tự động điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng trong hệ thống điện

-CHƯƠNG VI-

TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP
VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
6.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .
Điện áp như đã biết, là một trong những chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện
năng. Trong quá trình vận hành bình thường mức điện áp ở từng nút của hệ thống điện
phải được giữ trong giới hạn cho phép. Trị số thực tế của điện áp ở mỗi nút của hệ
thống điện luôn thay đổi theo chế độ vận hành của hệ thống và cân bằng công suất
phản kháng ở từng nút phụ tải.
Cân bằng công suất phản kháng phải được thỏa mãn ứng với các thông số đảm
bảo điều kiện làm việc bình thường của lưới điện và các hộ tiêu thụ điện. Điện trở tác
dụng của các phần tử lưới điện thường có trị số không lớn lắm, còn điện kháng thì phụ
thuộc vào khoảng cách pha, nghĩa là phụ thuộc vào cấp điện áp của lưới điện. Nếu kể
cả điện kháng của máy biến áp thì điện kháng tổng của hệ thống có thể lớn hơn điện
trở tổng hàng chục lần.Vì vậy nếu vận chuyển công suất phản kháng từ chỗ này sang
chỗ khác của hệ thống sẽ gây nên tổn thất điện áp rất lớn trên các phân tử của hệ thống
điện.
Về mặt kinh tế, nên đảm bảo cân bằng công suất phản kháng ở từng cấp điện áp
của hệ thống điện, vì vậy vấn đề điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng trong hệ
thống điện mang tích cục bộ (địa phương) rất rõ rệt.
Nếu xét tổng thể hệ thống điện thì ở từng phần khác nhau, phương pháp và
phương tiện điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng rất khác nhau.
Điện áp trên thanh cái của máy điện và trong lưới cung cấp (truyền tải) có thể
điều chỉnh bằng hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của máy phát điện. Các
máy phát điện đồng bộ có thể:
- Phát công suất phản kháng trong chế độ quá kích thích:
- Tiêu thu công suất phản kháng trong chế độ thiếu kích thích.
- Thay đổi điện áp và công suất phản kháng một cách liên tục (trơn, không nhảy
cấp).

Các máy bù đồng bộ (MBĐB), động cơ đồng bộ cỡ lớn hoặc máy bù tĩnh (tiếng
Anh: SVC- Static VAR Compensator) cũng có thể thực hiện các chức năng phát hoặc
tiêu thụ công suất phản kháng tương tự như máy phát điện đồng bộ. Các thiết bị này
thường được đặt ngay ở nút phụ tải hoặc đầu vào cuộn dây thứ 3 (hạ áp) của các máy
biến áp liên lạc giữa hai cấp điện áp truyền tải khác nhau (chẳng hạn 220kV và
500kV).
Trong các hệ thống truyền tải điện siêu cao áp ( ≥ 330kV) với công suất phản
kháng do điện dung đường dây phát ra thường khá lớn, trong chế độ không tải hoặc
non tải lượng công suất phản kháng thừa này có thể gây quá điện áp lớn. Để tiêu thụ
bớt công suất phản kháng ở các đường dây siêu cao áp người ta đặt các kháng điện bù
ngang . Các kháng điện bù ngang này có thể được nối cố định vào đường dây, nối qua
máy cắt điện hoặc có công suất tiêu thụ có thể điều khiển được.
Ở các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn, trị số của cảm kháng, có ảnh
hưởng xấu đến phân bố điện áp trên đường dây khi công suất truyền tải thay đổi và

46


làm giảm khả năng tải của đường dây theo điều kiện ổn định của hệ thống. Để tăng
khả năng tải và cải thiện điều kiện phân bố điện áp trên đường dây người ta đặt các bộ
tụ điện bù dọc.
Để bù công suất phản kháng ở các nút phụ tải từ (từ 0,4kV đến 110 kV) người
ta sử dụng rộng rãi các bộ tụ điện tĩnh (TĐT). Những bộ tụ điện tĩnh khi làm việc phối
hợp với các kháng điện có điều khiển (trơn) có thể tạo nên các máy bù tĩnh (SVC)
công suất phản kháng. Ngày nay các SVC thường được sử dụng ở cấp trung áp (6-35
kV) với nhiều ưu việt hơn hẳn các mày bù đồng bộ đã được sử dụng trước đây.
Trong số các phương tiện điều chỉnh điện áp của lưới điện, thiết bị điều chỉnh
đầu phân áp dưới tải của các máy biến áp tự ngẫu có vai trò rất quan trọng.
Đối với các máy biến áp làm nhiệm vụ liên lạc giữa các lưới điện có cấp điện
khác nhau, trong mỗi lưới đều có chứa các nguồn phát công suất phản kháng, thì khi

thay đổi đầu phân áp của máy biến áp liên lạc sẽ làm thay đổi sự phân bố công suất
phản kháng giữa các lưới điện .
6.2. TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP Và CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Ở
MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng ở máy phát điện đồng bộ được thực
hiện bằng cách thay đổi dòng điện kích từ trong cuộn dây rô-to của máy phát điện
thông qua máy tự động điều chỉnh kích từ (TĐK).
6.2.1. Các thông số đầu vào của hệ thống tự động điều chỉnh kích từ.
1. Độ lệch tức thời của điện áp khỏi giá trị cho trước: Máy điều chỉnh tiếp
nhận độ lệch này và thay đổi dòng điện kích từ của máy phát điện nhằm khôi phục lại
trị số đã cho của điện áp.
Một số máy điều chỉnh không thể giữ chính xác trị số điện áp cho trước và có
thể có một sai số thống kê nào đó, sai số này càng bé nếu hệ số khuếch đại của máy
điều chỉnh càng lớn.
Khi điều chỉnh điện áp trên cực máy phát điện nhằm giữ cho điện áp máy phát
UF = const, ta có:
∆U F =

