Nghiên cứu, thiết kế, ứng dụng hệ thống tách tổ máy 300MW ra khỏi lưới điện khi sự cố tần số lưới giảm thấp để giữ điện tự dùng cho nhà máy

Giải pháp được tạo ra lần đầu tiên trong Công ty cổ phần nhiệt điện Phả lại và trong tỉnh không trùng với bất cứ tài liệu nào được công bố trong Công ty và trong tỉnh.
GIẢI KHUYẾN KHÍCH
(Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Côn Sơn lần III - 2011)
- Chủ nhiệm: KS. Nguyễn Khắc Sơn
- Đơn vị: Công ty cổ phần Nhiệt điện Phả lại, Chí Linh, Hải Dương.
1. Thời gian tạo ra giải pháp: Ngày 10 tháng 6 năm 2007
2. Tóm tắt giải pháp:
Hiện nay Hệ thống điện Việt nam có tổng công suất huy động nguồn khoảng 8.000MW được tập chung chủ yếu ở miền Bắc và miền Nam. Hệ thống truyền tải bao gồm hệ thống 500KV Bắc-Nam, hệ thống lưới điện khu vực 220KV và 110 KV. Nhìn chung nguồn điện cung cấp và lưới truyền tải của Hệ thống điên Việt nam những năm gần đây đã được củng cố và phát triển mạnh mẽ, nhưng so với các nước phát triển thì vẫn được coi là yếu kém. Điều này được thể hiện ở một số điểm sau:
- Lưới truyền tải khu vực đã cũ chưa được nâng cấp kịp thời. Sự chênh lệch về phụ tải vào các giờ cao điểm, thấp điểm; giữa ngày làm việc và ngày nghỉ chênh nhau rất lớn có thể lên tới 40% đến 50%.
- Vào mùa khô, Mùa nóng, giờ cao điểm trong ngày thường thiếu hụt công suất do đó phải cắt điện phụ tải hoặc làm cho chất lượng điện năng (Điện áp, Tần số) bị vi phạm.
- Tổng công suất hệ thống điện nhỏ trong khi công suất đặt của một số tổ máy lớn (300MW) dẫn đến khi có sự cố tổ máy công suất lớn thường gây ra sự cố Tần số cho Hệ thống; và một số nguyên nhân khác.
Mỗi khi có sự cố Tần số, hệ thống sa thải phụ tải theo Tần số sẽ tự động cắt bớt phụ tải để cân bằng công suất. Nếu hệ thống sa thải phụ tải theo Tần số hoạt động không tin cậy; hoặc tổ máy có công suất lớn bị sự cố cắt ra khỏi hệ thống; hoặc cùng một lúc sự cố vài tổ máy thì sẽ có nguy cơ tan rã Hệ thống điện.
Khi hệ thống điện bị tan rã sẽ làm cho các nhà máy phát điện phải ngừng hoạt động sau đó sẽ khởi động lại. Việc khởi động lại các nhà máy phát điện sau sự cố lưới là rất phức tạp do không có điện tự dùng (trừ các nhà máy có chế độ “Khởi động đen” như một số nhà máy thuỷ điện).
Để giải quyết vấn đề duy trì điện Tự dùng phục vụ khởi động lại nhà máy điện sau sự cố tan rã hệ thống, hầu hết các nước có hệ thống điện yếu kém, đặc biệt là các nhà máy Nhiệt điện ở Việt man đều phải có phương án chủ động tách tổ máy ra khỏi Hệ thống để giữ điện Tự dùng khi sự cố Tần số có nguy cơ rã lưới.
Dây chuyền II (DC2) Công ty Cổ phần Nhiệt điện Phả lại gồm 02 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 300MW, được đưa vào vận hành từ năm 2002. Đây là những tổ máy có công suất lớn nhất hiện nay tham gia vận hành trong Hệ thống điện Quốc gia. Mỗi khi sự cố tổ máy đều ảnh hưởng rất lớn đến sự vận hành ổn định của Hệ thống điện và nội bộ Nhà máy. Hơn nữa do đặc điểm của tổ máy có công suất lớn nên mỗi khi bị ngừng, đặc biệt là ngừng do sự cố tan rã hệ thống điện thì việc khôi phục để hoà lại tổ máy với lưới rất phức tạp và kéo dài thời gian.
Vì những lý do trên nên yêu cầu đặt ra là khi có sự cố Tần số gây rã lưới thì DC2 cần có một tổ máy được tách khỏi lưới phải duy trì vận hành độc lập giữ tự dùng cho nhà máy (Tách lưới giữ tự dùng) để có điều kiện khôi phục nhanh lại ổn định của Hệ thống cũng như của Nhà máy sau sự cố. Hiện tại mạch Tách lưới giữ tự dùng không có trong thiết kế khi xây dựng mới.
Phương pháp thích hợp nhất hiện nay là khi có sự cố Tần số lưới thì một tổ máy vẫn được kết nối duy trì cấp điện cho Hệ thống cho đến khi rã lưới (nếu xảy ra) còn một tổ máy sẽ tự động tách khỏi hệ thống để giữ tự dùng cho Nhà máy khi Tần số hệ thống giảm đến giới hạn định trước, sau đó hòa trở lại khi Tần số lưới ổn định.
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế mạch tự động cắt tổ máy ra khỏi hệ thống điện khi lưới bị sự cố và duy trì tổ máy không bị ngừng để nhanh chóng hòa lại tổ máy với lưới điện ( gọi tắt là Mạch tự động tách lưới giữ tự dùng)
3. Tính mới:
Giải pháp được tạo ra lần đầu tiên trong Công ty cổ phần nhiệt điện Phả lại và trong tỉnh không trùng với bất cứ tài liệu nào được công bố trong Công ty và trong tỉnh.
4. Tính sáng tạo:
- Đưa ra được phương án tối ưu, lựa chọn phương thức đảm bảo cấp điện tự dùng cho nhà máy với số lượng phụ tải cao nhất, duy trì tải tự dùng lớn nhất có thể.
- Đảm bảo tổ máy tách ra giữ điện Tự dùng cho nhà máy an toàn, chất lượng điện tự dùng nằm trong giới hạn cho phép. Các thiết bị của tổ máy hoạt động ổn định để duy trì chế độ vận hành này cho đến khi hòa lại tổ máy với lưới
- Duy trì ổn định cho hệ thống điện ở mức cao nhất.
Sơ đồ hoạt động của hệ thống  đơn giản, dễ vận hành, tận dụng tối đa vật tư, thiết bị đã có và không làm ảnh hưởng có hại đến các thiết kế đã có từ trước.
5. Hiệu qủa kinh tế - xã hội
- Giúp cho việc sản xuất điện của Công ty an toàn, liên tục, ổn định và góp phần ổn định cho lưới điện.
- Giảm đánh kể chi phí khôi phục lại Nhà máy khi có hệ thống điện góp phần giảm chi phí sản xuất
Hiệu quả kinh tế đem lại: 2.092.423.405 đồng
6. Khả năng áp dụng: Áp dụng hiệu quả cho Công ty cổ phần Nhiệt điện và các Công ty Nhiệt điện khác.
7. Thành tích của công trình: Giải Ba Hội thi STKT tỉnh Hải Dương lần VI (2008-2009).
 