4.1. Способы синхронизации

Включение генератора в сеть может сопровождаться толчками уравнительного тока и активной мощности на вал генератора, а также более или менее длительными касаниями. Указанные нежелательные явления возника­ют вследствие того, что частота вращения включаемого генератора отличается от синхронной частоты вращения генераторов энергосистемы, а напряжение на выводах возбужденного генератора — от напряжения на шинах электростанции. Поэтому для включения синхронного генератора на параллельную работу с другими работа­ющими генераторами электростанции или энергосисте­мы его предварительно нужно синхронизировать. Син­хронизацией называется процесс уравнивания частоты вращения и напряжения включаемого генерато­ра с частотой вращения работающих генераторов и напряжением на электростанции, а также выбор соот­ветствующего момента времени для подачи импульса на включение выключателя генератора.

На практике широкое применение получили два спо­соба синхронизации: точная синхронизация и самосинхронизация.

Точная синхронизация

При включении генератора способом точной синхро­низации необходимо выполнение следующих условий:

равенство по абсолютному значению напряжения включаемого генератора [/_г(^г«Я_г) и напряжения сети

равенство угловой скорости вращения включаемого генератора (о_г (или частоты /_г) и угловой скорости вра­щения генераторов энергосистемы ш_с (или частоты /_с);

совпадение по фазе векторов напряжения генератора и напряжения сети в момент включения выключателя.

Выполнение указанных условий обеспечивает вклю­чение генератора в сеть без броска уравнительного тока, без толчка активной мощности на вал генератора, без глубоких качаний.

Однако практически затруднительно выполнить точ­но указанные условия. Включение генератора допуска­ется производить в условиях, когда существуют некото­рая разность частот генератора и сети и разность абсо­лютных значений напряжения генератора и напряжения сети. Допустимое значение разности частот составляет

0,1—0,2 Гц, разности напряжений генератора и сети— 5—10 % номинального.

Разность напряжений генератора и сети, в случае когда их частоты неодинаковы, периодически изменяет­ся от нуля до максимального значения. Эта разность получила название напряжения биений, или на­пряжения скольжения ^.Изменение напряже­ния биений иллюстрируется векторной диаграммой (рис. 4.1, а) и графиком изменения напряжения во вре­мени (рис. 4.1,6). Огибающая напряжения биений из­меняется от нуля до максимального значения, равного двойной амплитуде 2И, и вновь уменьшается до нуля.

Действующее значение напряжения биений изменя­ется по закону

где б —угол между векторами 0_г и 0_с; (о₈==со_г— со_о — угловая скорость скольжения.

Время полного цикла изменения напряжения биений называется периодом скольжения Т₈:

Чем больше скорость скольжения, тем меньше период Т_в. На рис. 4.1, в показаны два цикла изменения напря­жения биений, соответствующие двум значениям угловой

СКОРОСТИ СКОЛЬЖеНИЯ М₈1 И О₈2, ПРИ ЭТОМ 0)«1>С0_в2.

Самосинхронизация

При включении генератора способом самосинхронизации долж­ны быть соблюдены следующие условия:

генератор должен быть невозбужденным [возбуждение генера­тора снято автоматом гашения поля (АГП)];

частота вращения включаемого генератора должна быть близка к частоте вращения генера­торов энергосистемы; допускаемая разность час­тот генератора и сети I—1,5 Гц.

В первый момент после включения генератор работает в режиме асинхронной машины, при этом на ротор генератора действует асинхронный вра­щающий момент, который направлен на умень­шение разности частот вращения включаемого ге­нератора и генераторов энергосистемы, т. е. асин­хронный момент способствует втягиванию гене­ратора в синхронизм. После включения выклю­чателя генератора включается АГП, который по­дает на генератор возбуждение. В этих условиях на- ротор генератора начинает действовать син­хронный вращающий момент, обеспечивающий окончательное втягивание генератора в синхро­низм.

Напряжение на шинах электростанции 11_Ш можно определить по выражению

Используя уравнение (4.4) и (4.3), получаем

По мере втягивания генератора в синхронизм происходят уменьшение тока /_Вкл и повышение напряжения Ыш- Основным дос­тоинством способа самосинхронизации является возможность доста­точно быстрого по сравнению со способом точной синхронизации включения генератора в сеть. Это особенно важно при включении генератора в аварийных условиях, когда возникает необходимость в быстром включении резервных генераторов. Поэтому включение ге­нераторов в аварийных условиях рекомендуется производить спосо­бом самосинхронизации независимо от значения уравнительного тока.