Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
1
Lời mở đầu

Trước sự phát triển của các nền kinh tế xã hội, trong đó không thể không nói
đến sự phát triển mạnh mẽ của ngành năng lượng điện để đáp ứng nhu cầu công
nghiệp hóa, hiện đại hoá đất nước. Song song với sự đáp ứng nhu cầu về sự phát triển
kinh tế của xã hội thì ngành điện đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong cuộc sống
xã hội cũng như trong an ninh quốc phòng. Trong xu hướng hội nhập quốc tế, sự
phát triển của ngành năng lượng điện thì không thể bỏ qua được chất lượng của điện
năng. Để đảm bảo được sự tin cậy cung cấp điện liên tục, an toàn và hiệu quả cao
nhất như mong muốn, ngoài tiêu chuẩn chất lượng về điện áp thì tần số cũng là một
điều kiện rất quan trọng và quyết định tới chất lượng của điện năng.
Với mục đích nhằm củng cố các kiến thức trong các năm học và bước đầu cho
sinh viên nghiên cứu độc lập em xin nhận đề tài nghiên cứu về bộ điều tốc của nhà
máy thủy điện Đa Nhim để nhìn nhận rõ sự dao động công suất và tần số trong hệ
thống điện.
Để thực hiện thành công đồ án này, em xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô
giáo trong trường Đại học Đà Nẵng và đặc biệt là các Thầy, Cô giáo trong khoa điện
đã nhiệt tình cung cấp cho em những kiến thức cơ bản trong các năm học để em có cơ
sở thực hiện đồ án này. Trong quá trình thực hiện đồ án em xin chân thành cám ơn
Thầy giáo Tiến Sĩ Lê Kỷ đã định hướng và tận tình giúp đỡ cho em trong suốt quá
trình nghiên cứu thực hiện và hoàn thành đồ án.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng cũng không thể tránh khỏi những sai sót.
Rất mong được sự góp ý của các Thầy, Cô giáo và các bạn để đồ án của em được
hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn.
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2011

Sinh viên thực hiện

Nguyễn văn Giang

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chun Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
2
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU TỐC ............................................................. 5
I. DAO ĐỘNG TẦN SỐ VÀ CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ..................... 5
1.1 Giới thiệu chung: ................................................................................................. 5
1.1.1 Giai đoạn biến đổi nhanh : ................................................................................. 5
1.1.2 Giai đoạn biến đổi chậm : .................................................................................. 6
1.1.2.1: Điều chỉnh sơ cấp: .......................................................................................... 6
1.1.2.2 Điều chỉnh thứ cấp ......................................................................................... 7
1.2 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số lên turbin – máy phát ....................................... 9
1.2.1 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số lên máy phát ................................................. 9
1.2.2 Ảnh hưởng sự thay đổi tần số lên turbin .......................................................... 10
1.3 Xây dựng đặc tính điều chỉnh của bộ điều tốc .................................................... 11
II. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ VÀ CƠNG SUẤT TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN ................. 15
2.1. Tổng quan......................................................................................................... 15
2.2 Điều chỉnh tần số sơ cấp: .................................................................................... 15
2.2.1 Khái niệm về điều chỉnh tần số sơ cấp: ............................................................ 15
2.2.2 Khái niệm chung và ngun lý điều chỉnh tốc độ turbin: ................................. 16
2.2.3 Ngun lý làm việc của hệ thống điều tốc turbin: ............................................. 17
2.2.4 Các dạng đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin: ..................................................... 21
2.2.4.1 Đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin độc lập:..................................................... 23
2.2.4.2 Đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin phụ thuộc: ................................................ 24

2.2.4.3 Đáp ứng của phụ tải đối với sự thay đổi tần số: ........................................... 26
2.2.4.4 Dao động cơng suất, tần số trong q trình điều chỉnh sơ cấp. ...................... 28
2.2.4.5 Những u cầu về điều chỉnh tần số sơ cấp: ................................................ 29
2.3 Điều chỉnh thứ cấp: ............................................................................................ 30
2.3.1 Khái niệm : ...................................................................................................... 30
2.3.2 Điều khiển tần số thứ cấp trong hệ thống điện độc lập: .................................... 31
CHƯƠNG II: KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐA
NHIM…………………………………………………………………… 32
I.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ..................................................... 33
1.1 Lịch sử hình thành và hoạt động .......................................................................... 33
1.2 Cơng trình của nhà máy ...................................................................................... 35
1.2.1. Các công trình thuỷ lực: ................................................................................. 35
1.2.2. Công trình điện :............................................................................................. 41
1.2.3. Thiết bị điện, máy điện thơng số và đặc tính kỹ thuật ...................................... 42
1.2.3.1. Phần cơ : ...................................................................................................... 42
a. Turbine: ................................................................................................................ 42
b. Van chính (inlet valve): ....................................................................................... 43
c. Hệ thống dầu áp lực: ............................................................................................ 43
d. Hệ thống dầu bôi trơn, nâng trục: ........................................................................ 44
e. Gối trục: gồm 2 gối phía turbine & phía SSG ...................................................... 45

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chun Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
3
f. Hệ thống nước làm mát tổ máy. ............................................................................ 45
g. Bộ điều tốc: .......................................................................................................... 45
1.2.3.2 Phần điện: .................................................................................................... 46
a. Máy phát .............................................................................................................. 46

b. Máy biến áp chính ................................................................................................ 47
c. MBA kích từ: ........................................................................................................ 48
d. Hệ kích từ: ............................................................................................................ 48
II /.TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐA NHIM ............. 49
2.1 Bộ điều tốc: ......................................................................................................... 49
2.1.1. Các thơng số kỷ thuật của bộ điều tốc .............................................................. 49
1. Hiệu ...................................................................................................................... 49
2. Kiểu ...................................................................................................................... 49
3. Cấu trúc ................................................................................................................ 49
4. Cấu trúc 1 PLC ..................................................................................................... 49
5. Cơ cấu chấp hành: ................................................................................................. 49
6. Nguồn cung cấp: ................................................................................................... 50
7. Máy phát tốc: ........................................................................................................ 50
8. Final speed drop: ................................................................................................... 50
9. Dải đặt mức tốc độ (speed level): .......................................................................... 50
10. Biên độ điện áp điều khiển .................................................................................. 50
11. Thời gian đóng mở kim ....................................................................................... 50
12. Thời gian đóng/mở cần gạt .................................................................................. 50
2.1.2. Các thành phần, cấu trúc của bộ điều tốc ......................................................... 50
1. Mạch cảm nhận tốc độ ......................................................................................... 50
1.1. Máy phát tốc:(Speed Signal Generator : SSG) .................................................... 50
1.2. Relay tốc độ ....................................................................................................... 50
2. LVDT: (linear variable differential transformer ..................................................... 51
3. Governor unit: ....................................................................................................... 52
4. Nguồn cung cấp: .................................................................................................. 53
5. Hộp điều khiển (control box): ............................................................................... 54
5.1 Tủ điều khiển ...................................................................................................... 55
5.2 Nguồn cho dụng cụ bảo dưỡng. ........................................................................... 57
III.PHẦN THỦY LỰC CỦA BỘ ĐIỀU TỐC. .............................................................. 57
1.1 Hệ thống kim, cần gạt nước & servo cần gạt ....................................................... 57