kc = −

∆U 0
1+ k

x
∆U F
= d 〉 0,
∆I F . P 1 + k

trong đó: ∆U F - sai số thống kê khi đưa máy điều chỉnh vào làm việc;
∆U 0 ≈ −∆I F .P . X d - độ lệch ban đầu khi chưa đưa máy điều chỉnh vào

làm việc và điện áp đầu cực máy phát thay đổi do dòng điện stato thay đổi;
k = kF . kKT.kTDK – hệ số khuyếch đại của hệ thống điều chỉnh hở bằng tích của
các hệ số khuyếch đại của máy phát điện (k F), máy kích thích (kKT) và máy tự động
điều chỉnh kích từ (kTĐK);
kc – hệ số tĩnh của máy điều chỉnh theo thành phần dòng điện phản kháng. Việc
tăng hệ số khuếch đại k thường bị hạn chế theo điều kiện ổn định của hệ thống điều
chỉnh.

47


2. Các nhiễu loan chủ yếu có ảnh hưởng đến trị số điện áp đầu cực máy
phát là dòng điện trong cuộn stato và góc lệch pha giữa dòng điện stato vơi điện áp
máy phát. Khi tăng dòng điện phụ tải hoặc hoặc tăng góc lệch pha giữa điện áp và
dòng điện, điện áp giáng trên cuộn dây stato tăng theo, nếu dòng điện kích từ không
thay đổi, điện áp ở đầu cực máy phát sẽ giảm. Để khôi phục lại điện áp, TĐK phải
tăng dòng điện kích từ nghĩa là làm tăng sức điện động của máy phát nhằm bù lại điện
áp giáng trên cuộn dây stato.
Tốc độ phản ứng của TĐK khá nhanh vì TĐK bắt đầu làm việc trước khi xuất
hiện những độ lệch lớn của điện áp. Tuy nhiên độ chính xác của tác động điều chỉnh
không cao do không thể bù hết tất cả các nhiễu loạn.
3. Đạo hàm theo thời gian (bậc một và bậc hai) của điện áp và các tác động
nhiễu loạn: Việc đưa các trị số đạo hàm vào quy luật điều chỉnh tăng nhanh đáng kể
tốc độ điều chỉnh và không làm ảnh hưởng đến đặc tính của máy điều chỉnh. Giải pháp
này đặc biệt có hiệu quả cao đối với các hệ thống kích từ tác động nhanh.
4. Độ lệch tức thời và đạo hàm bậc nhất của tần số: Việc đưa các đại lượng
này vào quy luật điều chỉnh làm tăng độ ổn định của các máy phát điện làm việc song
song.
6.2.2. Thiết bị kích từ cưỡng bức
1-Thiết bị tăng nhanh kích thích

* Nhiệm vụ: Nối tắt Rđc trong mạch kích từ của máy phát điện kích thích khi điện
áp đầu cực máy phát điện xoay chiều UF giảm nhiều ( lúc ngắn mạch ) nhằm mục đích
tăng kích từ đến trị số giới hạn để phục hồi nhanh chóng điện áp đầu cực máy điện
xoay chiều.
* Sơ đồ (hình 6.1)
* Nguyên lý làm việc
- Khi điện áp đầu cực máy phát điện giảm nhiều thì các rơ le 1RU, 2RU đóng
tiếp điểm, các rơ le 1RG, 2RG tác động, rơ le 3RG có điện đóng tiếp điểm nối tắt R đc
làm cho dòng kích từ của máy phát điện kích thích tăng nhanh, U KT tăng nhanh làm
cho IKTF tăng nhanh, dẫn đến tăng điện áp máy phát điện xoay chiều.
Dùng hai rơ le kém áp nối vào hai biến điện áp khác nhau đặt ở đầu cực máy phát
điện xoay chiều và dùng hai tiếp điểm của 1RG, 2RG nối tiếp với nhau, nhằm đảm bảo
cho thiết bị không tác động nhầm khi đứt cầu chì trong mạch của biến điện áp.
Nếu đứt cầu chì của một biến điện áp nào thì một trong hai rơ le kém áp tác động
đóng tiếp điểm thì chỉ có một trong hai rơ le trung gian có điện (1RG, 2RG) sẽ báo tín
hiệu đứt cầu chì.
Các rơ le kém áp được nối vào điện áp dây bảo đảm cho thiết bị kích từ cưỡng
bức tác động tốt khi ngắn mạch giữa các pha.
Chọn điện áp khởi động cho các rơ le kém áp
UKđR =

U dmF
trong đó: - kat = 1,2
k at .kv .nu

- kv = 1,05 ÷ 1,15
* Ưuku điểm: Thiết bị đơn giản nên được đặt ở hầu hết các máy phát điện và máy
bù đồng bộ.
* Nhược điểm: Không có tác dụng điều chỉnh trong vận hành bình thường
(khi điện áp đầu cực máy phát điện UF biến đổi ít theo phụ tải).

48


+

∼

iKT
Rđc

_

3RG

_

+

Tín hiệu
đứt cầu
chì

_

1RG

MC

2RG

_

_
2RU

1RU
Từ 1BU đến

Từ 2BU đến

Hình 6 -1 Thiết bị tăng nhanh kích từ

2- Thiết bị giảm nhanh kích thích
* Nhiệm vụ:
Đưa thêm RP vào mạch kích thích của máy phát điện kích thích khi điện áp đầu
cực máy phát điện xoay chiều tăng nhiều (khi mất phụ tải đột ngột của máy phát điện
tuốc bin nước) nhằm mục đích làm cho điện áp máy phát điện xoay chiều được giảm
nhanh.
* Sơ đồ

