Hòa đồng bộ máy phát điện là gì? Khái niệm & Phương pháp phổ biến

Hòa đồng bộ máy phát điện là một kỹ thuật quan trọng giúp nhiều máy phát điện có thể hoạt động song song, phối hợp nhịp nhàng để cung cấp nguồn điện ổn định, liên tục và an toàn. Phương pháp này đặc biệt cần thiết trong các hệ thống điện công nghiệp, khu công nghiệp, bệnh viện, tòa nhà lớn hay các công trình đòi hỏi nguồn điện dự phòng mạnh mẽ. 

Vậy  hòa đồng bộ máy phát điện là gì, chức năng và cách hoạt động như thế nào hãy cùng Dianyo Powergen tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây: 

Hòa đồng bộ máy phát điện là gì?

Hòa đồng bộ máy phát điện là kỹ thuật kết nối song song hai hoặc nhiều máy phát điện vào cùng một hệ thống điện chung. Khi đó, các máy sẽ phối hợp hoạt động để cung cấp nguồn điện ổn định, liên tục và đáp ứng tải lớn hơn. Phương pháp này đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt, đảm bảo các máy phát điện có cùng tần số, điện áp và pha trước khi ghép nối. Nếu thực hiện không đúng quy trình, hệ thống có thể gặp sự cố nghiêm trọng như chập điện, sụt áp hoặc hư hỏng thiết bị.

Tại Việt Nam, hòa đồng bộ máy phát điện đang trở nên phổ biến trong các khu công nghiệp, nhà máy sản xuất, bệnh viện, tòa nhà thương mại lớn… nơi yêu cầu nguồn điện liên tục và ổn định, đặc biệt khi lưới điện quốc gia không đáp ứng đủ công suất hoặc có nguy cơ mất điện đột xuất. 

Ngoài ra, quá trình hòa đồng bộ còn giúp cân bằng tốc độ quay và điện áp giữa các máy phát, đồng bộ các thông số điện để tránh xung đột và tối ưu hiệu suất vận hành.

Chức năng của hòa đồng bộ máy phát điện

Hòa đồng bộ máy phát điện đảm nhiệm nhiều chức năng quan trọng giúp hệ thống vận hành ổn định, an toàn và hiệu quả. Chi tiết như sau: 

- Xác định thời điểm hòa đồng bộ: Đảm bảo các máy phát điện công nghiệp có cùng tần số, điện áp và góc pha trước khi ghép nối vào hệ thống. Việc xác định chính xác thời điểm hòa đồng bộ giúp tránh hiện tượng sốc tải hoặc hư hỏng thiết bị.

- Ra lệnh thao tác các thiết bị tự động đóng cắt: Hệ thống điều khiển sẽ gửi lệnh đóng cắt tới các thiết bị phù hợp, đảm bảo quá trình hòa đồng bộ diễn ra chính xác và nhanh chóng.

- Bảo vệ máy phát và hệ thống: Tích hợp các cơ chế bảo vệ khi có sự cố về điện áp, tần số hoặc mất pha, giúp ngăn ngừa thiệt hại cho máy phát điện và toàn bộ lưới điện.

- Điều khiển quá trình phân chia tải: Sau khi hòa đồng bộ, tải điện sẽ được phân bổ hợp lý giữa các máy phát điện, tối ưu hiệu suất và giảm hao mòn thiết bị.

- Đảm bảo ổn định điện áp và tần số: Giữ cho nguồn điện luôn ở mức điện áp và tần số ổn định, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống điện, đặc biệt quan trọng với các thiết bị nhạy cảm.

Khi nào nên hòa đồng bộ máy phát điện?

Hòa đồng bộ máy phát điện là giải pháp mang lại nhiều lợi ích nhưng không phải lúc nào cũng cần áp dụng vì chi phí đầu tư hệ thống hòa đồng bộ tương đối cao và đòi hỏi kỹ thuật phức tạp. Các trường hợp cần tiến hành hòa đồng bộ máy phát điện:

- Khi công suất yêu cầu vượt quá khả năng của một máy phát điện: Nếu tải tiêu thụ lớn hơn công suất của một tổ máy, việc hòa đồng bộ giúp kết hợp nhiều máy phát điện để đáp ứng nhu cầu điện năng.