1.2 Converter valve: (van chuyển đổi) có 3 cái: ......................................................... 57
a. Đặc điểm chung: .................................................................................................. 57
b. Đặc điểm kỹ thuật: ............................................................................................... 58
c. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: .......................................................................... 58
d. Hoạt động bảo dưỡng: .......................................................................................... 60
1.3 Van phân phối cho van chính: ............................................................................ 60
1.4 Van phân phối cho cần gạt (distributing valve) .................................................... 61

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
4
1.5 Van 65S .............................................................................................................. 61
2. Nguồn cấp dầu cho bộ điều tốc: ............................................................................ 61
IV. PHẦN ĐIỆN CỦA BỘ ĐIỀU TỐC ......................................................................... 62
1. Chức năng hệ thống điều tốc: ................................................................................ 62
a. Cấu hình hệ thống bộ điều chỉnh khối điều tốc được mô tả như hình sau: .............. 62
b. Mô tả chức năng:................................................................................................... 62
c. Sơ đồ nguyên lý của bộ điều tốc. ........................................................................... 62
d. Nguyên tắc đều khiển của bộ điều tốc ................................................................... 63
1. Kiểm tra đầu vào và mức độ chuyển đổi:............................................................... 63
2. Điều khiển bằng tay Turbin: .................................................................................. 63
3. Điều khiển khởi động: ........................................................................................... 63
4. Điều khiển tốc độ: ................................................................................................. 64
5. Điều khiển tốc độ theo yêu cầu: ............................................................................ 65
6. Điều khiển tải: ....................................................................................................... 65
7. Điều khiển PID: .................................................................................................... 66
8. Ưu điểm của bộ điều tốc........................................................................................ 72
9. Kết nối máy tính với bộ điều khiển: ...................................................................... 66

CHƯƠNG III. VAI TRÒ CỦA ĐIỀU TỐC TRONG CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH
CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐA NHIM .......................................... 68
I. Khái Quát .............................................................................................................. 68
II. Chức năng và vai trò của bộ điều tốc. ................................................................... 68
2.1 Chức năng của bộ điều tốc .................................................................................. 68
2.2. Vai trò của bộ điều tốc ....................................................................................... 68
2.2.1. Tự động ổn định công suất (auto load regulator: ALR) .................................... 68
2.2.2 Điều chỉnh hữu công ........................................................................................ 69
2.2.2.1 Điều tần ......................................................................................................... 69
2.2.2.2 Cố định.......................................................................................................... 69
CHƯƠNG IV: TỔNG KẾT ........................................................................................... 72
1. Ý nghĩa của hệ thống điều tốc trong nhà máy thủy điện Đa Nhim
2. Những đặc trưng chính của khối điều tốc
3. Các lưu ý khi vận hành hệ thống điều tốc










Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU TỐC

I. DAO ĐỘNG TẦN SỐ VÀ CÔNG SUẤT TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Giới thiệu chung:
Hệ thống điện bao gồm: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp, phụ tải tạo thành hệ
thống nhất thực hiện nhiệm vụ phát điện và truyền tải phân bố điện năng đến hộ tiêu thụ
điện.Chất lượng điện năng được đánh giá bởi các thông số kỹ thuật sau:
Tần số, điện áp và độ tin cậy cung cấp điện. Trong hai thông số tần số và điện áp thì
giá trị độ lệch tần số khác với giá trị độ lệch điện áp đó là tại các điểm trên hệ thống giá trị
độ lệch tần số là giống nhau, trong khi đó giá trị độ lệch điện áp chỉ mang tính cục bộ tại
từng điểm trên hệ thống.
Khi vận hành hệ thống, giá trị độ lệch tần số phải luôn luôn được duy trì ở giá trị
cho phép đó là: Liên tục tại giá trị 50 ± 0.1Hz và được cho phép trong các dao động ở thời
gian ngắn là 50± 0.2Hz.
Trong quá trình vận hành tần số của hệ thống thường xuyên dao động. Quá trình dao
động tần số của hệ thống được phân thành các giai đoạn sau:
a. Giai đoạn biến đổi trung bình và nhanh: Trong giai đoạn này sự thay đổi tần số
diễn ra trong suốt quá trình quá độ và liên quan đến sự biến đổi tốc độ khối turbin- máy
phát do sự mất cân bằng giữa mô men cơ là Tm và mô men điện là Te
b. Giai đoạn biến đổi tương đối chậm: Đó là những thay đổi của tần số có liên quan
đến quán tính của tất cả các máy điện trong hệ thống và tốc độ đáp ứng của các bộ phận
điều tốc, điều tần .
1.1.1 Giai đoạn biến đổi nhanh :
Nếu mô men cơ Tm và mômen điện Te của mỗi máy phát trong hệ thống cân bằng
nhau: Tm=Te và rôto của mỗi máy phát quay với tốc độ đồng bộ ω
r
= ω
o
thì sức điện động
, điện áp và dòng điện biến thiên cùng một tần số f

o
= ω
o
/2П, tuy nhiên trong quá trình vận
hành công suất của hệ thống thay đổi liên tục dẫn đến sự thay đổi của tần số trên hệ thống