∼

_
+

RP

BU

Rđc

BU

+

RG

RU

Hình 6-2 Thiết bị49
giảm nhanh kích thích


* Nguyên lý làm việc
Khi điện áp đầu cực máy phát điện UF tăng nhiều, rơ le RU tác động đóng tiếp
điểm làm cho cuộn dây của RG có điện, tiếp điểm của rơ le RG mở ra và đưa R P vào
mạch kích thích của máy phát điện kích thích nhờ đó mà điện áp đầu cực máy phát
điện xoay chiều giảm nhanh.
* Chọn điện áp khởi động của rơ le quá áp được xác định theo điều kiện rơ le
phải trở về khi điện áp đầu cực máy phát UF trở lại UFđm.
UKđRU =

k at
U Fdm
UFđm = 1,3
kv .nu
nu

trong đó: - kat = 1,05

- kv = 0,8
* Phạm vi ứng dụng: Được trang bị cho các máy phát điện tuốc bin nước.
6.2.3. Thiết bị kompun dòng.
Thiết bị Kom pun dòng để thực hiện điều chỉnh điện áp của máy phát điện khi
dòng điện của máy phát IF thay đổi. Sơ đồ nguyên lý như hình 6.3.
Thiết bị Kom pun gồm chỉnh lưu CL, máy biến áp Kom pun BC và biến trở đặt R đ.
- Biến trở đặt dùng để xác định chế độ làm việc thích hợp nhất của Kom pun
(đưa nó vào làm việc cũng như cắt nó ra một cách từ từ) dùng để hiệu chỉnh Kom pun.
- Máy biến áp BC dùng để ngăn mạch kích thích máy phát điện kích thích với
mạch thứ cấp của máy biến dòng có điểm nối đất.
Dòng điện kích thích của máy kích thích gồm hai thành phần:
iKT = iRKT + iK
trong đó iRKT: thành phần dòng điện kích thích của máy kích thích qua biến trở kích
thích.
iK: thành phần dòng điện do thiết bị Kom pun cung cấp.
BI

∼

iKT
Rđc
iK

iRKT

BC

50

IF

Rđ
Hình 6-3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị Kom pun

Trong một số trường hợp dòng điện Kom pun đưa vào cuộn kích thích phụ của
máy kích thích. Vì vậy trong trường hợp chung có thể viết:
(iW)KTΣ = (iW)KT + (iW)K .
trong đó (iW)KTΣ: Sức từ động tổng của máy kích thích
(iW)KT : Sức từ động do dòng kích thích ( đi qua biến trở R đc ) của máy kích
thích sinh ra
(iW)K : Sức từ động do thiết bị Kom pun tạo ra.
UF

ϕ2 < ϕđm

UF

Có Kom pun

Không có Kom pun

0

IFmin

ϕ1 = ϕđm

ϕ3 > ϕđm

0

IF

Hình 6-4
Quan hệ UF =f(IF) ở đầu cực máy phát khi có thiết
bị Kom pun

IFmin

IFđm

IF

Hình 6-5
Quan hệ UF =f(IF) ở đầu cực máy phát khi có thiết
bị Kom pun với góc ϕ khác nhau

* Nguyên lý làm việc:
- Khi IF tăng ( UF giảm ) thì iK tăng. Kết quả Kom pun điều chỉnh tăng điện áp UF.
- Khi IF giảm ( UF tăng ) thì iK giảm, Kom pun có tác dụng điều chỉnh điện áp UF.
- Quan hệ giữa IF và UF ở đầu cực máy phát điện khi có Kom pun như hình 6-4.
+ Đặc tính UF = f(IF) có điểm gẫy khi máy kích thích không có cuộn kích từ phụ.
Vì khi IF < IFmin thì điện áp ở hai đầu chỉnh lưu bé hơn điện áp một chiều ở hai
đầu cuộn kích thích nên không thể có iK.
Khi IF > IFmin thì áp ở hai đầu chỉnh lưu lớn hơn điện áp ở hai đầu cuộn kích thích
bắt đầu có iK. IFmin = ( 10 ÷ 30)IFđm, các máy phát điện nói chung không làm việc với
phụ tải nhỏ như vậy do đó nhược điểm này có thể bỏ qua.
+ Nếu máy phát điện kích thích có cuộn kích từ phụ thì đặc tính sẽ không có
điểm gẫy.

* Nhược điểm của Kom pun: là sự phụ thuộc của điện áp U F vào góc lệch pha của
phụ tải. Như đã biết cùng một giá trị dòng điện I F như nhau nhưng phụ tải nào có cosϕ
nhỏ sẽ làm cho điện áp máy phát giảm nhiều hơn ( ở đây xét phụ tải cảm kháng ). Tác
dụng của Kom pun chỉ phụ thuộc vào giá trị của I F, do đó không thể duy trì điện áp
như nhau đối với phụ tải có cosϕ khác nhau mặc dù có cùng giá trị IF (hình 6-5).

51


6.2.4. Thiết bị corecto điện áp
Hiện nay thường sử dụng rộng rãi corectơ loại điện từ, nó gồm các bộ phận sau:
1. Khuếch đại từ .
a. Cấu tạo.
∼Gồm lõi sắt có ba trụ, hai trụ
bên quấn cuộn dây làm việc W ∼, ở
trụ giữa quấn cuộn dây điều khiển
Wđk để điều khiển khuếch đại từ và
cuộn dây đặt Wđ để định chế độ làm
việc của khuếch đại từ.
b. Nguyên lý làm việc.
Dòng điện xoay chiều đi qua
phụ tải và cuộn dây W∼ :
I∼ =

