Параллельная работа сг кратко

Обновлено: 02.07.2024

Процесс включения генераторов на параллельную работу называется синхронизацией.

Различают 2 способа синхронизации: точная синхронизация и самосинхронизация (грубая синхронизация).

При точной синхронизации должно выполняться три условия:

-равенство частот генератора и сети; -равенство напряжений генератора и сети;

-совпадение напряжений по фазе.

Выполнение условий точной синхронизации может быть осуществлено вручную (все операции по регулированию возбуждения и подгонке частоты выполняет дежурный персонал) или автоматически (все операции по рег. возб. и подгонке частоты выполняют автоматические устройства). Также применяется ручная синхронизация с автоматич. контролем синхронизма, который запрещает включение выключателя синхронизируемой машины при несоблюдении условий синхронизации.

Недостатки: - Сложность и длительность процессов включения;

- при возникновении аварии в сети трудно выровнять частоты и напряжения;

- несоблюдение хотя бы одного из условий приводит к тяжелым авариям в сети;

- необходимость высокой квалификации персонала.

При самосинхронизации невозбужденный генератор с частотой вращения несколько меньше синхронной, включают в сеть, подают возбуждение, генератор возбуждается и втягивается в синхронизм через 1-2с. При этом, перед включением обмотка ротора должна быть замкнута на гасительное сопротивление, регулировочный реостат установлен в положение Х.Х.

В момент включения невозбужденной синхронной машины в сеть имеет место бросок тока статора и снижение напряжения в сети. Однако ток и соответствующая ЭДС меньше, чем при КЗ на выводах генератора. Падение напряжения может быть значительным, если мощность включаемой машины соизмерима с мощностью системы или превосходит ее, однако напряжение быстро восстанавливается (~через 1-2с).

Достоинства: - простота включения генератора в сеть;

- упрощается и становится более быстрой синхронизация;

- процесс легко автоматизировать;

- искл. возможность возникновения тяжелых аварий при ошибочных включениях;

- возможность вкл. генератора при колебаниях частоты и напряжения в энергосистеме.

Метод самосинхронизации является основным способом включяения на параллельную работу для машин мощностью до 3МВт. Возможность использования данного метода для машин более 3МВт ограничена допускаемым значением ЭДС в обмотке статора.

Включение машин с косвенным охлаждением данным методом рекомендуется в тех случаях, когда переходная составляющая тока статора в момент включения не превосходит 3,5-кратного значения номинального тока статора. Практически все ТГ и ГГ с косвенным охлаждением, работающие по схеме блока с повыш. тр-ми, соответствуют этому условию. Включение генераторов с непосредственным охлаждением обмоток методом самосинхр. допускается только в аварийных условиях. При работе нескольких генераторов на шины генераторного напряжения способ самосинхр. не всегда применим и допускается только в случаях когда .

В аварийных случаях методом самосинхронизации допускается включать все машины независимо от кратности тока включения и способа их охлаждения.

Вопрос 30

Синхронные компенсаторы. Назначение, параметры, охлаждение, режимы работы, системы возбуждения, пуск СК.

СК –это синхронная машина, работающая в двигательном режиме без нагрузки на валу при изменяющемся токе возбуждения. В зависимости от тока возбуждения СК может выдавать реактивную мощность в сеть или потреблять ее из сети. С помощью СК обеспечиваются лучшее распределение напряжения вдоль линий и повышение устойчивости параллельной работы.

В конструктивном отношении , СК похож на ТГ, однако выполняется на среднюю частоту вращения (750-1000 об/мин).

-ном. мощностью (опред. как длительно допустимая нагрузка при ном. напр. и ном. параметрах охлаждающей среды. S_min=2800кВА, S_m_ах=160МВА);

-ном. напряжением (устанавливается на 5 или 10% выше соотв. ном. напр. эл. сети);

-номинальным током статора (опред. по значениям ном. мощности и ном. напряжения);

-ном. током ротора(наиб. значение тока, при котором обеспечивается ном. мощность СК в режиме перевозбуждения при отклонении напр. в сети в пределах ±5%U_ном)

-потерями в номинальном режиме (потери активной мощности при номинальных условиях охлаждения для СК находятся в пределах 1,5-2,5%).

Охлаждение СК выполняется 2ух видов:

-для СК типа КС: косвенное воздушное с замкнутой системой вентиляции;

-для СК типа КСВ: косвенное водородное с охладителями газа, вмонтиров. в корпус.

В обоих типах СК принята изоляция классов B и F.

Режимы работы СК:

- режим генерации (выдачи реактивной мощности):возникает при перевозбуждении СК. Позволяет в режиме максим. нагрузок разгрузить линии, соединяющие ЭС с нагрузкой, от реактивного тока путем выдачи необходимой потребителям реактивной мощности, что улучшит условия работы сети в целом;

-режим потребления реактивной мощности: возникает при недовозбуждении СК. Применяется в режиме минимальных нагрузок, когда ЛЭП высокого и сверхвысокого напр. разгружены и возникает большая нескомпенсированная зарядная мощность, которая приводит в повышению напряжения у потребителей.

Для возбуждения СК применяют спец. системы возбуждения с устройством АРВ. Системы возбуждения СК:

- электромашинное возбуждение от генератора постоянного тока, соединенного с ротором компенсатора (применяется для СК небольшой мощности с воздушным охлаждением)

- система бесщеточного возб.: возбужд. от спец. бесщеточного возбудительного агрегата, встроенного в корпус СК (для более крупных СК с водородным охлаждением).

Наиболее распространенным способом пуска СК является реакторный пуск: СК подключается к сети выключателем Q2 через реактор, обладающий значительным индуктивным сопротивлением, благодаря чему, напряжение на выводах СК в начале пуска снижается до 40-50%ном, а пусковой ток не превышает (2-2,8)I_ном. Разворот СК обеспечивается за счет асинхр. момента, для увеличения которого предусматривается специальная обмотка, расположенная в полюсных наконечниках ротора (не требуется в СК большой мощности). Когда частота вращения СК при развороте приблизится к синхронной, подается возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм. Воздействуя на АРВ, устанавливают минимальный ток статора, а затем выключателем Q1 шунтируют реактор, включая компенсатор в сеть.

Вопрос 31

На судах обычно применяют параллельную работу генераторов, которая может быть продолжительной или кратковременной. При продолжительной параллельной работе генераторы работают в течение времени, требуемого эксплуатационными условиями. Кратковременная параллельная работа генераторов предусматривается на время перевода нагрузки с одного генераторного агрегата на другой.

Параллельная работа генераторов по сравнению с раздельной имеет целый ряд преимуществ: обеспечивается оптимальная загрузка электростанции, так как дополнительные генераторы включают только тогда, когда этого требуют эксплуатационные условия; нагрузка с одного генератора на другой переводится без перерыва питания; обеспечивается возможность пуска мощных двигателей при допустимых значениях провала напряжения; имеется возможность снизить расход топлива за счет лучшего использования мощности генераторных агрегатов; обеспечивается бесперебойное электроснабжение потребителей в случае выхода из строя одного из генераторов и другие.

Вместе с тем, параллельной работе генераторов присущи и некоторые недостатки: требуется аппаратура для их включения на параллельную работу, обслуживающий персонал должен иметь высокую квалификацию, увеличивается ток короткого замыкания, усложняется защита генераторов и возникают задачи, связанные с распределением нагрузки между ними.

э. д. с. включаемого генератора должна быть равна напряжению уже работающего генератора;
полярность выводов включаемого генератора должна совпадать с полярностью работающего. Это условие выполняется при монтаже.

На судах с электростанциями постоянного тока применяются генераторы параллельного и, чаще всего, смешанного возбуждения (рис. 1).

Рис. 1. Включение генераторов смешанного возбуждения на параллельную работу: П — потребители

Если генератор смешанного возбуждения Г1 работает и включен на шины (рубильник 1 замкнут), то для включения генератора Г2 на параллельную работу следует: запустить первичный двигатель и довести его частоту вращения до номинальной; возбудить генератор Г2 регулятором возбуждения РВ2 так, чтобы его э. д. с. Е2 стала равной или превышала (на 2—3 В) напряжение U на шинах; включить рубильник 2; перераспределить нагрузку между генераторами путем одновременного изменения э. д. с. регуляторами возбуждения РВ1 и РВ2.

Возбуждение генератора Г2 увеличивают, а Г1 — уменьшают, так чтобы напряжение на шинах оставалось номинальным. Если напряжение отличается от номинального, то одновременным поворотом РВ1 и РВ2 в нужную сторону его доводят до номинального.

Перераспределение нагрузок между генераторами легко объяснить с помощью формул:

Сопротивление якорных цепей Rя1, Rя2 генераторов и напряжение на шинах U — величины постоянные. Поэтому токи нагрузки генераторов I1 и I2 определяются величинами их э. д. с. E1 и Е2. Если э. д. с. какого-либо генератора станет меньше напряжения на шинах, ток через генератор изменит направление, а генератор перейдет в двигательный режим. Поэтому при параллельной работе предусматривается защита от обратного тока.

С увеличением общей нагрузки (рис. 2) генератор, имеющий более крутопадающую характеристику U=f(I), будет загружаться меньше. Поэтому статизм (наклон) внешних характеристик параллельно работающих генераторов должен быть обратно пропорциональным их мощностям.

Нагрузки должны распределяться с точностью 10% номинальной для генераторов равной мощности и 12% (20%) —мощности большего (меньшего) генератора для генераторов разной мощности при изменении общей нагрузки от 20 до 100%.

Рис. 2. Распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами

Устойчивая параллельная работа генераторов смешанного возбуждения возможна лишь при условии соединения одноименных выводов якорей генераторов со стороны последовательной обмотки (точки а и b на рис. 1) уравнительным проводом. При его отсутствии и увеличении частоты вращения, например генератора Г1 э.д.с. Е1 возрастет, что приведет к увеличению тока нагрузки I1, м. д. с. последовательной обмотки этого генератора увеличится и, следовательно, еще больше увеличится э.д.с. Е1 и ток I1. Второй генератор Г2 начнет разгружаться и может перейти даже в двигательный режим, т. е. работа будет неустойчивой.

При наличии уравнительного провода, параллельно соединяющего последовательные обмотки генераторов, увеличение нагрузки какого-либо из них одновременно увеличивает возбуждение и других, работа будет устойчивой. При параллельной работе генераторов смешанного возбуждения возможно их размагничивание или перемагничивание (изменение полярности). Поэтому предусматривают устройство для подмагничивания генераторов.

Генераторы параллельного возбуждения включаются на параллельную работу аналогично генераторам смешанного возбуждения, но не требуют для устойчивой работы уравнительного провода.

равенство э.д.с. включаемого генератора и напряжения цепи;
равенство частот включаемого генератора и цепи;
главное условие - совпадение углов сдвига фаз э. д. с. включаемого генератора и напряжения цепи.

Так как указанные условия должны выполняться для всех трех фаз, то необходимо, чтобы генераторы были присоединены один к другому одноименными фазами, т. е. должен соблюдаться одинаковый порядок чередования фаз. Это условие выполняется при монтаже электростанции.

Процесс включения генераторов на параллельную работу называется синхронизацией и может выполняться вручную, полуавтоматически и автоматически.

Различают три способа синхронизации генераторов: точная синхронизация, самосинхронизация и грубая синхронизация (через реактор).

Способ точной синхронизации (рис. 3): генератор включается на параллельную работу после выполнения условий синхронизации.

Рис. 3. Схема включения синхронных генераторов на параллельную работу методом точной синхронизации: П —потребители

Порядок выполнения операций при этом (считаем, что генератор Г1 работает) может быть следующий:

добиваются равенства частот включаемого генератора и цепи, изменяя частоту вращения первичного двигателя генератора Г2 посредством переключателя ПСД2 серводвигателя СД2 (частоту контролируют по частотомеру Hz2);
уравнивают при помощи регулятора возбуждения РВ2, по вольтметрам V2 и V1, э. д. с. включаемого генератора и напряжения цепи;
используя синхроноскоп S путем изменения частоты вращения генератора Г2, добиваются совпадения фаз напряжений и замыкают автомат А2 синхронизируемого генератора.

После включения генератора на параллельную работу перераспределяют нагрузки между параллельно работающими генераторами.

При синхронизации для определения момента совпадения фаз используют лампы накаливания, нулевые вольтметры и стрелочные синхроноскопы.

При включении ламп на вращение огня (см. рис. 4,б) лампа ЛЗ включена на погасание (в момент синхронизации гаснет), а лампы Л2 и Л1 включены на горение и в момент синхронизации находятся под линейным напряжением. Если лампы расположить по вершинам равностороннего треугольника, то при разной частоте вращения генераторов они будут зажигаться и гаснуть в определенном порядке. При этом будет создаваться впечатление вращающегося огня. Включение генератора должно производиться, когда вращение огня прекращается.

Синхронизация с помощью ламп очень несовершенна, поэтому дополнительно к ней иногда устанавливают нулевой вольтметр (в момент синхронизации стрелка должна стоять на нуле).

Стрелочные синхроноскопы более точны и поэтому чаще применяются на судах. Они представляют собой прибор с трехфазной обмоткой на статоре и однофазной — на роторе. Концы трехфазной обмотки синхроноскопа включены в фазы цепи, а концы роторной обмотки — на две фазы синхронизируемого генератора. Если включаемый генератор работает синхронно с цепью, то стрелка синхроноскопа устанавливается на красной черте шкалы.

При равенстве частот, но несовпадении фаз стрелка синхроноскопа отклоняется на некоторый угол в ту или иную сторону.

Если частоты не равны, то стрелка синхроноскопа будет вращаться в ту или иную сторону. Включать синхронизируемый генератор следует в тот момент, когда стрелка медленно подходит к красной черте, вращаясь по часовой стрелке.

Способ точной синхронизации обеспечивает наилучшие условия включения генераторов переменного тока на параллельную работу.

Действительно, при выполнении всех условий точной синхронизации геометрическая разность напряжений включаемого и работающего генераторов равна нулю (ΔŪ = Ū1-Ū2 = 0) и уравнительный ток в момент включения генератора Г2 равен нулю (рис. 5).

Однако включение генераторов с помощью этого способа вручную требует от обслуживающего персонала достаточного опыта. При неправильном включении генератора могут возникнуть большие броски тока и колебания напряжения. Допустим, что напряжения генераторов равны, а частоты разные: U1=U2=U; f1 ≠ f2. Тогда векторы напряжений работающего и включаемого генераторов сдвинуты на некоторый угол (см. рис.5,б). Так как угловые скорости роторов генераторов w1 и w2 разные, то угол δ будет изменяться от 0 до 180°, а геометрическая разность напряжений ΔŪ = Ū1-Ū2 будет изменяться от 0 до 2U.

В момент включения генератора Г2 появится уравнительный ток, величина которого будет определяться разностью напряжений ΔU. Активное сопротивление обмоток статоров генераторов Меньше индуктивного, поэтому вектор уравнительного тока Īур сдвинут по фазе от вектора разности напряжений ΔŪ приблизительно на угол 90°. Уравнительный реактивный ток может иметь достаточно большую величину, наибольшее его значение будет при δ = 180° (см. рис. 5,в).

Рис. 5. Диаграммы напряжений и токов при синхронизации генераторов для различных углов δ: а— δ = 0; б — 0 Следующее Предыдущее Главная страница

Особенности работы генератора на сеть большой мощности. Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции (при ограниченной мощности каждого из установленных на ней генераторов), повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов. Электрические станции, в свою очередь, объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы, позволяющие наилучшим образом решать задачу производства и распределения электрической энергии. Таким образом, для синхронной машины, установленной на электрической станции или на каком-либо объекте, подключенном к энергосистеме, типичным является режим работы на сеть большой мощности, по сравнению с которой собственная мощность генератора является очень малой. В этом случае с большой степенью точности можно принять, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности т. е. чтонапряжение сети U_c и ее частота f_c являются постоянными, не зависящими от нагрузки данного генератора.

Включение генератора на параллельную работу с сетью. В рассматриваемом режиме необходимо обеспечить возможно меньший бросок тока в момент присоединения генератора к сети. В противном случае возможны срабатывание защиты поломка генератора или первичного двигателя.

Ток в момент подключения генератора к сети будет равен нулю, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети u_с и генератора и_г :

На практике выполнение условия (6.27) сводится к выполнению трех равенств: значений напряжений сети и генератора U_cm = U_гm или U_c = U_г ; частот ω_c = ω_г или f_с = f_г ; их начальных фазα_с = α_г (совпадение по фазе векторов Ú_c и Ú_г). Кроме того, для трехфазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.

Совокупность операций, проводимых при подключении генератора к сети, называют синхронизацией. Практически при синхронизации генератора сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот f_с ≈ f_га затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжения U_c = U_г . Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (α_с = α_г) контролируется специальными приборами — ламповым и стрелочными синхроноскопами.

Ламповые синхроноскопы применяют для синхронизации генераторов малой мощности, поэтому обычно их используют в лабораторной практике. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети (рис. 6.32, а). На каждую лампу действует напряжение Δu = u_с — u_г , которое при f_с ≠ f_г изменяется с частотой Δf = f_c - f_г , называемойчастотой биений (рис. 6.32,б). В этом случае лампы мигают. При f_с ≈ f_г разность Δи изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают.

Рис. 6.32. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа (а) и кривые изменения напряжений и_с и и_гперед включением генератора (б)

Обычно генератор подключают к сети в тот момент, когда разность напряжений Δu на короткое время становится близкой нулю, т. е. в середине периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов Ú_c и Ú_г . Для более точного определения этого момента часто применяют нулевой вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля. После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты его вращения, т. е. обеспечение условия n₂ = n₁ , происходит автоматически.

Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при f_с ≠ f_г стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности. частот f_с - f_г , в одну или другую сторону в зависимости от того, какая из этих частот больше. При f_с = f_г стрелка устанавливается на нуль; в этот момент и следует подключать генератор к сети. На электрических станциях обычно используют автоматические приборы для синхронизации генераторов без участия обслуживающего персонала.

Довольно часто применяют метод самосинхронизации, при котором генератор подключают к сети при отсутствии возбуждения (обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление). При этом ротор разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной (допускается скольжение до 2%), за счет вращающего момента первичного двигателя и асинхронного момента, обусловленного индуцированием тока

Рис. 6.33. Упрощенные векторные диаграммы неявнополюсного генератора при параллельной работе с сетью

в демпферной обмотке. После этого в обмотку возбуждения подают постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. При методе самосинхронизации в момент включения генератора возникает сравнительно большой бросок тока, который не должен превышать 3,5I_{a ном} .

Синхронный компенсатор

Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без нагрузки на валу; при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения cos φ или в режиме стабилизации напряжения.

Обычно электрическая сеть, питающая электроэнергией промышленные предприятия, нагружена током I_н, отстающим по фазе от напряжения сети U_c (рис. 6.55, а). Это объясняется тем, что от сети получают питание асинхронные двигатели, у которых реактивная составляющая тока довольно велика. Для улучшения cos φ сети синхронный компенсатор должен работать в режиме перевозбуждения. При этом ток возбуждения регулируется так, чтобы ток якоря Í_асинхронного компенсатора опережал на 90° напряжение сети Ú_c (рис. 6.55, а) и был примерно равен реактивной составляющей Í_н.р тока нагрузки Í_н . В результате сеть загружается только активным током нагрузки Í_с = Í_н.а .

При работе в режиме стабилизации напряжения ток возбуждения синхронного компенсатора устанавливается постоянным, причем такого значения, чтобы ЭДС компенсатора Е₀ равнялась номинальному напряжению сети U_c.ном (рис. 6.55, б). В сети при этом имеется некоторый ток I_н , создающий падение напряжения ΔU ≈ I_н R_c cos φ + I_н X_c sin φ, где R_c и Х_с — активное и индуктивное сопротивление сети; φ — угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока сети.

Рис. 6.55. Векторные диаграммы синхронного компенсатора: а — в режиме улучшения cos φ сети; б, в, г — в режиме стабилизации напряжения

Если напряжение сети в точке подключения синхронного компенсатора несколько понижается из-за возрастания тока нагрузки I_н и становится меньше U_с.ном , то синхронный компенсатор начинает забирать из сети реактивный опережающий ток Í_а (рис. 6.55, в). Это уменьшает падение напряжения в ней на величину ΔU_к = I_a X_c . При повышении напряжения в сети, когда U_c > U_с.ном , синхронный компенсатор загружает сеть реактивным отстающим током Í_а(рис. 6.55, г), что приводит к увеличению падения напряжения на величину ΔU_к = I_aX_c . При достаточной мощности синхронного компенсатора колебания напряжения в сети не превышают 0,5 —1,0 %. Недостатком указанного метода стабилизации напряжения является то, что синхронный компенсатор загружает линию реактивным током, увеличивая потери в ней.

Схема подключения синхронного генератора к электрической сети на параллельную работу с другими генераторами показана на рис. 2.

Рассмотрим кратко условия и процесс подключения синхронного генератора к сети на параллельную работу.

Включая генератор для параллельной работы с другими генераторами, необходимо принять меры, исключающие возможность возникновения больших толчков тока и ударных электромагнитных сил, способных вызвать повреждение генератора или нарушение работы электрической сети, в которую включается генератор.

Для возможности параллельной работы необходимо равенство напряжений включаемого генератора UT и сети Uc или уже работающего генератора UT.р; напряжения UT и Uc должны быть в фазе. Равенство напряжений генератора и сети достигается регулированием скорости вращения включаемого генератора путем воздействия на регулятор скорости первичного двигателя или изменения величины тока возбуждения генератора.

Частота включаемого генератора должна быть равна частоте сети. Чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково.

Кроме того, необходимо, чтобы проверяемые вольтметровым переключателем ВП напряжения генератора и сети, взятые между любыми двумя проводами, были равны по величине и противоположны по фазе. Противоположность фаз напряжений генератора и сети между всеми тремя парами проводов возможна только при одинаковом порядке чередования фаз сети и генератора.

При точном соблюдении указанных условий векторы напряжений (рис. 2, а) генератора и сети совпадут, разности напряжений будут равны нулю и не будет толчков тойа при включении генератора в сеть.

Несоблюдение условий синхронизации может привести к возникновению между генератором и сетью крайне нежелательных и, при известных условиях, опасных для обмоток генератора уравнительных токов.

При рассмотрении способов и схем синхронизации целесообразно кратко ознакомиться с процессом наступления момента синхронизации. Для такого ознакомления удобнее всего воспользоваться приведенным на рис. 2, г. графиком напряжений сети и генератора. В процессе синхронизации из-за некоторого несовпадения частот эти напряжения периодически оказываются близкими то к положению совпадения фаз, то к положению противоположности фаз. Фазы совпадают, когда напряжения действуют согласно, и противоположны, когда напряжения действуют встречно. Это приводит к тому, что все лампы схемы, приведенной на рис. 2, б, периодически то ярко светятся, то гаснут, а одна из ламп схемы, показанной на рис. 2, в, гаснет в то время, как остальные две лампы этой схемы светятся ярко. Таким образом, с помощью ламп, включенных по схеме, приведенной на рис. 2, б или в, определяют с необходимой точностью момент совпадения частот генератора и сети по фазе, равенство частот и порядок чередования фаз.

Читайте также: