Hòa đồng bộ máy phát điện là gì? Điều kiện hòa đồng  bộ 2 máy

Hòa đồng bộ máy phát điện là một giải pháp hiệu quả giúp đáp ứng nhu cầu sử dụng điện năng lớn khi một máy phát không đủ khả năng cung cấp điện. Tuy nhiên, để hòa đồng bộ 2 hay nhiều máy phát điện đúng cách, cần tuân thủ đúng các nguyên tắc kỹ thuật và điều kiện cụ thể. Vậy hòa đồng bộ máy phát điện là gì? Điều kiện và quy trình hòa đồng bộ 2 máy phát điện hay nhiều máy như thế nào? Hãy cùng Máy phát điện Nhật Trường Minh tìm hiểu chi tiết về giải pháp này qua nội dung bên dưới.

Hòa đồng bộ máy phát điện là gì?

Hòa đồng bộ máy phát điện là hình thức mắc song song 2 hoặc nhiều máy phát điện vào cùng một mạng lưới điện. Khi đó, các máy phát này hoạt động đồng thời hoặc phối hợp với nhau để tạo ra dòng điện mạnh mẽ, ổn định và liên tục. Quá trình hòa đồng bộ cho phép cân bằng tốc độ quay và điện áp giữa các máy phát, đảm bảo chúng hoạt động nhịp nhàng và không gây ra hiện tượng quá tải hoặc xung đột trong hệ thống.

Tuy nhiên, phương pháp này vừa đòi hỏi kỹ thuật cao, vừa yêu cầu sự chuyên nghiệp trong quá trình vận hành và bảo dưỡng thiết bị. Chính vì vậy, người dùng cần xác định rõ nhu cầu sử dụng để lựa chọn giải pháp phù hợp, chẳng hạn như kết nối song song giữa các máy phát điện công nghiệp hoặc giữa máy phát điện với lưới điện.

Hòa đồng bộ máy phát điện là hình thức mắc song song 2 hoặc nhiều máy phát điện

Chức năng chính của hòa đồng bộ máy phát điện

Khi tìm hiểu hòa đồng bộ máy phát điện là gì, bạn sẽ thấy phương pháp này không chỉ giúp các máy phát hoạt động hiệu quả mà còn có vai trò quan trọng trong hệ thống điện công nghiệp. Dưới đây là các nhiệm vụ quan trọng của hòa đồng bộ:

• Xác định thời điểm hòa đồng bộ: Giúp chọn đúng thời điểm đóng thiết bị, đảm bảo kết nối máy phát vào lưới an toàn, không gây sốc điện.
• Tự động thao tác đóng/cắt: Ra lệnh cho các thiết bị đóng cắt làm việc đúng thời điểm, giảm thiểu rủi ro vận hành.
• Bảo vệ hệ thống: Tích hợp bảo vệ quá dòng, công suất ngược, quá tải… nhằm ngăn ngừa hư hỏng thiết bị và sự cố lưới.
• Phân chia tải hợp lý: Điều phối công suất giữa các máy phát chạy song song, tối ưu hiệu suất và tuổi thọ.
• Duy trì ổn định điện áp & tần số: Giữ thông số đồng bộ giữa các nguồn, hạn chế dao động hoặc lệch pha.

Chức năng hòa đồng là đóng máy phát vào lưới đúng thời điểm, bảo vệ hệ thống, chia tải và ổn định điện áp – tần số

Khi nào nên thực hiện hòa đồng bộ máy phát điện?

Sau khi hiểu rõ hòa đồng bộ máy phát điện là gì, người vận hành cần xác định đúng thời điểm tiến hành. Mặc dù quá trình hòa đồng bộ máy phát điện yêu cầu kỹ thuật phức tạp nhưng lại rất cần thiết trong một số trường hợp nhất định nhằm đảm bảo nguồn điện ổn định và đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng. Dưới đây là những trường hợp cần mắc máy phát điện song song với nhau hoặc với lưới điện:

• Công suất vận hành thấp hơn yêu cầu: Khi công suất máy phát điện không đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng điện, đặc biệt trong các công việc yêu cầu nguồn điện lớn, việc kết nối song song thêm một hoặc nhiều máy phát sẽ đáp ứng được nhu cầu công suất cao hơn.
• Tiết kiệm nhiên liệu: Trong trường hợp phụ tải thay đổi liên tục, việc chạy nhiều máy phát điện với công suất khác nhau sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu, tránh tình trạng lãng phí do máy phát hoạt động ở công suất thấp.
• Nhu cầu sử dụng điện tăng cao: Khi nhu cầu sử dụng điện trong sản xuất tăng cao và một máy phát hiện có không đủ khả năng cung cấp, việc thêm vào một hoặc nhiều máy phát điện song song sẽ giúp hệ thống điện luôn đáp ứng được nhu cầu cao mà không gặp phải sự cố.
• Hoạt động liên tục 24/7: Nếu hệ thống yêu cầu hoạt động liên tục 24 giờ trong suốt tuần mà không bị gián đoạn, việc hòa đồng bộ giúp chuyển tải điện năng giữa các máy phát mà không ảnh hưởng đến hoạt động, đảm bảo hệ thống luôn ổn định.
• Yêu cầu không được mất điện: Đối với các hệ thống có yêu cầu khắt khe về thời gian mất điện (chỉ vài giây hoặc không được mất điện) và nếu không có hệ thống UPS hỗ trợ, việc hòa đồng bộ các máy phát điện là giải pháp tối ưu để đảm bảo nguồn điện luôn được duy trì ổn định.

Lựa chọn thời điểm hòa đồng bộ phù hợp để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành

Điều kiện để hòa đồng bộ máy phát điện

Để hòa đồng bộ máy phát điện vào lưới (hoặc giữa các máy phát với nhau), cần đảm bảo các điều kiện kỹ thuật nghiêm ngặt nhằm tránh sự cố nghiêm trọng về điện. Dưới đây là các điều kiện cần thiết và thời gian đồng bộ 2 máy phát điện song song:

Điều kiện hòa đồng bộ 2 máy phát điện hoặc nhiều hơn

Để áp dụng hiệu quả và đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng điện, nắm rõ các điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện là gì là yếu tố rất cần thiết. Dưới đây là những điều kiện quan trọng cần đáp ứng để hai/nhiều máy phát điện có thể hoạt động song song và đồng bộ với nhau:

• Tần số phù hợp: Tần số đầu ra của máy phát cần được điều chỉnh gần với tần số của lưới điện (thường là 50Hz ở Việt Nam). Trong thực tế, người vận hành có thể đặt tần số máy phát nhỉnh hơn một chút so với lưới, để khi đóng đồng bộ, máy phát có thể cấp công suất vào hệ thống ổn định hơn.
• Điện áp ổn định: Điện áp giữa các máy phát điện hoặc giữa máy phát và lưới phải xấp xỉ bằng nhau. Mức chênh lệch không nên vượt quá ±5% để tránh hiện tượng dòng điện đột biến có thể gây tổn hại đến thiết bị điện và hệ thống đóng cắt.
• Khớp thứ tự pha và góc pha: Máy phát cần có thứ tự pha giống với hệ thống (ABC hoặc RST). Đồng thời, góc pha giữa điện áp máy phát và điện áp lưới cũng phải gần như trùng nhau để tránh hiện tượng dòng ngắn mạch hoặc dao động điện áp, có thể dẫn đến mất ổn định hệ thống.

Ngoài 3 điều kiện bắt buộc ở trên, hệ thống cần thêm 4 yếu tố sau để vận hành máy phát điện ổn định trong môi trường thực tế:

• Trang bị AVR máy phát điện và Governor để đồng bộ thông số đầu ra
• Thiết lập hệ thống bảo vệ: quá áp, thấp tần, quá dòng
• Lắp đặt giải pháp làm mát phù hợp điều kiện môi trường
• Tích hợp điều khiển tự động để tối ưu quá trình hòa đồng bộ

Điều kiện hòa đồng bộ là các máy phát phải cùng điện áp, tần số, thứ tự pha và đồng pha

Thời điểm đồng bộ 2 máy phát điện

Thời điểm hòa đồng bộ 2 máy phát điện là lúc đóng thiết bị đóng cắt, cho phép 2 máy phát đang vận hành độc lập bắt đầu làm việc song song trên cùng một hệ thống. Đây là bước then chốt để đảm bảo sự ổn định, an toàn và đồng pha của lưới điện.

Để hòa đúng thời điểm, cần đảm bảo các điều kiện sau:

• Điện áp, tần số và thứ tự pha giữa hai hệ thống phải tương đồng.
• Góc pha phải gần trùng khớp tuyệt đối – độ lệch pha tại thời điểm đóng cắt ảnh hưởng trực tiếp đến dòng điện khởi phát và độ ổn định toàn hệ thống.
• Thông thường, tần số máy phát được chỉnh cao hơn một chút so với lưới để sẵn sàng phát công suất ngay khi hòa.

Trong thực tế, việc canh đúng thời điểm hòa thủ công dễ gặp sai số do ảnh hưởng nhiễu lưới hoặc biến động tải. Vì vậy, nên sử dụng thiết bị đồng bộ tự động hoặc rơ-le hòa đồng bộ để đảm bảo thao tác chính xác, an toàn và nhanh chóng.

Thời điểm hòa đồng bộ 2 máy phát điện là khi điện áp, tần số và pha của các máy phát trùng khớp nhau

Cách kiểm tra các điều kiện trước khi hòa đồng bộ

Tần số và điện áp có thể dễ dàng kiểm tra bằng các công cụ đo chuyên dụng như Vôn kế và Tần số kế. Tuy nhiên, việc kiểm tra điều kiện pha yêu cầu thao tác cẩn thận và nghiêm ngặt hơn để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và an toàn khi hòa vào lưới điện. Cụ thể:

Kiểm tra sự đồng pha giữa máy phát điện

Khi thực hiện hòa đồng bộ hai máy phát điện, điều kiện tiên quyết là đảm bảo thứ tự pha phải chính xác tuyệt đối. Nếu chỉ một pha của máy phát điện có góc lệch so với pha tương ứng bằng 0, hệ thống sẽ đạt yêu cầu về đồng vị pha.

Trong trường hợp này, đồng vị pha chỉ được xác định khi tốc độ quay của máy phát và điện áp đã đạt đến giá trị định mức. Tuy nhiên, do sự chênh lệch nhỏ và biến thiên liên tục giữa tần số của lưới và máy phát nên góc lệch pha cũng thay đổi không ngừng. Vì vậy, thao tác đóng máy cắt điện để hòa đồng bộ mang đến nhiều rủi ro nếu không xác định chính xác góc pha. Điều này dẫn đến dòng điện sung rất lớn, làm momen điện từ trong máy phát thay đổi đột ngột, gây hư hỏng thiết bị và mất ổn định cho lưới điện.

Để đảm bảo đồng vị pha chính xác khi hòa đồng bộ, ngoài việc sử dụng các công cụ đo đạc chính xác, việc lắp đặt rơle hòa đồng bộ hoặc rơle chống hòa sai trên mạch điều khiển của máy phát là rất quan trọng, giúp bảo vệ hệ thống và tránh các sự cố không mong muốn.

Quy trình kiểm tra và đảm bảo sự đồng pha giữa các máy phát điện

Kiểm tra sự đồng pha với hệ thống lưới

Đối với hệ thống lưới mạch vòng, đồng vị pha thường được xác định từ khi thiết kế và ít thay đổi trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, do một số sai lệch về tần số và điện áp, góc pha giữa hai đầu máy cắt có thể thay đổi sang giá trị khác 0. Khi đó, việc đóng máy cắt có thể ảnh hưởng đến hệ thống, đặc biệt là có thể gây ra quá tải ở một số điểm.

Trong trường hợp góc pha thay đổi liên tục, việc đóng máy cắt trở nên phức tạp hơn nhiều, bởi vì tần số của một trong hai hệ thống không thể điều chỉnh tại chỗ mà cần phải điều chỉnh từ xa. Để đảm bảo đồng vị pha chính xác khi hòa đồng bộ với hệ thống lưới, các máy cắt cần được trang bị các thiết bị bảo vệ như rơle hòa đồng bộ hoặc rơle chống hòa sai, giúp đảm bảo sự ổn định và an toàn cho hệ thống điện khi thực hiện thao tác này.

Kiểm tra pha của máy phát với lưới điện để đảm bảo an toàn vận hành

Quy trình thực hiện thao tác hòa đồng bộ

Hiểu rõ hòa đồng bộ máy phát điện là gì sẽ giúp người thực hiện tiến hành quy trình này một cách chính xác và đúng kỹ thuật. Hiện nay, hầu hết các máy phát điện đều được trang bị hệ thống hòa đồng bộ tự động, giúp việc hòa đồng bộ trở nên đơn giản hơn. Tuy nhiên, quy trình hòa đồng bộ thủ công dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về nguyên lý máy phát điện và các bước cần thiết để hòa đồng bộ máy phát điện:

Bước 1: Xác định thứ tự pha

• Sử dụng đồng hồ đo thứ tự pha.
• Khi sử dụng điện lưới, kiểm tra chiều quay của một động cơ trên thanh cái, sau đó mở điện lưới và đóng máy phát, rồi tiến hành kiểm tra lại thứ tự pha để đảm bảo chính xác.
• Dùng Vôn kế kim đo để so sánh điện áp giữa các pha của máy phát và lưới điện khi chưa được hòa đồng bộ. Đo lần lượt điện áp giữa pha A của máy phát và pha A của lưới, pha B máy phát và pha B lưới, pha C máy phát và pha C lưới. Khi máy phát chạy, đồng hồ sẽ thay đổi điện áp từ 0 đến 2 lần Upha định mức, khi đó, hai đầu của cầu dao sẽ đúng thứ tự pha với nhau.
• Nếu các đồng hồ không thay đổi đồng thời, bạn cần điều chỉnh lại các đầu đo. Ví dụ, đổi đồng hồ đo A-A và tiến hành đo giữa B máy phát và C lưới hoặc C máy phát và B lưới. Khi các đồng hồ thay đổi đồng thời, nghĩa là thứ tự pha của hai hệ đã ngược nhau.

Sau khi hoàn tất kiểm tra thứ tự pha, bạn có thể tiếp tục đấu nối mạch mà không phải lo lắng về sự sai lệch thứ tự pha trong quá trình vận hành sau này.

Cách kiểm tra thứ tự pha để đảm bảo đồng bộ hóa chính xác

Bước 2: Đo và kiểm tra điện áp

Thao tác kiểm tra điện áp trong quá trình hòa đồng bộ máy phát điện khá đơn giản, bạn chỉ cần sử dụng hai vôn kế lắp đặt ở hai đầu của hệ thống hoặc có thể dùng một vôn kế để đo điện áp giữa pha A của máy phát và pha A của lưới điện. Khi điện áp giảm xuống mức thấp nhất, tương ứng với góc lệch pha bằng 0, đồng hồ sẽ hiển thị 0V nếu điện áp ở hai đầu bằng nhau. Nếu có sự sai lệch, trị số hiển thị trên đồng hồ sẽ khác 0, cho thấy góc lệch pha vẫn tồn tại và cần điều chỉnh.

Bước 3: Xác minh tần số

Để xác định sự chênh lệch tần số giữa máy phát điện và lưới, ngoài việc sử dụng đồng hồ đo tần số riêng biệt cho mỗi nguồn, có thể áp dụng một số phương pháp thực tế để kiểm tra chính xác:

• Sử dụng đồng bộ kế: Đây là dụng cụ đo góc lệch pha giữa hai nguồn điện. Nếu tần số của máy phát và lưới bằng nhau thì kim đồng hồ sẽ đứng yên. Ngược lại, nếu có sự chênh lệch, kim đồng hồ sẽ di chuyển nhanh hoặc chậm tùy theo mức độ chênh lệch tần số.
• Dựa vào đèn: Người dùng sẽ lắp một bóng đèn vào hệ thống và quan sát độ sáng, tắt của đèn để xác định được sự chênh lệch về tần số. Tốc độ sáng tắt của đèn càng thấp, nghĩa là độ chênh lệch tần số càng nhỏ. Mức lệch tần số lý tưởng nên nằm trong khoảng 0,2 đến 0,1 Hz, tương ứng với tốc độ sáng tắt của đèn khoảng 5 đến 10 giây.
• Dựa vào hiệu ứng hoạt nghiệm: Phương pháp này dùng đèn neon hoặc huỳnh quang chiếu vào trục quay để quan sát tốc độ tương đối. Nếu tần số khớp, trục sẽ đứng yên (độ lệch bằng 0); nếu chênh lệch, trục quay ngược hoặc chậm. Tuy nhiên, do phụ thuộc cảm quan nên độ chính xác không cao và không nên áp dụng thường xuyên.

Phương pháp kiểm tra tần số để tránh sai sót khi hòa đồng bộ 2 máy phát điện

Bước 4: Kiểm tra góc pha lệch

Để kiểm tra góc lệch pha giữa máy phát điện và lưới điện, bạn có thể sử dụng các phương pháp sau đây:

• Vị trí kim của đồng bộ kế: Nếu kim của đồng bộ kế đứng ở vị trí cao nhất, tức là góc pha bằng 0, nghĩa là máy phát đã đồng bộ với lưới điện.
• Độ sáng của đèn: Khi góc pha đạt giá trị 0, đèn sẽ tắt hoàn toàn hoặc có ánh sáng mờ nhất.  Tuy nhiên, phương pháp này có độ chính xác không cao do ảnh hưởng từ nhiệt của dây tóc bóng đèn và khả năng phân biệt ánh sáng của mắt người.
• Sử dụng Vôn kế đo pha: Khi trị số Vôn kế đạt giá trị nhỏ nhất (hoặc bằng 0), tức là góc pha đã đạt đến 0.

Sau khi hoàn tất kiểm tra các điều kiện này, bạn sẽ có được kết quả như sau:

• Điện áp của máy phát gần bằng điện áp lưới (U máy ≈ U lưới).
• Tần số của máy phát gần bằng tần số của lưới điện (tần số máy thường cao hơn).
• Góc pha dần tiến về 0, chứng tỏ quá trình hòa đồng bộ đã đạt yêu cầu.

Phương pháp thực hiện hòa đồng bộ máy phát điện

Hiện nay, có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện hòa đồng bộ máy phát điện, tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống và tình hình sử dụng tải. Khi xảy ra tình trạng thiếu tải, các máy phát điện sẽ được kích hoạt dần dần để cung cấp đủ công suất cho toàn bộ hệ thống. Dưới đây là hai phương pháp chủ yếu được sử dụng để hòa đồng bộ hai máy phát điện:

Phương pháp hòa đồng bộ chính xác

Phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện chính xác yêu cầu sự đồng nhất tuyệt đối về các yếu tố như điện áp, tốc độ quay và góc pha giữa máy phát điện và lưới điện. Để thực hiện, các bước sau cần được tuân thủ:

• Đưa về trị số của điện áp máy phát điện đã được đóng vào UF và điện áp mạng UHT.
• Điều chỉnh tốc độ quay của máy phát wF sao cho gần bằng với tốc độ góc quay của lưới wHT,  trong đó wF>>wHT.
• Điều chỉnh góc pha giữa vecto điện áp của máy phát và điện áp lưới sao cho chúng bằng nhau khi đóng máy cắt. Lúc này, góc lệch pha giữa các vecto điện áp của máy phát và lưới điện là d >> 0.

Trước khi chuẩn bị đóng một máy phát làm việc song song với các tổ máy phát điện khác thì máy đó cần phải được kích từ trước. Sau đó điều chỉnh tốc độ và điện áp của máy sao cho gần như đồng nhất với các máy phát khác trong hệ thống. Lưu ý, thời điểm thích hợp để đóng máy phát là khi điều kiện lệch điện áp giữa các máy đạt mức gần bằng không. Khi đó, dòng điện cân bằng lúc đóng tổ máy phát điện sẽ cho ra giá trị nhỏ nhất.

Phương pháp hòa đồng bộ chính xác giúp giảm thiểu sự cố và duy trì hoạt động đồng đều của các tổ máy

Phương pháp hòa đồng bộ tự động

Phương pháp hòa đồng bộ tự động giúp quá trình hòa đồng bộ máy phát điện diễn ra nhanh chóng và chính xác mà không cần sự can thiệp thủ công. Các bước thực hiện bao gồm:

• Trước khi bắt đầu quá trình hòa đồng bộ, máy phát điện không được kích từ, tức là, nguồn kích từ của máy phát điện được ngắt bằng aptomat khử từ.
• Trong suốt quá trình hòa đồng bộ, tốc độ góc quay của máy phát điện đóng vào cần phải điều chỉnh sao cho gần bằng với tốc độ góc quay của các máy phát đang hoạt động trong hệ thống.
• Sau khi tốc độ quay của máy phát đã gần bằng các máy phát khác trong hệ thống, máy phát sẽ được đóng vào lưới mà không cần phải kích từ trước.

Ngay sau khi đóng máy phát và đã đồng bộ với hệ thống, dòng kích từ sẽ tự động được đưa vào rotor, máy phát sẽ được kéo vào cùng làm việc đồng bộ với tổ máy trước.

Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn hiểu rõ hòa đồng bộ máy phát điện là gì và những phương pháp thực hiện hiệu quả. Nếu bạn đang tìm kiếm các dòng máy phát điện Mitsubishi, Isuzu, Diesel… chính hãng, chất lượng cao với với đa dạng công suất, giá thành hợp lý, đừng ngần ngại liên hệ Nhật Trường Minh để nhận tư vấn chi tiết và báo giá tốt nhất.