Rpt

U

Uđ
Iđ

W∼

Wđk

Wđ

U
( R pt + R) 2 + (ωL) 2

Iđk

Trong đó R,L là điện trở và điện
cảm của cuộn dây W∼
Uđk
Rpt điện trở của phụ tải.
Thường thì ωL >> R nên với
Hình 6-6 Cấu tạo thiết bị corectơ điện áp
U∼ là hằng số và Rpt là hằng số thì trị
số của I∼ chỉ phụ thuộc vào điện cảm
L, mà điện cảm L lại phụ thuộc vào độ thẩm từ µ của lõi sắt.
* Vậy nguyên lý làm việc của khuếch đại từ là dùng một biến thiên công suất bé
trong cuộn điều khiển có thể khống chế được một biến thiên một công suất xoay chiều
lớn trên phụ tải.
* Hệ số khuếch đại của khuếch đại
từ là tỷ số giữa lượng biến thiên công suất
xoay chiều với lượng biến thiên công suất
một chiều tương ứng.
KP =

∆P∼
∆P1 chiều

Trong đó ∆P∼ : độ thay đổi công suất phụ
tải.
0
∆P1 chiều độ thay đổi công suất
tương ứng trong mạch điều
khiển
KP : Hệ số khuếch đại
Trên hình 6 - 8 ta thấy hệ số khuếch
đại được đặc trưng bằng độ dốc của đặc
tính I∼ = f(Iđk), nghĩa là đặc tính càng dốc
L

52
Iđk

B
B4
B3
B2
B1
H1 H2

H3

H4

H

Hình 6 – 7 Quan hệ giữa B và H của lõi sắt

µ L, I∼
I∼


thì KP càng lớn.
* Tác dụng của cuộn đặt (Wđ): Cuộn
dây đặt dùng để xác định vị trí ban đầu
của đường đặc tính tính I ∼ = f(Iđk) của
khuếch đại từ. Khi có I đ bằng hằng số
trong cuộn Wđ thì ngay với iđk = 0 trong

Hình 6 - 8 Các đặc tính µ, L, I∼ theo Iđk

trụ giữa của khuếch đại từ đã có sẵn một từ thông chỉ khi (I đ = -Iđk) thì độ từ hoá trong
lõi sắt mới là nhỏ nhất.
Vậy khi thay đổi trị số và chiều của dòng điện đặt thì ta sẽ tịnh tiến đặc tính
I∼ = f(Iđk) sang phải hoặc sang trái trục tung (hình 6 - 9).
c. Khuếch đại từ có phản hồi.
Hệ số khuếch đại của khuếch đại từ được
đặc trưng bằng độ dốc của đặc tính I∼ = f(Iđk) .
I∼
Muốn thay đổi hệ số khuếch đại thì ta phải
thay đổi độ dốc của đặc tính I∼ = f(Iđk).
Để đạt mục đích trên ta dùng khuếch đại từ
có phản hồi.
Iđ =0
Trong khuếch đại từ có phản hồi, I∼ sau khi

qua phụ tải được chỉnh lưu và đưa vào cuộn dây Iđ >0
I∼min
phản hồi WPh (hình 6 - 10).
- Nếu sức từ động của cuộn dây phản hồi
Iđk
tăng cường cho sức từ động của cuộn dây điều
Hình
6
9
khiển (cùng chiều) ta có phản hồi dương.
Đặc tính I∼ = f(Iđk) khi thay đổi Iđ
- Nếu sức từ động của cuộn phản hồi ngược
chiều với sức từ động của cuộn điều khiển ta có
phản hồi âm.
Dòng điện phản hồi IPh trong cuộn phản hồi có chiều xác định còn iđk có thể
dương hoặc âm, lõi sắt được từ hoá nhờ cả hai dòng điện này nên sức từ động tổng của
khuếch đại từ là:
(iW)Σ = (iW)Ph ± (iW)đk
Vậy về một phía của trục tung khi có IPh thì sức từ động tổng (iW)Σ tăng làm cho
I∼ = f(Iđk) dốc hơn do đó hệ số khuếch đại tăng, ngược lại về phía kia (iW) Σ giảm, đặc
tính choãi ra nên hệ số khuếch đại giảm (hình 6 - 11)

53


I∼

RPt
có phản hồi

U∼
Không có
phản hồi

WPh
Wđ
W∼

Iđk

Wđk

Hình 6 – 11
Đặc tính I∼ = f(Iđk) khi có IPh
Hình 6 – 10 Khuếch đại từ có phản hồi

2. Bộ phận đo lường.
Bộ phận đo lường cần cho tín hiệu độ lệch áp tỷ lệ của máy phát điện.
- Giả thiết khuếch đại từ có hai cuộn điều khiển nối vào hai mạch khác nhau về
tính chất nhưng được cung cấp từ một nguồn điện chung Uab ≡ UF (hình 6 - 12).
(i.Wđk)
Wđk1

R

(ixWđk2)

iR

(iRWđk1)

X
ix

U

Uab ≡ UF

Wđk2

Hình 6 - 12
Khuếch đại từ có hai cuộn điều khiển và
được cung cấp từ một nguồn

Hình 6 - 13
Các quan hệ (iWđk)= f(U)

UFđm

) qua R được chỉnh lưu rồi vào W đk1 có đặc tính iR = f(U) là
+ Dòng 0điện iR(iW
chạy
đk Σ
đường thẳng
+ Dòng điện ix qua kháng điện được chỉnh lưu rồi đưa vào cuộn Wđk2 có đặc tính
ix = f(U) là quan hệ không đường thẳng (Hình 6 - 13).
- Ta chọn trị số của R và X sao cho:
+ Khi UF = UFđm thì (iRWđk1) = (ixWđk2)
và (iWđk)Σ = (iRWđk1) - (ixWđk2) = 0.
+ Khi UF < UFđm thì (iRWđk1) > (ixWđk2) và (iWđk)Σ > 0.

+ Khi UF > UFđm thì (iRWđk1) < (ixWđk2) nên (iWđk)Σ < 0.