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
6
là sự mất cân bằng công suất giữa tổng công suất cơ của các động cơ sơ cấp (turbin) và
phụ tải của các máy phát trong hệ thống.
Điều này được miêu tả bởi phương trình:

emttptm
PPPPP
dt
d


)(


(1.1)
Trong đó :
P
m
: Tổng công suất cơ của các tur bin
P

pt
: Tổng công suất phụ tải hệ thống
P
tt
: Tổng công suất tổn thất của hệ thống
P
e
: Tổng công suất điện
J: Mô men quán tính tổng của các tổ máy trong hệ thống
Trong chế độ xác lập: P
m
– (P
pto
+P
tto
) = 0
Lúc đó ω = const
Ở giai đoạn đầu của quá trình quá độ do phụ tải dao động đột ngột nên các bộ điều
tốc và điều tần chưa kịp tác động .
1.1.2 Giai đoạn biến đổi chậm :
Trong giai đoạn này tồn tại hai quá trình điều chỉnh.
1.1.2.1: Điều chỉnh sơ cấp:
Điều chỉnh tần số sơ cấp được thực hiện bởi các bộ điều chỉnh tốc độ của turbin (các
bộ điều tốc) nó cho phép thay đổi lượng hơi hay lượng nước qua turbin theo tỷ lệ với sự
biến đổi của tốc độ turbin (trong hệ đơn vị tương đối chính là tần số).Đáp ứng của việc
điều chỉnh tần số được biểu diễn bằng tỷ số Mw/Hz và gọi là hệ số độ dốc của đặc tính
điều chỉnh tần số (R). Như vậy với sự thay đổi có giới hạn của phụ tải thì sự mất cân bằng
công suất có thể bù lại bằng việc tự động điều chỉnh tần số sơ cấp.
Khi tần số dao động nằm ngoài vùng chết của bộ điều tốc, bộ điều tốc sẽ bắt đầu đáp
ứng điều chỉnh công suất phát ra bằng với công suất phụ tải yêu cầu. Quá trình này sẽ tạo

ra một độ lệch tần số nhất định do đặc tính điều chỉnh của bộ điều tốc. Thời gian thực hiện

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
7
của bộ điều tốc từ (0.3÷ 2)s kể từ thời điểm bắt đầu dao động vượt ra ngoài vùng chết và
phụ thuộc vào biên độ của dao động. Giá trị tốc độ ở giới hạn an toàn được lấy từ sự hoạt
động bình thường của turbin: bằng 112% giá trị tốc độ định mức đối với turbin của các
máy phát nhiệt điện ( tốc độ cao) và 130% giá trị tốc độ định mức với turbin máy phát thủy
điện ( tốc độ thấp).
+ Mục đích của điều chỉnh sơ cấp.
- Nhanh chóng kìm chế sự mất cân bằng giữa công suất phát ra và sự thay đổi của
phụ tải nhưng vẫn còn tồn tại một tốc độ lệch tần số .
- Làm thay đổi trào lưu công suất trên lưới
- Hiệu quả của việc điều chỉnh sơ cấp phụ thuộc vào độ dốc của đường đặc tính điều
chỉnh, nếu độ dốc càng lớn hiệu quả điều chỉnh càng lớn (độ lệch tần số càng nhỏ).
Ghi chú: Vùng chết của bộ điều tốc là khoảng giới hạn về độ lệch tốc độ ( tần số) so với
giá trị danh định mà trong khoảng đó không một dao động tần số nào được bộ điều tốc đáp
ứng điều chỉnh.
1.1.2.2 Điều chỉnh thứ cấp.

Ở giai đoạn cuối của quá trình quá độ, khi độ lệch tần số vượt quá vùng không nhạy
của bộ điều tần thì bộ điều tần bắt đầu tác động làm thay đổi giá trị tải tham chiếu của bộ
điều chỉnh sơ cấp. Chỉ có thể phục hồi tần số của hệ thống về giá trị danh định khi hệ
thống có đủ công suất dự trữ.
Thời gian đáp ứng của bộ điều chỉnh tần số có thể mất vài chục giây (30÷40)s kể từ thời
điểm bắt đầu dao động vượt ra ngoài vùng chết của bộ điều chỉnh sơ cấp. Quá trình điều
tần diễn ra rất chậm so với quá trình điều tốc, nên trong nhiều trường hợp hai quá trình này

có thể được phân tích độc lập.
Khi xác định độ lệch tần số do sự mất cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống có thể
phân tích theo ba giai đoạn sau:
Giai đoạn 1. Đây là giai đoạn biến đổi tương đối nhanh và liên quan đến quá trình
điện từ và quá trình điện cơ xảy ra trước khi bộ điều tốc và bộ điều tần tác động.

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
8
Giai đoạn 2. Đây là giai đoạn biến đổi trung bình và có liên quan đến quá trình điện
cơ do hoạt động điều chỉnh sơ cấp của bộ điều tốc.
Giai đoạn 3. Đây là giai đoạn biến đổi chậm và có liên quan đến hoạt động điều
chỉnh thứ cấp.
Những dao động tần số trong quá trình quá độ phụ thuộc vào các thông số chính của
hệ thống. Khi có sự mất cân bằng công suất trong hệ thống sẽ xuất hiện độ lệch tần số ∆f =
f - f
o
và

nhờ vào hoạt động điều chỉnh của bộ điều tốc kết hợp với điều tần sẽ đưa tần số
của hệ thống về lại giá trị danh định f
o
.
Tương ứng với ba giai đoạn trên, các dao động của tổng công suất tải P
∑L
làm tần số
hệ thống thay đổi được chia làm ba nhóm như sau:
Nhóm 1. Biến đổi nhanh:

Đó là những dao động tải trong thời gian từ (1÷3)s và có biên độ bé hơn (0.001 P
∑L
),
những dao động này phụ thuộc vào quán tính rôto máy phát nghĩa là phụ thuộc vào quá
trình điện cơ của các máy phát.
Dao động tần số sinh ra do những dao động của tải trong trường hợp này thông
thường trong khoảng ( 0.01÷0.02)Hz
.
Nhóm 2. Biến đổi với tốc độ trung bình
Đó là những dao động tải trong thời gian từ (10÷30)s với biên độ bằng khoảng
(0.01P∑
L
). Nguyên nhân gây ra các dao động này thông thường do các phụ tải dùng để kéo
tải trọng nặng, các lò luyện kim, dao động này trong khoảng (0.1÷0.2)Hz.
Nhóm 3. Biến đổi chậm

Thời gian dao động từ vài phút đến vài chục phút, nguyên nhân gây ra những dao
động là những thay đổi tải trong ngày do các phụ tải công nghiệp và các thiết bị điện gia
đình.
Trong hệ thống điện liên kết có hai hay nhiều khu vực được liên kết bằng các đường
dây liên lạc, ngoài bộ điều chỉnh tần số nguồn phát trong mỗi khu vực (điều khiển tần số-

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
9
tải : load frequency control) còn phải có sự điều chỉnh để duy trì lượng công suất phát giữa
các khu vực (điều chỉnh công suất truyền tải trên đường dây liên lạc – tie line control).
Chúng ta có thể mô tả tổng quát quá trình điều khiển tần số và phân phối công suất

tác dụng trong hệ thống điện như hình 1.1:


















1.2 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số lên turbin – máy phát
1.2.1 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số lên máy phát
Trong hệ thống điện khi mất tải vì bất kỳ một lý do nào, tất cả các máy phát trong hệ
thống sẽ rơi vào tình trạng mất cân bằng công suất và làm tốc độ tổ máy tăng lên một cách
nhanh chóng (lồng tốc).
Giả sử rằng thông số đặt của độ dốc đặc tính điều chỉnh phụ thuộc của bộ điều tốc
không thay đổi (độ dốc phụ thuộc của bộ điều tốc sẽ xác định sự thay đổi của tốc độ máy
phát hay tần số theo sự thay đổi của tải) khi đó tình trạng vượt quá tốc độ vẫn tồn tại, máy
phát sẽ không bị nguy hiểm nếu có hoạt động thấp hơn công suất định mức và các điều
kiện về làm mát, lực cơ khí vẫn được thỏa mãn. Tuy nhiên khi mất tải đột ngột điện áp đầu
Hình 1.1 Sơ đồ điều khiển tần số và phân bố công suất tác

dụng
Hệ thống điều
khiển thứ cấp
Hệ thống tải điện
Hệ thống truyền tải
Các tổ máy khác

Hệ thống cấp năng
lượng sơ cấp nước
hơi
Máy
phát
Tuabin
Van hay
cổng nước
Hệ thống
điều khiển
TB sơ cấp
Động cơ
thay đổi
tốc độ
chuẩn
Độ lệch tần số trên hệ thống trên ∆f

Tín hiệu ACE (Area
control error)=∆P+∆f
Độ lệch công suất trên ĐDLL
∆P
∆ ω
r


Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
10
cực máy phát sẽ tăng cao dẫn đến phải giảm kích từ. Tùy thuộc vào độ nhạy và giá trị
chỉnh định của các rơ le bảo vệ mà máy phát có thể bị cắt do quá áp.
Trong khu vực tần số thấp sẽ gây ra tình trạng ngược lại với tình trạng trên. Ở đây các
máy phát sẽ rơi vào tình trạng quá tải và tốc độ máy phát sẽ giảm thấp hơn định mức. Điện
áp của hệ thống sẽ giảm dẫn đến kích từ tăng và có thể đạt đến giá trị giới hạn, điều này
làm quá tải stato và rôto dẫn đến bảo vệ quá kích từ, tần số thấp sẽ tác động.
1.2.2 Ảnh hưởng sự thay đổi tần số lên turbin
Turbin nước không bị ảnh hưởng nhiều khi tần số dao động. Turbin hơi được cấu tạo
với nhiều tầng cánh, từ những cánh rất ngắn trong phần áp suất cao đến những cánh dài
trong phần áp suất thấp. Mỗi cánh là một lá thép được gắn chặt ở gốc vì vậy nó có thể chịu
được sự uốn cong khi xảy ra dao động nhỏ, tần số dao động tự nhiên của cánh turbin gồm
2 phần:
+ Phần 1 phụ thuộc vào tần số dao động tự nhiên khi cánh turbin ở trạng thái ổn định.
+ phần 2 phụ thuộc vào tốc độ của sự dao động và các yếu tố khác như đường kính
trục, độ dài cánh.







Khi tần số thay đổi, vật liệu chế tạo turbin phải chịu rung động ứng suất cao dẫn đến hư

hỏng phần cơ của turbin. Ứng suất tác dụng lên cánh turbin khi tần số thay đổi quanh định
mức có thể biểu diễn như hình 1.2.
Vùng an
toàn
Vùng nguy
hiểm
Vùng nguy
hiểm
Hình 1.2 Ứng suất tác dụng lên cánh Turbin
q
f

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
11
Hoạt động của turbin ở tần số thấp nguy hiểm hơn hoạt động ở tần số cao. Tuy nhiên
không nên cắt turbin nếu có thể điều chỉnh về vận hành. Turbin cần được bảo vệ bằng rơle
bảo vệ tần số thấp để chống lại sự giảm thấp về tần số sẽ làm giảm tuổi thọ của turbin.
Bảo vệ tần số thấp phức tạp vì đáp ứng tần số của hệ thống phụ thuộc vào độ lớn của
sự mất cân bằng do mất nguồn phát nào đó và các đặc tính điều chỉnh. Nếu thiếu hụt công
suất phát lớn, tần số sẽ suy giảm rất nhanh lúc này cần sa thải phụ tải để tránh sự sụp đổ về
tần số.
1.3 Xây dựng đặc tính điều chỉnh của bộ điều tốc .
Để thuận tiện cho sự khảo sát và xây dựng đặc tính điều chỉnh của bộ điều tốc, chúng
ta chia quá trình điều chỉnh tần số thành hai giai đoạn độc lập:
- Điều chỉnh sơ cấp (đáp ứng của bộ điều tốc)
- Điều chỉnh thứ cấp (đáp ứng của bộ điều tần)
Giá trị tần số ổn định đối với turbin không được điều khiển (không có sự tham gia

của bộ điều tốc) là giao điểm của đường cong P
L
(f) và P’
L
(f) được miêu tả trong hình 1.3
trong đó: P(f) đặc tính của turbin không được điều khiển ứng với một công suất nhất định
(độ mở cánh hướng hoặc số van là cố định ).









Điều chỉnh
kích từ

P
L
PL
PL’
P
P
0

P
1

∆P
P
f


V
G
= V
L
=Const
Hình 1.3 Tần số thay đổi một lượng ∆f do thay đổi tải từ P
o
÷P
1,
P’
L
(f) và P
L
(f)
các đặc tính của tải được vẽ với giả thiết độ lớn điện áp đầu cực máy phát
không đổi V
G
= V
L
= hằng số .


Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
12
1.2
3'
3
2
1
1'
0.4
1.0
0.8
0.6
f
P(f)
PL(f)
44 46 48 50 52 54
Khi tốc độ máy phát được điều khiển bằng bộ điều tốc, đặc tính P(f) của turbin có điều
khiển được xây dựng dựa trên các đường đặc tính P(f) của turbin không có điều khiển bằng
cách nối các điểm hoạt động tương ứng với các độ mở cánh hướng nước hoặc số van khác
nhau.
.