- Khi muốn tối ưu chi phí nhiên liệu trong điều kiện phụ tải thay đổi: Hệ thống hòa đồng bộ cho phép linh hoạt vận hành số lượng máy phù hợp với tải, từ đó tiết kiệm nhiên liệu và giảm hao mòn thiết bị.

- Khi cần mở rộng công suất với máy phát điện hiện có: Nếu bạn đã sở hữu một máy phát điện nhưng nhu cầu điện năng tăng, hòa đồng bộ với máy mới sẽ giúp tăng tổng công suất mà không cần thay toàn bộ hệ thống.

- Khi hệ thống phải hoạt động liên tục 24/7: Hòa đồng bộ giúp phân chia tải và luân phiên vận hành, đảm bảo hệ thống hoạt động bền bỉ và ổn định trong thời gian dài.

Tại Việt Nam, với đặc thù thời tiết khắc nghiệt xảy ra nhiều mưa bão, ngập lụt và tình trạng lưới điện quốc gia đôi khi không ổn định, hòa đồng bộ máy phát điện trở thành giải pháp thiết yếu cho nhiều doanh nghiệp, xưởng sản xuất, trung tâm dữ liệu, công trình, nhà máy, bệnh viện và tòa nhà lớn.

Điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện

Để hòa đồng bộ máy phát điện thành công và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, các máy phát điện phải đáp ứng 3 điều kiện cơ bản sau:

- Điện áp của các máy phát điện phải bằng nhau: Độ sai lệch điện áp không được vượt quá ±5%. Trong điều kiện Việt Nam, nơi điện áp thường xuyên dao động, hệ thống cần được trang bị thiết bị điều chỉnh điện áp (AVR) chất lượng cao để đảm bảo sự ổn định.

- Tần số các máy phát điện phải bằng nhau: Nếu tần số không đồng nhất, tải sẽ phân chia không đều, gây quá tải cho một số máy và dẫn đến hư hỏng. Ở Việt Nam, hệ thống điện sử dụng tần số chuẩn 50Hz, vì vậy các thiết bị điều khiển và giám sát cần được hiệu chỉnh phù hợp.

- Thứ tự pha phải giống nhau: Trình tự pha đúng là yêu cầu bắt buộc để tránh hiện tượng ngắn mạch hoặc sự cố nguy hiểm khi hòa đồng bộ.

Ngoài 3 điều kiện bắt buộc trên, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm, nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt, hệ thống cần có thêm các thiết bị hỗ trợ:

- Thiết bị điều chỉnh điện áp và tần số chất lượng cao: AVR và bộ điều tốc (governor) giúp điều chỉnh điện áp và tần số chính xác, đảm bảo phân chia tải hợp lý.

- Thiết bị đo lường và bảo vệ cho từng tổ máy: Bao gồm rơ-le bảo vệ quá dòng, bảo vệ điện áp, bảo vệ tần số và các hệ thống giám sát hiện đại.

- Hệ thống làm mát hiệu quả: Giúp máy phát điện duy trì nhiệt độ làm việc ổn định, tránh quá nhiệt trong điều kiện thời tiết nóng bức.

- Hệ thống điều khiển tự động: Giảm thiểu sai sót trong quá trình vận hành và đảm bảo sự ổn định khi lưới điện biến động.

Với việc đáp ứng đầy đủ các điều kiện trên, hòa đồng bộ máy phát điện sẽ giúp hệ thống điện hoạt động bền bỉ, an toàn và tiết kiệm chi phí vận hành cho doanh nghiệp.

Thời điểm hòa đồng bộ máy phát điện

Thời điểm hòa đồng bộ máy phát điện là lúc thực hiện thao tác đóng thiết bị đóng cắt để đưa các máy phát điện đang hoạt động độc lập vào làm việc song song trong cùng một hệ thống, đây là bước quyết định vì nó quyết định đến sự an toàn và ổn định của toàn bộ mạng lưới điện. Để quá trình hòa đồng bộ diễn ra chính xác máy phát điện  công nghiệp cần đáp ứng đồng thời các yêu cầu sau:

- Cùng điện áp, tần số và thứ tự pha: Các thông số này phải được xác nhận bằng thiết bị đo lường chính xác. Nếu điện áp hoặc tần số chênh lệch, hệ thống có thể xảy ra sốc điện hoặc phân tải không đều.

- Cùng pha tại thời điểm đóng cắt: Độ lệch pha càng nhỏ thì quá trình hòa đồng bộ càng êm và an toàn. Trong thực tế tại Việt Nam, việc đồng bộ pha chính xác có thể gặp khó khăn do nhiễu từ lưới điện, vì vậy cần hệ thống đo và điều chỉnh pha hiện đại.

Lưu ý quan trọng

• Thao tác hòa đồng bộ nên được thực hiện bởi kỹ thuật viên có kinh nghiệm để tránh sự cố.

• Nên trang bị hệ thống điều khiển và giám sát tự động nhằm giảm thiểu sai sót trong quá trình đóng cắt.

Các phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện

Hiện nay, có hai phương pháp phổ biến để hòa đồng bộ máy phát điện nhanh chóng và hiệu quả: hòa đồng bộ chính xác và hòa đồng bộ tự động.

Phương pháp 1: Hòa đồng bộ chính xác

Phương pháp này yêu cầu kỹ thuật viên điều chỉnh thủ công các thông số của máy phát điện sao cho khớp hoàn toàn với hệ thống trước khi đóng vào lưới. Các bước thực hiện gồm: 

- Điều chỉnh điện áp: Đưa điện áp của máy phát điện (UF) bằng với điện áp của mạng (UHT). Trong điều kiện nguồn điện không ổn định ở Việt Nam, bước này đòi hỏi sự tinh chỉnh liên tục và sử dụng thiết bị đo lường chất lượng cao.

- San bằng tốc độ góc quay: Điều chỉnh tốc độ góc quay của máy phát điện (wF) bằng với tốc độ góc quay của mạng (wHT). Việc đồng bộ tốc độ quay đảm bảo sự khớp nối về mặt cơ học giữa các tổ máy.

- Đồng bộ góc pha: Làm cho góc pha của vectơ điện áp máy phát điện trùng khớp với góc pha của mạng tại thời điểm đóng máy cắt. Góc lệch pha phải gần bằng 0 để dòng điện cân bằng nhỏ nhất, giảm nguy cơ sốc tải.

Lưu ý: Với đặc thù điện áp lưới ở Việt Nam thường dao động lớn, việc đảm bảo độ lệch điện áp gần bằng 0 cần quy trình vận hành nghiêm ngặt và thiết bị đo lường hiện đại.

Phương pháp 2: Hòa đồng bộ tự động

Phương pháp này sử dụng hệ thống điều khiển tự động, giúp giảm thiểu sai sót của con người và tăng độ chính xác. Quy trình gồm:

- Không kích từ trước khi hòa đồng bộ: Máy phát điện chưa được kích từ (APTOMAT khử từ ở trạng thái cắt).

- Điều chỉnh tốc độ quay: Tốc độ góc quay của máy phát điện phải xấp xỉ với tốc độ của các máy đang vận hành.

- Thực hiện hòa đồng bộ: Khi tốc độ quay đạt yêu cầu, máy phát điện được đóng vào hệ thống. Ngay sau đó, dòng kích từ sẽ được đưa vào roto, giúp máy phát điện hòa nhịp và làm việc đồng bộ với các máy khác.

Thách thức của hòa đồng bộ máy phát điện tại Việt Nam

Hòa đồng bộ máy phát điện mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và kỹ thuật, tuy nhiên tại Việt Nam, việc triển khai giải pháp này phải đối mặt với những thách thức đặc thù, đòi hỏi các doanh nghiệp và đơn vị vận hành phải có phương án tối ưu phù hợp.

- Chất lượng nhiên liệu diesel không đồng đều: Nhiên liệu chứa nhiều tạp chất hoặc hàm lượng lưu huỳnh cao ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất máy phát và gây dao động trong quá trình vận hành.

- Điều kiện khí hậu khắc nghiệt: Nhiệt độ cao, độ ẩm lớn và môi trường nhiều bụi bẩn làm giảm tuổi thọ thiết bị, đặc biệt với các bộ điều khiển điện tử và hệ thống làm mát.

