§ 19. Параллельная работа судовых генераторов
Судовая электростанция может иметь два, три, а иногда четыре дизель-генератора. Они могут работать раздельно или параллельно. При раздельной работе каждый генератор через отдельную секцию главного электрораспределительного щита обеспечивает электроэнергией определенную группу приемников. С помощью переключающихся устройств можно менять подключение приемников к генераторам. (Например, питание рулевой машины по 2-м фидерам).
Раздельная работа не позволяет использовать генераторы на полную мощность в различных режимах работы судна, так как мощность каждого генератора определяется общей мощностью приемников, которые могут быть подключены к нему. Однако число работающих механизмов зависит от режима эксплуатации судна, т. е. не все электроприемники постоянно находятся в работе, а это значит, что раздельно работающие генераторы часто оказываются недостаточно загруженными. При этом снижается к.п.д. и эффективность их работы. Кроме того, переключение генераторов или приемников можно осуществлять только с перерывом питания.
Под параллельной работой понимают работу двух или большего количества генераторов на одни и те же потребители (шины ГЭРЩ).
Параллельная работа генераторов дает следующие преимущества: обеспечивает полную загрузку генераторов, что позволяет уменьшить агрегатную мощность дезель-генераторов; гарантирует непрерывное питание приемников при переходе с одного генератора на другой; повышает бесперебойность снабжения приемников электроэнергией, т. е. надежность работы электростанции повышается.
Эффективность использования генераторов при параллельной работе объясняется возможностью включать в работу столько генераторов, сколько требуется для обеспечения энергией подключенных приемников. При возрастании или уменьшении нагрузки количество работающих генераторов соответственно может быть увеличено или уменьшено, при этом нагрузка у работающих генераторов всегда близка к номинальной, в результате чего к.п.д. электростанции повышается. У неработающих в это время дизель-генераторов сохраняется моторесурс и можно производить их техническое обслуживание.
К недостаткам параллельной работы генераторов следует отнести большую сложность процессов включения и отключения генераторов, необходимость более квалифицированного обслуживания, высокие требования к четкости работы агрегатов судовой электростанции, особенно автоматических регуляторов частоты вращения дизелей, автоматических регуляторов напряжения и систем автоматического распределения нагрузки.
При включении на параллельную работу генератора постоянного тока должны быть соблюдены два условия:
1) э.д.с. включаемого генератора должна быть равна напряжению работающего генератора:
,
т. е. при включении генератора в сеть его ток должен быть равен нулю:
;
2) полярность на выводах включаемого генератора должна соответствовать полярности сети.
Поэтому для включения генератора на параллельную работу (рис. 2.34) необходимо:
- запустить первичный двигатель дизель-генератора и установить номинальную частоту вращения;
- регулировочным реостатом R2 в обмотке возбуждения LG2 установить э.д.с. E , равную напряжению сети. До включения генератора в сеть вольтметр показывает его э.д.с. При правильной полярности генератор G2 включается автоматом Q2 на шины ГЭРЩ. После подключения генератора его нагрузка равна нулю (I = 0). Для перевода нагрузки с ранее работающего генератора на включенный необходимо увеличить ток возбуждения реостатом R2 второго генератора, т. е. увеличить его э.д.с. E и одновременно уменьшить ток возбуждения у ранее работающего генератора G1; по показаниям амперметров установить необходимые токи генераторов (нагрузку между ними распределить равномерно).
Рис. 2.34. Принципиальная схема параллельной работы генераторов постоянного тока с параллельным возбуждением
При параллельной работе генераторов нагрузка должна распределяться пропорционально их мощности. Для получения устойчивой параллельной работы необходимо включать уравнительный провод между началами последовательных обмоток возбуждения (2.35). При наличии уравнительного провода увеличение тока нагрузки одного генератора приведет к равномерному увеличению токов в последовательных обмотках возбуждения обоих генераторов, в результате чего возрастает ток нагрузки в обоих генераторах. Уравнительный провод при изменении нагрузки одного генератора одновременно вызывает изменение возбуждения у других параллельно работающих генераторов, обеспечивая устойчивость параллельной работы дизель-генераторов.
При отсутствии уравнительного провода понижение э.д.с. вызовет уменьшение тока нагрузки генератора G1, что в свою очередь вызовет дальнейшее уменьшение его э.д.с. и разгрузку. У другого генератора G2 в это время ток нагрузки возрастет, увеличатся его магнитный поток и э.д.с. В связи с этим будет происходить дальнейшая его перегрузка. Таким образом, первый генератор будет размагничиваться и в конце концов перейдет в режим двигателя.
Устойчивость параллельной работы генераторов зависит от сопротивления уравнительного провода. Чем меньше его сопротивление, тем устойчивее параллельная работа. При отключении одного из генераторов уравнительный провод должен также отключаться, чтобы обмотки отключенного генератора не находились под напряжением.
При отключении генератора его нужно сначала разгрузить (уменьшая ток возбуждения, уравнять его напряжение с напряжением на шинах) и при снятой нагрузке (амперметр показывает «О») отключить автомат.
Рис. 2.35. Принципиальная схема параллельной работы генераторов постоянного тока со смешанным возбуждением
Параллельная работа судовых генераторов переменного тока
Идеальными условиями для включения синхронного генератора на параллельную работу являются:
1. Равенство э.д.с. включаемого генератора и напряжения на шинах электростанции.