Trong đoạn 1’-2 của đường đặc tính trên hình 1.4 : Công suất tải càng tăng thì tần số càng
giảm, đoạn 1’-2 là đặc tính P(f) có thể được tuyến tính hóa thành đoạn thẳng 1-2 với giả
thiết P= P
o
+ ∆P.
Khi máy phát hoạt động tại điểm 2(van/ cánh hướng nước đạt độ mở tối đa ) thì hoạt
động của bộ điều tốc không còn có tác dụng. Do công suất máy phát vẫn chưa đáp ứng đủ
công suất tải nên tốc độ turbin - máy phát giảm.
Khi tần số giảm theo đường đặc tính tần số của turbin không điều chỉnh (đoạn 2-3),
đoạn 2-3 có thể thay thế bằng đoạn thẳng 2-3’ với giả thiết công suất của turbin không đổi
tại độ mở (van/ cánh hướng) đạt tối đa. Tương tự các đặc tính tải tổng hợp có thể được
tuyến tính hóa với giả thiết: P
L
= P
Lo
+ ∆P
L
.
Hình 1.4: Họ các đường đặc tính tần số của tải P
L
(f) và họ các đặc tính tần số
của turbin không điều khiển P(f) từ đó xây dựng lên đặc tính của turbin có điều
khiển (đường cong 1’-2)


Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang

13
Các đường đặc tính P(f) trên hình 1.4 là đặc tính của một máy phát được trang bị một
bộ điều tốc. Hoạt động điều chỉnh dựa trên việc dịch chuyển điểm làm việc từ đặc tính P(f)
này đến đặc tính khác ứng với các giá trị tải khác nhau.
Từ đó chúng ta xây dựng được đặc tính của turbin có điều khiển như đoạn 1’- 2 trên
hình 1.4 thành đặc tính của turbin máy phát có điều chỉnh như hình 1.5.










Nếu tải thay đổi một lượng ∆P
L
, nhờ hoạt động điều tốc, hệ thống sẽ ổn định tại một tần số
mới f1 tương ứng với giao điểm của từng đặc tính tải mới và đường đặc tính công suất máy
phát.
Quá trình quá độ từ a ÷ b tương ứng với tần số giảm từ fo đến f1 kéo dài từ (5÷20)s
bắt đầu từ thời điểm độ lệch tần số nằm ngoài vùng chết của bộ điều tốc.
Các bộ điều tốc cơ khí thông thường có thời gian trễ từ ( 0,2÷2)s. Tuy nhiên do hằng
số thời gian trễ của Secvomotor (động cơ trợ lực), tác động thủy lực trong turbin thủy điện
hay sự giãn nở khí trong turbin hơi làm cho thời gian khởi động của các bộ điều tốc từ
(1÷3)s.
Sau quá trình điều khiển của các bộ điều tốc thì bộ điều tần bắt đầu làm việc, hoạt
động điều chỉnh của bộ điều tần được mô tả như hình 1.6
P

L
(f)
2
a
b
3
P1
P0
P
P
L
P(f)

1
f
1
f
0
f

Hình1.5: Đặc tính vận hành của máy phát
có bộ điều tốc khi đáp ứng lại sự thay đổi tải

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
14

Trong đó:
ASG(Automatic Speed Governor): Bộ điều tốc tự động.
AFR(Automatic Frequency Regulator): Bộ điều tần tự động.
Hoạt động điều chỉnh lý tưởng: Điều chỉnh tần số hệ thống về giá trị ban đầu nhờ vào
hoạt động điều chỉnh sơ cấp và thứ cấp.
Vùng chết của bộ điều tần hẹp hơn nhiều so với vùng chết của bộ điều tốc, thông
thường nằm trong dải (0,05÷0,3)%.
Bộ điều tần bắt đầu hoạt động sau khi bộ điều tốc đã ngừng hoạt động. đôi khi bộ
điều tần đã khởi động trong suốt quá trình họat động của bộ điều tốc nhưng tác động sau
bộ điều tốc. Nhờ tác động của bộ điều tần đặc tính P(f) dịch chuyển từ đường 1-2 sang
đường 1’-2’ (hình 1.6) quá trình này diễn ra trong khoảng từ (10÷40)s.
Khi tăng tải tần số sẽ giảm đi xuống giá trị f1 phụ thuộc vào khả năng điều chỉnh của
bộ điều tốc. Bộ điều tần thực hiện điều chỉnh ( hình 1.6) để phục hồi tần số về giá trị fo. Sự
điều chỉnh này gọi là điều chỉnh lý tưởng khi trong hệ thống có sự thay đổi tải.
2
’
2

b

a

1
’
1
P(f)

f

P

P

P
0
f
0
f
1
ASG
AFR
∆P
L

Hình1.6: Hoạt động điều chỉnh lý tưởng của bộ điều chỉnh tần số
khi tải thay đổi một lượng ∆P
L


Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
15
II. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ VÀ CÔNG SUẤT TRONG
NHÀ MÁY ĐIỆN
2.1. Tổng quan
Công suất tác dụng và công suất phản kháng trong mạng truyền tải gần như độc lập
với nhau và được điều khiển theo các phương thức khác nhau. Vì vậy để thuận tiện cho
việc khảo sát và điều khiển, thực tế người ta thường giả thiết:
- Mọi biến đổi về cân bằng công suất tác dụng của máy phát và của phụ tải chỉ dẫn
đến biến đổi về tần số.
- Mọi biến đổi về công suất phản kháng chỉ dẫn đến sự biến đổi về điện áp.
Tần số là thông số chung của toàn hệ thống và là một trong những yếu tố quan trọng
để đánh giá chất lượng điện năng. Để duy trì tần số hệ thống như mong muốn ta thực hiện
thông qua điều chỉnh công suất phát.
1. Tần số phụ thuộc vào tốc độ quay của rôto nên cần giữ tốc độ truyền động của rôto
là không đổi, điều này phụ thuộc vào sự truyền động của tất cả các thiết bị điều tốc và
lượng nhiên liệu cung cấp( nước/hơi)
2. Tần số phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy và phụ tải kể cả tổn hao trên
đường dây và máy biến áp
∑P
e
= m ∑P
PT
+ m∆Pmd + ∑Ptd + ∑Pdt
Thay đổi P sẽ được phản ánh qua sự biến đổi tần số của hệ thống.
Trong mạng liên kết giữa các vùng được điều khiển độc lập, ngoài việc điều chỉnh

tần số, máy phát trong mỗi vùng phải được điều khiển để duy trì công suất trao đổi dự
kiến. Sự điều khiển công suất và tần số gọi là điều khiển tải - tần số.
2.2 Điều chỉnh tần số sơ cấp:
2.2.1 Khái niệm về điều chỉnh tần số sơ cấp:
Khi trong hệ thống có sự mất cân bằng giữa tổng công suất cơ trên các động cơ sơ
cấp (turbin) và tổng công suất tác dụng của phụ tải (kể cả tổn thất trên hệ thống) do các
nguyên nhân như: sự tăng tải, mất tải hay cắt máy phát đột ngột ra khỏi lưới thì tần số lưới
sẽ dao động xung quanh giá trị định mức. Lúc này để nhanh chóng ổn định tần số, đưa tần
số về giá trị định mức thì bộ điều tốc ở các nhà máy phải thực hiện quá trình điều chỉnh tự
động theo đặc tính độ dốc của từng bộ điều tốc. Quá trình này gọi là quá trình điều chỉnh
tần số sơ cấp. Quá trình điều chỉnh sơ cấp sẽ nhanh chóng đáp ứng lại sự mất cân bằng
công suất tác dụng trong hệ thống. Tuy nhiên quá trình này chưa thể đưa tần số về giá trị

