65, 69. Параллельная работа с сетью бесконечно большой мощности синхронных машин. Методы самосинхронизации

На каждой электрической станции обычно бывает установлено несколько генераторов, которые включаются на параллельную работу в общую сеть. Следовательно - большая надежность энергоснабжения потребителей, снижение мощности аварийного и ремонтного резерва, возможность маневрирования энергоресурсами сезонного характера. Все параллельно работающие генераторы должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты. Поэтому они должны вращаться строго синхронно, т. е.:

Условия синхронизации генераторов. При включении генераторов на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать большого толчка тока и ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы.

Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора на хх перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора.

Идеальные условия для включения генератора на параллельную работу достигаются при:

1 . Напряжение включаемого генератора U_r = напряжению сети f_с или уже работающего генератора;

2. Частота генератора f_г должна равняться частоте сети f_с;

3. Чередование фаз- генератора и сети должно быть одинаково;

4

Рис. 35-1. Векторные диаграммы напряжений сети U_c и генератора U_t при идеальных условиях включения на параллельную работу

. Напряжения U_r и U_z должны быть в фазе.

При этом векторы напряжений генератора и сети совпадают и вращаются с одинаковой скоростью (рис.35-1), разности напряжений между контактами выключателя при включении генератора (рис. 35-2) равны:

Ura-Uca=Urb-Ucb=Urc-Ucc = 0, (35-1) и поэтому при включении не возникает никакого толчка тока.

Равенство напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора и контролируется с помощью вольтметра. Изменение частоты и фазы напряжения генератора достигается изменением скорости вращения генератора. Правильность чередования фаз необходимо проверять только при первом включении генератора после монтажа или сборки схемы. Совпадение напряжений по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых вольтметров или специальных синхроноскопов, а в автоматических синхронизаторах-с помощью специальных измерительных элементов.

Неправильная синхронизация может вызвать серьезную аварию. Действительно, если, например, напряжения U_r и V_c будут в момент включения генератора на параллельную работу сдвинуты по фазе на 180°, то это эквивалентно кз при удвоенном напряжении (Uг-Uc = 2Uг). Если генератор включается в сеть мощной энергетической системы, то сопротивление этой сети по сравнению с сопротивлением самого генератора можно принять равным нулю, и поэтому ударный ток при включении может превысить ток при обычном кз в два раза. Ударные электромагнитные моменты и силы при этом возрастают в четыре раза.

Сущность метода самосинхронизации заключается в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии (U_г= 0) при скорости вращения, близкой к синхронной (допускается отклонение до 2%). При этом отпадает необходимость в точном выравнивании частот, величины и фазы напряжений, благодаря чему процесс синхронизации предельно упрощается и возможность ошибочных действий исключается. После включения невозбужденного генератора в сеть немедленно включается ток возбуждения и генератор втягивается в синхронизм (т. е. его скорость достигает синхронной и становится).

П ри самосинхронизации неизбежно возникновение значительного толчка тока, т к включение невозбужденного генератора в сеть с напряжением U_c экв внезапному кз этого генератора при работе на хх с Е = U_с. Однако толчок тока при самосинхронизации будет все же меньше, так как, кроме сопротивления генератора, в цепи будут действовать также сопротивления элементов сети (повышающие трансформаторы, линия и т. д.). Кроме того, включение генератора производится при включенном сопротивлении гашения поля, что также снижает величину ударного тока и способствует быстрому затуханию переходных токов. метод самосинхронизации можно применять в случаях, когда толчок тока не будет превышать 3,5 I_н. В большинстве случаев это условие выполняется.

Режим работы синхронной машины параллельно с сетью при синхронной скорости вращения называется синхронным. Рассмотрим особенности этого режима подробнее, причем предположим для простоты, что сеть, к к-рой приключена рассматриваемая машина, является бесконечно мощной, т. е. в ней U=const и f= const. Это означает, что суммарная мощность всех приключенных к этой сети синхронных г-ров настолько велика по сравнению с мощностью приключаемой машины, что изменение режима работы машины не влияет на напряжение и частоту сети.

Н апряжение параллельно работающего генератора равно напряжению сети на зажимах генератора. Предположим также, что включаемая на параллельную работу машина является неявнополюсной и сопротивление якоря r_а= 0. Тогда, согласно диаграмме рис. 33-4, ток якоря машины определяется простой зависимостью

Изменение реактивной мощности. Режим синхронного компенсатора. Пусть, что при включении на параллельную работу соблюдены условия синхронизации возбужденного генератора, т. е. U_г=U_с или Е=U_г=U. Тогда, согласно равенству (35-2), I=0, т. е. машина не примет на себя никакой нагрузки.

Предположим теперь, что ток возбуждения после синхронизации был увеличен и поэтому E>0. Тогда (рис. 35-5, а) возникает ток I [см. равенство (35-2)], отстающий от ΔU, а также от E и U на 90°. Машина, таким образом, будет отдавать в сеть чисто индуктивный ток и реактивную мощность. Если ток возбуждения уменьшить, так что E <0 (рис. 35-5, б), то ток I также будет отставать от ΔU на 90°, но будет опережать E и U на 90°, т. е. машина будет отдавать в сеть емкостный ток и потреблять из сети реактивную мощность. Т.о., изменение тока возбуждения синхронной машины вызовет в ней только реактивные токи или изменение реактивного тока и реактивной мощности. При Е> U синхронная машина называется перевозбужденной, а при Е<U - недовозбужденной. При равенстве активной мощности нулю перевозбужденная синхронная машина по отношению к сети эквивалентна емкости, а недовозбужденная — индуктивности.

Синхронная машина, не несущая активной нагрузки и загруженная реактивным током, называется синхронным компенсатором. Такие компенсаторы применяются для повышения коэффициента мощности и поддержания нормального уровня напряжения в сетях.

Из сказанного выше следует, что изменение тока возбуждения не вызывает появления активной нагрузки или ее изменения. Чтобы включенная на параллельную работу машина приняла на себя активную нагрузку и работала в режиме генератора, необходимо увеличить движущий механический вращающий момент на ее валу, увеличив, например, поступление воды или пара в турбину.

Как следует из рис. 35-5, в и г, у генератора вектор U отстает от вектора E, а у двигателя -наоборот. Угол нагрузки Ө в первом случае будем считать положительным, а во втором-отрицательным.