Tại sao máy phát điện bị mất điện áp khi có tải? Nguyên nhân thường gặp và cách khắc phục

Tại sao điện áp chỉ sụt khi tải được kết nối

Một máy phát điện hoạt động bình thường khi không tải nhưng bị sụt điện áp ngay khi thiết bị được kết nối thường đang cho thấy một dấu hiệu hữu ích: máy vẫn có thể tạo điện áp, nhưng không thể duy trì dòng kích từ và điện áp đầu cực khi nhu cầu dòng điện tăng lên. Trong thực tế vận hành, sự khác biệt này rất quan trọng. Nó giúp bạn tránh lãng phí thời gian kiểm tra sai bộ phận trong hệ thống.

Đối với các đội ngũ bảo trì, câu hỏi thực tế đầu tiên không phải là “Máy phát điện có bị hỏng không?” mà là “Điều gì thay đổi khi có tải?”. Dòng điện tăng, từ thông thay đổi, tốc độ có thể giảm, các mối nối yếu có thể nóng lên, và bất kỳ điểm yếu nào trong mạch kích từ cũng sẽ trở nên rõ ràng hơn. Kiểm tra bằng bóng đèn có thể vẫn đạt, nhưng khi khởi động động cơ hoặc đưa tải quy trình vào, vấn đề có thể lộ rõ chỉ trong vài giây.

Trong dịch vụ thiết bị điện, đặc biệt là các tổ máy sử dụng trong ứng dụng chu trình hỗn hợp khí hoặc hơi, tình trạng điện áp không ổn định khi có tải hiếm khi chỉ do một hư hỏng nghiêm trọng duy nhất. Thông thường, đó là chuỗi nhiều vấn đề nhỏ: độ sụt tốc nhẹ của động cơ, tín hiệu cảm nhận của AVR ở mức giới hạn, cuộn dây bị lão hóa hoặc một mối nối vốn “đủ tốt” cho đến khi tải phản kháng làm bộc lộ điểm yếu.

Bắt đầu bằng cách phân biệt đơn giản: quá tải, sụt tốc độ hay mất kích từ

Nếu điện áp đầu cực giảm đồng thời với tần số, trước tiên hãy nghi ngờ tốc độ của động cơ sơ cấp. Đối với tổ máy dẫn động bằng động cơ, tốc độ thấp sẽ trực tiếp làm giảm tần số và thường kéo điện áp giảm theo. Nguyên nhân có thể là đáp ứng của bộ điều tốc, vấn đề về nguồn nhiên liệu, đường nạp khí bị hạn chế hoặc bước tải vượt quá khả năng tiếp nhận ổn định của động cơ sơ cấp. Một sai lầm phổ biến là điều chỉnh điện áp trước khi xác nhận tốc độ định mức khi có tải.

Nếu tần số vẫn ổn định nhưng điện áp giảm mạnh, việc kiểm tra sẽ chuyển sang hệ thống kích từ, mạch cảm nhận hoặc tình trạng stato/rôto. Đây là dạng hiện tượng điển hình hơn khi AVR, bộ kích từ, các linh kiện chỉnh lưu hoặc lớp cách điện cuộn dây không còn hoạt động đúng yêu cầu.

Và đúng vậy, đôi khi nguyên nhân thực sự là quá tải. Không chỉ là quá tải tổng công suất kW, mà còn có thể là tải có hệ số công suất thấp, dòng khởi động lớn của động cơ hoặc sự phân bố pha không đều tạo ra vấn đề cục bộ trước khi đạt đến giới hạn trên nhãn máy.

Các vấn đề về AVR thường gặp, nhưng không phải mọi trường hợp sụt điện áp đều là lỗi AVR

Bộ điều chỉnh điện áp tự động thường là bộ phận đầu tiên bị quy trách nhiệm, và đôi khi điều đó là chính xác. Nếu AVR không thể tăng kích từ đủ nhanh hoặc tín hiệu đầu vào cảm nhận không ổn định, máy sẽ bị sụt áp khi có tải. Bạn có thể nhận thấy hiện tượng dao động, thời gian phục hồi kéo dài hoặc tình trạng điện áp thấp ổn định sau khi nhận tải.

Trước khi thay thế bộ điều chỉnh, hãy kiểm tra các yếu tố cơ bản xung quanh nó:

• Dây tín hiệu cảm nhận bị lỏng hoặc ăn mòn
• Cài đặt AVR không chính xác sau các lần bảo trì trước đó
• Cầu chì bị cháy hoặc nguồn cấp cho mạch kích từ bị yếu
• Nối đất kém hoặc nhiễu ảnh hưởng đến tín hiệu phản hồi điện áp

Kinh nghiệm thực tế cho thấy nhiều yêu cầu xử lý “AVR bị hỏng” thực chất lại xuất phát từ vấn đề đấu dây hoặc hiệu chuẩn. Nếu AVR có thể điều chỉnh, hãy so sánh các cài đặt với dữ liệu chạy thử và đưa vào vận hành của nhà sản xuất trước khi tùy ý xoay các biến trở. Việc điều chỉnh ngẫu nhiên có thể che giấu nguyên nhân gốc và gây ra tình trạng vận hành không ổn định về sau.

Tình trạng cuộn dây và các bộ phận quay cần được chú ý nhiều hơn mức thường thấy

Một máy phát điện vẫn có thể tạo ra điện áp không tải chấp nhận được ngay cả khi cuộn dây đã xuống cấp, nhưng sau đó sụp áp khi có tải vì dòng điện gây ứng suất lên khu vực yếu. Vì vậy, chỉ riêng điện trở cách điện không thể phản ánh toàn bộ tình trạng. Có thể cần so sánh điện trở cuộn dây, kiểm tra chỉ số phân cực, so sánh xung khi phù hợp, đồng thời kiểm tra kỹ các điểm nóng, sự đổi màu, nhiễm bẩn hoặc hiện tượng hư hỏng lớp vecni.

Ở các máy không chổi than, điốt quay bị hỏng là một nguyên nhân điển hình làm giảm kích từ khi có tải. Máy có thể tạo điện áp, nhưng không có đủ dòng điện trường khi nhu cầu tăng lên. Ở các máy sử dụng vành trượt, chổi than bị mòn, áp lực chổi than không phù hợp, vành trượt bẩn hoặc tiếp xúc không đều cũng có thể tạo ra triệu chứng tương tự theo một cách khác.

Điều này đặc biệt liên quan đến các tổ máy công nghiệp lớn, trong đó phương pháp làm mát và kết cấu bên trong ảnh hưởng đến khả năng tiếp cận để kiểm tra. Trên thực tế, các máy có công suất từ 1.5 MW đến 400MW có thể biểu hiện lỗi rất khác nhau tùy thuộc vào việc chúng sử dụng làm mát bằng không khí, làm mát bên trong bằng không khí, làm mát bên trong bằng nước kép hay làm mát bằng nước-hydro-hydro. Các bước kiểm tra phải phù hợp với thiết kế máy, không chỉ dựa trên triệu chứng.

Các mối nối kém gây tổn hao điện áp thực sự, không chỉ tạo ra cảnh báo giả

Đầu cực lỏng, đầu cốt bị oxy hóa, mối nối thanh cái bị nứt và cáp không đủ tiết diện đều có thể gây sụt điện áp đo được khi có dòng điện chạy qua. Đây là một trong những nguyên nhân thường bị bỏ sót nhất, vì máy phát điện thường bị quy trách nhiệm trong khi tổn hao thực sự nằm ở mạch điện đầu ra hoặc đường trung tính.

Một thói quen tốt là so sánh điện áp tại các đầu cực máy phát và tại phía tải trong cùng một sự kiện. Nếu điện áp đầu cực của máy được duy trì tốt hơn số đo ở phía hạ lưu, thì vấn đề nằm ở tổn hao phân phối, không hoàn toàn do bên trong máy phát điện. Chụp ảnh nhiệt, kiểm tra mô-men siết và đo sụt áp mili-vôn trên các mối nối nghi ngờ thường nhanh hơn việc tháo rời sâu hệ thống điện.

Khi loại tải mới là vấn đề thực sự

Không phải mọi loại tải đều có đặc tính giống nhau. Động cơ lớn, máy nghiền, máy nén và một số cấu hình biến tần có thể tạo ra dòng khởi động lớn hoặc dòng điện giàu sóng hài, làm sụt điện áp ngay cả khi tải vận hành trung bình có vẻ vẫn chấp nhận được. Trong những trường hợp này, nhận định “điện áp sụt khi có tải” là đúng, nhưng vấn đề sâu xa hơn nằm ở khả năng tương thích của tải và đáp ứng quá độ.