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
16
định mức mà vẫn còn tồn tại ở một độ lệch tần số gọi là độ lệch tần số của điều chỉnh sơ
cấp.
2.2.2 Khái niệm chung và nguyên lý điều chỉnh tốc độ turbin:
Bộ điều tốc là một hệ thống tự động, phản hồi vòng kín, có tác dụng khống chế tốc
độ quay của turbin để ổn định tần số khi máy phát chưa hòa vào lưới hoặc khi thay đổi
công suất tác dụng lúc máy phát đã nằm trong lưới điện. Điều này thể hiện nhờ sự thay đổi
góc mở của cánh hướng nước (đối với nhà máy thuỷ điện) hoặc số van (Đối với nhà máy
nhiệt điện)
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ turbin được minh họa bằng mô hình tổ máy phát độc
lập cung cấp cho tải như hình 2.1:

G
M
m
M
e
P
e
P
m
Håi hay
næåïc
Van hay
cäøng næåïc
Tuabin
Bäü âiãöu
täúc
Täúc âäü
phaín häöi
Taíi
Täúc âäü
chuáøn

Hình 2.1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ turbin.
Khi tải của máy phát thay đổi thì mômen điện ở đầu cực máy phát cũng thay đổi theo
tức thời. Điều này làm chênh lệch giữa mômen cơ Mm và mômen điện Me sinh ra sự thay
đổi tốc độ turbin.
Quá trình thay đổi tốc độ có thể biểu diễn qua phương trình (1.1).Trong hệ đơn vị
tương đối ( 
o
= 1; ∆Pm - ∆Pe = ∆Mm - ∆Me) phương trình được viết lại như sau:

em
PP
dt
d
J 


Và có thể biểu diễn dưới dạng sơ đồ khối hàm truyền như hình 2-2 :


(2.1)

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
17







- T
M
: hằng số thời gian q uán tính của máy phát; s: là toán tử Laplace

2.2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống điều tốc turbin:
Trong nhiều năm, hệ thống điều tốc turbin được sử dụng là loại cơ khí thủy lực và

một loại trong số đó là bộ điều chỉnh tốc độ kiểu con lắc ly tâm.
Bộ điều chỉnh con lắc ly tâm này dùng 2 quả văng để đáp ứng lại sự thay đổi tốc độ.
Đến nay các bộ điều tốc thế hệ mới thì cơ cấu cơ khí thủy lực này đã được thay thế
bằng các cơ cấu điện thủy lực.
Tuy nhiên việc hiểu được nguyên lý làm việc của các bộ điều tốc dùng cơ cấu cơ khí
thủy lực này vẫn cần thiết vì nhờ nó mà ta có thể mô tả được một cách trực quan nguyên lý
cơ bản của quá trình điều chỉnh tốc độ turbin.
Sơ đồ của bộ điều tốc dùng cơ cấu cơ khí thủy lực được mô tả trên hình 2.3.
Trong bộ điều tốc này cơ cấu phản hồi tốc độ của turbin chính là cơ cấu ly tâm. Nó
gồm 2 quả văng được kéo bởi một lò xo.
Cơ cấu li tâm này được quay bởi một cơ cấu quay nhận mômen quay từ trục turbin.
Tùy theo tốc độ của turbin mà ta sẽ có sự cân bằng giữa lực căng của lò xo và lực ly
tâm của 2 quả văng ở các giá trị khác nhau.
Khi mômen cơ trên trục turbin cân bằng với mômen điện thì tốc độ của turbin là
hằng số và vị trí của 2 quả văng là không thay đổi.
-
r



m
P



+


sT
M

1

Hình 2.2 Sơ đồ hàm truyền biểu diễn sự thay đổi tốc độ turbin theo sự thay
đổi công suất.

n Tt Nghip : Chuyờn iu Tc Nh Mỏy Thy in aNhim


GVHD: TS Lờ K Trang SVTH: Nguyn Vn Giang
18
Maùy
phaùt
Doỡng
hồi ra
Tuabin
Doỡng
hồi vaỡo
Van hồi
Xilanh
thuớy lổỷc
Van
õióửu
khióứn
Dỏửu aùp
suỏỳt cao
vaỡo
Dỏửu ra
Baùnh
rng gia
tọỳc

Quaớ
vng
Tọỳc õọỹ
vaỡo
Thióỳt bở
õo tọỳc õọỹ
A B
C
H
G
I
F
D
E

Hỡnh 2.3 C cu b iu tc dựng c cu c khớ thy lc.

Nu mụmen in tng lờn do s thay i ca ti v ln hn mụmen c, tc tuabin
s b gim xung v 2 qu vng di chuyn mt cỏch nhanh chúng vo bờn trong vỡ lc
cng ca lũ xo thng lc ly tõm. iu ny lm im A c y lờn v 3 im A,B,C quay
quanh im C. Kt qu ca vic quay ny l im B v van iu khin i lờn cho du ỏp
sut cao vo bung trờn ca xilanh thy lc chớnh.
S sai khỏc ỏp lc to mt lc y y pittụng i xung, qua c cu truyn ng van
hi (hay cng nc cỏnh hng nc) c m thờm ra tng lng hi vo turbin v

