Лабораторные работы (не мои) / 2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра САУ

ОТЧЕТ по лабораторной работе 2

по дисциплине «Гребные электрические установки»

ТЕМА: СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ ГРЕБНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Студенты гр. 7408

Димоби Е.Б.

Санкт-Петербург

2020

1.Основные теоретические положения

КРАТКАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Синхронизация синхронных генераторов

Подготовка СГ к включению на параллельную работу и сам процесс включения называются синхронизацией.

Существует три способа синхронизации

1.точная;

2.грубая;

3.самосинхронизация.

Эти способы рассмотрены ниже.

Для безударного включения СГ на параллельную работу необходимо выполнить следующие условия синхронизации:

1.равенство напряжения Uсети и ЭДС Е подключаемого генератора, т. е. |U| = | Е | .

2.равенство частот сети fи подключаемого генератора f , т. е. f = f .

3.совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений обоих генераторов, или, иначе, равенство нулю угла сдвига по фазе указанных векторов, т. е. φ = 0°.

4.одинаковый порядок чередования фаз 3-фазных генераторов, т.е. А- В -С и

А-В - С . На практике это означает, что выводы А, В и С каждого генератора должны

при включении на шины, подключаться к шинам соответственно А, В и С ГЭРЩ. Объясним, как проверяется выполнение этих условий и что надо делать при их

нарушении.

Для проверки выполнения первого условия используют вольтметр с переключателем, позволяющим поочередно измерить напряжение на шинах ( сети ) и на зажимах генератора, включаемого на шины.

Если напряжение подключаемого генератора больше ( меньше ) напряжения на шинах, то поступают так:

1. при ручном регулировании вручную уменьшают ( увеличивают ) ток возбуждения подключаемого генератора при помощи реостата возбуждения, рукоятка которого выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора;

2

2. при автоматическом управлении уменьшают ( увеличивают ) ток возбуждения воздействием на регулятор уставки напряжения автоматического регулятора напряжения ( АРН ) генератора, рукоятка которого выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора.

Для проверки выполнения второго условия используют частотомер с переключателем, позволяющим поочередно измерить частоту напряжения на шинах ( сети ) и на зажимах генератора, включаемого на шины.

Если частота тока подключаемого генератора больше ( меньше ) частоты тока на шинах, то у подключаемого генератора уменьшают ( увеличивают ) подачу топлива дизелю поворотом рукоятки управления серводвигателя в сторону «Меньше» ( «Больше» ).

Эта рукоятка выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора. Для проверки выполнения третьего условия используют ламповый или стрелочный синхроноскоп. Включить генераторный автомат надо в момент, когда погаснут все 3 лампы ( если синхроноскоп включен по схеме «на темноту» ), либо верхняя ( если синхроноскоп включен по схеме «на вращение огня» ), либо если стрелка синхроноскопа займет

положение «12 часов».

Проверка выполнения четвертого условия в процессе эксплуатации судна не делается. Это объясняется тем, что необходимый порядок подключения генераторов к шинам обеспечивают специалисты-электромонтажники судоверфи.

Поэтому судовым электромеханикам нет надобности проверять выполнение этого условия.

Однако после выполнения ремонтно-профилактических работ, в ходе которых генератор отсоединялся от шин ГРЩ, проверка выполнения этого условия обязательна.

Если все условия синхронизации выполнены, то включение генератора на шины ГРЩ будет безударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода.

Последствия нарушений условий синхронизации.

От того, какое именно условие не выполнено, зависят последствия нарушения условий синхронизации. Рассмотрим поочередно нарушение каждого из перечисленных условий.

1. При нарушении первого условия | U| ≠ | E |.

В этом случае в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными через шины ГРЩ обмотками статоров СГ, возникнет т.н. уравнительный ток.

Этот ток, протекая через обмотки статоров обоих генераторов, подмагничивает генератор с меньшим напряжением и размагничивает генератор с большим напряжением.

