Tủ hòa đồng bộ là gì? Cấu tạo và cơ chế vận hành

Lê Hồng Phong

Sử dụng tủ điều hòa đồng bộ là giải pháp tối ưu cả về chi phí đầu tư lẫn phòng ngừa rủi ro so với việc hiệu chuẩn đơn thuần hệ thống máy phát điện. Vậy chức năng của dòng tủ này là gì? Cấu tạo, hoạt động và ứng dụng của tủ đồng bộ sẽ được KTH ELECTRIC tổng hợp trong bài viết sau.

Tủ đồng bộ là gì?

Tủ điện đồng bộ là tủ điện đấu nối đồng bộ một hoặc nhiều tổ máy phát điện vào lưới điện truyền tải trung áp 22kV, 35kV và 110kV. Tủ được thiết kế để đồng bộ hóa các máy phát điện làm việc cùng nhau mà không gây ra sự cố cho máy phát, tuabin và không gây nhiễu cho lưới điện.

Trong các nhà máy điện, tủ đồng bộ cung cấp khả năng điều chỉnh tốc độ và kích thích để máy phát điện đủ điều kiện bật và tắt. Tùy theo yêu cầu hệ thống, tủ đồng bộ có thể điều chỉnh quá trình đồng bộ tự động hoặc kết hợp các bộ đồng bộ và điều khiển bằng tay để dự phòng cho hệ thống trộn tự động. Khi có 2 máy phát điện cần hòa đồng bộ, mạch điều khiển trong tủ sẽ bao gồm rơle và công tắc để chuyển đổi các biến điện áp và mạch điều khiển cho các máy phát điện.

Cấu trúc tủ điện đồng bộ

Tùy theo yêu cầu của hệ thống, cấu tạo của tủ hòa đồng bộ sẽ bao gồm bộ hòa đồng bộ tự động, rơle thử nghiệm và các thiết bị hỗ trợ khác để đảm bảo việc hòa đồng bộ diễn ra thông suốt, không ảnh hưởng đến tua-bin máy phát điện và hệ thống lưới điện kết nối. Bên trong tủ được chia làm 1 ngăn để máy đồng bộ, 1 ngăn điều khiển chính và các ngăn điều khiển cho từng máy phát điện.

Các thông số cài đặt trên tủ đồng bộ:

• Cài đặt rơle để kiểm tra đồng bộ: lệch pha không quá 20 độ.
• Cài đặt đồng bộ hóa tự động: lỗi tần số không quá 0,3Hz, lỗi điện áp không quá 5%, lỗi góc pha không quá 5 độ khi đồng bộ hóa

Tủ đồng bộ hiện đại được thiết kế theo dạng module, linh hoạt trong việc thay đổi, tăng công suất mà vẫn đảm bảo tốc độ đồng bộ rất cao. Tủ được quản lý thông qua máy tính nối dây trực tiếp hoặc mạng LAN. Ngoài ra, tủ còn tích hợp màn hình, nút bấm, phím bấm, cần gạt, đèn báo, còi,… ở bên ngoài.

Đọc thêm: Thiết bị và linh kiện trong tủ điện công nghiệp

Chức năng chính của tủ đồng bộ

Chức năng chính của tủ đồng bộ là đưa nhiều máy phát điện hoạt động độc lập vào một hệ thống làm việc song song và đồng nhất. Giải pháp này nhằm mục đích nâng cao độ tin cậy của hệ thống và tiết kiệm nhiên liệu.

Chức năng cụ thể của tủ điện đồng bộ như sau:

• Tự động khởi động máy phát điện dự phòng, đồng bộ với hệ thống quá tải.
• Quản lý phụ tải, phân công công việc cho máy phát điện.
• Điều chỉnh tốc độ và kích thích của máy phát điện.
• Bật và tắt máy phát điện khi cần thiết.
• Thông báo và bảo vệ hệ thống điện khi quá tải, sụt áp, quá dòng, ngược dòng, rò rỉ điện.
• Đo các thông số điện như dòng điện, tính chất dòng điện, điện áp, công suất, hệ số công suất, v.v.
• Cảnh báo và bảo vệ động cơ khi gặp sự cố khó khởi động, áp suất dầu thấp, chạy quá tốc độ, nhiệt độ nước làm mát quá cao,…
• Giao tiếp và điều khiển từ xa, lưu trữ và phân tích dữ liệu vận hành.

Phương pháp vận hành tủ đồng bộ

Tủ đồng bộ có hai phương thức vận hành: đồng bộ tự động và đồng bộ chính xác

Tự động đồng bộ sử dụng PLC để đồng bộ, xác định khoảng cho phép đồng bộ, xác định độ lợi pha và tần số, sử dụng rơle đồng bộ, tự động phân tải cho máy phát. Khi thực hiện đồng bộ tự động, toàn bộ góc quay của máy phát phải xấp xỉ bằng tốc độ quay của các máy phát khác trong cùng hệ thống. Khi đóng một tổ máy đang vận hành song song thì tổ máy còn lại sẽ không được kích thích.

Đồng bộ hóa chính xác được thực hiện thủ công thông qua các bước sau:

• Bước 1: Đưa điện áp máy phát (UF) về giá trị bằng điện áp mạng (UHT)
• Bước 2: Điều chỉnh tốc độ quay máy phát điện (wF) lớn hơn tốc độ quay mạng lưới (wHT)
• Bước 3: Điều chỉnh góc pha của vectơ điện áp máy phát và điện áp mạng bằng nhau tại thời điểm đóng cầu dao. Khi đó, góc lệch pha tiêu chuẩn giữa máy phát và vectơ điện áp mạng cần đạt d >> 0.

Lưu ý trước khi vận hành tủ hòa đồng bộ, hệ thống phải đáp ứng các yêu cầu sau:

• Góc lệch pha của rơle đồng bộ nhỏ hơn 20 độ.
• Sai số tần số không quá 0,3 Hz, chênh lệch điện áp không quá 5% và độ lệch pha khi đồng bộ hóa không quá 5 độ.
• Điện áp của tủ đồng bộ dao động trong khoảng 80% – 110% giá trị điện áp định mức.

Ứng dụng tủ điện đồng bộ

Tủ hòa đồng bộ được sử dụng khi hệ thống có thừa máy phát điện cần đưa vào lưới để hòa đồng bộ với các máy phát khác. Tủ điện công nghiệp này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hệ thống phát điện hoạt động liên tục, thông suốt. Khi nguồn điện chính bị sự cố, tủ đồng bộ sẽ điều khiển các máy phát điện dự phòng vận hành, đồng bộ và phân tải để bù đắp.

Điều hòa đồng bộ được sử dụng tại các khu công nghiệp, nhà máy, nhà xưởng, trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, bệnh viện, sân bay, bến cảng, nhà ga,… Nhìn chung đây là những nơi cần cấp điện liên tục cho phụ tải hoặc thường xuyên bị mất điện đột ngột.

Điều hòa đồng bộ là giải pháp tối ưu nhằm nâng cao độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống điện. Tham khảo thêm thông tin về các dòng tủ điện công nghiệp khác được KTH ELECTRIC tổng hợp tại: Kiến thức về tủ điện.