Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc biến đổi sức nước thành năng lượng điện. Để hiểu vì sao hệ thống này quan trọng và phải được kiểm soát một cách chi tiết, chúng ta cần xem xét vai trò và tác động của hệ thống điều tốc đối với hoạt động của nhà máy thủy điện. Bài viết dưới đây sẽ cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin, để hiểu được từ A-Z về cách hoạt động, cách vận hành của hệ thống này trong nhà máy.

Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện là gì?

Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện (Governor System) là một phần quan trọng của nhà máy thủy điện và các nhà máy sản xuất điện khác. Chức năng chính của hệ thống là điều chỉnh tốc độ và công suất của tuabin thủy điện hoặc turbine khí hay tua bin hơi để đáp ứng nhu cầu sản xuất điện và duy trì ổn định của hệ thống điện.

Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện hoạt động bằng cách điều khiển lưu lượng nước vào tuabin. Chúng sử dụng các cảm biến và bộ điều khiển để theo dõi tốc độ quay của tuabin và điều chỉnh lưu lượng nước để duy trì tốc độ mong muốn. Điều này đảm bảo rằng nhà máy điện có thể cung cấp điện năng ổn định và điều chỉnh công suất theo nhu cầu của lưới điện, đồng thời ngăn ngừa các tình huống quá tải hoặc rã lưới.

Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện cũng có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị và đảm bảo an toàn hoạt động của nhà máy thủy điện, bằng cách kiểm soát các thay đổi đột ngột trong điều kiện hoạt động của turbine.

Theo thông tư 40/2014/TTBCT: “Hệ thống điều tốc là một hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ của tổ máy luôn ở giá trị định mức khi tổ máy ở chế độ vận hành bình thường, đồng thời đảm bảo được các chức năng sau:

– Khởi động tự động hoặc bằng tay tổ máy.

– Chạy không tải tổ máy.

– Đảm bảo tổ máy làm việc trên lưới ở các chế độ: “Công suất”, “Tần số”, “Điều khiển nhóm” và “Bù đồng bộ”.

– Đảm bảo chuyển đổi tổ máy từ chế độ công suất sang chế độ bù và ngược lại.

– Tự động chuyển từ các chế độ “công suất”, “điều khiển nhóm” sang chế độ “tần số” khi tần số lưới vượt quá giá trị cho phép.

– Dừng tổ máy trong chế độ bù.

– Dừng bình thường và dừng sự cố tổ máy.”

Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện được sử dụng ở đâu?

Hệ thống điều tốc được sử dụng trong các tổ máy phát điện trong các nhà máy điện như nhiệt điện, thủy điện…Tuy nhiên phạm vi bài viết này chúng ta đề cập đến hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện.

Các tín hiệu của hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện

Thông thường một hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện cần phải có các tín hiệu cơ bản sau:

• Tín hiệu đo tốc độ.
• Tín hiệu đo tần số.
• Tín hiệu đo công suất tác dụng.
• Tín hiệu cột nước.
• Tín hiệu phản hồi vị trí cánh hướng.
• Tín hiệu điều khiển van.
• Tín hiệu đóng máy cắt đầu cực (hòa lưới).
• Các tín hiệu khác.

Cấu trúc chung của một hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện

Vai trò, ý nghĩa của hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện

Hệ thống điều tốc đóng vai trò điều chỉnh công suất tua bin khi nối lưới, đối với tua bin thủy điện thì hệ thống điều tốc thực chất là điều chỉnh lưu lượng nước vào tua bin bằng cách thay đổi độ mở cánh hướng. Nhiệm vụ của hệ thống điều tốc là phải cảm nhận được sự thay đổi này để đảm bảo mang lại một sự cân bằng cần thiết trong hệ thống.

Thành phần chính của hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện

Thông thường người ta thường chia hệ thống điều tốc thành hai phần chính là hệ thống điều tốc phần cơ khí và hệ thống điều tốc phần điện, trong đó mỗi hệ thống thường bao gồm các thiết bị thành phần được đề cập chi tiết bên dưới.

• Hệ thống điều tốc phần cơ khí:

Hệ thống điều tốc phần cơ khí gồm có:

+ Các van tay.

+ Van tỷ lệ, van phân phối chính.

+ Các bơm dầu bồn dầu áp lực, bể dầu.

+ Servor motor điều khiển cánh hướng

Hình ảnh hệ thống điều tốc phần cơ khí

• Hệ thống điều tốc phần điện:

Hệ thống điều tốc phần điện bao gồm:

+ Tủ điều khiển hệ thống điều tốc (có các module và bộ điều khiển trung tâm).

+ Tủ điều khiển bơm dầu.

+ Các cảm biến đo tốc độ.

+ Cảm biến đo độ mở.

Hình ảnh một tủ điều tốc điện

Lưu ý khi tìm kiếm giải pháp thay thế, cải tạo cho hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện

Trong những năm gần đây sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo  khiến hệ thống điện điện mất ổn định vì các nguồn năng lượng tái tạo phụ thuộc điều kiện thời tiết theo ngày theo giờ.

Để đạt yêu cầu ổn định hệ thống điện, Bộ Công Thương phát hành các thông tư số 25/2016/TT-BCT và thông tư 30/2019/TT-BCT. Trong các công văn yêu cầu các tổ máy công suất ≥30MW phải thực hiện được điều tần sơ cấp, thứ cấp và PSS. Đứng trước đòi hỏi mới của hệ thống điện đối với các tổ máy công suất >30MW, các tổ máy đang vận hành trên hệ thống điện Việt Nam đa số được thiết kế và vận hàng từ 10 năm trước, thời điểm chưa có yêu cầu này. Do vậy các tổ máy đều không được thiết kế phục vụ cho việc điều tần sơ cấp và thứ cấp từ ngay từ ban đầu. Có hai giải pháp để giải quyết vấn đề trên đối với hệ thống điều tốc trong các nhà máy thủy điện này:

Giải pháp 1: Hiệu chỉnh và thử nghiệm trên hệ thống điều tốc hiện hữu. Việc này thường gặp khó khăn do thiết kế phần cứng thường đã quá cũ, phần mềm đã quá lỗi thời và không phù hợp để hiệu chỉnh đáp ứng các yêu cầu điều tần (Thực tế các tổ máy tại Việt Nam cho thấy rất ít tổ máy thành công với phương án này).

Giải pháp 2: Thay thế hệ thống điều tốc cũ bằng hệ thống điều tốc mới hiện đại và đáp ứng các yêu cầu của thông tư số 25/2016/TT-BCT và thông tư 30/2019/TT-BCT.

Các phương pháp nâng cấp, thay thế hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện

Khi lựa chọn phương án thay thế hệ thống điều tốc cũ bằng hệ thống điều tốc mới có 3 phương án khách hàng có thể lựa chọn:

Phương án 1: Chỉ thay thế phần tủ điều khiển giữ lại hệ thống cơ khí nếu xét thấy hệ thống cơ khí vẫn hoạt động tốt ổn định, công nghệ vẫn chưa lỗi thời.

Phương án 2: Thay thế cả phần tủ điều khiển và phần các van cơ khí, van phân phối chính (ngăn kéo chính), giữ lại hệ thống bơm dầu nạp khí của điều tốc bao gồm các bơm dầu, giữ lạiservomotor cánh hướng. Thông thường phương án này thường được áp dụng cho các nhà máy hiện tại sử dụng công nghệ cũ dùng động cơ bước cho điều khiển van phân phối chính.

Phương án 3: Thay thế toàn bộ phần tủ điện điều khiển, tủ điều khiển bơm dầu nạp khí, các bơm dầu, các cảm biến tốc độ, độ mở. Phương án này áp dụng để thay thế toàn bộ hệ thống điều tốc khi hệ thống điều tốc cũ đã quá lạc hậu về công nghệ và cần phải thay thế toàn bộ hệ thống điều tốc.

Tùy vào tình hình tài chính và tình trạng vận hành của tổ máy mà khách hàng có thể lựa chọn một trong 3 phương án trên để nâng cấp cải tạo hệ thống điều tốc.

Các hãng sản xuất hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện?

Trên thị trường thế giới hiện nay có một số hãng sản xuất hệ thống điều tốc nổi tiếng như sau:

• Hãng GE (Nexus Controls) với giải pháp hệ thống Nexus Oncore.
• Hãng Andrizt Hydro.
• Hãng Dongfang (Trung Quốc).
• Hãng Voith.

Các tài liệu tham khảo về hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện

Tìm hiểu và học về hệ thống điều tốc có thể dựa trên nhiều tài liệu và tài nguyên khác nhau. Dưới đây là một số tài liệu và cách bạn có thể tìm hiểu về hệ thống điều tốc:

• Tiêu chuẩn IEC 60308 link
• Thông tư 25/2016/TT-BCT link
• Thông tư 30/2019/TT-BCT link
• Thông tư 40/2014/TT-BCT link

Bên cạnh đó, bạn cũng có thể tìm kiếm các tài liệu hướng dẫn về hệ thống điều tốc từ các nguồn khác như: trường học và các hệ thống giáo dục đào tạo về hệ thống điều tốc, khóa học trực tuyến, tài nguyên từ nhà sản xuất hoặc tham gia các hội thảo hội nghị tổ chức bởi chuyên gia…

Như vậy, bài viết trên đây đã cập nhật thông tin tổng quan về hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện. Để tìm hiểu chi tiết hơn về hệ thống điều tốc, vui lòng tìm đọc các bái viết tiếp theo của chúng tôi, hoặc liên hệ để được giải đáp thắc mắc.