- Lưới điện quốc gia không ổn định: Dao động điện áp và tần số gây khó khăn trong việc hòa đồng bộ máy phát điện với lưới, đặc biệt trong mùa mưa bão.

- Thiếu nhân lực kỹ thuật chất lượng cao: Việc vận hành, giám sát và bảo dưỡng hệ thống hòa đồng bộ đòi hỏi kỹ sư có chuyên môn sâu, nhưng nguồn nhân lực này tại Việt Nam còn hạn chế.

Giải pháp thích ứng hòa đồng bộ máy phát điện cho điều kiện Việt Nam

Từ kinh nghiệm triển khai thực tế, Dianyo Powergen đưa ra một số giải pháp đã chứng minh hiệu quả trong việc nâng cao độ ổn định và tuổi thọ hệ thống:

- Sử dụng hệ thống lọc nhiên liệu kép: Giúp loại bỏ tạp chất, nước và các hạt bẩn, đảm bảo nhiên liệu sạch trước khi đưa vào động cơ.

- Lắp đặt hệ thống điều hòa cho phòng đặt máy: Duy trì nhiệt độ và độ ẩm ổn định, bảo vệ các thiết bị điều khiển điện tử, tăng độ tin cậy khi vận hành lâu dài.

- Trang bị bộ AVR (Automatic Voltage Regulator) cao cấp: Giúp máy phát phản ứng nhanh trước các biến động điện áp, đảm bảo nguồn điện ra luôn ổn định.

- Đào tạo chuyên sâu cho kỹ thuật viên: Trang bị kiến thức và kỹ năng xử lý sự cố, tối ưu quy trình vận hành và bảo dưỡng hệ thống.

Các bước thao tác hòa đồng bộ máy phát điện

Bước 1: Kiểm tra thứ tự pha

- Sử dụng đồng hồ đo thứ tự pha.

- Quan sát chiều quay của động cơ khi dùng điện lưới, sau đó so sánh với khi dùng máy phát.

- Dùng Vôn kế kim đo điện áp giữa các pha của máy phát và lưới. Khi giá trị điện áp thay đổi đồng thời từ 0 đến 2 lần Upha định mức, thứ tự pha là đúng. Nếu không đồng thời, cần đổi lại dây đấu pha cho đúng thứ tự.

Bước 2: Kiểm tra điện áp

Dùng 2 vôn kế ở 2 đầu hoặc một vôn kế đo giữa pha A của máy và lưới. Khi điện áp bằng nhau và góc lệch pha = 0, đồng hồ sẽ hiển thị 0V.

Bước 3: Kiểm tra tần số

Tần số kế riêng của máy phát và lưới chỉ cho biết giá trị, không thể đo chính xác độ chênh lệch. Cách kiểm tra hiệu quả:

- Đồng bộ kế: Nếu kim đứng yên, tần số bằng nhau; nếu di chuyển, điều chỉnh cho tốc độ quay kim chậm nhất.

- Dùng đèn báo: Tốc độ chớp tắt càng chậm, chênh lệch tần số càng nhỏ. Nên duy trì độ lệch 0,1–0,2 Hz.

Bước 4: Kiểm tra góc lệch pha

- Quan sát vị trí kim đồng bộ kế: kim ở vị trí cao nhất nghĩa là góc pha = 0.

- Dùng vôn kế đo phách: giá trị điện áp thấp nhất ứng với góc pha = 0.

Kết luận 

Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực cung cấp và lắp đặt máy phát điện, Dianyo Powergen không chỉ mang đến những sản phẩm chất lượng cao từ các thương hiệu uy tín, mà còn cung cấp dịch vụ hòa đồng bộ máy phát điện đạt chuẩn kỹ thuật, an toàn tuyệt đối. Liên hệ ngay với Dianyo Powergen  để được tư vấn và báo giá máy phát điện nhập hẩu đến từ các thương hiệu như Dianyo, Cummins, Yuchai, Weichai, Mitsubishi,...  cùng dịch vụ hòa đồng bộ chuyên nghiệp, giúp hệ thống điện của bạn vận hành ổn định 24/7, sẵn sàng trước mọi sự cố điện lưới.