Giáo trình Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 12: Tự động điều chỉnh tần số

i tần số giảm xuống cả 2 bộ điều chỉnh đều tác động tăng tải cho máy phát 
của mình nhằm để khôi phục tần số. Trong trường hợp này, các máy phát được tăng tải 
hoàn toàn tùy tiện và thậm chí một máy phát có bộ điều chỉnh nhạy hơn sẽ nhận hết tất cả 
phần phụ tải tăng thêm, còn máy phát kia không được tăng tải, hoặc chỉ bắt đầu tăng tải 
khi nào phụ tải của máy phát thứ nhất đạt giá trị cực đại mà tần số vẫn không được khôi 
phục. 
Việc áp dụng bộ điều chỉnh tốc độ quay có đặc tính phụ thuộc cho các máy phát 
làm việc song song sẽ đảm bảo sự làm việc ổn định của chúng và sự phân phối phụ tải 
định trước. 
Hệ số phụ thuộc đặc trưng cho độ dốc của đặc tính điều chỉnh (hình 12.2): 
s f
P
tg= =∆∆ α (12.1) 
biểu diễn hệ số phụ thuộc trong đơn vị tương đối (đối với tần số định mức fđm và công 
suất định mức Pđm của máy phát), ta có: 
s
f
f
P
P
f
f
P
P
âm
âm
âm
âm∗ = =
 ∆
∆
∆
∆. (12.2) 
hay : s f
f
P
Pâm
âm% . .= ∆ ∆ 100 (12.3) 
Nếu các máy phát làm việc song song có đặc tính điều chỉnh phụ thuộc thì độ thay 
đổi công suất tác dụng tổng sẽ được phân phối giữa chúng tỷ lệ nghịch với hệ số phụ 
thuộc của mỗi máy (hình 12.2). 
Thay đổi độ dốc của đặc tính có thể đảm bảo phần đóng góp cần thiết của máy phát 
trong việc điều chỉnh phụ tải của nhà máy điện. Nhược điểm của dạng điều chỉnh theo 
đặc tính phụ thuộc là không thể duy trì không đổi tần số của hệ thống. 
Hình 12.2 : Sự phân phối công suất tác dụng giữa các máy phát 
làm việc song song 
 175
IV. Tự động giảm tải theo tần số (TGT): 
IV.1. Ý nghĩa và các nguyên tắc chính thực hiện TGT: 
Khi xảy ra sự thiếu hụt công suất tác dụng làm giảm thấp tần số trong hệ thống 
điện, nếu còn công suất tác dụng dự trữ thì hệ thống điều chỉnh tần số và công suất đã xét 
ở trên sẽ hoạt động để duy trì được mức tần số định trước. Tuy nhiên, sau khi huy động 
toàn bộ công suất tác dụng dự trữ có thể có trong hệ thống điện nếu tần số vẫn không 
được khôi phục, thì biện pháp duy nhất có thể áp dụng lúc ấy là cắt bớt một số phụ tải ít 
quan trọng nhất. Thao tác đó được thực hiện nhờ một thiết bị tự động hóa có tên gọi là 
THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG GIẢM TẢI THEO TẦN SỐ (TGT). Cần lưu ý rằng, tác động của TGT 
luôn luôn liên quan đến những thiệt hại về kinh tế. Dầu vậy, TGT vẫn được áp dụng rộng 
rãi trong hệ thống điện. 
Mức độ giảm thấp tần số không những phụ thuộc vào lượng công suất thiếu hụt, mà 
còn phụ thuộc vào tính chất của phụ tải. Các dụng cụ chiếu sáng và các thiết bị khác có 
phụ tải thuần tác dụng thuộc về nhóm các hộ tiêu thụ có công suất tiêu thụ không phụ 
thuộc vào tần số, khi tần số giảm công suất tiêu thụ vẫn giữ không đổi. Một nhóm các hộ 
tiêu thụ khác như động cơ điện xoay chiều có công suất tiêu thụ giảm khi tần số giảm. 
Phụ tải của các hộ tiêu thụ thuộc nhóm thứ 2 được coi là có khả năng tự điều chỉnh vì khi 
tần số giảm thấp đồng thời công suất tiêu thụ của chúng cũng bị giảm xuống. 
Khi thực hiện tự động giảm tải theo tần số cần tính đến tất cả các trường hợp thực tế 
có thể dẫn đến việc cắt sự cố công suất phát và phân chia hệ thống điện thành các phần bị 
thiếu hụt công suất tác dụng. Công suất 
thiếu hụt càng lớn thì công suất phụ tải cần 
cắt ra càng lớn. Để tổng công suất phụ tải 
bị cắt ra do thiết bị tự động giảm tải theo 
tần số TGT gần bằng với công suất tác 
dụng thiếu hụt, thiết bị TGT cần được thực 
hiện để cắt tải theo từng đợt, tần số khởi 
động của mỗi đợt cắt tải là khác nhau. 
Hình 12.9 là đường cong biễu diễn 
quá trình thay đổi tần số khi đột ngột xuất 
hiện thiếu hụt công suất tác dụng. Nếu 
trong hệ thống không có thiết bị TGT, do 
tác dụng tự điều chỉnh của phụ tải và tác 
động của bộ điều chỉnh tốc độ quay tuốc-
bin nên tần số sẽ ổn định ở một giá trị xác 
lập nào đó (đường I). Để khôi phục tần số 
về giá trị định mức, cần cắt tải bằng tay. 
Hình 12.9 : Sự thay đổi tần số 
khi thiếu hụt công suất tác 
dụng 
I. khi không có TGT II. khi có TGT 
Quá trình thay đổi tần số khi có thiết bị TGT sẽ diễn ra theo đường II. Giả sử thiết 
bị TGT có 3 đợt cắt tải với tần số khởi động của đợt là: 48; 47,5; 47 Hz. Khi tần số 
giảm xuống đến 48Hz (điểm 1) thì đợt 1 tác động cắt một phần phụ tải, nhờ vậy giảm 
được tốc độ giảm thấp tần số. Khi tần số tiếp tục giảm xuống đến 47,5Hz (điểm 2) thì đợt 
2 tác động cắt thêm một số phụ tải, sự thiếu hụt công suất và tốc độ giảm thấp tần số 
được giảm nhiều hơn. Ở tần số 47 Hz (điểm 3), đợt 3 tác động cắt một công suất phụ tải 
 176
không những đủ để chấm dứt tình trạng giảm tần số mà còn đủ để khôi phục tần số đến 
hay gần đến giá trị định mức. Cần lưu ý là nếu lượng công suất thiếu hụt ít, thì có thể chỉ 
có đợt 1 hoặc chỉ có đợt 1 và đợt 2 tác động. 
Ngoài các đợt tác động chính, thiết bị tự động giảm tải theo tần số cần phải có một 
đợt tác động đặc biệt để ngăn ngừa hiện tượng “tần số treo lơ lửng”. Hiện tượng này có 
thể sinh ra sau khi các đợt chính tác động nhưng tần số vẫn không trở về giá trị gần định 
mức mà duy trì ở một giá trị nào đó thấp hơn định mức. Tần số khởi động của đợt tác 
động đặc biệt vào khoảng 47,5 đến 48 Hz. 
Tác động của thiết bị TGT phải phối hợp với các loại thiết bị tự động hóa khác 
trong hệ thống điện. Ví dụ như, để thiết bị TGT tác động có kết quả, các hộ tiêu thụ đã bị 
cắt ra khi tần số giảm thấp không được đóng lại bởi thiết bị TĐL hoặc TĐD. 
IV.2. Ngăn ngừa TGT tác động nhầm khi tần số giảm ngắn hạn: 
Khi mất liên lạc với hệ thống (cắt cả 2 đường dây nối với hệ thống hoặc cắt máy 
biến áp B1 trong sơ đồ hình 12.10), các hộ tiêu thụ điện nối vào phân đoạn I thanh góp hạ 
áp của trạm sẽ bị mất điện. Sau một thời gian ngắn nhờ tác động của các thiết bị tự động 
hóa như TĐL đường dây hoặc TĐD máy cắt phân đoạn, nguồn cung cấp lại được khôi 
phục cho các hộ tiêu thụ. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian đó các hộ tiêu thụ của trạm 
có thể bị cắt ra bởi tác động nhầm của thiết bị TGT. Tình huống này xảy ra là do sau khi 
mất nguồn cung cấp, điện áp trên thanh góp trạm có máy bù đồng bộ hoặc động cơ không 
bị mất ngay mà duy trì trong một thời gian nào đó do quán tính. 
Các động cơ không đồng bộ có thể duy 
trì điện áp trên thanh góp trạm vào khoảng 
40 ÷ 50% điện áp định mức trong vòng 1 
giây, còn máy bù và động cơ đồng bộ duy trì 
điện áp cao hơn trong khoảng vài giây. Tốc 
độ quay của các máy bù và động cơ đồng bộ 
lúc này bị giảm thấp, nên tần số của điện áp 
duy trì cũng bị giảm xuống và TGT nối vào 
điện áp đó có thể tác động nhầm cắt các hộ 
tiêu thụ trước khi TĐL và TĐD kịp tác động. 
