VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Giảng viên: ThS Võ Phúc Lập

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

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.

- 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.

+ 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

- 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).

+ 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.

- 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..

+ 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

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

+ 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.

+ 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.

- 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.

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).

- 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).

- 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.

•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..

- Sơ đồ tổ chức:

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.-

•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:

•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.

•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.

•Sơ đồ tổ chức:

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:

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:

•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.

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.

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.

- 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.

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.

- 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.

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.

C.

G - khối lượng của vật thể.

θ – tăng nhiệt độ của thiết bị so với môi trường làm mát tại thời điểm t, θ = θ

- θ

;

θ

- nhiệt độ của thiết bị.

θ

- nhiệt độ của mội trường xung quanh.

q - nhiệt lượng toả ra trên một đơn vị diện tích bê mặt, W/mm

.

C.

F - diện tích bề mặt tiếp xúc mm

.

Chia hai vế của biểu thức trên cho dt ta được phương trình vi phân:



 



 qF

dt

. d

cG

P

- Nếu coi các đại lượng c, q là không đổi thì phương trinh vi phân có nghiệm:

θ = A.e

+ 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:

cGk + qF = 0

Như vậy: , gọi T là hằng số thời gian đốt

nóng:

cG k   qF

 B

Ae

qF







qF

T   cG

Ta có:

- 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

hay B = θ

Thay A và B vào ta có:

- Nhiệt độ của thiết bị tại thời điểm t bất kỳ có thể xác định theo biểu thức:

B Ae

t







B 0

B

Ae

  





) e 1

(

t











T t 0 T

t

t

 

( 1  e

)   . e



- 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:

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 N

, 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.

- 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:

(năm)

Trong đó: N

- tuổi thọ định mức của thiết bị, năm

α - hệ số phụ thuộc vào vật liệu, thường có giá trị trong khoảng 8 ÷ 12.

θ

- nhiệt độ cho phép (nhiệt độ giới hạn của của thiết bị điện),

C

θ

- nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh,

C k

- hệ số mang tải của thiết bị điện

L . N 2

. N

N

) k 1 )(

( n

2mt tb

cp













- 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:

Trong đó: t

- thời gian làm việc quá tải cho phép của thiết bị điện; t

- thời gian dự trữ do trước đó thiết bị làm việc non tải.

- Thời gian dự trữ t

trong ngày có thể xác định:

dt qt n

t

. t N N 







1 i qdi

dt

24 t

t

với t

- thời gian phục vụ ở chế độ thứ i, ứng với hệ số mang tải k

qui đổi về chế độ làm việc định mức

M - số lần thay đổi chế độ làm việc trong ngày

t

- 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: t

= t

.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.

i i

qdi

L

t  t

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 b

mặt bằng nhiệt kế, nhiệt độ lớp dầu bề

mặt không được vượt quá quá trị cho phép θ

(theo bảng

tra).

- 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

∆P = ∆P₀ + ∆P_kk_mt² Trong đó: k_mt = S/S_n S - phụ tải của MBA

S_n – công suất định mức của MBA

∆P₀, ∆P_k - tổn hao không tải và tổn hao ngắn mạch MBA

Ký hiệu thì ta có biểu thức biểu diễn độ tăng nhiệt lớp dầu bề mặt so với môi trường làm mát như sau:

Trong đó:

θ_d.n - độ tăng nhiệt dầu khi phụ tải định mức; θ_d.n = θ_cp – θ_tb

θ_cp - nhiệt độ cho phép của MBA, phụ thuộc vào chế độ làm mát θ_tb - nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh

0 k

P b P



 

m 2 n mt

. d

d

)

b 1

k . b ( 1



 





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 Độ tăng nhiệt θ của MBA:

Trong đó: q - hệ số truyền nhiệt

F - diện tích bề mặt toả nhiệt của MBA (m²)

F . q

 P





- Độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ của dầu, được tính gần đúng theo biểu thức: ∆θ_cd = ∆θ_cd.n(k_mt)^2m

∆θ_cd.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: θ_cd = θ_d + ∆θ_cd

-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 k_mt = k₀ < 1, độ tăng nhiệt độ tương ứng là θ₀. Tại điểm A phụ tải bất đầu tăng quá công suất định mức và giữ giá trị cố định hệ số mang tải k₂ > 1, độ tăng nhiệt độ tương ứng θ_∞.

- Nếu nhiệt độ θ_∞ lớn hơn giá trị ở chế độ phụ tải định mức θ_n 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 t_cp và t_cp được xác định bằng biểu thức:

Ta có: và

Sau các phép biến đổi ln, ta có biểu thức tính cho giá trị t_cp:

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 = θ_2∞.

2 2 mt

n 2

n n

0 k

I I P

P  



 



 ₂

2 n 2

0 n

0

  . k ;    . k



1 k

k ln k

T

t ₂

2 2 0 2

cp 2 

 

- 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 θ_2∞.

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, …, k_n, nhiệt độ xác lập tại các điểm cuối các nấc tương ứng θ₁, θ₂, …, θ_n.

- Nhiệt độ ban đầu θ₀ được xác định theo biểu thức:

1 e

) e

e (

T t n

1 i

T t T

t di

0 _n

) 1 i i (













 



Trong đó: θ_di - độ tăng nhiệt độ ở trạng thái xác lập ứng với hệ số mang tải k_i.

t_iΣ - khoảng thời gian tính từ thời điểm được chọn làm gốc đến nấc thứ i n – số bậc thang của đồ thị phụ tải

Đặt ta có:

- Độ tăng nhiệt độ của nấc thứ x là:

- Nhiệt độ lớp dầu bề mặt: θ_trd = θ_d + θ_tb

- Nhiệt độ thực tế của cuộn dây ứng với nấc phụ tải: θ_cd = θ_trd + Δθ_cd với Δθ_cd - độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ dầu.

T t i

i

e D



1 D

) D D

(

n n

1

i di i i 1

0 



 





 

1 D

) D D

(

n x

1

i di i i 1

0

x 















 

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.

- 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.

- 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.

- 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.

Nhiệt độ cho phép lâu dài θ_cp 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:

Trong đó: ε_vl – 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 .

k vl

qđ

F

R  

Trong quá trình làm việc, điện trở quá độ của tiếp điểm tăng theo nhiệt độ:

Trong đó: θ₁ và θ₂ – nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ xác định điện trở R_qđ R_qđ1 – nhiệt độ ban đầu ứng với nhiệt độ θ₁;

α_R – 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.

)]

3 ( 1 2 [ R

R



 



 

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:

Trong đó: R₀ – điện trở ứng với 0⁰C R₁, R₂ – điện trở ứng nhiệt độ θ₁ và θ₂;

) 1

( R

) 1

( R R

R

2 R 0

1 R 0

2 1











 

α_R – hệ số nhiệt điện trở, đối với dây đồng có giá trị 0,00425 từ phương trình trên ta có:

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

R R

1 1 2 2

) 1 ( 1

R R

 

 







Trong đó:

θ₁ – nhiệt độ của lõi cáp, ⁰C;

θ_vo – nhiệt độ đo được ở vỏ cáp, ⁰C;

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);

R_Q – tổng nhiệt trở của lớp cách điện và các lớp bảo vệ, ⁰C.m/W;

F – tiết diện mặt cắt ngang của lõi cáp, mm²;

F . 100

R n .

I

vo 1

 







- Nhiệt độ bên trong của vật liệu cách điện: xác định trên cơ sở nhiệt độ bên ngoài của chúng theo biểu thức:

θ_ng – nhiệt độ đo được trên bề mặt cách điện;

A – hằng số, thường lấy giá trị bằng 1,188;

k_vl – 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.

vl ng

tr

k

 A







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

+ 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.

+ 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.

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

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 quay được thể hiện bởi biểu thức: Trong đó: p – số lượng cặp cực:

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

n

f

p  60

+ 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.

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

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.

- 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.

- 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.

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).

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:

+ 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.

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.

- 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

- 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.

- 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 n