19. Параллельная работа синхронных генераторов

Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть. При параллельной работе напряжение генератора подается на общие шины. В результате ток и мощность нагрузки распределяется между параллельно работающими генераторами.

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 объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы. В этом случае собственная мощность генератора является очень малой по сравнению с мощностью сети. Тогда можно считать, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности, т. е. напряжение сети и ее частота являются постоянными, не зависящими от нагрузки данного генератора

При подключении и параллельной работе генератора с электрической сетью или группой других генераторов необходимо выполнению условий:

1) равенство напряжения сети и генератора U_c=U_г;

2) совпадение по фазе векторов напряжения сети и генератора а_с = а_г;

3) одинаковые частоты тока генератора и сети f_с= f_г.

Кроме того, для трехфазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.

При соблюдении всех этих условий вектора напряжений сети и подключаемого генератора равны между собой и, при обходе контура образуемого генератором, сетью и соединяющими их шинами, направлены встречно (рис.а) и разность потенциалов между ними ∆U=0. Уравнительный ток не возникает.

Если U_{г ≠} U_c (рис. б), то возникает разность потенциалов ∆U и появляется уравнительный ток I_у между сетью и генератором, который бесполезно загружает якорную обмотку. Активное сопротивление обмотки якоря генератора R₁ значительно меньше индуктивного Х₁, и им можно пренебречь. Тогда уравнительный ток равен:

и является чисто реактивным, а его вектор отстает от вектора ∆U на 90⁰. Реакция якоря, вызванная уравнительным током, будет продольной и намагничивает генератор, если U_г < U_c , и размагничивает, если U_г > U_c. На величину активной нагрузки генератора она не влияет.

Если векторы напряжений генератора U_г и сети U_c не совпадают по фазе (а_с ≠ а_г), то угол между векторами не равен 180⁰. Вектор ∆U оказывается сдвинутым относительно U_г и U_c на угол близкий к 90⁰ (рис. в). В результате уравнительный ток имеет значительную активную составляющую и вызывает поперечную реакцию якоря. Вектор магнитного поля генератора начинает отставать от вектора вращающегося магнитного поля сети, нагрузочный угол Θ становится отрицательным, а машина переходит в двигательный режим работы.

Если частоты тока генератора и сети или порядок чередования фаз неодинаковы, то угол между U_г и U_c меняется во времени. При этом активная и реактивная мощность, которыми генератор обменивается с сетью, все время изменяются.

20. Методы синхронизации генераторов

Совокупность операций, проводимых при подключении генератора на параллельную работу с сетью, называют синхронизацией.

В момент включения генератора на параллельную работу необходимо обеспечить наименьший бросок тока. В противном случае возможны срабатывание защиты, поломка генератора или первичного двигателя. Ток в момент подключения будет равен нулю, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети и генератора. На практике это обеспечивается соблюдением вышеперечисленных условий параллельной работы в момент включения.

Применяют метод точной синхронизации и метод грубой синхронизации (самосинхронизация).

При точной синхронизации генератор приводят в состояние, отвечающее вышеуказанным условиям, и затем включают на параллельную работу. Сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот тока сети и генератора f_с= f_г. Затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжений U_c=U_г. Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (а_с = а_г) контролируется специальными приборами — синхроноскопами.

Для синхронизации генераторов малой мощности применяют ламповые синхроноскопы. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети. На каждую лампу действует напряжение ∆и=и_c-и_г, которое при f_с≠ f_г изменяется с частотой ∆f= f_с- f_г, называемой частотой биений. В этом случае лампы мигают. При f_с ≈ f_г разность ∆и изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают. Генератор подключают к сети, когда разность напряжений ∆и на короткое время становится близкой нулю в середине периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов U_c и U_г.

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= 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.

Для исключения ошибочных действий обслуживающего персонала используются автоматические синхроноскопы, регулирующие напряжение и частоту и включающие генератор на параллельную работу по предварительной команде без помощи обслуживающего персонала.

Метод грубой синхронизации (самосинхронизации) отличается от метода точной синхронизации простотой и быстротой включения. Особое значение этот метод приобретает при ликвидации аварий, когда необходимо быстро подключить генератор в сеть при значительных колебаниях напряжения и частоты. Включение методом точной синхронизации в таких случаях весьма затруднительно.

При подключении методом самосинхронизации обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление, чтобы избежать в ней перенапряжений. Ротор невозбуждённого генератора разгоняют до частоты вращения близкой к синхронной за счет момента первичного двигателя. Допускается скольжение не более 2%.

Затем обмотка якоря генератора подключается к сети. После этого подается питание на обмотку возбуждения (она переключается с гасительного резистора на источник питания), появляется синхронирующий момент и генератор втягивается в синхронизм.

Недостатком метода самосинхронизации является сравнительно большой бросок тока в момент включения генератора, который вызывает значительные механические усилия в обмотках, что может привестик преждевременному их выходу из строя. Поэтому бросок тока при включении не должен превышать номинальный ток якоря более, чем в 3,5 раза.