Điện dự phòng cho nhà máy thường xếp thành ba lớp: UPS giữ điện không gián đoạn cho thiết bị nhạy như máy chủ, bộ điều khiển; máy phát điện gánh các tải quan trọng sau vài giây tới vài chục giây; và phương án hai nguồn cấp từ lưới để giảm số lần phải dùng tới máy phát. Không nhà máy nào cần dự phòng cho mọi thiết bị; việc đầu tiên là phân loại tải.
Mất điện vài phút với văn phòng chỉ là phiền, nhưng với lò nung, dây chuyền ép nhựa, kho lạnh, phòng sạch có thể là cả mẻ hàng hỏng, khuôn kẹt, thiết bị hư. Phần dưới giúp chủ nhà máy và người phụ trách kỹ thuật đặt câu hỏi đúng trước khi mua máy phát hay UPS, và tránh các lỗi khiến hệ dự phòng không chạy đúng lúc cần.
Phân loại tải trước khi chọn thiết bị
Bước đầu tiên là liệt kê tải và xếp vào nhóm. Ví dụ trong bảng mang tính minh hoạ; mỗi ngành có cách xếp riêng.
| Nhóm tải | Chịu gián đoạn được bao lâu | Ví dụ | Lớp dự phòng phù hợp |
|---|---|---|---|
| Không được gián đoạn | Không chịu được cả nửa giây | Máy chủ, bộ điều khiển dây chuyền, thiết bị đo trong phòng thí nghiệm | UPS, phía sau có máy phát |
| Gián đoạn ngắn được | Vài giây tới vài chục giây | Bơm tuần hoàn lò, quạt hút hoá chất, kho lạnh, chiếu sáng thoát nạn | Máy phát có bộ chuyển nguồn tự động |
| Gián đoạn dài được nhưng có thiệt hại | Vài chục phút | Một phần dây chuyền, máy nén khí, điều hoà khu sản xuất | Máy phát nếu đủ công suất, hoặc dừng có kiểm soát |
| Chờ được tới khi có điện | Hàng giờ | Văn phòng, khu phụ trợ, kho thường | Không cần dự phòng hoặc chỉ chiếu sáng |
Phân loại tốt giúp chọn máy phát nhỏ hơn nhiều so với tổng công suất nhà máy, và thiết kế tủ điện tách tải ưu tiên ra mạch riêng.
Máy phát điện: chọn công suất và đặt ở đâu
Công suất máy phát không tính bằng cách cộng công suất mọi tải ưu tiên. Động cơ khi khởi động kéo dòng lớn gấp nhiều lần lúc chạy, nên trình tự khởi động sau khi chuyển sang máy phát rất quan trọng: đóng lần lượt từng nhóm tải thay vì đóng tất cả cùng lúc. Tải có biến tần, thiết bị điện tử công suất gây sóng hài, làm máy phát nóng và dao động điện áp; cần báo cho nhà cung cấp để chọn máy phù hợp.
Vị trí đặt máy phát cần thông gió tốt, đường thoát khí xả không thổi vào khu làm việc hay nhà bên cạnh, cách âm nếu gần khu dân cư, có bồn dầu với khay chống tràn, lối cho xe tiếp dầu và xe cẩu khi thay thế. Phòng máy phát và bồn dầu nằm trong hồ sơ phòng cháy chữa cháy của nhà máy. Ở vùng hay ngập, nền phòng máy phải cao hơn mức ngập, nếu không máy phát chết đúng lúc mưa bão cắt điện.
Lượng dầu dự trữ quyết định chạy được bao lâu. Bạn nên tính theo kịch bản mất điện dài nhất có thể chấp nhận, và có hợp đồng cung cấp dầu khẩn cấp. Dầu để lâu trong bồn cũng xuống cấp, cần kiểm và luân chuyển định kỳ.
UPS: giữ điện trong khoảng trống vài giây
Vai trò. Khi điện lưới mất, máy phát cần vài giây tới vài chục giây để khởi động và nhận tải. UPS lấp khoảng trống đó bằng pin, để máy chủ, bộ điều khiển không bị khởi động lại, không mất dữ liệu, dây chuyền không bị dừng loạn.
Chọn đúng loại. UPS trực tuyến chuyển đổi kép cấp điện sạch liên tục, hợp thiết bị nhạy; UPS kiểu tương tác đường dây rẻ hơn, hợp tải ít nhạy. Thời gian lưu điện chỉ cần đủ để máy phát nhận tải và thêm biên an toàn, không cần hàng giờ.
Pin là điểm yếu. Pin UPS xuống cấp theo thời gian và nhiệt độ. Phòng đặt UPS cần mát, pin cần kiểm định kỳ và thay theo khuyến cáo. Nhiều sự cố UPS không giữ được tải đến từ pin đã chai mà không ai biết.
Không gánh tải lớn. Dùng UPS cho động cơ lớn hay máy nén thường không kinh tế. Tải đó để máy phát gánh, hoặc thiết kế dừng có kiểm soát.
