Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương II: Vận hành máy phát điện - Trịnh Hùng Thám

VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN 
HỆ THỐNG ĐIỆN
Chương 2
Vận hành máy phát điện
TLTK: Trịnh Hùng Thám, Vận hành
Nhà máy điện, NXB Khoa học và Kỹ
thuật, 2007.
Chương 2: Vận hành máy phát điện
2.1. Khái niệm chung về máy phát điện
2.2. Hệ thống làm mát
2.3. Hệ thống kích thích
2.4. Chế độ làm việc bình thường
2.5. Chế độ quá tải
2.6. Chế độ không đồng bộ
2.7. Chế độ không đối xứng
2.8. Máy phát làm việc với phụ tải điện dung 
2
2.1. Các khái niệm chung về máy phát 
điện
2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
2.1.2. Phân loại
2.1.3. Các thông số chính
3
2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
• MF sử dụng phổ biến trong HTĐ là MFĐ đồng bộ ba
pha
• Gồm 2 phần chính: Phần cảm và phần ứng. Phần cảm
đặt ở rotor và phần ứng đặt ở stator.
o Rotor có một hoặc nhiều cặp cực trên đó có cuộn
dây được nối với nguồn DC, cung cấp dòng điện
DC để tạo ra từ trường DC. 
o Stator gồm một hoặc nhiều hệ thống 3 cuộn dây đặt
lệch nhau 120o điện trong không gian. 
4
• Hình vẽ cấu trúc của MF đồng bộ 3 pha đơn giản:
• Rotor MF được truyền động bởi turbine (động cơ sơ 
cấp) như hình vẽ sau đây:
5
• Khi rotor quay, từ trường quay rotor sẽ sinh ra sđđ 
cảm ứng AC 3 pha trên các cuỗn dây stator. Nếu các 
cuộn dây stator nối với tải sẽ sinh ra dòng điện AC 3 
pha. HT dòng điện AC 3 pha sẽ sinh ra từ trường 
quay, quay đồng bộ với rotor.
• Trong chế độ vận hành bình thường, turbine cung cấp 
cơ năng cho MF cùng chiều với chiều chuyển động 
của rotor, đặc trưng bởi mô men cơ Tm . MF biến cơ 
năng thành điện năng cung cấp cho phụ tải, đặc trưng 
bởi Te ( Te = Pω0).
6
• Quá trình chuyển hóa năng lượng trong MF:
• Để đảm bảo MF làm việc ở tốc độ đồng bộ, mô men 
cơ phải cân bằng với mô men điện: Tm = Te.
7
2.1.2. Phân loại
• MF sử dụng trong HTĐ chủ yếu gồm 2 loại: nhiệt điện và thuỷ
điện.
• (i) MF nhiệt điện:
o Tốc độ quay lớn, kích thước máy nhỏ và hiệu suất cao
o Turbine hơi
o Rotor có dạng cực ẩn
o Khởi động và dừng tổ máy lâu, thay đổi công suất chậm
o Có giới hạn công suất vận hành cực tiểu (30-40%)
• Kích thước máy nhỏ
8
• (ii) MF thủy điện:
o Tốc độ quay thấp, kích thước máy lớn
o Turbine nước
o Rotor có dạng cực lồi, nhiều cặp cực
o Khởi động và dừng tổ máy nhanh, thay đổi
công suất nhanh
o Không có giới hạn công suất vận hành cực
tiểu.
9
2.1.3. Các thông số chính
• Công suất định mức: Sđm, Pđm
• Điện áp định mức: Uđm
• Dòng điện định mức: Iđm
• Hệ số công suất định mức: cosφđm
• Điện kháng:
o Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục: Xd và
Xq
o Điện kháng quá độ dọc trục và ngang trục: X’d và
X’q
10
o Điện kháng siêu quá độ dọc trục và ngang trục: 
X’’d và X’’q
o Điện kháng thứ tự nghịch: X2
o Điện kháng thứ tự không X0
11
2.2. Hệ thống làm mát
2.2.1. Vai trò của hệ thống làm mát
2.2.2. Các môi chất làm mát
2.2.3. Các hệ thống làm mát
a. Hệ thống làm mát gián tiếp
b. Hệ thống làm mát trực tiếp
12
2.2.1. Vai trò của hệ thống làm mát
• Đảm bảo các phần tử của MF không vượt quá phát 
nóng cho phép
• Tăng công suất đơn vị của MF
• Hiệu quả làm mát phụ thuộc vào môi chất làm mát và 
phương pháp làm mát. Việc sữ dụng môi chất và 
phương pháp làm mát tùy thuộc vào công suất định 
mức của MF. 
13
2.2.2. Các môi chất làm mát
• Môi chất làm mát bao gồm: Không khí, hydro, dầu, 
nước
• Hiệu quả làm mát phụ thuộc vào khối lượng riêng, tỷ 
nhiệt, nhiệt dẫn , khả năng tỏa nhiệt và áp suất (đối 
với chất khí).
14
2.2.3. Các hệ thống làm mát
a. Hệ thống làm mát gián tiếp
• Môi chất làm mát chạy bên ngoài cách điện của dây 
dẫn, trong các khe hở thông gió
• Hiệu quả làm mát thấp
• Môi chất làm mát là không khí hoặc hydro
(i) Hệ thống làm mát bằng không khí
• Hệ thống hở: Không khí làm mát được thổi vào MF 
sau đó được thảy ra ngoài; đơn giản; kém hiệu quả; 
thích hợp với MF công suất thấp 
15
• Hệ thống kín: Sử dụng lượng không khí nhất định 
chạy tuần hoàn; không khí sau khi làm mát MF sẽ 
được làm mát bằng nước; hiệu quả cao; thích hợp với 
MF công suất nhỏ và trung bình 
(ii) Hệ thống làm mát bằng hydro
• Chỉ sử dụng hệ thống kín
• Hydro chạy tuần hoàn trong các khe hở thông gió; 
hydro sau khi làm mát MF sẽ được làm mát bằng 
nước
• Áp suất hydro phải lớn hơn áp suất khí quyển nhằm 
trách Oxy trong không khí xâm nhập vào MF
• Hiệu quả cao, thích hợp với MF công suất trung bình 
và lớn 
16
b. Hệ thống làm mát trực tiếp
• Sử dụng dây dẫn rỗng
• Môi chất làm mát là hydro hoặc nước
• Thực hiện cho cả rotor và stator
• Hiệu quả rất cao, phù hợp với MF có công suất lớn và 
cực lớn
17
2.3. Hệ thống kích từ
2.3.1. Nhiệm vụ và các thông số chính
2.3.2. Yêu cầu đối với hệ thống kích từ
2.3.3. Phân loại và đặc điểm
2.3.4. Tự động diệt từ trường cuộn kích từ
18
2.3.1. Nhiệm vụ và các thông số chính
• Nhiệm vụ: Cung cấp dòng điện kích từ Dc cho cuộn
dây rotor MF khi vận hành bình thường và thực hiện
kích từ cưỡng bức khi cần thiết
• Các thông số chính
o Điện áp định mức Ufđm
o Dòng điện định mức Ifđm
o Công suất định mức Pfđm
o Bội số kích từ cưỡng bức: KU, KI
o Tốc độ kích từ
19
2.3.2. Yêu cầu đối với hệ thống kích từ
• Đảm bảo cung cấp dòng điện kích từ trong chế độ vận 
hành bình thường cũng như sự cố
• Trong chế độ vận hành bình thường, hệ thống kích từ 
phải được tự động điều chỉnh ổn định với điện áp đầu 
cực MF nằm trong phạm vi ±5% khi phụ tải máy phát 
thay đổi từ không đến định mức
• Tác động nhanh: Tốc độ kích từ ≥ 2Ufđm/s. Khi MF 
làm việc với đường dây tải điện dài tốc độ kích từ 
phải bằng (7 – 9)Ufđm/s
20
• Đáp ứng nhanh: Đạt được điện áp kích từ lớn nhất có 
thể có trong thời gian nhất định để đảm bảo phục hồi 
sự làm việc bình thường khi giải trừ sự cố; Điện áp 
kích từ cưỡng bức giới hạn lớn nhất được xác định 
bởi quá điện áp cho phép của mạch kích từ, nói chung 
không được nhỏ hơn 2Ufđm (khi MF làm việc với 
đường dây dài, đại lượng này bằng (3-4)Ufđm); dòng 
điện kích từ lớn nhất khi kích từ cưỡng bức giới hạn 
phụ thuộc vào phát nóng cho phép của rotor; Thời 
gian duy trì dòng điện này phụ thuộc vào kiểu kích từ 
và bằng khoảng (20 – 50) s.
21
2.3.3. Phân loại và đặc điểm hệ thống
kích từ
a. Hệ thống kích từ dùng máy điện một chiều
b. Hệ thống kích từ kiểu chỉnh lưu bán dẫn
22
a. Hệ thống kích từ dùng máy điện một chiều
• Có 2 loại hệ thống kích thích dùng máy điện DC: Tự 
kích từ và kích từ độc lập. 
• Hình vẽ:
23
• Ba chế độ làm việc của sơ đồ:
(i) Điều chỉnh điện áp bằng tay
(ii) Điều chỉnh điện áp tự động
(iii)Chế độ kích từ cưỡng bức
• Xác định điện áp kích từ giới hạn lớn nhất có thể có và
dòng kích từ giới hạn lớn nhất tương ứng
• Máy kích từ thường được gắn đồng trục với MF
• Sử dụng hệ thống chổi than vành góp nên độ tin cậy
thấp
• Thích hợp với MF có công suất 100 – 150 MW
24
b. Hệ thống kích từ kiểu chỉnh lưu bán dẫn
(i) Chỉnh lưu bán dẫn cố định
• Dùng nguồn AC là máy phát điện tần số cao
25
• Dùng MBA nối với đầu cực MF
(ii) Chỉnh lưu quay
26
2.3.4. Tự động diệt từ trường cuộn kích
từ
• Khi cắt MF cần phải nhanh chóng tự động diệt từ 
trường cuộn kích từ
• Diệt từ trường bằng cách nhanh chóng giảm dòng 
điện kích từ
• Diệt từ trường càng nhanh càng hạn chế ảnh hưởng 
do điện áp MF gây nên, tuy nhiên do điện cảm của 
cuộn kích từ lớn nên điện áp tự cảm rất lớn làm quá 
điện áp cuộn kích từ
• Thời gian diệt từ trường được xác định sao cho quá 
điện áp cuộn dây kích từ nằm trong phạm vi cho phép
27
a. Diệt từ bằng điện trở tác dụng
28
b. Diệt từ bằng buồng dập hồ quang
29
c. Diệt từ bằng chỉnh lưu ngược
30