CHƯƠNG 8: ĐIỀU CHỈNH TURBIN NƯỚC
8.4. Sự làm việc song song của các turbin
Trên đây ta xét quá trình điều chỉnh turbin cho các tổ máy nhỏ làm việc trong lưới điện độc lập. Nhờ có các máy điều tốc kể trên mà có thể giữ cho số vòng quay của turbin không thay đổi, hoặc thay đổi trong phạm vi cho phép. Tuy nhiên hiện nay phần lớn các tổ máy (thủy điện, nhiệt điện v.v…) đều làm việc song song trong một hệ thống lưới điện chung. Sự làm việc sông song của turbin đòi hỏi phù hợp với dòng điện quy định, khi thay đổi độ mở của bộ phận điều chínhẽ không làm thay đổi số vòng quay của nó mà chỉ phân bố lại công suất giữa các tổ máy.
Mỗi một máy điều tốc đều có đường đặc tính điều chỉnh, đó là sự liên hệ giữa số vòng quay của turbin với phụ tảI của nó: n
= f(N). Đối với máy điều tốc phản hồi mềm thì đường đặc tính điều chỉnh của nó là đường thẳng nằm ngang AB (hình 8.6a).
Còn đối với loại máy điều tốc phản hồi cứng thì đường đặc tính hiệu chỉnh của nó là một đường nghiêng . Loại máy này tốc độ quay của nó trước và sau khi điều chỉnh kết thúc không bằng nhau, ta nói nó không có độ đồng đều nhất định.
' 'B A
Độ không đồng đều của máy điều tốc là tỷ số giữa hiệu số của số vòng quay không tải nmax và số vòng quay toàn tải nmin, với
số vòng quay đồng bộ no: Hình 8.6: Đường đặc tính điều chỉnh của máy điều tốc
min max
min max 0
min
max 2
n n
n n n
n n
+
= −
= −
δ (8.3)
Độ không đồng đều δ cho phép của các máy điều tốc hiện nay khoảng (2 ÷ 6)%. Để đơn giản ta nghiên cứu sự làm việc song song của hai tổ máy có độ không đồng đều δ như nhau, và giả thiết hai tổ máy này được lắp với các turbin cùng kiểu.
Lúc đầu hai tổ máy đảm nhận công suet NI của biểu đồ phụ tải : NI = N1 + N2 (8.4)
Số vòng quay đồng bộ ứng với đường O1- O1. Sau đó phụ tảI của hệ thống tăng đến trị số NII.
NII = (N1 + ΔN1) + (N2 + ΔN2) (8.5)
Vì δ của hai tổ máy này như nhau nên ΔN1 = ΔN2, điều đó có nghĩa là nếu các tổ máy có δ như nhau và vận hành song song trong lưới điện chung thì phụ tảI sẽ được phân phối đều cho các tổ máy.
Đồng thời lúc này số vòng quay của hai tổ máy sẽ giảm xuống theo đường O2 - O2 (hình 8.7).
Nếu hai tổ máy làm việc song song với độ không đồng đều khác nhau (δ1 ≠ δ2) (hình 8.8): a1a1 và a2a2 thì phần phụ tảI phải đảm nhiệm thêm ΔN1 (tổ máy 1) và ΔN2 (tổ máy 2) sẽ khác nhau. Ta hãy xác định công thức tính ΔN1 và ΔN2 đó của các tổ máy.
Khi tăng tải, số vòng quay của 2 tổ máy sẽ giảm đi một giá trị bằng Δn ứng với đường O2- O2.
Hình 8.7: Đường đặc tính điều chỉnh có độ không đồng đều như nhau
Ta chỉ cần tính ΔN1 của tổ máy thứ nhất rồi suy ra cho tổ máy thứ hai hoặc tổ máy bất kỳ ΔNx.