54


Vậy khi điện áp đầu cực máy phát điện thay đổi thì (iW đk)Σ cũng thay đổi cả về trị
số và chiều, nguyên tắc này được ứng dụng để điều khiển khuếch đại từ.
3. Corectơ điện từ.
a. Sơ đồ (Hình 6-14)
b. Nguyên lý làm việc
* Corectơ thuận
- Trong corectơ thuận đầu ra của corectơ là i KTf1 đặt vào cuộn kích từ phụ cùng
chiều với dòng kích từ trong cuộn kích từ chính. Sức từ động trong cuộn phản hồi
cùng chiều với sức từ động trong cuộn điều khiển một.
(iW)ΣI = (iW)Ph + [(iW)đk1 - (iW)đk2]
hay sức từ động trong khuếch đại từ một là: (iW)ΣI = (iW)Ph + (iW)đkΣ

X

∼

iKT

iKTP2

iKTP1

Rđc

W∼

Wph

iR

KĐTI
W

R

Wđk1

X

đk

2

ix
iWđk

iWđk2

iWđk1

W∼

Wph

KĐTII

Wđk1

Wđk2

Hình 6 - 14
Sơ đồ nguyên lý iW
corectơ điện
Ph
từ
UF
0

iR

ix

iW

UFđm
đk∑
(a) UF < U
- Khi
1 thì (iW)ΣI của khuếch
đại từ 1 tăng lên làm cho dòng điện đầu ra
là iKTf1 tăng lên dẫn đến dòng kích từ tổng
của iW
máy
phát điện kích thích tăng lên. Kết
đk∑I

quả làm tăng điện Aáp của máy phát điện
xoay chiều.
- Khi UF > U1 thì sức từ động tổng
UF của
(b)

UFđm

Hình 6 - 15
Đặc tính đầu ra của corectơ

55
0

UFđm

1Wph

UF


khuếch đại từ một vẫn tăng nên corectơ
thuận điều chỉnh sai. Đáng lẽ cần làm giảm
điện áp ở đầu cực máy phát điện xoay
chiều thì lại làm cho UF∼ càng tăng.
Để giảm nhược điểm này dùng chỉnh
lưu khoá CL1.
iWđkΣ
Khi (iW)đk2 > (iW)đk1 thì có một
thành phần dòng điện ix chạy qua chỉnh lưu

CL1 do đó có:
(iW)đk1 = (iW)đk2
Nhờ có chỉnh lưu CL1 mà sức từ động
tổng (iW)ΣI là đường nét đứt nằm ngang
(hình 6 - 15,b).
- Trong corectơ thuận người ta điều chỉnh cho điểm ứng với UFđm nằm về bên trái
điểm A trên hình 6 - 15,b.
Ứng dụng: Corectơ thuận được dùng cho các máy phát điện tuốc bin hơi vì máy
phát điện tuốc bin hơi ít có hiện tượng quá điện áp.
*Corectơ nghịch
Trong corectơ nghịch dòng đầu ra của khuếch đại từ hai ( KĐT II ) là iKTf2 ngược
chiều với dòng kích từ trong cuộn kích thích chính của máy phát điện kích thích. Sức
từ động trong cuộn phản hồi ngược chiều với sức từ động trong cuộn điều khiển một
(iW)đk1.
- Khi UF >U1 thì (iW)ΣII tăng cả về trị số do đó KĐT II được bão hoà thêm do đó
iKTf2 tăng làm cho corectơ nghịch có tác dụng điều chỉnh giảm điện áp UF∼ xuống.
- Khi UF < U1 thì dòng đầu của corectơ nghịch vẫn tăng, corectơ nghịch điều
chỉnh sai: Đáng lẽ cần làm tăng U F∼ thì lại làm UF∼ giảm hơn. Để tránh nhược điểm
này dùng chỉnh lưu khoá CL2.
Khi UF < U1 thì iRWđk1 > ixWđk2 sẽ có một thành phần dòng điện i R chạy qua
chỉnh lưu CL2 do đó có:
iRWđk1 = ixWđk2
Nhờ có CL2 mà sức từ động tổng của KĐTII là đường nét đứt nằm ngang.
Trong corectơ nghịch, người ta điều chỉnh cho điểm tương ứng với U Fđm nằm về
phía bên phải điểm A (hình 6 -16).
(iW)ΣII
0
UFđm

0

UF

(iW)ΣII

56
UFđm


Hình 6 – 16 Đặc tính đầu ra corectơ nghịch

(iW)ΣII
- Ứng dụng: Corectơ nghịch thường
được dùng với máy phát điện tuốc bin
nước. Vì khi máy phát bị mất phụ tải đột
ngột thì UF∼ sẽ tăng.
Cũng có thể dùng đồng thời cả
corectơ thuận và corectơ nghịch. Đặc tính
đầu ra của corectơ tổng hợp như hình 6-17.

Thuận

UF
Tổng hợp
Nghịch
Hình 6 – 17 Đặc tính của corectơ tổng hợp

6.2.5. Điều chỉnh và phân phối công suất phản kháng giữa các máy phát điện
làm việc song song.
1. Đặt độ dốc của đặc tuyến điều chỉnh.

