Параллельная работа синхронных генераторов кратко
Обновлено: 02.07.2024
Для включения генераторов на параллельную работу они должны ыть синхронизированы. Существует два принципиально различных споба синхронизации: способ точной синхронизации и способ самосинзнизации.
Способ точной синхронизации состоит в том, что включаемый генерар предварительно приводят во вращение и возбуждают. В момент лючения его на параллельную работу с работающим генератором неводимо обеспечить следующие условия синхронизации:
1) порядок следования фаз у включаемого генератора должен совпать с порядком следования фаз работающего генератора (или сети, которую включается генератор);
2) напряжения включаемого и работающего генераторов должны ь равны по значению и совпадать по фазе; равенства напряжений добиваются изменением силы тока в обмотке возбуждения;
3) частота тока включаемого генератора должна быть равна частоте ка работающего; этого достигают, изменяя частоту вращения включаемого генератора.
Если все эти условия выполнены, включаемый генератор можно рубильником или выключателем соединить с работающим.
Взаимодействие между вращающимися магнитными полями Фс1, и Фс2 статорных обмоток параллельно работающих генераторов и магнитными полями Фp1 и Ф p2 электромагнитов роторов показано на рисунке 10.4. Векторы Фс1 и Фс1 вращаются синхронно с угловой частотой ω и совпадают по фазе в каждый момент времени. Векторы Фp1 и Фp2 также вращаются синхронно между собой и с векторами Ф с . Но углы ψ 1 , и ψ 2 сдвига фаз магнитного поля статора и ротора могут изменяться в различных пределах в зависимости от нагрузки. Если эти углы равны между собой, это означает, что оба генератора несут одинаковую активную нагрузку (если их номинальные мощности равны). Для того чтобы один из генераторов принял большую нагрузку, необходимо воздействовать на регулятор оборотов первичного двигателя этого генератора, повысить вращающий момент на его валу.
Последующее увеличение угла ψ укажет на то, что генератор принял добавочную нагрузку. Так, угол ψ2 (рис. 10.4, б) больше угла ψ1, (рис. 10.4, а), поскольку этот генератор (рис. 10.4, б) нагружен больше.
Чтобы один из генераторов взял на себя часть реактивной мощности, нужно усилить ток возбуждения генератора. Одновременно с увеличением нагрузки вновь включенного генератора необходимо снижать нагрузку работающих генераторов, так как в противном случае возрастет частота.
С целью предотвращения повышения напряжения при увеличении тока возбуждения вновь включенного генератора следует снизить ток возбуждения у работавших ранее генераторов.
Точной синхронизации добиваются при помощи специально предназначенного для этого прибора — синхроноскопа. Для контроля равенства напряжений используют два вольтметра, один из которых измеряет напряжение работающего генератора, а другой — подключаемого. Равенство частот устанавливают по двум частотомерам.
По окончании монтажа генератора, предназначенного для параллельной работы, перед вводом его в эксплуатацию проверяют порядок следования фаз (рис. 10.5). Между зажимами генератора (на рубильнике P1) и шинами сети, с которой генератор будет работать параллельно, включают по две последовательно соединенные электрические лампы. Каждая лампа рассчитана на фазное напряжение сети. Затем приводят в действие генератор и включают рубильник Р2 (при отключенном Р1).
Если векторы напряжений сети и генератора не совпадают по фазе, а также имеется разница в частотах сети и генератора, но чередование фаз оказалось одинаковым, то все три пары ламп будут гаснуть и загораться одновременно.
Если же чередование фаз в генераторе и сети неодинакбвы, то загорание и погасание ламп в различных фазах не совпадают по времени. В этом случае меняют местами два отходящих от генератора линейных провода (остановив предварительно генератор) и вновь проверяют совпадение фаз. Затем маркируют зажимы генератора соответственно фазам сети, а лампы снимают.
На электростанции, где включают генераторы на параллельную работу, приборы, предназначенные для синхронизации, устанавливают на специальных синхронизационных колонках. Ниже рассмотрены некоторые схемы точной синхронизации.
Схема 1. Колонка синхронизации СК (рис. 10.6) состоит из двух параллельных цепей: в Одну последовательно включены две лампы Л, а в другую — вольтметр V0 и лампа Л. От каждого из генераторов к синхронизационной колонке отходит по одному проводу от одно- именных фаз. Цепи синхронизации замыкаются по нулевому проводу на фазные обмотки генератора. Между проводами от фаз генераторов и синхронизационным устройством смонтированы штепсельные розетки 1, 2, 3.