Hình 8.8: Đường đặc tính làm việc song song Của hai tổ máy với độ không đồng đều khác nhau Vì 2 tam giác: ABC và A'B'C' đòng dạng nên:
CB Ac B C
C
A'' '' = (8.6) Trong đó: C'B' =ΔN1; A'C' =Δn
AC = nmax - nmin; CB = N1max
Thế các đại lượng này vào phương trình (8.6) ta có:
max 1
min max
1 N
n n N
n = − Δ
Δ
Trong đó: N1max là công suất lớn nhất của tổ máy 1. Mặt khác theo công thức (8.6) thì nmax - nmin = δ1n0 (n0 - số vòng quay định mức) nên:
max 1 0 1
1 N
n N n
δ
= Δ
Δ ; 2max
0 2
2 N
n N n
δ
= Δ Δ
Một cách tổng quát ta có thể suy ra ΔNK cho tổ máy K bất kỳ làm việc song song:
max 0
K K
K N
n N n
δ
= Δ
Δ (8.7)
Muốn bảo đảm cho số vòng quay của hai tổ máy trở về vị trí định mức (ứng với đường O1- O1: Δn = 0) ta phải tịnh tiến đường đặc tính điều chỉnh của cả hai tổ máy lên trên sao cho, đường đặc tính điều chỉnh của tổ máy số 1 sẽ là đường b1- b1 thay cho a1- a1 và của tổ máy 2 sẽ là đường b2- b2 thay cho đường a2- a2. Khi phụ tải của hệ thống điện lực giảm thì ta phải tịnh tiến đường đặc tính điều chỉnh xuống dưới. Vậy bộ phận của máy điều tốc có thể thay đổi độ nghiêng (tức δ) hoặc tịnh tiến đường đặc tính điều chỉnh ta sẽ nghiên cứu ở phần sau.
Qua sự phân tích trên ta thấy, nếu đặc tính điều chỉnh của các tổ mắy (ở đây là 2 tổ máy) không phải là đường nằm nghiêng mà là đường nằm ngang (máy điều tốc có bộ phận phản hồi mềm) thì sự phân phối phụ tải giữa các tổ máy làm việc song song sẽ không ổn định.
Bởi vị khi δ1 = δ2 = δk = 0, theo công thức (8.7) thì ΔNK là đại lượng vô định, điều đó có nghĩa là phụ tải của mỗi tổ máy đảm nhiệm không phải là một giá trị xác định mà luôn luôn thay đổi.
Hình 8.9: Đường đặc tính của hai tổ máy làm việc song song (trong đó tổ máy 1 làm
nhiệm vụ điều tần)
Trong thực tế vận hành, người ta thừng điều chỉnh đường đặc tính điều chỉnh của một tổ máy nào đó có độ không đồng đều δ = 0, còn tổ máy thứ 2 có độ dốc (δ ≠ 0) sẽ làm việc với phụ tải nhất định. Như vậy phần dao động phụ tải của hệ thống điện lực:
ΔN = ΔN1 + ΔN2 + ...+ ΔNK đều dotor máy thứ nhất (có δ = 0) đảm nhiệm (hình 8.9) còn tổ máy thứ hai sẽ làm việc với phụ tải không đổi bằng công suất định mức của nó.
Tất nhiên số vòng quay của hai tổ máysẽ không đổi. Trong quá trình vận hành muốn cho một hay một vài tổ máy làm việc với công suất không đổi thì ta điều chỉnh để đường đặc tính điều chỉnh có độ dốc tương đối lớn, còn đối với nhứng tổ máy được dùng để nhận (điều chỉnh) phụ tải dao động của lưới điện thì điều chỉnh đường đặc tính có độ nghiêng nhỏ δ = 0.
Xét về mặt phụ tải, ta nói tổ máy sau làm việc ở phần gốc của biểu đồ phụ tải, còn các tổ máy đầu làm việc ở phần ngọn của biểu đồ phụ tải.
Xét về ý nghĩa bảo đảm tần số cả lưới điện không đổi, ta nói turbin thứ nhất (hoặc TTĐ) là turbin (hoặc TTĐ) chủ đạo hay turbin điều tần.
Trạm thủy điện làm nhiệm vụ điều tần phải là trạm thủy điện có dung tích hồ chứa đủ lớn, đồng thời đảm nhân phụ tải ngọn.