Bài giảng môn học Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 2: Vận hành máy phát điện

* Bước 1:
- Trước hết, cần đóng vào mạch rotor máy phát một
điện trở dập tắt và chuẩn bị đưa cơ cấu tự động điều
chỉnh kích từ vào làm việc.
- Trường hợp không có điện trở dập tắt thì biến trở
trong mạch kích từ được đặt ứng với vị trí không tải.
 39
* Bước 2:
- Với sự trợ giúp của động cơ sơ cấp, máy phát được
quay không có kích từ.
- Khi tốc độ quay đạt giá trị 96 – 98% tốc độ đồng bộ.
-Đóng máy phát vào làm việc song song và liền sau
đó là đóng kích từ.
 Máy phát tự nó hòa đồng bộ.
 40
* Ưu điểm của phương pháp tự đồng bộ là:
- Thao tác đơn giản.
- Quá trình diễn ra tự động.
- Loại trừ khả năng đóng nhầm
- Quá trình diễn ra rất nhanh (3 – 5 giây) so với
phương pháp đồng bộ chính xác (5 – 10 phút)
 41
 3. Phương pháp hòa đồng bộ bằng 
 cuộn kháng điện
- Các máy phát cần hòa không nối trực tiếp với nhau
mà nối qua một cuộn kháng điện.
- Theo phương pháp này không cần xét đến góc lệch
pha giữa điện áp hai máy phát. Vì sự có mặt của cuộn
kháng điện làm hạn chế dòng điện xung kích trong qua
trình hòa điện.
Lúc đó, nếu máy phát nào có vectơ điện áp vượt trước
thì sẽ có tác dụng gia tốc như động cơ điện.
Vì vậy, quá trình đồng bộ diễn ra khá nhanh.
 42
- Thời gian của quá trình đồng bộ phụ thuộc vào trị số
Xkd của cuộn kháng điện.
Nếu trị số này nhỏ thì quá trình hòa sẽ diễn ra nhanh,
nhưng giá trị dòng điện xung kích có thể sẽ lớn gây
mất an toàn.
Trị số kháng điện:
 k: hệ số tính đến thành phần không 
 8 kU n
 X kd chu kỳ của dòng điện, k = 1,6 – 1,9
 1,3 I n
 Un và In: điện áp và dòng điện định 
 mức
 43
* Ưu điểm của phương pháp hòa đồng bộ bằng cuộn
kháng điện:
- Đơn giản
- Có thể tiến hành ngay cả khi tần số và điện áp của các
máy phát còn hơi bị lệch.
* Nhược điểm:
- Cần thêm một thiết bị phụ trợ như:
 + Cuôn kháng điện
 + Cầu dao, v.v . . .
 44
 4. Xử lý tình huống trong trường hợp hòa 
 đồng bộ không thành công
Trong trường hợp sau khi đã đóng máy phát vào lưới mà 
có các hiện tượng:
- Dòng điện của stator tăng lên rất cao. 
- Điện áp hệ thống bị hạ thấp. 
- Máy phát điện có tiếng rú mạnh. 
- Các đồng hồ có thể dao động mạnh. 
- Kích từ cưỡng bức có thể dao động. 
 Thời điểm đóng máy phát vào lưới không phù hợp.
(Hòa đồng bộ máy phát khi tần số hoặc điện áp của máy 
phát khác với tần số hệ thống)
 45
* Khi điều trên xảy ra thì cần phải tiến hành xử lý 
như thế nào?
Việc xử lý sẽ phụ thuộc vào các tình huống diễn ra tiếp 
theo đó. 
Nếu chỉ số của các đồng hồ (tần số, điện áp, dòng điện) 
dao động một vài lần sau đó trở lại bình thường, 
Thì cho phép tiếp tục vận hành.
Những biểu hiện trên cho thấy điều kiện hòa đồng bộ 
chưa tốt gây nên dòng điện xung kích lớn trong máy. 
 46
Nếu:
Các đồng hồ vẫn còn tiếp tục dao động mạnh
Thì cần kiểm tra:
- Điện áp qua stator có bình thường không ? 
- Thiết bị hòa máy có tốt không ? 
- Đồng hồ đo có chính xác không ? 
 47
Nếu kết quả kiểm tra các phần trên không có vấn đề gì 
mà:
- Đồng hồ vẫn dao động mạnh. 
- Máy vẫn còn mất đồng bộ. 
Thì:
- Lập tức tách máy ra khỏi lưới.
- Tiến hành kiểm tra xác minh xem bản thân máy phát 
điện có gì khác thường không ? 
 48
- Nếu có sự bất thường thì tiến hành khắc phục. 
- Trường hợp kiểm tra mà không xác định được máy có 
hư hỏng gì thì sẽ:
 Cho chạy lại máy phát điện sau khi đã nhận được 
 sự đồng ý của phó giám đốc kỹ thuật và trưởng ca, 
 cũng như quản đốc phân xưởng điện. 
 49
5. Sự cố máy phát điện và các biện pháp xử lý
1) Nhiệt độ máy phát tăng cao quá trị số cho phép. 
2) Mạch stator bị chạm masse một pha. 
3) Sự cố rotor chạm masse hai điểm. 
4) Máy phát điện trở thành động cơ. 
5) Máy phát điện mất kích từ. 
6) Không nâng được điện áp máy phát. 
 50
 1) Nhiệt độ máy phát tăng cao quá trị số cho phép 
a) Hiện tượng:
Khi máy phát mang công suất định mức mà có các biểu 
hiện:
- Nhiệt kế chỉ nhiệt độ cuộn dây stator và rotor tăng cao. 
- Nhiệt kế chỉ nhiệt độ mạch từ cao. 
- Nhiệt kế báo nhiệt độ hệ thống làm mát cho máy phát 
khác thường. 
 51
b) Nguyên nhân:
- Có thể do hệ thống làm mát không bình thường: 
 * Nhiệt độ của nước vào làm mát quá 300C. 
 * Các đường ống làm mát bị cáu bẩn hoặc bị tắt ở 
 bên trong. 
 * Hỏng bơm đẩy nước tuần hoàn làm mát. 
 52
- Có thể do nội bộ máy phát điện: 
 * Các đường ống thông gió bị tắt vì bụi bẩn. 
 * Chỗ hàn nội bộ dây bị bung ra hoặc tiếp xúc 
 kém sinh ra phát nóng cục bộ. 
 * Một số lá tôn trong mạch từ ngắn mạch làm 
 dòng điện xoáy tăng cao. 
- Có thể do đồng hồ đo nhiệt chỉ thị nhầm. 
 53
b) Biện pháp xử lý:
- Kiểm tra sự nguyên vẹn của bộ phận đo nhiệt độ.
- Kiểm tra nhiệt độ của gió vào, gió ra.
- Kiểm tra độ mở của van nước làm mát. 
- Kiểm tra sự hoàn hảo của hệ thống làm mát. 
 54
- Nếu giải quyết các biện pháp trên mà không có hiệu
quả
Thì tiến hành giảm công suất phát ra của máy phát theo
lệnh của trưởng ca để đưa nhiệt độ xuống trị số quy
định.
- Nếu đã giảm công suất của máy phát mà nhiệt độ
không giảm
Thì phải ngừng ngay máy phát điện.
 55
 2) Mạch stator bị chạm masse một pha 
a) Hiện tượng:
- Có tín hiệu “Chạm masse máy phát điện” (đèn sáng, 
chuông kêu). 
- Đồng hồ kiểm tra chạm masse stator có trị số khác 
không khi ấn nút kiểm tra. 
- Đồng hồ kiểm tra điện áp pha bị chạm masse giảm 
xuống còn 2 pha kia tăng lên. 
 56
b) Nguyên nhân:
Cách điện của cuộn dây stator bị chọc thủng vì các 
nguyên nhân sau:
- Vận hành máy phát điện ở nhiệt độ cao thường xuyên.
- Hệ thống làm mát không tốt làm cách điện dần bị già 
cỏi. 
- Vận hành máy phát điện với điện áp tăng cao quá quy 
định. 
- Cách điện bị chọc thủng do quá điện áp khí quyển 
hoặc quá điện áp nội bộ. 
 57
- Đối với lưới có dòng chạm masse >= 5 A thì bảo vệ
chống chạm masse mạch stator tác động cắt máy cắt đầu
cực máy phát.