Предположим, что синхронизируется с сетью генератор № 1. Его пускают в ход и, меняя частоту вращения первичного двигателя и силу тока возбуждения генератора, устанавливают по частотомеру Hz и вольтметру V частоту и напряжение, равные сетевым. После этого двумя штепселями замыкают контакты 1 и 3. Продолжая изменять частоту вращения включаемого генератора в небольших пределах и ток возбуждения, добиваются синхронизма. Его наступление фиксируется потуханием ламп Л и нулевым показанием вольтметра V0. При приближении стрелки вольтметра к нулю включают рубильник Р1. Генератор синхронизирован. Колонку синхронизации сразу же отключают (выключают штепселя 1 и 3). Оставлять штепселя в гнездах недопустимо, ибо при отключенных генераторах на их зажимах окажется напряжение сети, что представит опасность для обслуживающего персонала.
В рассмотренной схеме можно обойтись и без нулевого вольтметра. Однако в этом случае точность метода значительно снижается, так как лампы дают видимый накал лишь при напряжении 25. 30% номинального и по ним трудно уловить момент действительного совпадения векторов напряжения. Лампы, включенные параллельно цепи с вольтметром, контролируют исправность этой цепи. Последовательно две включают потому, что в некоторые моменты цепь может оказаться под двойным фазным напряжением.
Если по данной схеме синхронизируются высоковольтные генераторы, то синхронизационную колонку включают через трансформаторы напряжения.
Схема 2. На рисунке 10.7,а приведена схема включения лампового синхроноскопа. Лампы 1 присоединены к одной фазе, а лампы 2 и 3 подключены к разным фазам. При синхронизме лампы 1 погаснут, а лампы 2 и 3 будут иметь полный накал. При разной частоте вращения генераторов лампы 1, 2, 3, расположенные по кругу (рис. 10.7, б), загораются и погасают неодновременно, создавая впечатление так называемого вращения света. По направлению вращения можно судить о том, следует ли увеличить (Б) или уменьшить (М) частоту вращения включаемого генератора.
Генератор по этой схеме включают на параллельную работу в момент, когда вращение светового пятна прекратилось.
Рассмотренные выше способы точной синхронизации сравнительно сложны, и для автоматизации процессов точной синхронизации требуется сложная и дорогая аппаратура. Поэтому в практике широко применяется способ самосинхронизации, который заключается в следующем.
Невозбужденный генератор, у которого магнитное поле погашено специально включенным в цепь возбуждения возбудителя сопротивлением гашения поля Rг.п (рис. 10.8), разгоняют первичным двигателем до частоты вращения, близкой к номинальной. При скольжении примерно 2. 3% генератор включают в сеть рубильником Р. Одновременно подают возбуждение, шунтируя сопротивление гашения поля блокконтактами Бл. Генератор после этого постепенно втягивается в синхронизм.
В момент включения генератора в сеть на параллельную работу возникают кратковременные толчки тока, которые являются следствием подключения к сети невозбужденного генератора. Однако эти толчки не нарушают нормальной работы ранее работавших генераторов и потребителей.
Этот способ самосинхронизации считается основным и обязательным для всех многоагрегатных сельских электростанций.
К методу точной синхронизации обращаются лишь в тех случаях, когда из-за большой загруженности ранее работавших генераторов метод самосинхронизации нельзя применить.
Ручной самосинхронизацией пользуются только тогда, когда генераторы оснащены рубильником (на маломощных стан- циях) или выключателями без дистанционного управления. Для того чтобы судить о разности частот, включают, как показано на рисунке 10.8, лампу Л напряжением 6. 36 В (в зависимости от значения остаточного напряжения генератора). Лампа имеет заметный накал при разности частот не менее 2 Гц. Однако наиболее совершенный способ измерения разности частот — это включение специальных реле типа ИРЧ (индукционных реле разности частот).
Порядок операций следующий. Генератор разгоняют первичным двигателем при выключенном рубильнике Р и разомкнутых блок-кон- тактах Бл. В цепь обмотки возбуждения возбудителя включено сопротивление Rг.п гашения ноля. Когда пускаемый генератор достигает частоты вращения, близкой к синхронной, лампочка Л гаснет. При этом включают рубильник Р, замыкаются блок-контакты Бл и шунтируется опротивление гашения поля Rг.п. Восстанавливается нормальное возбуждение, генератор втягивается в синхронизм.