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
19

tăng công suất của turbin lên. Sự dịch chuyển vị trí của pittông trong xilanh thủy lực chính
làm cho các điểm D, E, I và H đi xuống và các cần truyền động này quay quanh điểm G.
Sự đi xuống của điểm C và vì cơ cấu A,B,C là cơ cấu quay nên một phần cửa van điều
khiển đóng lại giảm bớt lượng dầu áp suất chảy vào buồng trên của xilanh thủy lực chính.
Bộ điều tốc này có 2 vòng phản hồi âm: Vòng phản hồi tốc độ chính thông qua thiết
bị đo tốc độ turbin và cơ cấu điều chỉnh ly tâm, vòng phản hồi thứ 2 chính là vị trí van
thông qua van hơi, pittông, các điểm D,E,I,H và C. Vòng phản hồi sau chắc chắn rằng đặc
tính tốc độ công suất của turbin là cơ sở để điều khiển turbin, cũng như nó chắc chắn rằng
bất kỳ một sự gia tăng tốc độ nào cũng được đáp ứng bởi một sự giảm xuống hợp lý của
mômen cơ trên trục turbin và ngược lại.
Độ dốc hay hệ số khuyếch đại của đặc tính có thể thay đổi bằng cách di chuyển điểm
E theo phương ngang trên cần truyền động là đường thẳng DEF.
Mục đích của bộ bánh răng gia tốc (speeder gear) gồm 2 nhiệm vụ: Điều khiển tốc độ
của máy phát không đồng bộ và điều khiển công suất ra của máy phát đồng bộ tương ứng
với việc thay đổi điểm chuẩn tải.
Để biết rõ bộ bánh răng gia tốc này làm việc như thế nào ta cho rằng máy phát là
máy phát đồng bộ và nó sẽ đáp ứng lại sự thay đổi của tải.
Vì máy phát là máy phát đồng bộ nên tốc độ của nó là hằng số và bằng tốc độ đồng
bộ. Nếu bộ bánh răng gia tốc này được dùng để nâng điểm G đi lên thì sau đó điểm B, C
và độ mở van điều khiển cũng sẽ tăng lên.
Dầu áp suất cao sẽ vào khoang trên của xilanh thủy lực chính, pittông sẽ đi xuống và
van hơi (hay cánh hướng nước) sẽ mở để tăng công suất phát của turbin. Đồng thời khi
pittông đi xuống cũng làm các điểm D,E,I,H đi xuống theo, sự dịch chuyển này cũng làm
điểm C đi xuống và van điều khiển sẽ trở về vị trí cân bằng.
Sơ đồ của bộ điều tốc dùng cơ cấu cơ khí thủy lực trên hình 2.3 với vị trí của bộ bánh
răng gia tốc sẽ tương ứng với việc đặt các giá trị của điểm chuẩn tải như sơ đồ khối trên
hình 2.4.


n Tt Nghip : Chuyờn iu Tc Nh Mỏy Thy in aNhim

GVHD: TS Lờ K Trang SVTH: Nguyn Vn Giang
20
Vở trờ van


chuan

Cồ cỏỳu õióửu
chốnh ly tỏm
Tọỳc õọỹ cuớa
khọỳi õo tọỳc
õọỹ
Tọỳc õọỹ
chuỏứn
ióứm õỷt
chuỏứn taới
Van õióửu
khióứn
Cồ cỏỳu
phaớn họửi
Xilanh
thuớy lổỷc
Van

Hỡnh 2.4 S khi b iu tc dựng c cu c khớ thy lc.

im bt li ca b iu tc dựng c cu c khớ thy lc ú l s cú mt ca vựng
cht v chớnh xỏc tng i thp.

rng ca vựng cht cng cú xu hng tng lờn theo thi gian do s mi mũn (ma
sỏt) ca cỏc thit b c khớ khi chuyn ng.
Trong cỏc h thng ny tc ca turbin c o bi cỏc thit b in vi chớnh
xỏc cao. Kt qu l cỏc tớn hiu in c khuych i iu khin cỏc van iu khin
thụng qua cỏc b bin i in thy lc.
S khi ca h thng iu tc in thy lc trong hỡnh 2.5 ch ra rng nú hot ng
cng khụng khỏc so vi h thng c khớ thy lc ch trờn hỡnh 2.4 nhng tớnh mm do ca
b iu chnh in t cụng sut cho phộp ta thờm mt vũng iu khin vo liờn kt ni
hi v h thng iu khin turbin.


Van
Xilanh
thuớy lổỷc
Cồ cỏỳu
phaớn họửi
Van õióửu
khióứn
Bọỹ chuyóứn õọứi
õióỷn thuớy lổỷc
Vở trờ
van
Bọỹ õióửu chốnh
õióỷn tổớ cọng suỏỳt
Tọỳc õọỹ
chuỏứn

chuan
Tọỳc õọỹ cuớa
khọỳi õo tọỳc

õọỹ

ióứm õỷt
chuỏứn taới
Phaớn họửi
doỡng hồi
Aẽp suỏỳt
doỡng hồi
õỏửu vaỡo

Hỡnh 2.5 S khi b iu tc dựng c cu in thy lc.

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
21
Đường nét đứt trên hình sơ đồ khối 2.5 kí hiệu cho phản hồi dòng hơi, chức năng của
nó là để ngăn chặn van bị mở bởi bộ điều tốc khi dòng hơi vào turbin có áp suất quá thấp.
Điểm đặt tốc độ được cài đặt bằng tín hiệu điện trong bộ cài đặt tốc độ chuẩn. Nó dùng để
thay đổi công suất đặt của turbin. Đối với các loại turbin cần lực lớn để thao tác các van
đóng mở như turbin nước thì bộ điều tốc thường sử dụng xilanh thủy lực 2 tầng để
khuyếch đại lực có giá trị đủ lớn để đóng mở các cửa van.
2.2.4 Các dạng đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin:
Đặc tính của turbin chính là sự thay đổi công suất của turbin tương ứng với sự thay
đổi của tốc độ. Để cho turbin làm việc một cách ổn định thì turbin phải có một đặc tính
công suất tốc độ đảm bảo rằng nếu tốc độ turbin tăng lên thì công suất của turbin phải
giảm xuống, điều này sẽ phục hồi lại giá trị cân bằng giữa công suất điện và công suất cơ.
Và tương tự một sự giảm xuống của tốc độ thì công suất của turbin sẽ tăng lên.
Hình 2.6 trình bày các đường đặc tính của turbin trong đó đường nét đứt là đường

đặc tính khi không được điều chỉnh và khi có điều chỉnh là đường nét liền. Điểm A là điểm
làm việc ứng với công suất cực đại của turbin nó được tính toán để phù hợp với sự làm
việc tối ưu của dòng hơi qua turbin và được xác định bởi các nhà chế tạo turbin. Đầu tiên
ta xét đường đặc tính không hiệu chỉnh (đường nét đứt 1,3), cho rằng ban đầu turbin đang
làm việc tại điểm A, van điều khiển mở hoàn toàn. Máy phát cho rằng đồng bộ với hệ
thống và tốc độ chỉ có thể thay đổi nếu tần số hệ thống thay đổi.







Hình 2.6 Đặc tính công suất tốc độ của turbin

P
max
0


n
1
2
3
4
A

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
22
Nếu do một nguyên nhân nào đó mà tần số hệ thống tăng lên tức là tốc độ của rôto
cũng sẽ tăng lên. Vì không được điều chỉnh để tăng công suất để giảm tốc độ nên khi tốc
độ tăng lên sẽ làm tăng thêm tổn thất trong turbin và hiệu suất của dòng hơi giảm xuống,
tương ứng công suất của turbin cũng sẽ giảm như đường nét đứt 1 trên hình 2.6. Tương tự
khi tần số giảm xuống thì tốc độ quay của roto cũng sẽ giảm và tương ứng với lượng giảm
công suất như đường nét đứt 3. Trong thực tế khi xảy ra giảm tốc độ thì sự giảm công suất
của turbin sẽ lớn hơn sự thay đổi được biểu diễn trên đường 3, bởi vì dòng hơi đi qua
turbin còn phụ thuộc vào cấu tạo làm việc của nồi hơi và bơm cấp hơi nước. Sự làm việc
của bơm phụ thuộc vào tần số nên tốc độ của bơm sẽ giảm khi tần số hệ thống giảm. Điều
này làm giảm lượng dòng hơi chảy qua turbin do vậy độ giảm công suất của turbin sẽ lớn
hơn (đường 4). Nếu khối phản hồi dòng hơi (khối nét đứt) trong hệ thống điều tốc điện
thủy lực (hình 2.5) được bỏ qua, đáp ứng của bộ điều tốc chỉ bị chi phối bởi hằng số thời
gian của xilanh thủy lực. Cả bộ điều tốc cơ thủy lực và điện thủy lực có thể được biểu diễn
bằng sơ đồ khối đơn giản như hình 2-7a
Hệ số hiệu quả K
A
trên hình 2.7a tương ứng với hệ số khuyếch đại của xilanh thủy
lực, trong khi hệ số R tương ứng với hệ số khuyếch đại của vòng phản hồi. Biến đổi sơ đồ
khối chuyển R vào nhánh chính ta thu được sơ đồ khối như hình 2.7b ở đây TG =
1/KAR : là hằng số thời gian của bộ điều tốc.

K
A
1
s

K
 


Âiãøm
chuáøn taíi
Täúc âäü
chuáøn
servomotor
Vë trê
van, c
Turbine

c
1
1+TGs

1
R


Täúc âäü
chuáøn

Täúc âäü
chuáøn


1
R
Âiãøm
chuáøn taíi



c
Âiãøm
chuáøn taíi
(a)
(b)
(c)

Hình 2.7 Mô hình đơn giản của hệ thống điều tốc turbin.

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
23

Sơ đồ khối hình 2.7b cho phép phân tích một cách gần đúng thuộc tính tĩnh và động
của hệ thống điều tốc. Ở trạng thái xác lập 0,  st và sơ đồ khối turbin có thể được
đơn giản như hình 2.7c, P
chuẩn
là điểm đặt tải chuẩn được hiểu như là giá trị tương đối của
công suất định mức.
2.2.4.1 Đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin độc lập:
Điều chỉnh tốc độ turbin có đặc tính điều chỉnh độc lập có nghĩa là luôn giữ tốc độ
turbin là hằng số độc lập với công suất phát ra. Bộ điều tốc này sẽ điều khiển van hơi của
turbin hơi hay cổng nước của turbin nước để đưa tần số về định mức khi có sự thay đổi
công suất tải.
Tuabin
G
Täúc âäü chuáøn

1/s
-K
 X

r
P
m
P
e
Van håi hay
cäøng næåïc
Håi næåïc
(næåïc)

0
r


Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ điều chỉnh đặc tính độc lập.

Tốc độ quay rôto
r

được so sánh với tốc độ chuẩn
0

. Tín hiệu sai số
r

 (độ lệch tốc

độ) được khuếch đại (với hệ số khuyếch đại K) và tích phân lên (khối 1/s) và cho ra tín
hiệu điều khiển X để tác động lên bộ truyền động của van hơi của tuabin hơi (hay cổng
nước). X sẽ đạt đến giá trị ổn định chỉ khi 0
r

.
Hình 2.9 cho đáp ứng thời gian của một tổ máy phát có bộ điều chỉnh tốc độ có đặc tính
điều chỉnh độc lập. Khi tăng công suất điện P
e
làm tần số giảm với tốc độ và mức độ giảm
phụ thuộc vào quán tính của tổ máy. Khi tốc độ giảm, công suất cơ trên trục turbin bắt đầu
tăng.
Điều này làm giảm mức độ giảm của tốc độ turbin và sau đó gia tăng tốc độ khi công suất
cơ turbin lớn hơn công suất tải.Tốc độ turbin sẽ quay về giá trị định mức và công suất
turbin xác lập được gia tăng một lượng bằng với lượng công suất thay đổi.

Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
24
Đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin độc lập được dùng thích hợp khi tổ máy phát cung
cấp cho một tải độc lập hay khi chỉ có một máy phát trong hệ thống được yêu cầu đáp ứng
thay đổi của phụ tải.
Để phân phối công suất giữa các tổ máy trong hệ thống ta phải sử dụng đặc tính điều
chỉnh tốc độ phụ thuộc (có độ dốc).

Hình 2.9 Đáp ứng thời gian của bộ điều tốc có đặc tính điều chỉnh độc lập.

2.2.4.2 Đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin phụ thuộc:
Đặc tính điều chỉnh tốc độ độc lập không thể được dùng khi các tổ máy làm việc
song song vì không thể phân bố công suất ổn định giữa các tổ máy. Để phân phối công
suất ổn định giữa hai hay nhiều máy phát làm việc song song, các bộ điều tốc phải có đặc
tính điều chỉnh phụ thuộc tức tốc độ giảm khi tải tăng và ngược lại.


0
Håi næåïc
(næåïc)
Van håi hay
cäøng næåïc
P
e
P
m

r
 X
K/s
Täúc âäü chuáøn
G
Tuabin
R

Hình 2.10 Sơ đồ khối của bộ điều chỉnh có đặc tính phụ thuộc.



Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim


GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang
25
Đặc tính điều chỉnh phụ thuộc được thực hiện bằng cách thêm vào khâu phản hồi tích
phân có độ dốc R như hình 2.10. Độ dốc R được xác định là tỷ số giữa độ lệch tốc độ
(
r

 ) hay độ lệch tần số ( f ) trên số gia công suất phát ra của tổ máy ( P ) hay vị trí van
hơi hay cổng nước. R được tính theo công thức sau:

100%
0
12














R
m hay
G
P
f
R

 (2.2)
trong đó:
2

- tốc độ xác lập ở không tải

1

- tốc độ xác lập lúc đầy tải

0

- tốc độ định mức
Ví dụ: đặc tính điều chỉnh có độ dốc R=5%, nghĩa là một độ lệch tần số 5% làm thay
đổi 100% vị trí của van hơi (cổng nước) hay lượng công suất tác dụng phát ra.
Đáp ứng thời gian của bộ điều tốc có đặc tính phụ thuộc khi tải tăng lên như Hình
2.11. Vì đặc tính có độ dốc nên khi tăng công suất phát ra, tốc độ hay tần số ổn định mới sẽ
giảm so với tốc độ lúc ban đầu một lượng
r
f



(trong đơn vị tương đối).











Hình 2.11 Đặc tính điều chỉnh và đáp ứng thời gian của tổ máy phát có đặc tính điều
chỉnh phụ thuộc.