- Đối với trường hợp dòng chạm masse < 5 A thì do
được phép tiếp tục vận hành với thời gian quy định nên
khi đó dễ dàng xảy ra chọc thủng điểm thứ hai vì cách
điện của cuộn dây đã già cỗi, làm ngắn mạch các pha
với nhau hoặc ngắn mạch các vòng dây trong cùng một
pha.
Do đó, bảo vệ so lệch dòng điện mạch stator máy phát
tác động cắt máy cắt đầu cực máy phát, cắt máy cắt kích
từ, các đồng hồ chỉ về không. 58
c) Biện pháp xử lý:
- Kiểm tra phụ tải nào khả nghi nhất, đồng thời loại bỏ
dần các phụ tải không quan trọng.
- Xử lý nhanh chóng, loại trừ điểm chạm masse. Nếu
thời gian chạm masse quá 1 – 2 giờ mà chưa xử lý được
thì nên tách máy phát ra khỏi lưới điện.
- Khi đã tìm và xử lý được điểm chạm masse thì khôi
phục lại máy phát điện, đưa vào vận hành bình thường.
 59
 3) Sự cố rotor chạm masse hai điểm 
a) Hiện tượng:
- Ampe kế một chiều chỉ dòng kích từ tăng cao. 
- Volt kế một chiều chỉ điện áp kích từ giảm thấp. 
- Chỉ số của đồng hồ đo công suất phản kháng giảm 
nhiều hoặc có thể đổi dấu. 
- Hệ số công suất cos tăng. 
- Bảo vệ chống rotor chạm masse hai điểm làm việc. 
- Turbine có hiện tượng chấn động. 
 60
b) Nguyên nhân:
- Do cách điện của cuộn dây kích từ không tốt nên xảy
ra chạm masse.
- Đầu tiên là chạm masse tại một điểm, nhưng do yêu
cầu tiếp tục vận hành (với máy phát turbine hơi) nên sẽ
xảy ra chạm tại điểm thứ hai.
-Khi chạm masse tại điểm thứ hai làm nối tắt một số
vòng dây của cuộn kích từ
 điện trở của cuộn kích từ giảm
 dòng kích từ tăng và điện áp kích từ
 giảm.
 61
- Trường hợp số vòng dây bị nối tắt nhiều, dòng kích từ
có thể tăng quá cao
 gây ra sự đốt cháy cách điện của mạch kích từ.
Khi chạm masse tại hai điểm:
- Số vòng dây cuộn kích từ giảm đột ngột
- Dòng kích từ tăng có quán tính điện từ.
 Sức từ động giảm
 Từ thông chính giảm
 Công suất phản kháng phát ra của
 máy giảm
 Hệ số công suất tăng
 62
- Trường hợp cuộn kích từ bị nối tắt hoàn toàn do chạm
masse tại hai điểm, máy phát nhận công suất kích từ từ
hệ thống về để duy trì cân bằng điện áp (UF = UHT).
 * Nên đồng hồ đo công suất phản kháng chỉ
 ngược lại.
 * Hệ số công suất cos sớm.
 63
- Do nối tắt một số vòng dây của cuộn kích từ nên hệ
thống từ bị mất đối xứng đối với các cực từ.
- Sự tác dụng tương hỗ giữa dòng stator với các thành
phần từ thông không đối xứng tạo nên những moment
tác dụng không cân bằng lên vành rotor
 gây chấn động cho máy phát.
Với những turbine nước, do số cực từ nhiều nên sự mất
đối xứng về từ là nhiều hơn so với máy phát turbine
hơi.
 Sự chấn động mạnh hơn.
 64
c) Biện pháp xử lý:
- Với máy phát turbine nước:
+ Tuyệt đối không để xảy ra rotor chạm masse hai điểm.
 Đặt bảo vệ chống rotor chạm masse một điểm.
 Khi xảy ra chạm masse một điểm, bảo vệ sẽ tác
 động cắt máy cắt đầu cực máy phát.
 65
- Với máy phát turbine hơi:
Khi chạm masse một điểm ở mạch rotor thì:
+ cho phép vận hành
+ báo tín hiệu
+ bảo vệ sẳn sàng làm việc khi xảy chạm masse điểm
thứ hai
+ Kiểm tra để tìm ra điểm chạm masse và khắc phục.
 66
 4) Máy phát trở thành động cơ 
a) Hiện tượng:
Khi máy phát điện đang làm việc song song với hệ 
thống mà xảy ra các hiện tượng:
- Đồng hồ công suất tác dụng chỉ trị số âm.
- Đồng hồ công suất phản kháng tăng lên. 
 67
- Tần số và điện áp có thể bị giảm xuống. 
- Có thể có đèn báo “Sập van hơi chính”, chuông kêu. 
- Có thể có tín hiệu bên turbine đánh sang “máy móc 
nguy hiểm”.
 68
b) Nguyên nhân:
- Có thể do sự cố lò hoặc sự cố turbine. 
- Có thể do đóng nhầm valve hơi chính hoặc vô ý chạm 
phải khóa nguy cấp làm phát tín hiệu “Turbine nguy 
cấp”
 69
- Khi mất công suất cơ mà máy vẫn đang đóng vào lưới 
thì nó sẽ trở thành động cơ xoay chiều đồng bộ. 
- Máy phát không phát ra công suất tác dụng mà nhận 
từ hệ thống về một lượng công suất tác dụng để thắng 
ma sát kéo turbine quay. 
 Vì vậy, đồng hồ đo công suất tác dụng chỉ ngược lại.
- Dòng kích từ vẫn không đổi.
 Máy phát vẫn phát ra công suất phản kháng cho 
lưới. 
 70
c) Biện pháp xử lý:
- Không nên ngừng máy ngay mà cần báo ngay cho trực
máy biết và yêu cầu họ cài lại van an toàn.
- Điều chỉnh và giữ ổn định công suất các máy còn lại.
- Giảm công suất phản kháng của máy sự cố và tăng
công suất phản kháng máy khác.
 71
- Nếu bên turbine cài được valve hơi chính thì để máy
vận hành bình thường.
Khi ấy, tiến hành điều chỉnh:
 * Công suất tác dụng lên.
 * Điện áp và tần số trở về trị số quy định.
- Nếu valve an toàn không tác động thì phải kiểm tra
turbine có bị mất hơi làm cho máy phát điện vận hành
như một động cơ đồng bộ không ?
 Kiểm tra xử lý và nhanh chóng đưa hơi vào để nâng
công suất tác dụng lên.
 72
- Nếu tín hiệu bên turbine hiển thị “máy nguy hiểm”
 Thì lập tức cắt máy phát ra khỏi lưới.
- Nếu valve an toàn không cài lại được và không có biện
pháp khắc phục
 Thì theo lệnh trưởng ca tách máy phát điện ra khỏi
lưới để xử lý.
 73
 5) Máy phát điện mất kích từ 
a) Hiện tượng:
- Đồng hồ đo dòng điện và điện áp kích từ có chỉ số gần 
bằng không. 
- Đồng hồ đo công suất phản kháng có chỉ số âm.
- Công suất tác dụng giảm. 
- Tần số dao động. 
 74
- Đồng hồ đo dòng điện stator có chỉ số tăng lên. 
- Điện áp máy phát giảm xuống thấp. 
- Có thể có tín hiệu “máy phát quá tải”
- Có thể kích từ cưỡng bức tác động. 
- Tốc độ kế chỉ hơi tăng. 
- Máy phát có hiện tượng chấn động. 
 75
b) Nguyên nhân:
Máy phát bị mất kích từ có thể do các hư hỏng sau: 
* Hư hỏng thuộc về mạch kích từ của máy phát điện:
 - Đứt cuộn dây kích từ của máy phát. 
 - Cuộn dây kích từ bị nối tắt hoàn toàn do chạm 
 masse hai điểm.
 - Đóng nhầm điện trở diệt từ. 
 76
* Hư hỏng thuộc về mạch kích từ của máy phát kích từ:
 - Đứt cuộn dây kích từ của máy phát kích từ. 
 - Điện trở điều chỉnh tiếp xúc kém.
 - Chổi than tiếp xúc kém. 
 77
* Khi bị mất kích từ, máy phát sẽ không phát ra công
suất phản kháng nữa mà buộc phải nhận công suất phản
kháng từ lưới để duy trì sự cân bằng điện áp UF = UHT.
 Do đó, đồng hồ đo công suất phản kháng chỉ ngược
lại.
* Hệ thống phải cung cấp cho máy phát một lượng công
suất phản kháng, tương ứng với nó là dòng kích từ.
 Do đó, điện áp của hệ thống giảm xuống.