3

В результате напряжения параллельно включенных генераторов выравняются. Вместе с тем уравнительный ток нагружает обмотки статоров обоих генераторов,

нагревая их и линии электропередачи между генераторами и не позволяя использовать генераторы по току полностью.

2. При нарушении второго условия синхронизации f ≠ f .

Сразу после включения генератора на шины возникнет переходный процесс, характер которого зависит от значения разности частот обоих генераторов.

Если разность частот менее 0,75 Гц, то после подключения генератора его ротор со вершит несколько колебательных движений ( качаний) с постепенно убывающей амплитудой и затем под действием собственной синхронизирующей мощности втянется в

синхронизм.

После этого роторы обоих генераторов станут вращаться с одинаковой скоростью. Если эта разность составляет несколько герц, ротор подключенного генератора

может не войти в синхронизм и будет перемещаться относительно ротора другого генератора.

Возникающие при этом механические толчки на валу могут привести к тому, что не только подключенный генератор не войдет в синхронизм, но могут выпасть из синхронизма другие параллельно работающие генераторы.

3. Последствия нарушения третьего условия ( φ ≠ 0°) зависят от взаимного положения роторов в момент включения генератора на параллельную работу.

Рассмотрим 3 характерных случая:

а ) генератор включен при положении стрелки синхроноскопа «без пяти минут 12 часов» ( при этом стрелка синхроноскопа должна вращаться по часовой стрелке ).

Вэтом случае он сразу же перейдет в генераторный режим и снимет часть нагрузки

сработающего генератора.

При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: тормозного характера у подключенного генератора и подкручивающего у работающего.

После этого надо постепенно подачу топлива увеличивать у подключенного генератора и одновременно уменьшать у работающего. В момент времени, когда показания киловаттметров обоих генераторов станут одинаковыми, надо перестать изменять подачу топлива.

б) генератор включен при положении стрелки синхроноскопа «пять минут после 12 часов».

В этом случае он сразу же перейдет в двигательный режим и добавит нагрузку наработающий генератор.

4

При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: подкручивающий у подключенного и тормозной у работающего генератора.

Врезультате «подкручивания» подключенный генератор может пойти «вразнос» и будет отключен защитой по обратной мощности.

Если защита не сработала, что может быть при небольшом, неопасном значении обратной мощности подключенного генератора, надо сразу после включения начать увеличивать подачу топлива у подключенного генератора и уменьшать у работающего.

Вмомент времени, когда показания киловаттметров обоих генераторов станут одинаковыми, надо перестать изменять подачу топлива.

в ) генератор включен на шины при положении стрелки синхроноскопа «6 часов».

Вэтом случае ротор подключенного генератора «перевернут» по отношению к ротору работающего.

При этом в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными через шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, напряжение работающего генератора и ЭДС подключенного суммируются ( совпадают по фазе ).

Поскольку обмотки статоров имеют незначительное сопротивление, под действием

двойного напряжения U+ E = 220 + 220 = 440 В в цепи возникнет ток короткого замыкания.

Врезультате отключится один или оба автоматических выключателя ( в последнем случае судно обесточится ).

Из сказанного следует, что процесс синхронизации генераторов - достаточно ответственный.

Всоответствии с Правилами технической эксплуатации электрооборудования судов, именно вахтенный механик должен выполнять все действия, связанные с синхронизацией, переводом и распределением нагрузки при параллельной работе генераторов.

Судовой электромеханик включает на параллельную работу генераторы только в двух случаях – при использовании методов грубой синхронизации или самосинхронизации.

5

Распределение активной мощности СЭС, работающей параллельно с другими СЭС или береговой сетью.

После включения генератора на параллельную работу с сетью осуществляют прием нагрузки на включенный генератор с помощью увеличения подачи топлива у первичного двигателя включаемого генератора.

Для устойчивой и надежной параллельной работы генераторов необходимо, чтобы активная мощность, отдаваемая работающими генераторами, распределялась между ними пропорционально их номинальным мощностям, так как в противном случае один из параллельно работающих генераторов окажется недогруженным, а другие перегруженными, что вызовет выход последних из строя или выпадение из синхронизма.

Пропорциональное распределение активной мощности между генераторами производится только в том случае, если приводные двигатели имеют одинаковый наклон характеристик, выражающих зависимость частоты вращения дизеля n от активной мощности Р на валу, т.е. одинаковый статизм.

При неодинаковом статизме привода и одинаковой частоте вращения параллельно работающих генераторов распределение активной мощности между ними не будет пропорционально их номинальным мощностям, как показано на рис.2. Чтобы этого не происходило, статизм дизельного двигателя заранее регулируют настройкой регулятора подачи топлива.

Рис.2. Распределение активной мощности между параллельно работающими генераторами 1 и 2 при неравенстве статизма их двигателей.

6

n - частота вращения генератора; Р - активная мощность генератора.

Обычно дизельные двигатели имеют статизм 3…5 %, что позволяет обеспечить неравномерность распределения активной мощности между параллельно работающими генераторами не более 10% мощности меньшего генератора.

Для перераспределения активной мощности между параллельно работающими СЭС необходимо изменить подачу топлива в дизель, например, увеличить подачу топлива в дизель генератора, на который переводят активную мощность, и уменьшить подачу топлива в дизель генератора, с которого снимают активную мощность.

Распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами и береговой сетью

При эксплуатации возможны следующие случаи параллельной работы генератора: с другими генераторами, имеющими принципиально отличную систему возбуждения (например, машинную или статическую); с другими такими же генераторами или генераторами, имеющими аналогичную по принципу действия и схеме систему возбуждения; с береговой сетью.

В первом случае для пропорционального распределения реактивной мощности между генераторами необходимо, чтобы напряжение каждого из генераторов при автономной работе несколько уменьшалось с увеличением реактивной нагрузки, а статизм по реактивной мощности генераторов был одинаков.

Статизмом по реактивной мощности называют относительное изменение напряжения генератора при увеличении его реактивной мощности. При неодинаковом статизме по реактивной мощности и одинаковом напряжении параллельно работающих генераторов распределение реактивной мощности между ними будет происходить непропорционально их номинальным мощностям (рис.3).

7

Для обеспечения удовлетворительной параллельной работы генераторы тоже должны иметь устройства параллельной работы.

Если генератор, работающий параллельно с береговой сетью, необходимо нагрузить реактивной мощностью, то нужно увеличить его ток возбуждения. Изменение тока возбуждения генератора, работающего параллельно с сетью, достигается изменением сопротивления уставки напряжения. Устойчивая параллельная работа генератора с сетью возможна лишь при наличии статизма по реактивной мощности.

Статическая система возбуждения обеспечивает увеличение тока возбуждения генератора с ростом его нагрузки. При параллельной работе напряжения генератора и сети равны, поэтому при отсутствии статизма по реактивной мощности с увеличением последней будет увеличиваться ток возбуждения генератора. Увеличение тока возбуждения генератора, работающего параллельно с сетью, приведет в свою очередь к дальнейшему росту его активной мощности. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока генератор не выйдет из строя вследствие недопустимой перегрузит.

При наличии статизма большей реактивной мощности соответствует меньшее напряжение генератора, но напряжение определено сетью и снизить его нельзя, поэтому увеличение реактивной мощности генератора при неизменном напряжении сети невозможно.

Технические характеристики электростанции:

•Тип первичного двигателя – дизель;

•Количество ДГ – 2 шт.

•Pном = 1 МВт;

•Uном = 690 В;

•fном = 50 Гц.

9

2.Расчета и Анализа

2.1.Подача питания с берега

На Рис. 4 представлена имитирующая подача питания с берега СЭС

Рис.4 Подача питания с берега

2.2.Синхронизация ДГ с береговым питанием.

На Рис. 4 представлена синхронизация ДГ с береговым питанием

Рис.4 Синхронизация ДГ с береговым питанием

10