При полуавтоматической самосинхронизации агрегаты запускают ручным воздействием на управление первичного двигателя, а включение генератора в сеть и подача возбуждения происходят автоматически.
Автоматическая самосинхронизация предполагает полную автоматизацию процессов пуска агрегата, включения генераторов в сеть и подачи возбуждения.
Необходимо помнить, что шунтовой реостат R в цепи возбуждения возбудителя должен быть установлен так, чтобы при расшунтировании обмотки возбуждения на клеммах генератора при холостом ходе обеспечивалось повышение напряжения до номинального значения, равного рабочему напряжению на шинах электростанции.
Существуют два способа включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью: способ точной синхронизации и способ самосинхронизации (грубой синхронизации).
При включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью по способу точной синхронизации стремятся к тому, чтобы при включении не возникало больших бросков тока. Большие толчки тока вызывают большие моменты, действующие как на ротор, так и на статор, и силы, которые могут привести к разрушению обмотки статора.
Для того чтобы исключить броски тока при включении генератора, необходимо выполнить следующие условия:
2) равенство частот генератора fГ и сети f;
3) ЭДС генератора Е0 и напряжение сети UС должны находиться в противофазе;
4) чередование фаз ЭДС генератора и напряжения сети должно быть одинаковым (для трехфазных генераторов).
Рис. 1. Схема включения однофазного генератора на параллельную работу с сетью (а) и векторная диаграмма для - момента включения, (б). Лампы синхроноскопа включены по схеме на потухание света
На рис. 1, а представлена схема включения однофазного генератора GS на параллельную работу. При включении генератора GS на параллельную работу выполнение первого условия проверяется по вольтметрам, включенным в сеть и на выводы генератора. Равенства E0=UC добиваются путем регулирования тока возбуждения генератора GS.
Остальные условия проверяются с помощью специальных приборов, называемых синхроноскопами. Простейшим синхроноскопом является ламповый. На рис. 1, а показана одна из возможных схем включения лампового синхроноскопа для однофазного синхронного генератора. На этой схеме лампы включаются соответственно между точками А—А' и В—В'.
При отключенном выключателе Q генератор GS работает в режиме холостого хода (E0==UC) и между контактами выключателя действует ЭДС . Если бы скорость подключаемого генератора была постоянной и равной номинальной, то частота индуцируемой ЭДС Е0 равнялась бы частоте сети и векторы E0 и UC вращались бы с одинаковой скоростью, a . В действительности получить строго постоянную скорость генератора не удается и частоты сети и генератора несколько отличаются. Поэтому векторы Е 0 и U C будут перемещаться относительно друг друга со скоростью . Вследствие этого будет изменяться от 0 до 2UC, и соответственно этому изменяется напряжение на лампах: они одновременно будут то загораться, то гаснуть.
Для трехфазных генераторов применяются две схемы включения ламп: на потухание (рис. 2, а) и на вращение света (рис. 2, б).
Рассмотрим первую схему (рис. 2, а). Здесь лампы включены между точками А'—А", В'—В" и С'—С", каждая пара которых относится к одной фазе. В момент включения выключателя Q напряжения между этими точками должны быть равны нулю и все три лампы должны погаснуть. При этом напряжение U C и ЭДС Е 0 для каждой фазы действуют навстречу друг другу, т. е. они находятся в противофазе, как это показано на векторной диаграмме рис. 3.
Во второй схеме (рис. 2, б) одна из ламп подключается к точкам одной фазы А'—А", а две другие лампы — между точками разных фаз В'—С" и С'—В". В этой схеме до включения выключателя Q лампы будут попеременно загораться и гаснуть. Это будет происходить из-за взаимного перемещения векторов напряжения U C и ЭДС E 0 вызванного несовпадением их частот. Включение выключателя Q должно быть произведено, когда одна лампа (между А'-А'') погаснет, а две другие лампы будут гореть с одинаковым накалом (рис.4). Перед включением выключателя Q следует добиться, чтобы вращение света происходило с небольшой скоростью, что достигается регулированием скорости приводного двигателя.
Рис. 2. Схема включения трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью. Лампы синхроноскопа включены по схеме на потухание света (а) и на вращение света (б)
Лампы гаснут при напряжениях, равных 30—60 % их номинального напряжения, поэтому, для того чтобы более точно выбрать момент включения выключателя Q как в одной, так и в другой схеме, параллельно лампе 1 между точками А'—А" включают так называемый нулевой вольтметр.
| Рис. 3. Векторная диаграмма напряжений сети UС и ЭДС генератора Ег для момента времени включения генератора на параллельную работу с сетью | Рис. 4. Напряжение на лампах синхроноскопа при включении его .на вращение света в момент замыкания выключателя Q (см. рис. 2, б): U 2 — напряжение на лампе 2; U 3 — напряжение на лампе 3 |
Стрелка этого вольтметра при медленных колебаниях, соответствующих потуханию и загоранию ламп, покажет нуль, когда напряжение между точками А'-A" равно нулю. Очевидно, что на шкале такого прибора достаточно отметить только одно нулевое значение.
С помощью лампового синхроноскопа можно определить соответствие порядка чередования фаз сети и генератора. Если при схеме включения ламп по рис. 2, а будет наблюдаться вращение света, а при схеме по рис. 2, б — одновременное загорание и погасание ламп, то это будет означать, что сеть и генератор имеют разный порядок чередования фаз. Изменить порядок чередования фаз сети или генератора можно путем переключения двух фаз между собой.
Для мощных генераторов пользуются электромагнитным синхроноскопом, к которому подаются напряжения генератора и сети. Этот прибор работает на принципе вращающегося магнитного поля, и при fГ≠fC его стрелка вращается с частотой fГ-fC в ту или иную сторону в зависимости от того, какая частота больше. При правильном моменте включения стрелка синхроноскопа обращена вертикально верх..
При высоком напряжении приборы синхронизации включаются через трансформаторы напряжения. При этом необходимо позаботиться о том, чтобы фазировка (чередование фаз) этих трансформаторов была правильной.
Синхронизация генераторов является весьма ответственной операцией и требует от эксплуатационного персонала большого внимания. В особенности это важно в случае различных аварий, когда персонал работает в напряженной обстановке. В то же время именно при авариях необходима максимальная оперативность в производстве различных переключений и в синхронизации резервных или отключившихся во время аварий генераторов. Опыт показывает, что наибольшее число ошибочных действий персонала падает как раз на период аварий.
Для исключения ошибок персонала и облегчения его работы пользуются автоматическими синхронизаторами, которые осуществляют автоматическое регулирование UГ и fГ синхронизируемых генераторов в нужных направлениях и при достижении необходимых условий автоматически включают генераторы на параллельную работу. Однако подобные автоматические синхронизаторы также обладают недостатками (сложность, необходимость непрерывного и квалифицированного обслуживания и т. д.). К тому же во время аварий напряжение и частота в системе нередко беспрерывно и быстро меняются и поэтому процесс синхронизации с помощью автоматических синхронизаторов сильно затягивается (до 5—10 мин и даже более), что с точки зрения ликвидации аварии крайне нежелательно.
Для ускорения включения применяют способ самосинхронизации. Сущность метода самосинхронизации заключается в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии (UГ=0) при скорости вращения, близкой к синхронной (допускается отклонение до 2%). При этом отпадает необходимость в точном выравнивании частот, значения и фазы напряжений, благодаря чему процесс синхронизации предельно упрощается и возможность ошибочных действий исключается. После включения невозбужденного генератора в сеть немедленно включается ток возбуждения, и генератор втягивается в синхронизм (т. е. его скорость достигает синхронной).
При самосинхронизации неизбежно возникновение значительного толчка тока, так как включение невозбужденного генератора в сеть с напряжением UС, эквивалентно внезапному короткому замыканию этого генератора при работе на холостом ходу с Е0=UС.Однако толчок тока при самосинхронизации будет все же меньше, так как, кроме сопротивления генератора, в цепи будут действовать также сопротивления элементов сети (повышающие трансформаторы, линия и т. д.).
Рис. 5. Кривые изменения токов турбогенератора мощностью 100 МВт при включении в сеть методом самосинхронизации
Существуют два способа включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью: способ точной синхронизации и способ самосинхронизации (грубой синхронизации).
При включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью по способу точной синхронизации стремятся к тому, чтобы при включении не возникало больших бросков тока. Большие толчки тока вызывают большие моменты, действующие как на ротор, так и на статор, и силы, которые могут привести к разрушению обмотки статора.
Для того чтобы исключить броски тока при включении генератора, необходимо выполнить следующие условия:
2) равенство частот генератора fГ и сети f;
3) ЭДС генератора Е0 и напряжение сети UС должны находиться в противофазе;
4) чередование фаз ЭДС генератора и напряжения сети должно быть одинаковым (для трехфазных генераторов).
Рис. 1. Схема включения однофазного генератора на параллельную работу с сетью (а) и векторная диаграмма для - момента включения, (б). Лампы синхроноскопа включены по схеме на потухание света
На рис. 1, а представлена схема включения однофазного генератора GS на параллельную работу. При включении генератора GS на параллельную работу выполнение первого условия проверяется по вольтметрам, включенным в сеть и на выводы генератора. Равенства E0=UC добиваются путем регулирования тока возбуждения генератора GS.
Остальные условия проверяются с помощью специальных приборов, называемых синхроноскопами. Простейшим синхроноскопом является ламповый. На рис. 1, а показана одна из возможных схем включения лампового синхроноскопа для однофазного синхронного генератора. На этой схеме лампы включаются соответственно между точками А—А' и В—В'.
При отключенном выключателе Q генератор GS работает в режиме холостого хода (E0==UC) и между контактами выключателя действует ЭДС . Если бы скорость подключаемого генератора была постоянной и равной номинальной, то частота индуцируемой ЭДС Е0 равнялась бы частоте сети и векторы E0 и UC вращались бы с одинаковой скоростью, a . В действительности получить строго постоянную скорость генератора не удается и частоты сети и генератора несколько отличаются. Поэтому векторы Е 0 и U C будут перемещаться относительно друг друга со скоростью . Вследствие этого будет изменяться от 0 до 2UC, и соответственно этому изменяется напряжение на лампах: они одновременно будут то загораться, то гаснуть.
Для трехфазных генераторов применяются две схемы включения ламп: на потухание (рис. 2, а) и на вращение света (рис. 2, б).
Рассмотрим первую схему (рис. 2, а). Здесь лампы включены между точками А'—А", В'—В" и С'—С", каждая пара которых относится к одной фазе. В момент включения выключателя Q напряжения между этими точками должны быть равны нулю и все три лампы должны погаснуть. При этом напряжение U C и ЭДС Е 0 для каждой фазы действуют навстречу друг другу, т. е. они находятся в противофазе, как это показано на векторной диаграмме рис. 3.
Во второй схеме (рис. 2, б) одна из ламп подключается к точкам одной фазы А'—А", а две другие лампы — между точками разных фаз В'—С" и С'—В". В этой схеме до включения выключателя Q лампы будут попеременно загораться и гаснуть. Это будет происходить из-за взаимного перемещения векторов напряжения U C и ЭДС E 0 вызванного несовпадением их частот. Включение выключателя Q должно быть произведено, когда одна лампа (между А'-А'') погаснет, а две другие лампы будут гореть с одинаковым накалом (рис.4). Перед включением выключателя Q следует добиться, чтобы вращение света происходило с небольшой скоростью, что достигается регулированием скорости приводного двигателя.
Рис. 2. Схема включения трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью. Лампы синхроноскопа включены по схеме на потухание света (а) и на вращение света (б)
Лампы гаснут при напряжениях, равных 30—60 % их номинального напряжения, поэтому, для того чтобы более точно выбрать момент включения выключателя Q как в одной, так и в другой схеме, параллельно лампе 1 между точками А'—А" включают так называемый нулевой вольтметр.
| Рис. 3. Векторная диаграмма напряжений сети UС и ЭДС генератора Ег для момента времени включения генератора на параллельную работу с сетью | Рис. 4. Напряжение на лампах синхроноскопа при включении его .на вращение света в момент замыкания выключателя Q (см. рис. 2, б): U 2 — напряжение на лампе 2; U 3 — напряжение на лампе 3 |
Стрелка этого вольтметра при медленных колебаниях, соответствующих потуханию и загоранию ламп, покажет нуль, когда напряжение между точками А'-A" равно нулю. Очевидно, что на шкале такого прибора достаточно отметить только одно нулевое значение.