2. Равенство частоты э.д.с. включаемого генератора частоте напряжения на шинах электростанции.
3. Совпадение фаз э.д.с. включаемого генератора и напряжения на шинах электростанции.
Одинаковый порядок чередования фаз генератора и шин электростанции.
Выполнение первого условия достигается изменением силы тока возбуждения включаемого генератора и контролируется с помощью вольтметра. Второе условие выполняется путем регулирования частоты вращения первичного двигателя включаемого генератора и контролируется с помощью частотомера.
Выполнение третьего и четвертого условий достигается изменением частоты вращения первичного двигателя включаемого генератора и контролируется по синхроноскопу.
При соблюдении
всех условий синхронизации генератор
включается в параллельную работу без
броска тока и изменения напряжения на
шинах судовой электростанции, так как
разность напряжений включаемого
генератора и судовой сети равна нулю
.
Несоблюдение условий синхронизации вызовет в момент включения генератора на параллельную работу уравнительный ток между генераторами, который может привести к их повреждению, резкому колебанию напряжения на шинах электростанции и выпадению работающих генераторов из синхронизма; механические перегрузки, опасные для валов, муфт и приводных двигателей. Различают точную, грубую синхронизацию и самосинхронизацию.
Точная синхронизация обеспечивает наиболее полно вышеперечисленные условия включения синхронных генераторов на параллельную работу и поэтому считается основным способом синхронизации (рис. 2.36).
Pис. 2.36. Схема включения синхронных генераторов на параллельную работу методом точной синхронизации.
Включение генератора производится в следующем порядке (например, вводится в работу генератор G2): сообщают первичному двигателю генератора G2 номинальную частоту вращения; при помощи регулятора возбуждения RР2 по вольтметрам РV2 и РV1 уравнивают э.д.с. генератора G2 и напряжение генератора G1; уравнивают по частотомерам РF2 и РF1 частоты генераторов, воздействуя на частоту вращения первичного двигателя генератора G2 посредством переключателя SА2 серводвигателя М2; замыкают контакт SВ2, подключая синхроноскоп Р на напряжение генератора G2. Добиваются совпадения фаз э.д.с. генератора G2 и напряжения генератора G1, воздействуя на частоту вращения первичного двигателя. В момент пересечения стрелкой синхроноскопа красной отметки на его шкале генератор G2 автоматическим выключателем QF2 подключают к шинам судовой электростанции; перераспределяют активную и реактивную нагрузки между генераторами G1 и G2 воздействуя соответственно на серводвигатели М1, М2 и регуляторы возбуждения RР1, RР2.
Грубая синхронизация (рис 2.37) не требует точного совпадения напряжений по фазе. Возникающий при включении генератора G2 на параллельную работу с генератором G1 бросок тока ограничивается реактором L, реактивное сопротивление которого значительно превышает сумму реактивных сопротивлений статорных обмоток генераторов.
Рис. 2.37. Схема включения синхронных генераторов на параллельную работу методом грубой синхронизации.
Рис. 2.38. Схема включения синхронных генераторов на параллельную работу методом самосинхронизации.
Грубая синхронизация генераторов осуществляется в следующем порядке: пускают первичный двигатель генератора G2; по показаниям вольтметров PV1, PV2 и частотомеров PF1, PF2 соответственно уравнивают напряжения и частоты генераторов G1 и G2 (аналогично способу точной синхронизации); замыкая контакт К2, подключают генератор G2 на параллельную работу через реактор L; после уменьшения броска тока и колебаний включить выключатель QF2 генератора G2, размыкая контакт К2.
Самосинхронизация (рис. 2.38) заключается в том, что вводимый невозбужденный генератор G2 разгоняется до скорости, близкой к синхронной. Обмотка возбуждения генератора G2 посредством контакта К2.1. замкнута на резистор R2 (резистор гашения поля), сопротивление которого больше сопротивления обмотки возбуждения в 10 – 20 раз. Генератор G2 автоматическим выключателем QF2 подключается на шины судовой электростанции. Сразу же подается ток в обмотку возбуждения (контакт К2.1. размыкается, а контакт К2.2 замыкается), и генератор G2 втягивается в синхронизм.
Подключение невозбужденного синхронного генератора вызывает бросок тока, достигающий 5 – 7 кратного значения номинального тока, провал напряжения 25 – 40 %.
На современных судах процесс синхронизации генераторов автоматизируется, что облегчает работу обслуживающего персонала и исключает возможные ошибки, которые могут привести к серьезным повреждениям энергетических агрегатов.
Синхроноскопы
Синхроноскопы бывают ламповые и стрелочные.
Рис. 2.38 а Внешний вид стрелочного синхроноскопа Э 155
Рис. 2.39. Ламповый синхроноскоп
Применяют два способа включения ламп накаливания лампового синхроноскопа: на погасание (рис. 2.39, а) и на вращения огня (света) (рис. 2. 39, б). В первом случае лампы включают на одноименные фазы генератора и сети, во втором – на разные фазы.
Вместо ламповых синхронизирующих устройств широкое распространение получили стрелочные синхроноскопы, представляющие собой сельсин, имеющий трехфазную обмотку статора и однофазную – ротора. Обмотка статора подключается всеми тремя фазами к фазам сети, обмотка ротора – к двум фазам включаемого генератора. Схема показана на рис. 2.40.
Рис. 2.40. Принципиальная схема стрелочного синхроноскопа.
Электроприводы судовых механизмов