Материал: Лекция 23 Параллельная работа синхронных машин

Параллельная работа синхронных машин

Включение синхронных генераторов на параллельную рабо-

ту с сетью. На каждой электрической станции обычно бывает установлено несколько генераторов, которые включаются на параллельную работу в общую сеть. В современных энергосистемах на общую сеть, кроме того, работает целый ряд электростанций, и поэтому параллельно на общую сеть работает большое число синхронных генераторов. Благодаря этому достигается большая надежность энергоснабжения потребителей, снижение мощности аварийного и ремонтного резерва, возможность маневрирования энергоресурсами сезонного характера и другие выгоды.

Всепараллельноработающиегенераторы должны отдавать в сеть токодинаковойчастоты. Поэтомуонидолжны вращатьсястрогов такт или, какговорят, синхронно, т. е. их скоростивращения n1,n2, n3 должны быть в точностиобратнопропорциональны числам пар полюсов:

В частности, скорости вращения генераторов с одинаковыми числами полюсов должны быть в точности одинаковыми.

Условия синхронизации генераторов. При включении генера-

торов на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы.

Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора на холостом ходу перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора.

Идеальные условия для включения генератора на параллельную работу достигаются при соблюдении следующих требований:

1)напряжение включаемого генератора Uг должно быть равно напряжению сети Uс или уже работающего генератора;

2)частота генератора fг должна равняться частоте сети fс;

3)чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;

4) напряжения Uг и Uс должны быть в фазе.

При указанных условиях векторы напряжений генератора и сети совпадают и вращаются с одинаковой скоростью (рис. 7.1), разности напряжений между контактами выключателя при включении генератора равны нулю и поэтому при включении не возникает никакого толчка тока.

Равенство напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора и контролируется с помощью вольтметра. Изменение частоты и фазы напряжения генератора достигается изменением скорости вращения генератора. Правильность чередования фаз необходимо проверять только при первом включении генератора после монтажа

или сборки схемы. Совпадение напряже-

ний по фазе контролируется с помощью напряжений сети Uc и ламп, нулевых вольтметров или специ- генератора Uг при идеальных альных синхроноскопов, а в автоматических синхронизаторах с помощью специальных измерительных элементов.

Неправильная синхронизация может вызвать серьезную аварию. Действительно, если, например, напряжения Uг и Uс будут в момент

включения генератора на параллельную работу сдвинуты по фазе на 180°, то это эквивалентно короткому замыканию при удвоенном напряжении. Если генератор включается в сеть мощной энергетической системы, то сопротивление этой сети по сравнению с сопротивлением самого генератора можно принять равным нулю, и поэтому ударный ток при включении может превысить ток при обычном коротком замыкании в два раза. Ударные электромагнитные моменты и силы при этом возрастают в четыре раза.

Зарегистрировано немало случаев, когда неправильная синхронизация вызывала серьезные повреждения оборудования (повреждение обмоток, поломка крепежных деталей сердечников и полюсов, поломка вала, разрушение всего генератора).

Синхронизация с помощью лампового cинхроноскопа может осуществляться по схеме на погасание или на вращение света. Схема синхронизации на погасание света представлена на рис. 7.2, а, где слева изображен генератор Г1, уже работающий на шины станции и сеть, а справа – включаемый на параллельную работу генератор Г2 с вольтметром V, вольтметровым переключателем П и с ламповым синхроно-

Рис. 7.2. Схема синхронизации генератора с помощью ламповых синхроноскопов с включением на погасание (а) и вращение (б) света

скопом C , каждая из ламп 1, 2, 3 которого включена между контактами одной и той же фазы или полюса выключателя B2 . При соблюдении приведенных выше условий напряжения на всех лампах одновременно равны нулю и лампы не светятся, что и указывает на возможность

частотой. Частота fг fс соответствует частоте пульсаций напряже-

ния (штриховые кривые на рис. 7.3, 6). Путем регулирования частоты генератора необходимо добиться того, чтобы частота загорания и погасания ламп была минимальна (период 3 – 5 сек).

Прималой частоте лампы погасаютраньше, чем напряжение достигнет нуля, изагораются также при U > 0. Поэтому при схемерис. 5.2, трудно выбрать правильныймоментвключения.

В этом отношении лучшей является схема рис. 7.2, б, в которой лампа 1 включена так же, как на схеме рис. 7.2, а, а лампы 2 и 3 – между различными фазами генератора и сети. Поэтому в данном случае при соблюдении перечисленных выше условий и равенства лампа 1 не светится, а лампы 2 и 3 находятся под линейным напряжением и светятся с одинаковой яркостью, что и является критерием правильности момента включения. При fг fс 0 лампы 1, 2 и 3 (рис. 7.2, б) загораются и погасают поочередно, и создается впечатление вращающегося света, причем при fг fс вращение происходит в одну сторону, а при

fг fс – в другую.

Отметим, что если при осуществлении схемы рис. 5.2, а вместо одновременного погасания и загорания всех трех ламп получится вращение света, а при схеме рис. 7.2, б – одновременное погасание и загорание ламп, то это будет указывать на неправильность чередования фаз генератора и сети. При этом необходимо поменять местами начала двух фаз обмотки статора генератора.

Для более точного выбора момента включения параллельно одной из ламп рис. 7.2, а включают вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля (нулевой вольтметр).

Другие методы синхронизации. Синхронизация с помощью ламп и нулевого вольтметра применяется только для генераторов малой мощности. Для мощных генераторов пользуются электромагнитным синхроноскопом, к которому подаются напряжения генератора и сети. Этот прибор работает на принципе вращающегося магнитного

поля, и при fг fс , его стрелка вращается с частотой fг fс в ту или

иную сторону в зависимости от того, какая частота больше. При правильном моменте включения стрелка синхроноскопа обращена вертикально вверх.

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

количество ошибочных действий персонала падает как раз на период аварий.

Для исключения ошибок персонала и облегчения его работы пользуются автоматическими син-

добные 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 минут и даже более), что с точки зрения ликвидации аварии крайне нежелательно. Вследствие сказанного в последние годы широко внедрен метод грубой синхронизации, или 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, величины 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 и становится fг fс .

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 E Uс . Однако толчок