Phòng cháy. Dãy pin lớn, nhất là pin lithium, có yêu cầu phòng cháy riêng; đặt trong phòng riêng có thông gió và thiết bị phát hiện phù hợp.
Hai nguồn cấp từ lưới: lớp dự phòng ít người tính tới
Phần lớn sự cố mất điện của nhà máy xuất phát từ lưới phân phối trung thế: một cây đổ, một sự cố trên tuyến, một lần cắt để sửa chữa. Nếu nhà máy có thể nhận điện từ hai tuyến trung thế độc lập, xuất phát từ hai trạm 110 kV hoặc hai phân đoạn khác nhau, thì khi một tuyến có vấn đề, tuyến kia vẫn cấp được. Lớp này giảm đáng kể số lần phải chạy máy phát.
Không phải khu công nghiệp nào cũng có điều kiện cấp hai nguồn. Đây là câu nên hỏi ngay khi chọn lô, cùng với câu về trạm 110 kV. Nếu có, nhà máy cần thoả thuận với điện lực về cách đấu nối, chi phí đầu tư thêm, và thiết bị chuyển nguồn phía trung thế. Với nhà máy có tải quan trọng lớn, chi phí này thường thấp hơn thiệt hại từ một lần dừng dây chuyền đột ngột.
Ngay cả khi có hai nguồn, máy phát vẫn cần cho trường hợp mất điện diện rộng, như khi thiếu nguồn phải tiết giảm theo khu vực hay sau bão lớn. Hai lớp bổ sung cho nhau, không thay thế nhau.
Bộ chuyển nguồn tự động và chuyện đóng điện ngược
Bộ chuyển nguồn tự động theo dõi điện lưới; khi mất điện, nó ra lệnh khởi động máy phát, chờ máy ổn định rồi chuyển tải sang máy phát; khi lưới có lại, nó chờ một khoảng thời gian để chắc lưới ổn định rồi chuyển tải về lưới và cho máy phát chạy nguội trước khi tắt. Khoá liên động giữa hai nguồn là bắt buộc để không bao giờ máy phát và lưới cùng đóng vào một thanh cái.
Lỗi nguy hiểm nhất là đóng điện máy phát ngược lên lưới. Nếu không có khoá liên động đúng, điện từ máy phát có thể đi ngược qua máy biến áp lên lưới trung thế, gây nguy hiểm chết người cho công nhân điện lực đang sửa chữa đường dây mà tưởng đã cắt điện. Đây là lý do việc đấu máy phát vào hệ thống điện nhà máy phải do người có chuyên môn thiết kế, thi công và được nghiệm thu.
Với nhà máy có điện mặt trời mái nhà, cần tính thêm phối hợp giữa biến tần mặt trời, máy phát và bộ chuyển nguồn. Biến tần nối lưới có thể không nhận máy phát làm nguồn chuẩn, hoặc đẩy công suất ngược vào máy phát khi tải thấp, gây sự cố. Thiết kế phải xử lý cả hai trường hợp.
Bảo trì và chạy thử: hệ dự phòng chỉ tốt bằng lần thử gần nhất
Nhiều nhà máy có máy phát, có UPS, nhưng khi mất điện thật thì hệ thống không chạy. Lịch bảo trì dưới đây là khung chung; chi tiết theo khuyến cáo của nhà sản xuất thiết bị.
- Chạy máy phát không tải định kỳ ngắn để kiểm khởi động, ắc quy đề, nhiên liệu.
- Chạy có tải thật hoặc tải giả định kỳ, vì máy chỉ chạy không tải lâu ngày dễ đóng muội, khi cần chạy tải nặng lại yếu.
- Thử chuyển nguồn thật: cắt điện lưới có kế hoạch, xem bộ chuyển nguồn, máy phát, UPS phối hợp đúng như thiết kế.
- Kiểm pin UPS, thay theo tuổi và kết quả đo, không chờ hỏng.
- Kiểm dầu, lọc, nước làm mát, đường khí xả; kiểm chất lượng dầu trong bồn.
- Ghi nhật ký mọi lần chạy thử, mọi lần mất điện thật, thời gian chuyển nguồn đo được.
- Huấn luyện ca trực: ai làm gì khi mất điện, thứ tự đóng lại tải, khi nào gọi nhà cung cấp.
Lần thử chuyển nguồn thật đầu tiên thường làm lộ ra những lỗi không ai ngờ: tải ưu tiên bị đấu nhầm sang mạch thường, trình tự khởi động sai, đèn thoát nạn không lên. Thử khi chủ động vẫn tốt hơn phát hiện khi mất điện thật.
Mất điện chớp nhoáng và sụt áp: thiệt hại ít ai đếm
Không phải sự cố nào cũng là mất điện kéo dài. Lưới trung thế có thiết bị tự đóng lại: khi có sự cố thoáng qua như cành cây chạm dây, máy cắt mở ra rồi tự đóng lại sau một khoảng ngắn. Với người dùng, đó là một lần chớp đèn. Với dây chuyền có bộ điều khiển, biến tần, máy ép, một lần chớp có thể làm dừng toàn bộ, khởi động lại mất nhiều phút, thậm chí làm hỏng sản phẩm đang gia công.
Sụt áp ngắn khi một nhà máy bên cạnh khởi động tải lớn, hay khi có sự cố ở xa trên lưới, cũng gây hiện tượng tương tự với thiết bị nhạy. Những sự cố này không làm máy phát khởi động vì điện không mất hẳn, nhưng vẫn gây dừng máy. Nhà máy hay gặp tình trạng "dây chuyền tự dừng không rõ lý do" nên đặt thiết bị ghi chất lượng điện năng tại tủ tổng một thời gian để biết nguyên nhân.
Giải pháp tuỳ mức độ: UPS cho bộ điều khiển, cài đặt biến tần cho phép vượt qua sụt áp ngắn, bộ ổn áp động cho các khu nhạy. Ví dụ giả định: một xưởng ép nhựa bị dừng máy vài lần mỗi tháng vào mùa mưa; sau khi đặt UPS nhỏ cho bộ điều khiển từng máy, số lần dừng giảm rõ dù lưới vẫn chớp như cũ.
Dừng có kiểm soát cho phần tải không có dự phòng
Phần tải không được máy phát gánh vẫn cần kịch bản. Dừng có kiểm soát nghĩa là khi mất điện kéo dài, các thiết bị được đưa về trạng thái an toàn theo thứ tự đã định, thay vì dừng ngẫu nhiên theo lúc điện tắt. Ví dụ: đóng van cấp nguyên liệu trước, xả áp hệ thống, rút khuôn ra khỏi vị trí kẹp, đưa băng tải về vị trí trống.
Kịch bản này cần được viết thành quy trình cho từng khu vực, gắn tại vị trí làm việc bằng hình minh hoạ, huấn luyện cho từng ca. Thời gian UPS lưu điện và thời gian máy phát nhận tải phải đủ để chạy hết các bước của kịch bản. Nếu không đủ, phải xếp các bước quan trọng nhất lên trước hoặc tăng thời gian lưu điện.
Kịch bản khởi động lại sau khi có điện cũng quan trọng không kém. Đóng tất cả cùng lúc khi điện lưới trở lại có thể gây quá tải, nhảy máy cắt tổng, hoặc làm hỏng thiết bị chưa kịp kiểm tra. Thứ tự khởi động lại, ai được phép đóng tải, cần kiểm những gì trước khi chạy lại dây chuyền đều nên ghi rõ.
Câu hỏi thường gặp
Có cần máy phát đủ công suất cho cả nhà máy không?
Thường không cần. Phân loại tải rồi chọn máy phát cho nhóm tải quan trọng, kết hợp dừng có kiểm soát phần còn lại, là cách phổ biến và kinh tế hơn. Chỉ một số ngành đặc thù mới cần dự phòng gần như toàn bộ.
UPS có thay được máy phát không?
Không. UPS lưu điện bằng pin trong thời gian ngắn, đủ để lấp khoảng trống chờ máy phát nhận tải hoặc để tắt máy an toàn. Muốn chạy tiếp trong thời gian dài vẫn cần máy phát hoặc nguồn khác.
Vì sao máy phát chạy thử thì tốt mà mất điện thật lại không gánh nổi?
Nguyên nhân hay gặp là chỉ chạy thử không tải, nên máy không được kiểm khi gánh tải thật; hoặc nhiều động cơ khởi động cùng lúc khi chuyển nguồn, kéo dòng vượt khả năng máy. Chạy thử có tải và sắp xếp trình tự khởi động sẽ khắc phục.
Đấu máy phát vào nhà máy có cần báo điện lực không?
Hệ thống máy phát dự phòng phải có khoá liên động để không phát ngược lên lưới. Việc đấu nối nên do đơn vị có chuyên môn làm và theo yêu cầu kỹ thuật trong thoả thuận với điện lực; hỏi điện lực nơi đấu nối để biết thủ tục cụ thể.
Hai nguồn cấp từ lưới có đắt không?
Có chi phí đầu tư thêm cho tuyến cáp và thiết bị chuyển nguồn trung thế, tuỳ khoảng cách và điều kiện lưới khu vực. Với nhà máy có tải quan trọng lớn, chi phí đó thường được so với thiệt hại của các lần dừng sản xuất đột ngột.
Bao lâu nên thử chuyển nguồn thật một lần?
Theo khuyến cáo của nhà sản xuất thiết bị và quy trình nội bộ; nhiều nhà máy thử theo định kỳ cố định và sau mỗi lần thay đổi lớn về tải hoặc tủ điện. Quan trọng là có kế hoạch, có ghi chép và có người chịu trách nhiệm.