С помощью лампового синхроноскопа можно определить соответствие порядка чередования фаз сети и генератора. Если при схеме включения ламп по рис. 2, а будет наблюдаться вращение света, а при схеме по рис. 2, б — одновременное загорание и погасание ламп, то это будет означать, что сеть и генератор имеют разный порядок чередования фаз. Изменить порядок чередования фаз сети или генератора можно путем переключения двух фаз между собой.
Для мощных генераторов пользуются электромагнитным синхроноскопом, к которому подаются напряжения генератора и сети. Этот прибор работает на принципе вращающегося магнитного поля, и при fГ≠fC его стрелка вращается с частотой fГ-fC в ту или иную сторону в зависимости от того, какая частота больше. При правильном моменте включения стрелка синхроноскопа обращена вертикально верх..
При высоком напряжении приборы синхронизации включаются через трансформаторы напряжения. При этом необходимо позаботиться о том, чтобы фазировка (чередование фаз) этих трансформаторов была правильной.
Синхронизация генераторов является весьма ответственной операцией и требует от эксплуатационного персонала большого внимания. В особенности это важно в случае различных аварий, когда персонал работает в напряженной обстановке. В то же время именно при авариях необходима максимальная оперативность в производстве различных переключений и в синхронизации резервных или отключившихся во время аварий генераторов. Опыт показывает, что наибольшее число ошибочных действий персонала падает как раз на период аварий.
Для исключения ошибок персонала и облегчения его работы пользуются автоматическими синхронизаторами, которые осуществляют автоматическое регулирование UГ и fГ синхронизируемых генераторов в нужных направлениях и при достижении необходимых условий автоматически включают генераторы на параллельную работу. Однако подобные автоматические синхронизаторы также обладают недостатками (сложность, необходимость непрерывного и квалифицированного обслуживания и т. д.). К тому же во время аварий напряжение и частота в системе нередко беспрерывно и быстро меняются и поэтому процесс синхронизации с помощью автоматических синхронизаторов сильно затягивается (до 5—10 мин и даже более), что с точки зрения ликвидации аварии крайне нежелательно.
Для ускорения включения применяют способ самосинхронизации. Сущность метода самосинхронизации заключается в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии (UГ=0) при скорости вращения, близкой к синхронной (допускается отклонение до 2%). При этом отпадает необходимость в точном выравнивании частот, значения и фазы напряжений, благодаря чему процесс синхронизации предельно упрощается и возможность ошибочных действий исключается. После включения невозбужденного генератора в сеть немедленно включается ток возбуждения, и генератор втягивается в синхронизм (т. е. его скорость достигает синхронной).
При самосинхронизации неизбежно возникновение значительного толчка тока, так как включение невозбужденного генератора в сеть с напряжением UС, эквивалентно внезапному короткому замыканию этого генератора при работе на холостом ходу с Е0=UС.Однако толчок тока при самосинхронизации будет все же меньше, так как, кроме сопротивления генератора, в цепи будут действовать также сопротивления элементов сети (повышающие трансформаторы, линия и т. д.).
Рис. 5. Кривые изменения токов турбогенератора мощностью 100 МВт при включении в сеть методом самосинхронизации
Параллельная работа генераторов переменного тока требует соблюдения более сложных условий, чем параллельная работа генераторов постоянного тока.
Для включения синхронного генератора параллельно с другим необходимо:
1) равенство напряжений работающего и подключаемого генераторов;
2) равенство их частот;
3) совпадение порядка чередования фаз;
4) равенство углов сдвига между э. д. с. каждого генератора и напряжением на шинах.
Последнее условие сводится к геометрически одинаковому наложению роторов генераторов относительно обмоток своих статоров.
Процесс приведения генераторов в такое состояние, при котором все перечисленные условия будут выполнены, называется синхронизацией генераторов.
Если генераторы синхронизированы, то включение их на параллельную работу протекает спокойно, без появления в системе каких-либо дополнительных толчков тока. Если хотя бы одно из условий не выдержано, то между генераторами появляются значительные уравнительные токи, которые не позволяют осуществить параллельную работу генераторов, а в некоторых случаях могут даже вызвать их повреждение.
Рассмотрим параллельную работу двух синхронных генераторов.
Если генераторы одинаковы, электродвижущие силы и скорости вращения их равны, то при отсутствии внешней нагрузки (т. е. при холостом ходе) в цепи обмоток статоров генераторов тока не будет, так как э д. с. взаимно уравновешиваются.