Thực tế để ngăn ngừa tác động nhầm 
trong trường hợp này, người ta đặt một bộ 
khóa liên động vào sơ đồ thiết bị TGT. Rơle 
tần số Rf (hình 12.10) của thiết bị TGT sẽ bị 
khống chế tác động bởi rơle định hướng công 
suất tác dụng RW (làm nhiệm vụ của bộ 
khóa liên động). Khi còn liên lạc với hệ 
thống, trạm sẽ tiêu thụ công suất tác dụng và 
rơle RW cho phép thiết bị TGT làm việc khi 
cần thiết. Sau khi mất nguồn cung cấp, sẽ 
không có công suất tác dụng đi qua máy 
biến áp 
Hình 12.10 : Ngăn ngừa tác động 
nhầm của TGT khi các hộ tiêu thụ 
tạm thời bị mất điện 
 177
hoặc công suất tác dụng sẽ hướng về phía thanh góp cao áp của trạm, rơle RW khóa rơle 
Rf và ngăn ngừa tác động nhầm của thiết bị TGT. 
Khi không đặt bộ khóa liên động, người ta cũng có thể sửa chữa tác động nhầm của 
thiết bị TGT bằng cách áp dụng biện pháp TĐL sau tác động của TGT. 
IV.3. Tự động đóng trở lại sau TGT (TĐLT): 
Thiết bị tự động đóng trở lại theo tần số (TĐLT) là thiết bị tự động hóa cần thiết để 
tăng nhanh tốc độ khôi phục nguồn cung cấp cho các phụ tải đã bị cắt ra do thiết bị TGT. 
Thiết bị TĐLT tác động ở tần số 49,5 ÷ 50 Hz, cũng được thực hiện bao gồm một số 
đợt, thời gian tác động của đợt đầu tiên khoảng 10 đến 20 sec. Khoảng thời gian nhỏ nhất 
giữa các đợt kề nhau là 5 sec. Công suất phụ tải của các đợt TĐLT thường được phân 
chia đồng đều. Thứ tự đóng các phụ tải bằng thiết bị TĐLT ngược với thứ tự cắt các phụ 
tải do tác động của thiết bị TGT. 
Để ngăn ngừa khả năng tần số giảm thấp trở lại sau khi thiết bị TĐLT làm việc (có 
thể làm cho thiết bị TGT khởi động một lần nữa), trong sơ đồ TĐLT cần phải đảm bảo 
chỉ tác động một lần. Cũng cần phải loại trừ khả năng chuyển mạch các hộ tiêu thụ sang 
một nguồn cung cấp khác nhờ thiết bị TĐD sau khi chúng đã bị cắt ra bởi thiết bị TGT, 
đồng thời khi tần số khôi phục cần phải đóng trở lại những hộ tiêu thụ đó nhanh nhất có 
thể được. 
Hình 12.11 là sơ đồ một đợt TGT có kèm TĐLT. Trong sơ đồ sử dụng một rơle tần 
số Rf có tần số khởi động tự động thay đổi. 
Hình 12.11 : Sơ đồ kết hợp thiết bị TGT và TĐLT 
 178
Khi tần số f giảm đến giá trị tần số khởi động của rơle Rf (tương ứng với trị số đặt 
của thiết bị TGT), tiếp điểm của Rf khép lại, rơle 1RT bắt đầu tính thời gian, sau khoảng 
thời gian t1RT các rơle 1RG, 2RG tác động cắt bớt một số phụ tải. Tiếp điểm 1RG4 đóng 
làm cho bộ phận đo lường của rơle tần số Rf có giá trị đặt tương ứng với tần số khởi 
động của thiết bị TĐLT. Lúc này tiếp điểm của rơle Rf chỉ mở ra khi tần số của hệ thống 
khôi phục đến trị số đặt mới vào khoảng 49,5 ÷ 50 Hz. Tiếp điểm 1RG2 đóng mạch cuộn 
dây rơle 3RG, tiếp điểm 3RG1 đóng lại để tự giữ, tiếp điểm 3RG2 đóng lại nhưng rơle 
2RT lúc này chưa tác động được do tiếp điểm 1RG3 đã mở. 
Khi tần số khôi phục trở lại giá trị định mức hoặc gần định mức, tiếp điểm Rf và sau 
đó tiếp điểm 1RT mởra. Các rơle trung gian 1RG và 2RG trở về, tiếp điểm 1RG3 đóng 
làm cho rơle 2RT khởi động, sau một thời gian tiếp điểm 2RT2 đóng mạch cuộn dây rơle 
trung gian 4RG. Tiếp điểm 4RG1 đóng lại để tự giữ, tiếp điểm 4RG2 và 4RG3 đóng đưa 
xung đi đóng máy cắt của các hộ tiêu thụ đã bị cắt ra bởi thiết bị TGT. 
Sơ đồ sẽ trở về trạng thái ban đầu sau khi tiếp điểm 2RT3 đóng lại. Rơle 3RG trở về 
và mở tiếp điểm 3RG2 trong mạch cuộn dây rơle 2RT. Các rơle tín hiệu 1Th và 2Th để 
báo tín hiệu về trạng thái khởi động của thiết bị TGT và TĐLT.