Параллельная работа генераторов

На электрических станциях обычно устанавли­вают несколько синхронных генераторов, включае­мых параллельно для совместной работы (рисунок 5.8). Применение нескольких параллельно включенных генераторов вместо одного генератора суммарной мощности необходимо для обеспечения бесперебойного электроснабжения в случае аварии в каком-либо генераторе или отключения его для ремонта. Это также целесообразно при работе электростанции с переменным графиком нагрузки, например когда мощность нагрузки значительно меняется в различные часы суток. В этом случае при уменьшении мощности нагрузки можно отключить один или несколько генераторов для того, чтобы нагрузка генераторов, оставшихся включенными, была близка к номинальной. В итоге эксплуатационные показатели работы генераторов (КПД и cosφ) будут достаточно высоки.

При включении синхронного генератора в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия:

1. ЭДС генератора Е₀ в момент подключения его к сети должна быть равна и противоположна по фазе напряжению сети (Е₀ = –U_С);

2. Частота ЭДС генератора f_Г должна быть равна часто­те переменного напряжения в сети f_C;

3. Порядок следо­вания фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.

Если указанные условия не соблюдаются, то в обмотке статора генераторов появляются большие уравнительные токи, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии, а также вызывает значительные динамические моменты.

Приведение генератора в состояние, удовлетво­ряющее всем указанным условиям, называют син­хронизацией. Используются два способа включения синхронных генераторов на па­раллельную работу: быстродействующий способ самосинхронизации и относительно медленный способ точной синхронизации.

5.5.1 Способ точной синхронизации

Сущность это­го способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовлетворяющее всем вышеперечисленным условиям. Момент соблюдения этих условий, т. е. момент син­хронизации, определяют прибором, называемым синхроноскопом.По конструкции синхроноскопы разделяют на стрелочные и ламповые. Рассмотрим процесс синхронизации генераторов с применением лампового синхроноскопа, который состоит из трех ламп 1, 2, 3, расположенных в вершинах равносто­роннего треугольника.

При включении ламп по схеме «на погасание» (рисунок 5.9)мо­мент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп. Напряжение на лампах определяется геометрической суммой ЭДС генератора и напряжения сети. В момент сов­падения векторов звезды ЭДС с векторами звезды напряжений эта сумма достигает наибольшего значения, при этом лам­пы горят с наибольшим накалом (напряжение на лампах равно удвоенно­му напряжению сети). В последующие моменты времени звезда ЭДС об­гоняет звезду напряжений и напряжение на лампах уменьшается. В момент синхрониза­ции векторы ЭДС и напряжений занимают положение, при кото­ром фазные ЭДС генератора и напряжение сети равны и находятся в противофазе, т. е. U_Л = 0, и все три лампы одновременно гаснут. При большой разности уг­ловых частот ω _Г и ω _С лампы вспыхивают час­то. Изменяя частоту вращения первичного двигателя, добиваются равенства ω _Г = ω _С, о чем будет свидетельст­вовать погасание ламп на длительное время. В этот момент и следует замкнуть рубильник, после чего генератор окажется подключенным к сети.

5.5.2 Способ самосин­хронизации

Ротор не­возбужденного генера­тора приводят во вра­щение первичным дви­гателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более чем на 2 – 5%, затем генератор подключают к сети. Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент подключения генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное сопротивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора. Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генера­тор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т.е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшается.

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значи­тельные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Влияние этих воздей­ствий на надежность генератора учитывается при проектировании синхронных генераторов. Способ самосинхронизации (грубой синхронизации) обычно применяют в генераторах при их частых включениях. Этот способ прост и легко автоматизируется.

Быстродействующая самосинхронизация применяется при автоматических ускоренном пуске и пуске в режим работы синхронным компенсатором гидрогенераторов, а также при попытках незамедлительного восстановления нормального режима работы отклю­чившихся турбогенераторов. При нормаль­ном пуске гидро- и турбогенераторы включаются на параллельную работу по методу точной синхронизации.