При включении внешней нагрузки оба генератора начнут отдавать одинаковую, мощность. При индуктивной нагрузке напряжение каждого уменьшится на одну и ту же величину, причем между э. д. с. генератора и его напряжением появится некоторый сдвиг, по фазе определяемый углом δ. Мощность, отдаваемая генератором во внешнюю цепь, пропорциональна этому углу.
Предположим, что мы увеличили возбуждение, а следовательно, и э. д. с. первого генератора и уменьшили возбуждение второго так, что общее напряжение генераторов осталось прежним.
Так как мощность, развиваемая первичными двигателями, осталась неизменной, то как общая мощность, так и мощности, отдаваемые каждым из генераторов, также не изменились. Не изменился и ток внешней нагрузки: I — общий и I/2 — для каждого генератора.
Вместе с тем, так как э. д. с. обоих генераторов уже не равны, то между генераторами появится уравнительный ток Iу, протекающий только по цепи генераторов. Распределение токов в этом случае показано на рис. 1.
Как видим, ток в первом генераторе будет равен геометрической сумме токов внешней нагрузки I/2 и уравнительного Iу, а во втором — геометрической их разности.
Индуктивные сопротивления обмоток статоров генераторов значительно больше их активных сопротивлений. В связи с этим уравнительный ток будет отставать от разности э. д. с. генераторов почти на 90°.
При этом условии при сложении токов в первом генераторе и вычитании их во втором результирующий ток будет отставать от напряжения в каждом генераторе на различный угол.
Иными словами, каждый из генераторов будет работать при своем коэффициенте мощности, отличном от коэффициента мощности внешней сети. Если активная мощность, потребляемая внешней нагрузкой, близка к суммарной мощности обоих генераторов, то у перевозбужденного генератора действующий ток превысит номинальный ток генератора, чего допускать нельзя (перегрузка по току).
Отсюда следует, что при параллельной работе синхронных генераторов необходимо стремиться к тому, чтобы все генераторы работали с одним и тем же коэффициентом мощности, равным коэффициенту мощности сети.
Предположим теперь, что не изменяя возбуждения воздействием на регулятор первичного двигателя первого генератора, мы увеличили ему подачу топлива. В этом случае первичный двигатель разовьет увеличенный вращающий момент, под влиянием которого ротор первого генератора забежит вперед относительно ротора второго генератора, вращаясь в дальнейшем с прежней синхронной скоростью. Вследствие расхождения по фазе электродвижущих сил генераторов в их цепи возникнет разность э. д. с., под влиянием которой появится уравнительный ток.
Но уравнительный ток по своей фазе будет почти совпадать с э. д. с. первого генератора, т. е. явится для него током нагрузки, и будет почти противоположным э. д. с. второго генератора (будет уменьшать его нагрузку). В этом случае каждый из генераторов будет нести нагрузку, пропорциональную вращающему моменту, развиваемую его первичным двигателем.
При этом полюса более нагруженного генератора будут в пространстве находиться впереди полюсов менее нагруженного. Последнее обстоятельство равносильно тому, что у более нагруженного генератора угол сдвига фаз между э. д. с. и напряжением δ1 больше, чем у менее нагруженного δ2.
Следует отметить, что параллельная работа синхронных генераторов проходит устойчиво только при определенных значениях угла δ. Наиболее устойчива она при угле δ, равном 0°, что соответствует холостой работе генераторов; при угле, равном 90°, генератор выпадает из синхронизма и параллельная работа становится невозможной.
Неизменность угла δ зависит от постоянства скорости вращения первичного двигателя. При колебании скорости вращения вследствие изменения нагрузки или по каким-либо другим причинам угол δ может измениться до недопустимой величины. Поэтому надежность и устойчивость параллельной работы синхронных генераторов в значительной мере зависит от качества работы регуляторов оборотов первичных двигателей.
Необходимое для перераспределения нагрузок генераторов дистанционное управление подачей топлива первичным двигателям обеспечивается применением регуляторов с серводвигателем или с электромагнитным приводом клапанов подачи топлива. При включении напряжения серводвигатель или соленоид открывает клапан подачи топлива или пара. Степень открытия клапана, а следовательно, и количество подаваемого топлива регулируется продолжительностью включения серводвигателя или числом включенных соленоидов.