Khi các máy phát điện làm việc song song để có thể phân bố công suất giữa các
máy phát một cách ổn định đặc tuyến điều chỉnh điện áp của máy phát theo dòng điện
stato phải có một độ dốc dương nhất định (H6.18a). Để tạo nên độ dốc này có thể đưa
thành phần điện áp tỷ lệ với dòng điện stato vào điện áp đầu vào U TĐK của máy tự
động điều chỉnh kích từ.
UTĐK = U + IR

b)

a)
U
U0

UA

R

Udđ

TN

*

UTĐK = U + IR
BI

*

c)

Ip

UTĐK
Ia

BU

*

IA
ỏ

A

I aR

B
Idđ I

C

UC

UTĐKUBC

I AR

UB

Hình 6.18: Đặt độ dốc (hệ số phụ thuộc) dương của đặc tính điều chỉnh điện áp (a); Sơ đồ đấu

dây (b) và đồ thị véc tơ (c)

Trên hình 6.18b và c trình bày sơ đồ đấu dây và đồ thị véc tơ tương ứng. Cần
lưu ý đến cực tính của các cuộn dây BI và BU cũng như việc chọn tổ hợp giữa dòng và
áp đặt vào TĐK. Nếu chọn dòng điện của một pha nào đó (chẳng hạn I A) thì điện áp sẽ
là điện áp dây của hai pha kia (U BC). Từ hình 6.18c có thể nhận thấy rằng, thành phần

57


phản kháng của IP của dòng điện stato sẽ có ảnh hưởng quyết định đến việc thay đổi trị
số của điện áp đầu vào UTĐK của máy điều chỉnh kích từ.
Khi dòng điện stato tăng lên thì điện áp đầu vào của TĐK cũng tăng theo, TĐK
sẽ cảm nhận như điện áp ở đầu cực máy phát tăng và sẽ tác động theo hướng giảm bớt
điện áp, tạo nên độ dốc dương của đặc tuyến điều chỉnh.
Thành phần điện áp do dòng điện stato đặt vào bộ phận đo lường của TĐK ở
chế độ làm việc danh định bằng:
∆U R = R.I dd F / n I ,
trong đó: R - điện trở mắc ở phía thứ cấp của máy biến dòng,
Idd – dòng điện danh định của máy phát, n1 – tỷ số biến của máy biến dòng.
Hệ số phụ thuộc (độ dốc) của đặc tính điều chỉnh có thể được xác định gần
đúng theo công thức sau:
∆U R cos α
kc ≅
kc ≅

U dd / nu

.100%,

R.I dd . cos α nu
.
.100%
U dd
nI

trong đó: α - góc lệch pha giữa dòng điện và áp được đưa vào bộ phận đo lường
của TĐK (hình 6.18c),
Udd - điện áp danh định của máy phát điện,
nu – tỷ số biến đổi của máy biến điện áp.
Từ đó có thể tính được trị số của điện trở R tương ứng với hệ số phụ thuộc của
đặc tính điều chỉnh cần đặt:
UR ≅

k cU dd
n1
.
1.0nu 1dd cos α

Hệ số kc thường được điều chỉnh trong khoảng kc = 3 – 4 %
U

U

a)

U0

b)

U02

R1

2

U01

R2

1

R1> R2
Idđ

I

I
I1

I2

Hình 6.19. Thay đổi các đặc tính điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi hệ số phụ thuộc (a) và
dịch chuyển (tịnh tiến) đặc tính điều chỉnh (b)

Vì vậy, khi R có trị số càng lớn thì hệ số phụ thuộc k c càng lớn và mức độ phụ
thuộc của điện áp đầu cực máy phát vào dòng điện stato càng cao (hình 6.19a). Để giữ
điện áp đầu cực máy phát điện không thay đổi thành phần điện áp từ BU đặt vào bộ
phận đo lường để thay đổi UTĐK bằng biến trở hoặc biến áp tự ngẫu đặt ở phía thứ cấp
của BU (hình 6.20b).

58


Khi thay đổi trị số đặt của điện áp, đặc tính điều chỉnh sẽ bị dịch chuyển nhưng
hệ số phụ thuộc sẽ không thay đổi (hình 6.19b).
Nếu đổi chiều dòng điện qua điện trở đặt R (hình 6.20b) điện áp đặt vào bộ
phận đo lường của TĐK sẽ bằng.
UTĐK= U- IR.
Đặc tính điều chỉnh sẽ có độ dốc âm ( k c <0 ) đôi khi còn được gọi là đặc tính
điều chỉnh khác thường.

2. Điều chỉnh công suất phản kháng và điện áp trên thanh cái nhà máy
điện bằng thiết bị TĐK.
b)
U

a)

R

*
BI

U0

*

UA
TN

Ip

UTĐK
Ia

BU

* *

UTĐK = U - IR

c)

IA
ỏ

A
B

Idđ I

C

IaR
UC

UTĐK

IpR

UB
I AR

Hình 6.20: Đặt độ dốc (hệ số phụ thuộc) âm của đặc tính điều chỉnh điện áp
(a); Sơ đồ đấu dây (b) và đồ thị véc tơ (c)

Thiết bị TĐK của máy phát điện có thể làm việc với đặc tính điều chỉnh phụ
thuộc hoặc độc lập.
Với đặc tuyến điều chỉnh phụ thuộc (hình 6.19a) mỗi trị số của điện áp trên cực
máy phát UF tương ứng với một trị số xác định của thành phần phản kháng I P của dòng
điện stato (hoặc công suất phản kháng tương ứng).
Phương trình của đặc tuyến điều chỉnh hình 6.19a có dạng:
UF = U0 – KcIp
Hoặc dưới dạng các số gia (độ lệch):

59


∆UF + kc∆Ip = 0
Vế trái có thể xem như tín hiệu đầu vào của TĐK với đặc tính điều chỉnh tự
nhiên không phụ thuộc ở cuối quá trình điều chỉnh với trị số U 0 không đổi. Trị số đặt
U0 có thể được điều chỉnh bằng tay hoặc tự động.
Hệ số phụ thuộc kc của đặc tính điều chỉnh có thể tính trong hệ đơn vị có tên
(kV/kA) hoặc bằng %.
kc = −

