1. Способи синхронізації

Синхронізація синхронних генераторів в ЭСК може здійснюватися методами точної синхронізації, грубої синхронізації (через реактор) і самосинхронізації. Області застосування цих методів залежать від цілого ряду факторів: призначення електроенергетичних установок, прийнятих схем генерування й розподілу електричної енергії, а також состава встаткування ЭСК й їхніх параметрів.

Точна синхронізація. Цей метод варто вважати основним для включення синхронних генераторів на паралельну роботу.

На рис. 3.3 представлена принципова схема точної синхронізації генераторів. Включення генераторів виробляється в наступній послідовності (припустимо, що генератор СГ1 працює, а генератор СГ2 підключається).

Рис. 3.3. Схема точної синхронізації

1. Автоматично, завдяки роботі АРВ або за допомогою регуляторів уставки напруги РУ1,2 у схемі автоматичного регулятора напруги СГ по вольтметрах V зрівнюють напруги генераторів. Вважається, що у всіх випадках краще, коли величини напруги й частоти у генератора, що підключається, трохи вище (на 2-З%), чим у працюючого. При цьому після підключення генератор відразу візьме на себе деяке навантаження, розвантажить працюючій генератор й краще втягнеться в синхронізм. У противному випадку генератор, що підключається, буде працювати в руховому режимі, споживаючи деяку потужність, і додатково навантажить працюючий генератор.

2. Впливаючи на серводвигун СД2, що механічно пов'язаний з регулятором подачі енергоносія, за допомогою перемикача живлення серводвигуна ПСД2 роблять зміну подачі енергоносія (палива, пару або газу) первинного двигуна генератора ПД2 та тим самим зрівнюють частоти обертання генераторів, контролюючи це по частотомірах Н2.

3. Одним з перемикачів синхроноскопа (у нашому випадку ПЗ) включають одну обмотку синхроноскопа S на шини електростанції, а іншу - на напругу генератора СГ2, що підключають. Шляхом зміни подачі енергоносія первинного двигуна генератора СГ2 домагаються найбільш повільного обертання стрілки синхроноскопа (тобто мінімальної різниці частот генераторів) і в момент, коли стрільця приладу проходить оцінку, що відповідає збігу напруг генераторів по фазі, включають автомат A3 генератори СГ2 на шини ГРЩ. Цей момент відповідає куту ₀, і тому різниця напруг і зрівняльний струм буде дорівнювати нулю (або буде дуже малим при малих кутах ₀). Здійснення точної синхронізації генераторів бажає від обслуговуючого персоналу досвіду й витрати певного часу.

У випадку грубих помилок підключений генератор може не втягтися в паралельну роботу, а споживачі електроенергії, що працювали, можуть відключитися від ГРЩ.

Для того, щоб виключити можливі помилки обслуговуючого персоналу, процес включення генераторів способом точної синхронізації в більшості випадків автоматизований.

Груба синхронізація. Відрізняється вона від точної тем, що при підключенні генератора не перевіряється рівність відносного зрушення фаз, а для обмеження величини зрівняльного струму між працюючим і підключаемим генераторами вводиться додатковий реактивний опір Хр>>x_d1+x_d2 (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Схема грубої синхронізації

Груба синхронізація генераторів здійснюється в наступному порядку.

1. Зрівнюють напруги й частоти генераторів, користуючись тими ж апаратами й приладами, що й при точній синхронізації.

2. Замикають контакт К2 і тим самим включають генератор Г2 на паралельну роботу зі СГ1 через реактор (автомати AI й А2 включені, перемикачем П реактор включений на шини ГРЩ2).

3. Після спадання первісного кидка струму й зменшення коливань напруги генераторів включають автомат A3 генератори й розмикають контакт К2. Звичайно генераторний автомат генератора A3 включають через 3-5 с після включення реактора. При грубій синхронізації включення генераторів на паралельну роботу можливо при значеннях початкових кутів зрушення фаз ₀, близьких до 180°.

Величину опору реактора Хр варто вибирати значно перевищуючим суму опорів генераторів з таким розрахунком, щоб кидок струму не приводив до провалів напруг більше припустимих значень (U20%U_H). Завдяки цьому припустимі більші величини кутів неузгодженості роторів машин, що істотно спрощує процес синхронізації й скорочує час його здійснення. Недоліком методу є необхідність у наявності додаткових пристроїв (реактивного опору і його апаратів включення), що ускладнює схему й збільшує масу й габарити ЭСК. Незважаючи на ці недоліки, метод грубої синхронізації знайшов широке застосування в ЭСК із невеликою потужністю джерел електроенергії. Автоматизація грубої синхронізації здійснюється більше простими засобами в порівнянні з точної.

Самосинхронізація. Схема включення генераторів на паралельну роботу цим методом представлена на рис.3.5. При цьому виконуються наступні операції.

1. Генератор СГ2, що підключають, запускається й розганяється до частоти обертання, близької до синхронній. При цьому обмотка збудження генератора СГ2 замкнута на опір R2, в I0-20 разів перевищуючий власний опір, і відключена від джерела живлення (контакт К4 замкнуть, КЗ розімкнуть). Частота обертання контролюється по тахометру n.

Рис. 3.5. Схема самосинхронізації

2. За допомогою автомата A3 генератор СГ2 включається на шини ГРЩ.

3. Після спадання первісного кидка струму замикається контакт КЗ і розмикається К4. Ця операція, як правило, виконується автоматично слідом за другою операцією з невеликою витримкою часу, величина якої регулюється стосовно до типу генераторів.

Після виконання другої операції неминучій помітний зрівняльний струм. Власне кажучи це рівноважне включенню на шини ГРЩ асинхронного електродвигуна, і величина зрівняльного струму досягає 5-7 кратного значення номінального.

На відміну від двох попередніх методів синхронізації, при самосинхронізації підключають генератор, що до моменту замикання контактів автомата A3 не збуджений. Після включення автомата A3 виникає асинхронний момент, що створюється внаслідок нерівності між частотою обертання ротора й частотою обертання поля статора струмами в заспокійливій коротко замкнутій обмотці ротора й обмотці збудження, замкнутої на опір R2. Під дією асинхронного моменту частота обертання включеного генератора буде наближатися до синхронного. Після включення живлення обмотки збудження з'явиться синхронний момент, під дією якого ротор включеного генератора втягується в синхронізм.

При включенні цим методом на паралельну роботу генераторів однакової потужності провал напруги досягає 30-40% Uн, повний час відновлення напруги дорівнює декільком секундам. Метод самосинхронізації може знайти застосування на малих кораблях і допоміжних судах, коли в ЭСК припустимо поява глибоких, короткочасних провалів напруги.