Đây là lúc việc hiểu rõ định mức và ứng dụng của máy trở nên quan trọng. Trong các chế độ phát điện chu trình hỗn hợp và các chế độ phát điện sạch, hiệu suất cao khác, các tổ máy thường được lựa chọn theo đặc tính công suất phản kháng, phương án làm mát, cấu hình số cực và yêu cầu về độ ổn định của lưới điện hoặc quy trình. Máy hai cực và bốn cực có thể hoạt động khác nhau về các ràng buộc lắp đặt và đáp ứng động, vì vậy các quyết định bảo trì luôn phải phù hợp với hồ sơ thiết kế và đặc tính vận hành thực tế.

Đối với các đội ngũ làm việc với nhiều loại tổ máy khác nhau, việc lưu hồ sơ về những tổ máy nhạy cảm hơn với quá trình khởi động động cơ, hệ số công suất dẫn hoặc việc đưa tải lớn vào đột ngột sẽ rất hữu ích. Điều này giúp tiết kiệm đáng kể thời gian trong các lần xử lý sự cố lặp lại.

Trình tự xử lý sự cố thực tế thường mang lại hiệu quả

Trong thực tế, một trình tự hợp lý có giá trị hơn một danh sách lý thuyết dài:

• Xác nhận tốc độ và tần số khi có tải, không chỉ khi chạy không tải.
• Đo điện áp đầu cực giữa các pha và giữa pha với trung tính, sau đó so sánh với phía tải.
• Kiểm tra mức tải, hệ số công suất nếu có thể và xác định hiện tượng sụt áp xảy ra với mọi tải hay chỉ với một số thiết bị nhất định.
• Kiểm tra nguồn cấp AVR, dây tín hiệu cảm nhận, các cài đặt và đáp ứng kích từ.
• Kiểm tra các mối nối, tiếp điểm máy cắt, mối nối thanh cái và các điểm trung tính xem có bị nóng hoặc lỏng hay không.
• Kiểm tra tình trạng rôto và stato nếu các bước kiểm tra cơ bản chưa giải thích được triệu chứng.

Trình tự này giúp tránh sai lầm phổ biến là tháo rời máy trước khi xác nhận động cơ sơ cấp thực sự duy trì tốc độ định mức hoặc đường cáp không phải là nguồn gây sụt áp.

Quyết định sửa chữa phải phản ánh cấp máy, không chỉ triệu chứng lỗi

Đối với các tổ máy dự phòng nhỏ, việc thay AVR hoặc xử lý vấn đề ở đầu cực có thể khá đơn giản. Đối với các tổ máy công nghiệp lớn và tổ máy hỗ trợ lưới điện, phạm vi quyết định rộng hơn: điều chỉnh kích từ, lập kế hoạch kiểm tra rôto, thời gian dừng máy, khả năng cung cấp phụ tùng và việc tuân thủ các tiêu chuẩn của máy đều cần được xem xét. Thiết bị được chế tạo theo IEC60034-3 hoặc GB/T7064 của Trung Quốc cần được đánh giá theo các yêu cầu thiết kế và thử nghiệm liên quan, thay vì áp dụng các quy tắc kinh nghiệm chung.

Các nhà sản xuất có kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực máy tua-bin thường tiếp cận vấn đề theo cách khác. Ví dụ, SINO-QNP hoạt động trong các lĩnh vực máy phát điện, tua-bin khí, tua-bin hơi và máy nén, vì vậy việc xử lý sự cố thường được gắn với toàn bộ cụm máy thay vì chỉ tập trung vào phần điện. Điều này rất quan trọng khi khiếu nại về điện áp thực tế lại liên quan đến điều kiện quy trình, đặc tính hoạt động của thiết bị ghép nối hoặc sự tương tác điều khiển ở cấp cụm thiết bị. Để tham khảo, dòng Máy phát điện của họ bao gồm nhiều loại kết cấu và cấp công suất khác nhau, cho thấy chiến lược bảo trì nên tuân theo cấu hình máy thay vì áp dụng một danh sách kiểm tra chung cho mọi trường hợp.

Nếu một tổ máy chỉ bị mất điện áp khi có tải, đừng xem đó là một triệu chứng điện mơ hồ. Thông thường, đây là một manh mối chẩn đoán khá cụ thể. Hãy kiểm tra xem máy có bị giảm tốc độ hay không, kích từ có tăng lên hay không, dòng điện có bị tổn hao qua các mối nối kém hay không và bản thân tải có phù hợp với cấu hình hay không. Trong nhiều trường hợp, nguyên nhân sẽ nhanh chóng được xác định khi thực hiện đo trong chính thời điểm tải thực sự xuất hiện, thay vì chờ đến sau khi máy đã bị ngắt bảo vệ.