4.1.4 Включение генераторов на параллельную работу

Синхронные генераторы включаются в сеть способами точной синхронизации или самосинхронизации.

Выбор способа определяется инструкциями для конкретных машин и сложившимися в данный момент условиями. В соответствии ПТЭ генераторы, как правило, должны включаться в сеть способом точной синхронизации.

При использовании точной синхронизации должна быть введена блокировка от несинхронного включения.

Допускается использование при включении в сеть способа самосинхронизации, если это предусмотрено техническими условиями на поставку или специально согласовано с заводом-изготовителем генератора.

При ликвидации аварий в энергосистеме турбогенераторы мощностью до 220 МВт включительно и все гидрогенераторы разрешается включать на параллельную работу способом самосинхронизации. Турбогенераторы большей мощности раз­решается включать этим способом при условии, что кратность сверхпереходного тока к номинальному, определенная с учетом индуктивных сопротивлений блочных трансформаторов и сети, не превышает 3.0, т.е. I^"/I_н≤3,0.

При использовании способа точной синхронизации ТГ включается в сеть после достижения номинальной скорости (3000 об/ мин, 1500 об/ мин) и подаче тока возбуждения.

При этом должны быть выполнены три условия:

1. U_г=U_с. Напряжения генератора и сети равны по величине.

2. f_г=f_с. Частота генератора равна частоте сети.

3. Векторы одноименных фаз напряжения совпадают.

Рис. 4.5. Диаграммы напряжений генератора и системы при точной синхронизации

Несоблюдение условий синхронизации вызывает появление разности напряжений (ΔU) и уравнительного тока (I_yp), который в определенном случае равен двойному ударному току (2∙I_у) при КЗ на выводах ТГ и может вызвать тяжёлые нарушения в генераторе и системе.

В нормальных условиях допустима величина ΔU генератора и сети 5 — 10 % от номинального, в аварийных может достигать 20 %, (определяется заводом-изготовителем). При подгонке частоты скольжение допускается в размере 0,3—0,4 %, при этом в момент включения генератора угол между векторами напряжений не более 15—20 ^° электрических градусов.

После включения в сеть ротор генератора после нескольких колебаний втягивается в синхронизм, при этом процесс контролируется по приборам на щите управления.

Точная синхронизация проводится либо вручную с контролем по колонке синхронизации, либо с помощью автоматических синхронизаторов с автоматическими уравнителями напряжения и частоты, воздействующими на регулятор возбуждения и двигатель приводного механизма регулятора турбины (АСТ-4А, АСТ-4Б, УБАС-1, УБАС-2).

При ручной точной синхронизации должна быть включена блокировка от несинхронных включений.

Не разрешается включение в сеть генератора при очень быстром подходе стрелки синхроноскопа к черте или ее перемещении рывками, что говорит о большой разнице в частотах или неисправности цепей синхронизатора.

Особенно сложна синхронизация этим способом в аварийных условиях, когда наблюдается колебание частоты, при этом общее время синхронизации затягивается, усугубляя развитие аварии.

При несинхронном включении в сеть уравнительный ток при фазовом смещении 180 ° и наличии мощной энергосистемы ( ) составит:

.

При этом усилия в лобовых частях пропорциональны квадрату тока статора, что может привести к их разрушению, поскольку генераторы по ГОСТ должны выдерживать однократный ударный ток трёхфазного короткого замыкания на их выводах

Во избежание таких ошибок обязательно проверяются цепи син­хронизации после ремонта вторичных цепей (например, путем выделения генератора на свободную систему шин и подачей синхронных напряжений от ТГ и СШ).

Для предотвращения неправильных действий персонала из-за ошибочных действий на ТГ применяют полуавтоматические и автоматические синхронизаторы.

При использовании полуавтоматических синхронизаторов операции регулирования частоты и напряжения производятся персоналом, контроль напряжения биения осуществляется двумя реле напряжения, а контроль дополнительной разницы частот — реле времени. Уставка одного из реле напряжения определяет угол опережения включения выключателя (δ_оп).

На ТЭС применяют автоматические синхронизаторы с постоянным временем опережения. Ранее применялись АСТ-4А и АСТ-4Б, УБАС-1, УБАС-2 в настоящее время используются более современные устройства на базе микросхем и микроконтроллеров.

При включении генераторов способом самосинхронизации ротор раскручивается до скорости, близкой к синхронной, и без возбуждения включается в сеть. Затем сразу включением АГП подается возбуждение и генератор втягивается в синхронизм.

При этом для предотвращения коммутационного перенапряжения обмотка возбуждения (ОВ) должна быть замкнута на якорь или специальное гасительное сопротивление.

Максимально возможный бросок тока в момент включения:

,

где: — относительное сопротивление сети, приведённое к мощности генератора; — сверхпереходное сопротивление генератора.

Из формулы видно, что токи в статоре при использовании этого способа не зависят от скольжения и не превышают значений токов короткого замыкания.

При включении ТГ через блочные трансформаторы эти токи еще снижаются. Вхождение машины в синхронизм определяется электромагнитным моментом, обусловленным возбуждением, а также моментом явнополюсности. Кроме того, у ТГ большую роль играет асинхронный электромагнитный момент взаимодействия поля статора с токами наведенными в бочке ротора. Преимуществами данного метода включения в сеть являются простота, малая вероятность ошибок, возможность быстрого включения при авариях, К недостаткам метода следует отнести значительный толчок тока и понижение напряжения на шинах в момент включения генераторов:

.

Чем больше мощность системы по сравнению с мощностью ТГ, тем меньше понижение напряжения сети при включении ТГ и меньший толчок ощущают генераторы.

Правила эксплуатации рекомендуют при включении машин способом самосинхронизации следующее: подключение в нормальных условиях должно производиться при скольжениях 2—3 %; устройство форсировки возбуждения должно автоматически включаться при включении АГП; при включении со скольжением 3—5 % и менее возбуждение подается без выдержки времени, а при больших скольжениях с задержкой, достаточной для его снижения. Операция включения способом самосинхронизации производится либо вручную, либо полуавтоматически.

При ручном включении частота вращения устанавливается близкой к синхронной (в пределах 2 %), генератор включается в сеть, а АГП включается автоматически от блок-контакта выключателя статора генератора.

Для облегчения синхронизации уставка АРВ перед включением ставится в положение 20—30 % номинальной нагрузки, а реостат электромашинного возбудителя в положение холостого хода.

У системы возбуждения с ВЧ возбудителями и полупроводниковыми выпрямителями из-за особенности работы схемы, отключение резистора самосинхронизации следует производить с выдержкой времени 0,8—0,9 с после включения ТГ для исключения коммутационных перенапряжений.

В схеме полуавтоматической синхронизации используется реле разности частот, которое подает импульс на включение выключателя генератора при достижении скорости, близкой к синхронной скорости, после этого автоматически включается АГП. После синхронизации и включения в сеть генераторы принимают активную нагрузку с определенной скоростью, которая лимитируется тепловыми расширениями турбины или условиями блока в целом.

Скорость повышения напряжения на генераторах и синхронных компенсаторах не ограничивается.

Скорость набора и изменения активной нагрузки для всех генераторов определяется условиями работы турбины или котла.

Скорость изменения реактивной нагрузки генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток, турбогенераторов газотурбинных установок, а также гидрогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток не ограничивается; на турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток эта скорость в нормальных режимах должна быть не выше скорости набора активной нагрузки, а в аварийных условиях не ограничивается [21].

Следует помнить, что при нагревании током обмоток статора и ротора удлинения или расширения меди и стали не равны и вызывают аксиальные перемещения обмоток и изоляции и могут вызвать повреждения, особенно в роторе. Поэтому набор активной и реактивной нагрузок должен быть пропорциональным, если это делается не при авариях.