1.1.5.2 Распределение реактивных нагрузок

Распределение реактивной нагрузки при параллельной работе СГ проводится путем изменения тока возбуждения генераторов: у перегруженного генератора ток возбуждения уменьшают, а у недогруженного - увеличивают.

При ручном перераспределении реактивных нагрузок (если нет АРН или он не работает) токи возбуждения изменяют при помощи ручных реостатов (регуляторов) возбуждения, органы управления которых выведены на лицевую часть генераторной секции каждого генератора. При наличии АРН распределение реактивных нагрузок осуществляется автоматически, при помощи компенсаторов реактивной нагрузки.

Равно­мерность распределения зависит от наклона внешних характеристик СГ, причем меньшему наклону характеристики соответствует больший ток нагрузки, что следует из сравнения внешних характеристик 1 и 2 (рис. 1.30).

Предположим, что для каждого из генераторов по отдельности были сняты внешние характеристики 1 и 2, которые изображены на рис. 1.30.

После включения генераторов на параллельную работу их угловые скорости должны быть одинаковы и равны, например, номинальной угловой скорости ω_ном .

Как следует из рис. 1.29, одинаковой угловой скорости ω_ном соответствуют разные значения тока генераторов, а именно: для генератора с внешней характеристикой 1 это значение равно I , а для генератора с характеристикой 2 – I (чтобы найти эти значения токов, надо при значении скорости ω = ω_ном провести вспомогательную горизонтальную прямую до ее пересечения с характеристиками 1 и 2, а затем эти точки пересечения спроектировать на горизонтальную полуось активных мощностей).

При этом меньшему наклону (меньшему статизму) характеристики соответ­ствует больший ток нагрузки генератора, что следует из сравне­ния внешних характеристик 1 и 2.

При одинаковом номинальном напряжении U ток нагруз­ки первого генератора составляет I , а второго - I , причем I > I .

Для того чтобы распределить реактивные нагрузки и в то же время оставить напряжение СГ неизменным, надо увеличить ток возбуждения генератора с меньшим током нагрузки и одновременно уменьшить у генератора с большим током нагрузки.

При этом внешние характеристики СГ переместятся параллельно самим себе: характерис­тика 2 вверх, а характеристика 1 вниз. Изменение токов возбужде­ния надо прекратить в точке А (рис. 1.30), где реактивные нагрузки равны.

Автоматическое распределение реактивной нагрузки СГ. Классическим способом распределения реактивной нагрузки является использование уравнительных связей.

Для однотипных генераторов с одинаковым номинальным напря­жением возбуждения уравнительную связь устанавливают между обмотками возбуждения, т. е. на стороне постоянного тока. При замы­кании контактов КМ1 обмотки возбуждения соединяются параллель­но, поэтому любое изменение напряжения на одной из них автоматиче­ски приводит к такому же изменению напряжения на другой.

Уравнительные соединения применяют также на стороне перемен­ного тока. Для СГ одинаковой мощности могут быть установлены уравнительные соединения между выходными обмотками L3 компаун­дирующих трансформаторов. При замыкании контактов КМ2 эти обмотки соединяются параллельно, поэтому изменение напряжения на одной из них вызовет такое же изменение напряжения на другой.

Рисунок 1.31 - Принципиальная схема различных способов подключения уравнительных связей между параллельно работающими СГ

Для СГ разной мощности, имеющих разные напряжения возбуждения, применяют дополнительные обмотки L4 с одинаковыми выходными напряжениями. Если реактивные нагрузки СГ одинаковы, то в уравни­тельных проводах, соединяющих эти обмотки, токи не протекают. При изменении реактивной нагрузки одного из генераторов возникающие между обмотками L4 уравнительные токи будут подмагничивать магнитопровод одного из компаундирующих трансформаторов и размагничивать магнитопровод другого, что приведет к выравниванию реактивных нагрузок генераторов.

Распределять реактивную нагрузку между параллельно работающими генераторами можно также двумя способами:

- вручную;

- автоматически.

В первом случае оператор (электромеханик или вахтенный механик) одновременно поворачивает рукоятки реостатов возбуждения обоих генераторов в разные стороны - у нагружаемого генератора по часовой стрелке, у разгружаемого – против часовой стрелки. При повороте рукоятки по часовой стрелке сопротивление реостата уменьшается, а ток возбуждения увеличивается, что приводит к увеличению реактивной части тока нагрузки, т.е. этот генератор принимает на себя реактивную нагрузку. При повороте рукоятки против часовой стрелки происходит обратный процесс. Сами рукоятки реостатов возбуждения выведены на лицевую часть секции каждого генератора (генераторной секции).

Автоматическое регулирование реактивных нагрузок обеспечивают специальные устройства - реактивные компенсаторы (компенсаторы реактивной мощности).

Схемы реактивных компенсаторов. Конструктивно реактивный компенсатор представляет собой часть (блок) автоматического регулятора напряжения синхронного генератора.

Различают два вида реактивных компенсаторов:

- статический;

- астатический.

Схемы реактивных компенсаторов показана на рис. 1.32, а и 1.32, в.

Рисунок 1.32 - Реактивные компенсаторы: а, б) схема статического компенсатора и его векторная диаграмма; в - схема астатического компенсатора

Реактивный статический компенсатор (рис. 1.32, а) состоит из трансформатора тока ТА в фазе А и компаундирующего резистора R. Падение напряжения Ū на этом резисторе прямо пропорционально току I фазы А и совпадает с этим током по фазе. Это напряжение суммируется с линейным напряжением Ū , после чего суммарное напряжение управления Ū = Ū + Ū поступает на вход корректора напряжения КН (векторная диаграмма на рис. 1.32, б). С выхода КН выпрямленное напряжение поступает в схему ТФК.

Допустим, индуктивная составляющая тока нагрузки СГ увеличилась, вектор тока фазы А повернулся на угол φ > φ и занимает положение, обозначенное на рис. 1.32, б вектором I . При этом на такой же угол повернется вектор напряжения Ū , вследствие чего длина вектора напряжения управления увеличится до значения Ū > Ū . С помощью КН ток возбуждения генератора будет уменьшен. В то же время в компенсаторе второго параллельно работающего генератора происходит обратный процесс, т.е. его ток возбуждения увеличивается. Этот процесс закончится тогда, когда реактивные токи обоих генераторов станут одинаковыми.

Описанное выше устойчивое распределение реактивных нагрузок возможно при статизме характеристик в 3…4%.

При перераспределении реактивных нагрузок одновременно изменяется напряжение, ухудшается процесс стабилизации, причем, чем больше статизм характерис­тик, тем в большей степени изменяется напряжение. Для устранения этих недостатков приме­няют астатические компенсаторы с комбинированным управлением (рис. 1.32, в). В схемах таких компенсаторов резисторы R2 соединены уравнительным соединением УС.

В режиме одиночной работы СГ вспомогательный контакт QF автоматического выключателя разомкнут, поэтому уравнительное соединение отключено.

На вторичной обмотке трансформатора ТА возникает ЭДС, значение которой пропорционально току нагрузки фазы А. Под действием ЭДС возникают токи i = i , которые по полуобмоткам трансформатора TV текут встречно, не наводя ЭДС во вторичной обмотке трансформатора.

При параллельной работе СГ контакт QF замкнут. Если нагрузки генераторов одинаковы, то в контурах их компенсаторов протекают одинаковые токи i , на резисторах R2 создаются одинаковые падения напряжения Ur , и через уравнительную связь УС ток протекать не будет.

При перегрузке первого СГ в контуре его компенсатора значения токов i и i будут больше, чем в контуре компенсатора второго СГ. Теперь на резисторе R2 схемы компенсатора первого СГ падение напряжения окажется больше, чем на резисторе R2 компенсатора второго СГ. Через УС между резисторами R2 компенсаторов потечет уравнительный ток, который на этих резисторах создает дополнительное падение напряжения Δ Ur .

В схеме компенсатора первого СГ напряжение Δ Ur . будет действовать согласно ЭДС трансформатора ТА, что приведет к увеличению тока i . В это же время в компенсаторе второго СГ напряжение Δ Ur . будет действовать встречно ЭДС транс­форматора ТА и ток i уменьшится. Во вторичных обмотках транс­форматора TV возникнут ЭДС противоположной фазы и корректоры напряжения генераторов выработают противоположные управляющие сигналы: в СВАРН первого СГ ток возбуждения будет уменьшен (уменьшение реактивной нагрузки), а в СВАРН второго СГ увеличен (увеличение реактивной нагрузки).

Современные судовые генераторы оборудуются специальными блоками регулирования и распределения реактивной мощности, которые работают совместно с блоками автоматического регулирования напряжения. Рассмотрим работу регулятора реактивного тока и коэффициента мощности для регулятора Cosimat N+ (схема приведена выше).

В указанном регуляторе регулировка коэффициента мощности осуществляется ПИ-регулятором, путем воздействия на обмотку возбуждения через основной регулятор напряжения. При настройке прибора производиться выбор параметров «минимальная активная мощность» и «максимальная реактивная мощность», которые непрерывно контролируются. При превышении граничных значений происходит автоматическое переключение на регулировку реактивной мощности. При «минимальной активной мощности» выбирается заданное значение с небольшим перевозбуждением. В случае повышения активной мощности происходит обратное переключение в режим регулировки коэффициента мощности.

При «максимальной реактивной мощности» заданное значение соответствует установленному граничному значению Qmax. При понижении активной мощности происходит обратное переключение в режим регулировки коэффициента мощности.

Управляющий сигнал регулятора подается в блок Cosimat N+ по линии управления N-M/m. Схема подключения регулятора реактивной мощности и блока Cosimat N+ показана на рис. 1.33.

Рисунок 1.33 - Схема подключения регулятора реактивной мощности и блока Cosimat N+