∆U F
, kV / kA
∆I P

hoặc
kc % = −

∆U F *
∆I P*

.100 = −

∆U F * I Fdd
I
.
.100 = kc Fdd .100
U Fdd ∆I P
U Fdd

Điện áp trên thanh góp của nhà máy điện gồm nhiều máy phát điện làm việc
song song và phân bố công suất phản kháng giữa các máy phát điện phụ thuộc vào tác
động phối hợp giữa TĐK của các máy phát điện.
Sau đây sẽ đề cập đến một số phương pháp thường gặp để điều chỉnh công suất
phản kháng và điện áp giữa các máy phát điện làm việc song song lên thanh góp chung
của nhà máy điện.
a. Điều chỉnh theo đặc tuyến có độ phụ thuộc dương. Phương pháp đơn giản
nhất để điều chỉnh điện áp trên thanh góp nhà máy điện và phân bố công suất phản
kháng giữa các máy phát nối với thanh góp là điều chỉnh ở tất cả các máy có TĐK với
đặc tính được chỉnh định với hệ số phụ thuộc dương.
Vì độ biến thiên điện áp trên thanh góp giống nhau cho tất cả máy phát nên
phương trình đặc trưng cho quan hệ điều chỉnh của một máy thứ i nào đó có thể việt
dưới dạng:
∆U + kci∆Ipi = 0; ∀i = 1, n

Chia mỗi phương trình cho kci và cộng n phương trình lại ta có:
1

∆U +

n

1
∑
i =1 kci

n

∑ ∆I
i =1

=0

pi

Thay ∆U từ phương trình này vào phương trình điều chỉnh của các máy i và k ta có:
n

1
∆I pi =
kci
∆I pi
∆I pk

=

∑ ∆I

pi

kcNMD
∆I pNMD
1 kci
∑
i =1 k ci

i =1
n

k ck
k ci

Như vậy, khi sử dụng phương pháp này điện áp trên thanh góp nhà máy điện
được điều chỉnh với hệ số phụ thuộc dương:
kcNMD =

1
n

1

∑k
i =1

ci

còn phụ tải phản kháng phân bố tỉ lệ nghịch với các hệ số phụ thuộc tương ứng.
Trường hợp có hai máy phát điện làm việc song song với các đặc tính điều
chỉnh 1 và 2 (hình.6.21a) ta có:

60


IPNMĐ = IPI + IP2
UF1 = UF2 = UF
Khi phụ tải của nhà máy điện thay đổi một lượng ∆UNMĐ sẽ làm giảm điện áp
một lượng ∆U và sự phân bố dòng điện phản kháng giữa các máy phát cũng thay đổi.
Để khôi phục lại điện áp đầu cực máy phát chẳng hạn bằng điện áp danh định
UFdđ có thể dịch chuyển đặc tính điều chỉnh của một máy phát điện nào đó ( chẳng hạn
U

U

b)

a)

1

Udđ

∑

2
U

1

∑

2

Ip1

+Ip

Ip

Ip2
Ip2

Udđ
-Ip

I’p2
Ip1

2

Ip

Ip1

Ip

Ip2

Hình 6.21 Đặc tuyến điều chỉnh có hệ số phụ thuộc kc >0 (a) và kc <0 (b)

đặc tính của máy 2 trên hình 6.21a), chỉnh định cho nó làm việc ở chế độ độc lập. Máy
phát điện được chỉnh định ở chế độ độc lập sẽ tiếp nhận toàn bộ sự biến động công
suất phản kháng của nhà máy điện ( tất nhiên là trong giới hạn khả năng mang công
suất của nó ).
Khi có nhiều máy phát đựoc chỉnh định ở các chế độ độc lập hoặc có đặc tuyến
điều chỉnh với hệ số phụ thuộc âm cùng nối lên thanh góp chung thì cần phải có một
thiết bị riêng để tự động điều khiển việc phân bố công suất ( dòng điện ) phản kháng
giữa các máy phát điện. Chẳng hạn, khi có hai máy phát điện với đặc tuyến điều chỉnh
có hệ số phụ thuộc âm cùng nối với thanh góp ( hình.6.21b) thì sự phân bố ban đầu
0
0
của dòng điện phản kháng I P1 và I P 2 giữa hai máy phát sẽ không ổn định.
Ví dụ khi có một biến động ngẫu nhiên nào đó của công suất (dòng điện) phản
kháng, ở máy 1 dòng điện phản kháng giảm 1 lượng -∆IP còn ở máy 2 tăng +∆IP, tổng
dòng điện phản kháng của hai máy phát không thay đổi nên điện áp trên thanh góp sẽ
không thay đổi. Theo đặc tính làm việc của mình thiết bị TĐK máy 1 sẽ tác động giảm
kích từ, còn máy 2 tăng kích từ kéo theo sự biến động của dòng điện phản kháng giữa
2 máy càng lớn: máy 1 tiếp tục giảm IP1, còn máy 2 tiếp tục tăng IP2, quá trình này làm
cho sự phân bố dòng điện phản kháng giữa hai máy trở nên không ổn định.
Nếu các máy phát nối lên thanh góp chung qua máy biến áp tăng thì có thể sử
dụng thiết bị TĐK với đặc tính độc lập hoặc hệ số phụ thuộc âm. Thật vậy, điện áp
trên thanh góp bằng:
U = U’F – I’PxB
trong đó:
U’F và I’P là điện áp và dòng điện phản kháng của máy phát được tính
đổi về phía cao áp của máy biến áp;
xB - điện kháng của máy biến áp.

61


Nếu TĐK của máy phát được chỉnh định ở chế độ độc lập (U’ F = const) thì đặc
tuyến điều chỉnh của bộ máy phát điện – máy biến áp sẽ có hệ số phụ thuộc dương, là:
UF = U0 + KcIp
Khi ấy điện áp trên thanh góp bằng:
U = (U0 + KcIp)N - I’PxB
= U’0 + KcNIP - I’PxB
= U’0 – (xB – K’c)I’P
trong đó:
N - hệ số biến đổi của máy biến áp
Máy điều chỉnh kích từ khi làm việc sẽ bù một phần điện áp giáng trong máy
biến áp. Phân bố công suất phản kháng tỷ lệ nghịch với đại lượng (x B – K’c).
b. Dịch chuyển đặc tính điều chỉnh có độ phụ thuộc dương. Phương trình
của đặc tuyến điều chỉnh của máy phát điện có dạng;
UF = Ud – kcQF
Trong đó:
QF – công suất phản kháng của máy phát điện
kc – hệ số phụ thuộc của đặc tuyến điều chỉnh theo công suất phản
kháng Q
Ud - điện áp đặt của máy phát điện khi QF = 0
Nếu giữ Ud = U0 = const thì điện áp trên thanh góp của nhà máy điện sẽ giảm
khi công suất phản kháng tăng.
Đã biết rằng trong nhiều trường hợp khi tiêu thụ công suất tác dụng tăng, tiêu
thụ công suất phản kháng cũng tăng (cos ϕ = const ), và do đó tổn thất điện áp trên lưới
điện tăng theo. Như vậy khi tăng công suất tác dụng cần phải tăng điện áp trên thanh
góp của nhà máy điện để giữ cho điện áp ở hộ tiêu thụ trong giới hạn cho phép.
Khi điều chỉnh điện áp theo phương pháp dịch chuyển đặc tính điều chỉnh có độ

phụ thuộc dương, trị số của điện áp đặt Ud không giữ cố định mà sẽ tự động thay đổi
theo quan hệ.
Ud = U0 + kP
Trong đó: P – công suất tác dụng của máy phát điện; k – hệ số tỷ lệ (không đổi).
Khi ấy đặc tính điều chỉnh điện áp của máy phát điện theo công suất phản
kháng vẫn có độ phụ thuộc dương để đảm bảo phân bố ổn định phụ tải phản kháng
giữa các máy phát, nhưng khi phụ tải tác dụng thay đổi, đặc tính điều chỉnh sẽ được tự
động dịch chuyển. Nếu phụ tải tác dụng P 1 tương ứng với dải thay đổi công suất phản
kháng ∆Q1, còn P2 tương ứng với ∆Q2 thì khi tổng công suất tác dụng thay đổi, điện áp
trên thanh góp nhà máy điện không vượt ra khỏi vùng gạch chéo trên đồ thị hình 6.22,
nghĩa là đảm bảo được việc điều chỉnh khác thường và phân bố công suất phản kháng
U tổ máy phát điện. Phương pháp này thường được sử dụng khi cosϕ
theo tỷ lệ giữa các
Ud2
≈ const.
Ud1

2

2

1

Ud0

2’

’

1

P2 > P1
P1 > 0

Q1

P=0
Q2
QNMĐ
Q1

Q2

62 pháp dịch chuyển đặc tuyến
Hình 6.22 Điều chỉnh điện áp theo phương
điều chỉnh với hệ số phụ thuộc dương


c. Điều chỉnh theo tỷ phần phụ thuộc: Được sử dụng để điều chỉnh điện áp
theo quan hệ độc lập hoặc khác thường trên thanh góp nhà máy điện và phân bố công
suất phản kháng theo tỷ lệ giữa các nhà máy phát điện.
Quy luật điều chỉnh của mỗi máy phát điện theo phương pháp này khi điều
chỉnh theo quan hệ độc lập được thực hiện theo biểu thức sau:
n

∆U i + kci (QFi − βi ∑ QFk ) = 0;

i = 1, n

k =1

Trong đó: ∆Ui = UFi – U0 - độ lệch điện áp của máy phát khỏi giá trị U0 cho trước;
βi – tỷ phần tham gia của máy phát điện thứ i trong cần bằng tổng công suất
phản kháng của nhà máy

n

n

k =1

i =1

∑ QFk ; ∑ βi = 1

kci – hệ số phụ thuộc của đặc tuyến điều chỉnh máy phát điện thứ i.
Chia mỗi phương trình của tổ máy cho hệ số phụ thuộc S i và cộng các phương
trình trong điều kiện ∆U1 = ∆U2... = ∆Un = ∆U, ta nhận được:
n

n
n
1
+ (1 − ∑ βi )∑ QFk = 0
k =1 kci
i =1
k =1

∆U ∑

Quá trình điều chỉnh sẽ kết thúc khi ∆U = 0, vì rằng

n

∑β
i =1

i

= 1 vằ Kci >0 , công
n

QFk
suất phản kháng của máy phát thư i ở cuối quá trình điều chỉnh : QF1 = βi ∑
k =1

TĐK của mỗi máy phát điện sẽ điều chỉnh điện áp theo độ chênh lệch của công
suất phản kháng thực tế QFi so với trị số công suất phản kháng theo tỷ phần đã được
n

QFk
phân βi ∑
.Quá trình điều chỉnh sẽ kết thúc khi :
k =1
n

∆QFi = QFi -

βi ∑ QFk
k =1

=0

Vế phải của phương trình phản ánh quy luật điều chỉnh của mỗi máy phát điện
có thể được xem như tín hiệu đầu vào của mỗi thiết bị TĐK của máy phát điện tương
ứng .
Quá trình điều khiển được diễn ra như sau: Khi công suất phản kháng thay đổi,
điện áp trên thanh góp nhà máy điện lệch khỏi giá trị cho trước và tất cả các TĐK bắt
đầu làm việc, theo độ lệch ∆U. Chúng thay đổi dòng điện kích từ và công suất phản
kháng của máy phát điện sao cho điện áp trên thanh góp khôi phục lại giá trị ban đầu.
Công suất phản kháng được phân phối giữa các máy phát điện theo tín hiệu ∆QFi cho
đến khi độ lệch này trở lại bằng không ( nghĩa là mỗi máy phát đã nhận đủ tỷ phần của

63


mình trong lượng công suất phản kháng tổng của toàn nhà máy ). Khi ấy tác động điều
chỉnh sẽ không còn nữa và hệ thống điều chỉnh điện áp trở lại trạng thái cân bằng.

64