 78
* Hệ thống phải cung cấp cho máy phát một dòng kích
từ phụ, cần thiết cho việc phát ra công suất tác dụng.
 Dòng stator của máy tăng lên.
 79
* Khi máy phát mất kích từ, loại trừ nguyên nhân cuộn
dây kích từ bị đứt, mạch rotor vẫn tạo thành một mạch
kín và rotor vẫn quay với tốc độ n (vì vẫn có công suất
cơ kéo).
Nhưng do mất kích từ nên:
- Công suất phát giảm đột ngột.
- Moment cản điện từ giảm đột ngột so với moment sơ
cấp Tốc độ của rotor tăng lên Xuất hiện hệ số
trượt máy phát rơi vào trạng thái làm việc ở chế độ
không đồng bộ.
 80
* Ở chế độ không đồng bộ:
- Xuất hiện moment cản không đồng bộ làm cho tốc độ
rotor của máy phát không tăng nhiều.
Máy đi vào làm việc ở một hệ số trượt nhất định.
Tần số trở về giá trị ổn định ở tần số đồng bộ.
 81
Như vậy:
- Khi mới mất kích từ tốc độ của rotor tăng.
- Sau khi xuất hiện moment cản không đồng bộ tốc
độ rotor lại giảm xuống.
Do đó:
- Các đồng hồ U, I, f và P dao động.
- Máy phát có hiện tượng chấn động.
 82
c) Biện pháp xử lý:
- Nếu:
* Máy cắt kích từ cắt,
* Máy cắt đầu cực máy phát chưa cắt mà điện áp kích 
từ vẫn bình thường. 
Thì:
*Lập tức đóng máy cắt kích từ lại. 
*Nâng điện áp kích từ lên. 
 83
- Nếu:
* Điện áp kích từ bình thường.
* Dòng kích từ bằng không. 
Có thể do:
* Mạch kích từ rotor bị đứt. 
* Khi đóng máy cắt kích từ mà vẫn không nâng được 
kích từ lên
 84
- Thì:
* Lập tức khởi động máy kích từ dự phòng để thay máy 
kích từ chính.
* Đưa ra kiểm tra, tìm nguyên nhân và xử lý. 
 85
- Nếu máy phát kích từ đã được thay mà vẫn không có 
kích từ thì cần tiến hành xử lý như sau: 
* Với máy phát turbine nước: 
 + không cho phép vận hành ở chế độ không đồng 
 bộ do mất kích từ. 
* Với máy phát turbine hơi, loại rotor có cấu tạo kiểu 
vành đai thanh đồng: 
 + không cho phép vận hành ở chế độ không đồng 
 bộ do mất kích từ
 86
* Với các loại máy phát turbine hơi khác: cho phép vận 
hành ở chế độ không đồng bộ khi mất kích từ trong thời 
gian 30 phút. 
Nếu sau 30 phút không khôi phục được kích từ thì tách 
máy ra khỏi lưới.
Hoặc nếu đứt mạch rotor thì phải ngừng máy ngay. 
 87
 6) Không nâng được điện áp máy phát 
a) Hiện tượng:
- Sau khi sửa chữa xong. 
- Khi khởi động máy phát, tốc độ rotor đã đạt đến định 
mức. 
- Dùng biến trở điều chỉnh để nâng điện áp kích từ. 
 Nhưng điện áp máy phát điện không lên. 
 88
b) Nguyên nhân và biện pháp xử lý:
- Đấu ngược ở máy kích từ.
 Các đồng hồ volt kế và ampe kế chỉ ngược lại.
 Chỉ cần đấu lại đầu dây. 
 89
- Nếu điện áp và dòng điện kích từ không có chỉ số
 Máy đã mất từ dư. 
 Cần phải nạp lại. 
- Có thể các chổi than tiếp xúc không tốt.
 Cần kiểm tra các chổi than của máy kích từ cổ góp, 
vành trượt rotor xem tiếp xúc tốt không. 
 90
- Kiểm tra cổ góp, vòng trượt xem có bụi bẩn không. 
 Nếu có một lớp bám bẩn cần lấy giấy nhám mịn để 
đánh và xử lý. 
- Có thể các mạch nhất thứ, nhị thứ qua quá trình sửa 
chữa đấu nối không tốt hoặc chưa đấu. 
 91