У синхронных генераторов с самовозбуждением и саморегулированием напряжения величина тока возбуждения, зависит от тока в цепи статора. В свою очередь при параллельной работе синхронных генераторов изменение тока возбуждения генератора влияет на величину его реактивного тока. Отсюда вытекает, что при параллельной работе синхронных генераторов с самовозбуждением и саморегулированием напряжения необходимо принимать специальные меры для обеспечения правильного распределения реактивного тока между ними.
В качестве такого мероприятия у генераторов одинаковой мощности предусматривают уравнительное соединение между их обмотками возбуждения (на стороне постоянного тока), как это изображено на рис. 2.
При замыкании автоматов генераторов подается ток на катушки контакторов К1 и К2, подключающих обмотки возбуждения к уравнительным шинам.
В результате параллельного соединения обмоток возбуждения любое изменение возбуждения одного генератора отражается и на величине возбуждения второго. Поэтому распределение реактивного тока между ними сохраняется правильным.
При параллельной работе генераторов разной мощности, уравнительное соединение выполняется в цепях схемы регулирования напряжения на стороне переменного тока (рис. 3).
Под параллельной работой двух или более генераторов подразумевается их параллельное подключение между собой - объединение в единую автономную сеть для постоянного электроснабжения потребителей электроэнергии.
Данный способ в электроснабжении нередко используется для организации электропитания ответственных потребителей. Помимо очевидного увеличения надежности и бесперебойности электроснабжения можно отметить следующие преимущества его применения:
- возможность компенсации роста мощности в часы с наибольшим потреблением электроэнергии; - более равномерное распределение нагрузки на генераторы (особенно актуально для часов пик); - бесперебойность электроснабжения при необходимости проведения плановых и аварийных ремонтов оборудования.
Параллельное включение генератора в сеть предполагает, как и в случае параллельной работе трансформаторов обязательное выполнение определенных условий:
Равенство частот напряжения сети и подключаемого к ней генератора; зависит от частоты вращения электрической машины. Большая разность определяет больший избыток кинетической энергии при включении его в сеть.
При недопустимо большой разнице значений частот (более 0,2 Гц) успешная синхронизация может быть не достигнута; подключаемый генератор может не втянуться в синхронизм.
Равенство напряжений включаемого и работающего генератора (или сети). Успешная синхронизация может быть выполнена при расхождении значений в 5-10%. Регулируется изменением тока в обмотке возбуждения.
Соответствие порядка следования фаз (“фазировка”) включаемого генератора и сети (или рабочего генератора).
Способы синхронизации. Выполнение перечисленных условий может быть реализовано точной синхронизацией или самосинхронизацией.
Первый способ как правило, выполняется в автоматическом или полуавтоматическом режиме - с использованием специальной аппаратуры - синхроскопа. определяющего необходимый момент для параллельного включения добавочного генератора, находящегося в рабочем состоянии.
Высокая точность соответствия состояния параметров подключаемого генератора перечисленным выше требованиям в момент его включения в сеть делает этот способ наиболее предпочтительным в использовании.
Синхронизация генераторов мощностью до 15 МВт может быть выполнена и в ручном режиме; в этом случае должна быть предусмотрена блокировка от несинхронного включения.
К серьезным недостаткам данного способа синхронизации можно отнести относительную его сложность; поэтому, ввод генератора в работу в этом случае должен производиться только высококвалифицированным персоналом. Кроме того, нельзя не учитывать длительность процесса; в аварийных ситуациях, отличающихся нестабильностью частоты, он может занять несколько десятков минут.
Самосинхронизация - способ заключается в использовании невозбужденного вспомогательного генератора с включенным автоматом гашения поля с частотой вращения близкой к частоте вращения генератора сети.
При скольжении в 2-3% производится включение генератора с одновременной подачей возбуждения, после чего происходит постепенное втягивание генератора в синхронизм. Во избежание возникновения недопустимых толчков тока, остаточное напряжение на выводах статорной обмотки должно быть не более 0,3Uном.
Главное преимущество включения генератора без возбуждения в сеть - отсутствие необходимости подгонки рабочих параметров как при описанном выше способе точной синхронизации.
Однако, необходимо учесть и недостаток данного способа: процесс сопровождается снижением напряжения на выводах, что в некоторых случаях может стать причиной нарушения нормального режима работы оборудования.
Кроме того, нельзя не отметить некоторые ограничения использования метода - невозможности использования параллельной работы генератора в качестве источника резервного электроснабжения.
Читайте также: