vị đã có sẵn một máy phát thì việc lắp song song thêm 1 hay nhiều máy nữa là giải pháp tốt nhất. Chi phí dự tính cho hòa đồng các máy cũ rẻ hơn chi phí mua máy mới.

II. Điều kiện để hòa đồng bộ máy phát điện

1. Điều kiện hòa đồng bộ

Các máy phát điện muốn làm việc song song với nhau bắt buộc phải đảm bảo 3 điều kiện sau:

• Điện áp của các máy phát điện phải bằng nhau, độ sai lệch điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 5%.Thông thường, điện áp máy phát điện sẽ được điều chỉnh bằng hoặc là lớn hơn một chút so với điện áp của lưới điện, để khi đóng điện máy phát điện sẽ có công suất nhỉnh hơn 0. Chúng ta cũng có thể điều chỉnh một cách chính xác cho U máy = U lưới.
• Tần số các máy phát điện bằng nhau: nếu chúng không bằng nhau, việc phân chia tải sẽ không đều. Điều này dẫn đến máy phát điện bị hỏng. 
• Thứ tự pha phải giống nhau: Điều kiện về pha là điều kiện rất quan trọng, bắt buộc người dùng phải chú ý và thực hiện chính xác. Thông thường, thứ tự của pha sẽ được kiểm tra một lần duy nhất từ trước khi lắp máy, sau này sẽ không điều chỉnh lại trừ khi tiến hành tháo lắp nhiều chi tiết trong hệ thống.

Ngoài 3 điều kiện bắt buộc trên, để hệ thống làm việc an toàn bạn có thể trang bị thêm:

• Thiết bị điều chỉnh điện áp và tần số (AVR máy phát điện,…) để hỗ trợ điều chỉnh tình trạng phân chia tải.
• Thiết bị đo lường và bảo vệ cho từng tổ máy phát điện.

2. Thời điểm hòa đồng bộ máy phát điện

Thời điểm hòa 2 máy phát điện chính là thời điểm để đóng các thiết bị đóng cắt cho phép đưa các máy đang làm việc riêng rẽ vào làm việc song song với nhau.

Thời điểm hòa đồng bộ phải có đủ các điều kiện:

• Hệ thống phải có cùng điện áp, tần số và thứ tự pha
• Hai hệ thống phải có cùng pha. Độ lệch pha tại thời điểm đóng cắt ảnh hưởng trực tiếp lên độ lớn của hệ thống dòng điện.

3. Một số biện pháp kiểm tra điều kiện hòa đồng bộ

Đối với các điều kiện về tần số và điện áp, thì chúng ta có thể kiểm tra dễ dàng bằng những công cụ đo chuyên dụng như Vôn kế hoặc Tần số kế. Tuy nhiên với điều kiện pha, cần có những thao tác kiểm tra cẩn thận và nghiêm ngặt hơn về thứ tự pha cũng như đồng vị pha để đảm bảo hiệu quả và an toàn khi hệ thống vận hành.

3.1 Đối với đồng vị pha của máy phát điện

Khi hòa đồng bộ 2 máy phát điện, thứ tự pha là điều kiện tiên quyết phải thực hiện với độ chính xác 100%. Chỉ cần 1 pha của máy phát điện có góc lệch so với pha tương ứng = 0, là hệ thống này đã đạt điều kiện về đồng vị pha.

Trong trường hợp trên, đồng vị pha sẽ được xác định khi tốc độ quay máy phát và điện áp đã đạt đến giá trị định mức. 

Do tần số của lưới và tần số máy phát luôn có sự chênh lệch nhỏ và luôn biến thiên, nên góc lệch pha cũng thay đổi liên tục. Vì thế thao tác đóng máy cắt điện để hòa đồng bộ có khá nhiều rủi ro do không xác định được đúng góc pha. Điều này dẫn tới việc dòng điện tạo ra rất lớn ở dạng sung, momen điện từ trong máy phát thay đổi đột ngột gây hư hỏng thiết bị và gây mất ổn định cho lưới điện.

Để đảm bảo đồng vị pha của máy phát khi hòa đồng bộ, bên cạnh việc đo lường một cách chính xác, thì trên mạch điều khiển của máy phát cũng cần được lắp rơle hòa đồng bộ hoặc là rơle chống hòa sai.

3.2 Đồng vị pha của hệ thống lưới 

Đối với phân đoạn dùng hệ thống lưới mạch vòng, đồng vị pha được xác định sẵn từ khi thiết kế. Tuy nhiên, do một số sai lệch về tần số và điện áp, cho nên góc giữa 2 đầu máy cắt có thể đổi sang giá trị khác 0 (thường sẽ ít thay đổi trong thời gian ngắn). Trong trường hợp này, việc đóng máy cắt sẽ gây ảnh hưởng lớn đến hệ thống, ngoại trừ một vài điểm sẽ có khả năng bị quá tải.

Nhưng đối với trường hợp góc pha thay đổi liên tục, việc đóng máy cắt phải đầy đủ các điều kiện như máy phát điện, và thường sẽ khó hơn rất nhiều do tần số của một trong hai hệ không thể tác động tại chỗ mà phải liên hệ từ xa. Để đảm bảo đồng vị pha, thì trên máy cắt cũng cần được lắp rơle hòa đồng bộ hay rơle chống hòa sai.

4. Thao tác hòa đồng bộ

Hiện nay, hầu như các máy phát điện đều có hệ thống hòa đồng bộ tự động, giúp chúng ta thực hiện công việc này dễ dàng hơn. Các thao tác bằng tay mà chúng tôi sắp chia sẻ dưới đây sẽ làm rõ các nguyên lý hòa đồng bộ của máy phát điện.

4.1 Kiểm tra thứ tự pha

Cần kiểm tra để đảm bảo cả hai phía đều đúng thứ tự pha. Tiến hành kiểm tra thứ tự pha như sau:

• Sử dụng đồng hồ đo thứ tự pha.
• Kiểm tra chiều quay của 1 động cơ trên thanh cái khi sử dụng điện lưới. Sau đó mở điện lưới, đóng máy phát rồi kiểm tra lại thứ tự pha.
• Dùng Vôn kế kim đo rồi tiến hành so sánh điện áp khi chưa được hòa đồng bộ. Một cái dùng để đo điện áp giữa pha A của máy phát và pha A của lưới, một cái dùng để đo lần lượt giữa B máy phát - B lưới và C máy phát - C lưới. Khi máy phát chạy, các đồng hồ này sẽ đồng thời thay đổi từ 0 tới 2 lần Upha định mức. Khi đó, hai đầu của cầu dao sẽ đúng thứ tự pha với nhau.

Trong trường hợp không thay đổi đồng thời, bạn sẽ thực hiện đổi lại một đồng hồ đo A-A, đồng hồ còn lại tiến hành đo B máy - C lưới hoặc là C máy - B lưới. Nếu các đồng hồ này lên đồng thời tức là thứ tự của 2 pha đầu ngược nhau.

Sau khi hoàn tất công tác kiểm tra thứ tự kiểm tra thứ tự, chúng ta có thể đấu nối mạch mà không phải lo lắng về thứ tự pha trong quá trình sử dụng sau này.

4.2 Kiểm tra điện áp

Các thao tác để kiểm tra điện áp không quá phức tạp. Chúng ta chỉ cần dùng 2 Vôn kế lắp đặt ở 2 đầu, hoặc có thể sử dụng một Vôn kế để đo giữa pha A của máy và lưới. Khi điện thế xuống mức thấp nhất, tương ứng với góc lệch pha = 0. Khi đó, nếu điện thế ở 2 đầu bằng nhau, thì đồng hồ sẽ hiển thị 0V, nếu có sai biệt thì trị số khác 0.

4.3 Kiểm tra tần số

Tần số máy phát điện và tần số lưới có đồng hồ đo riêng. Tuy nhiên để biết được chính xác sự chênh lệch tần số, chúng ta không thể sử dụng đồng hồ đo đó. Bạn có thể áp dụng một trong những cách sau đây để việc kiểm tra dễ dàng và hiệu quả hơn:

• Sử dụng đồng bộ kế. Đây là một dụng cụ đo góc lệch pha giữa 2 nguồn điện. Nếu như 2 tần số bằng nhau, thì kim đồng hồ sẽ đứng yên. Ngược lại, nếu có sự chênh lệch, kim sẽ di chuyển nhanh hay chậm tùy theo độ chênh lệch tần số.
• Dựa vào đèn. Người dùng sẽ lắp đèn, và tùy vào độ sáng tắt của đèn để xác định được sự chênh lệch về tần số. Tốc độ sáng tắt của bóng đèn càng thấp, nghĩa là tần số chênh lệch càng ít. Tốt nhất bạn nên điều chỉnh sao cho độ lệch nằm trong khoảng 0,2 đến 0,1 Hz, tức là tốc độ chớp tắt của đèn rơi vào khoảng 5 đến 10 giây.
• Dựa vào hiệu ứng hoạt nghiệm. Đối với phương pháp này, chúng ta sẽ sử dụng đèn neon, đèn huỳnh quang hoặc đèn thủy ngân. Khi đèn chiếu vào một trục quay, bạn sẽ thấy trục đó quay chậm hơn hoặc dùng lại, hoặc quay ngược chiều tùy theo độ lệch của tần số lưới và tốc độ máy.

Cụ thể, nếu như độ lệch = 0, thì sẽ thấy trục như đang đứng yên. Tần số máy thấp hơn thì trông có vẻ như trục đang quay ngược chiều. Tuy nhiên, đây là một phương pháp dựa trên kinh nghiệm, không được khuyến khích áp dụng.

4.4 Kiểm tra góc lệch pha

Chúng ta có thể nhận biết góc lệch pha bằng:

• Vị trí kim của đồng bộ kế. Nếu kim ở vị trí cao nhất, thì ta có góc pha = 0.
• Độ sáng của đèn: Góc pha = 0 lúc đèn tắt hẳn hoặc là đèn có ánh sáng mờ nhất. Tuy nhiên đây là cách xác định góc lệch pha có độ chính xác không cao, bởi ảnh hưởng nhiệt từ dây tóc bóng đèn cũng như mắt người có khả năng phân biệt ánh sáng không tuyệt đối.
• Sử dụng Vôn kế để đo phách: khi trị số Vôn kế min là lúc góc pha = 0.

Sau khi tiến hành kiểm tra tất cả những điều kiện trên, chúng ta sẽ có:

• U máy ≈ U lưới.

• Tần số máy ≈ Tần số lưới (cụ thể là cao hơn).

• Góc pha tiến dần đến 0.

​

Tổ máy phát điện Cummins hòa đồng bộ hoạt động song song

5. Các sơ đồ hòa đồng bộ máy phát điện

Các sơ đồ hòa đồng bộ theo như sách lý thuyết thì rất đơn giản; dùng đèn tối, đèn sáng, đèn quay… hoặc thêm vài đồng hồ đo…

5.1 Hòa đồng bộ máy phát điện vào thanh cái

Sơ đồ hòa một máy phát vào thanh cái có hình như dưới đây (đã lọc bỏ hết các mạch xung quanh, những mạch nào không dính đến mạch hòa đồng bộ).

Trong hình trên, phía dưới nối vào 3 pha ABC của máy phát. Phía trên nối vào ABC của thanh cái. Giả sử thanh cái máy phát và máy phát đều được đo lường bằng một máy biến thế đo lường nối hình V/V. (Sơ đồ này có thể nhầm lẫn với sơ đồ nối tam giác hở, nhưng không phải).

Người ta chỉ cần nối đất pha b phía thứ cấp của cả hai phía, và nối a1, b1 vào một phía của cột đồng bộ, a2, b2 vào phía kia của cột đồng bộ. Như vậy b1 và b2 đương nhiên được nối với nhau.

Có thể thấy khi máy phát đồng bộ với nhau thì:

• Điện áp a1 bằng với a2, (V1 = V2)
• Tần số a1 bằng với a2, (Hz1 = Hz2)
• Góc pha a1 trùng với a2, (SS chỉ 12 giờ)
• 2 bóng đèn trên cột đồng bộ tắt.

Rơ le đồng bộ, có hai loại, là rơ le tự động đồng bộ và rơ le kiểm soát đồng bộ (chống hòa sai). Khi 3 điều kiện trên thỏa mãn thì rơ le sẽ xuất ra một lệnh đi đóng máy cắt.

5.2 Hòa đồng bộ máy phát điện vào lưới thông qua máy biến áp

Tuy nhiên, trong thực tế hiện nay, ít khi người ta nối nhiều máy phát vào một thanh cái máy phát. Khuynh hướng chung là thiết kế hợp bộ máy phát – máy biến thế. Hình dưới đây cho thấy máy phát nối với máy biến thế lực qua máy cắt đầu cực.

• Máy biến áp đấu nối sao / tam giác 1 giờ

Trong trường hợp này, để tiết kiệm, ta sẽ không đặt bộ biến thế đo lường trung thế ở giữa máy cắt và máy biến thế. Mà sử dụng luôn bộ biến áp phía cao thế để so sánh.

Hình dưới là 1 biến thế sao tam giác 1 giờ. Nhưng máy phát được nối trực tiếp với máy biến áp. Máy cắt hòa điện đặt phía cao thế. Người ta sử dụng luôn biến thế đo lường của máy phát để so sánh.

Khi đặt mạch so sánh như vậy, ưu điểm là tiết kiệm được một bộ biến áp đo lường, vốn rất đắt, và chiếm chỗ. Nhưng nảy sinh ra 2 vấn đề là pha và biên độ.

Về pha, máy biến áp lực thường có tổ đấu dây sao / tam giác 1 giờ hoặc 11 giờ. Nghĩa là khi đồng bộ; điện áp phía cao thế và trung thế sẽ lệch nhau 30 độ. Vì thế, phải lấy tín hiệu sao cho phù hợp.

Như hình trên, là phía cao thế lấy điện áp a2-n và phía hạ thế lấy tín hiệu điện áp dây a1-b1. Cách lấy như vậy sẽ bù trừ pha sao cho dù điện áp sơ cấp lệch nhau 30 độ; nhưng điện thế thứ cấp đưa vào hệ thống hòa cũng đồng pha.

Về biên độ, do phía cao thế lấy điện thế pha; nên bị suy giảm đi căn 3 lần. Hơn nữa, các tỷ số biến thế đo lường không hoàn toàn phối hợp với tỷ số biến thế lực. Do đó phải sử dụng thêm một bộ biến thế đo lường phụ ở 1 trong 2 phía. Thường là đặt ở phía lấy điện thế pha, và tăng thế lên cho đủ định mức rơ le.

• Máy biến áp đấu nối Sao / tam giác 11 giờ

Các hình dưới đây tương tự như 2 hình trên, nhưng nối với máy biến thế lực sao / tam giác 11 giờ.

Điện thế phía cao thế được lấy điện thế pha; c2-n2, và phía trung thế lấy điện áp dây c1-b1

​

III. Các phương pháp hòa đồng bộ

Có nhiều cách hòa đồng bộ máy điện và gọi tải khác nhau. Gọi tải ở đây chính là khi vấn đề thiếu tải xảy ra thì các máy khác bắt đầu gọi từng máy hoặc vài máy chạy để cung cấp đủ tải. Về hòa đồng bộ, ngày nay người ta thường áp dụng phương thức hòa cho từng máy hoặc nhiều máy. 

1. Hòa đồng bộ chính xác

Người thực hiện cần phải thực hiện những công việc sau:

• Đưa về trị số của điện áp máy phát điện được đóng vào UF và điện áp mạng UHT.
• San bằng tốc độ góc quay của máy phát điện được đóng vào wF và tốc độ góc quay wHT (trong đó wF >> wHT)
• Làm cho góc pha của vectơ điện áp máy phát điện và điện áp mạng bằng nhau vào lúc tiến hành đóng máy cắt. Góc lệch pha giữa các vectơ điện áp máy phát điện và mạng là d >> 0.

Phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện chính xác như sau: trước khi đóng một máy phát làm việc song song với các tổ máy phát điện khác thì máy đó phải được kích từ trước. Khi tốc độ quay và điện áp của máy đó và các máy khác gần bằng nhau ta chọn thời điểm thuận lợi để đóng máy phát.

* Lưu ý: thời điểm đó phải đảm bảo điều kiện độ lệch điện áp giữa các tổ máy phát điện gần bằng không. Có như thế dòng điện cân bằng lúc đóng tổ máy phát điện sẽ cho giá trị nhỏ nhất.

2. Hòa động bộ tự động

Người thực hiện đóng máy phát điện bằng phương pháp hòa đồng bộ tự động phải tuân thủ những điều sau:

• Để thực hiện hòa đồng bộ thì máy phát không được kích từ. Người dùng có thể hiểu là kích từ máy phát điện đã được cắt ra bởi aptomat khử từ. Phải luôn lưu ý đến tốc độ quay của máy phát.
• Trong khi tiến hành quá trình đồng bộ thì tốc độ góc quay của máy phát điện đóng vào phải xấp xỉ bằng tốc độ góc quay của tất cả các máy phát đang làm việc trong cùng hệ thống.

Như vậy, trước khi đóng một tổ máy phát điện làm việc song song với các tổ máy phát điện khác thì máy phát điện đó chưa được kích từ. Khi tốc độ quay của máy phát điện đó gần bằng tốc độ góc quay của các máy phát điện khác thì máy phát điện đó được đóng vào. Ngay sau đó, dòng kích từ sẽ được đưa vào roto. Máy phát điện sẽ được kéo vào làm việc đồng bộ.

IV. Hòa đồng bộ 2 máy phát điện bị lỗi

Nếu đồng bộ máy phát điện với hệ thống điện thực hiện không chính xác có thể xảy ra:

• Máy phát điện & động cơ bị hỏng do ứng suất cơ học gây ra bởi bộ tăng tốc/giảm tốc nhanh. Cần phải đưa các khối lượng quay lại đồng bộ.
• Hư hỏng đối với máy phát điện và cửa sổ biến áp bậc thang do dòng điện cao.
• Gây nhiễu cho hệ thống điện, chẳng hạn như dao động và điện áp lệch không phải định danh.
• Giữ cho máy phát điện không ở trạng thái khởi động và nhận tải khi rơ le bảo vệ xác định máy phát điện chạy trong điều kiện hoạt động bình thường. Điều này có thể khiến máy phát điện bị ngắt.

Nếu bạn muốn biết thêm thông tin về hòa đồng bộ 2 máy phát điện vui lòng liên hệ với chúng tôi. MICO GROUP nhận hòa đồng bộ máy phát điện với chi phí tốt nhất.

MICO GROUP – NHÀ PHÂN PHỐI CHÍNH HÃNG MÁY PHÁT ĐIỆN AGG VỚI GIÁ ƯU ĐÃI 

MICO GROUP với hơn 30 năm hoạt động trong nghề luôn được biết đến là một trong những đơn vị chuyên phân phối các loại máy móc công nghiệp nặng và máy phát điện uy tín, chất lượng hàng đầu tại Việt Nam. Quý khách có nhu cầu về máy phát điện AGG cùng phụ kiện chính hãng mời liên hệ với chúng tôi.