Параллельная работа синхронного генератора с сетью. Включение генератора на параллельную работу с сетью

ГЛАВА 15

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С СЕТЬЮ

15.1. Особенности параллельной работы синхронных генераторов

В настоящее время электроэнергетические системы состоят из параллельно работающих электрических станций, соединенных линиями электропередачи, что повышает надежность электроснаб­ жения потребителей по сравнению с автономным электроснаб жением. Кроме того, при этом уменьшается установленная мощ ность электрических станций при неизменной мощности нагрузки и увеличивается экономичность за счет возможности включения (отключения) отдельных генераторов и целых электростанций в случае изменения нагрузки в системе и т. д.

При параллельной работе с общей электрической сетью мощ ности отдельных синхронных генераторов по сравнению с общей мощностью энергосистемы незначительны. Поэтому при любых изменениях режима работы отдельного генератора, включенного в энергосистему, ее напряжение и частота f с остаются практич ески неизменными и поддерживаются всеми остальными генер аторами.

В дальнейшем при рассмотрении параллельной работы син хронного генератора с сетью будем исходить из условия, что = const , f с = const .

15.2. Способы включения синхронного генератора на

параллельную работу с сетью

Процесс включения синхронного генератора на параллельную ра боту с сетью называется синхронизацией. При этом различают точную синхронизацию и самосинхронизацию (или грубую синхрон изацию). При включении генератора в сеть не должны возникать большие толчки тока, так как они вызывают большие моменты, действующие как на ротор, так и на статор, и значительные электродинамические силы, которые могут привести к повреждению обмоток.

Принципиальная схема синхронизации трехфазных генераторовприведена на рис. 15.1, а соответствующая ей расчетная электрическая схема для одной фазы - на рис. 15.2.

Рис. 15.2. Электрическая схема для расчета тока I c (одной фазы)

При замыкании рубильника (Р) в схеме на рис. 15.1 ток синхронизации I с (см. рис. 15.2) определяется по формуле

font-size:11.5pt">(15.1)

где Ė Г ,Ė с https://pandia.ru/text/79/295/images/image006_85.gif" width="35" height="31 src="> - ЭДС (на­ пряжения) генератора и сети со­ ответственно; Z а - полное со­ противление обмотки якоря ге­ нератора.

Чтобы ток İ с был равен нулю (в контуре Е Г - Е с на рис. 15.2), необходимо выполнение следу­ ющих условий:

1. ЭДС генератора Ė Г и сети Ė с должны быть равны по зна­ чению и находиться в противо фазе.

2. Частота генератора f Г и ча­ стота сети fc должны быть рав­ ны, иначе после синхрониза­ции синхронный генератор бу­ дет работать в режиме асинх­ ронного двигателя (при f Г < f с ) или асинхронного генератора (при f Г > f с ).

3. Порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым, иначе после син хронизации ротор генератора будет вращаться с синхронной ско­ ростью против направления вращения магнитного поля, т. е. бу­ дет работать в режиме электромагнитного тормоза со скольжением s = 2 .

Перечисленные условия являются условиями точной синхро низации.

Выполнение условий синхронизации проверяется следующим образом (см. рис. 15.1). При отключенном рубильнике (Р) син­ хронный генератор (СГ) ра­ботает в режиме холостого хода, при этом между контак­ тами рубильника действует ЭДС ΔĖ = ĖГ -Ėс = Ė 10- Ėс . Регули­ рованием тока возбуждения генератора тока возбуждения генератора добиваются равенства ЭДС Е г и Е с , контролируя их значения с помощью вольтметров V г и V c .

Если бы частота вращения генератора была постоянной и рав­ной номинальной, то частота индуктируемой ЭДС равнялась бы частоте напряжения сети и векторы Ė 10 и Ė c вращались с оди­наковой угловой частотой, а ΔĖ была бы постоянной.

В действительности получить строго постоянную частоту вра­щения генератора не удается и частоты ЭДС сети и генератора несколько отличаются. Поэтому векторы Ė 10 и Ė c перемещаются относительно друг друга с угловой частотой ω=2π(f г – f c ).

Вследствие этого ΔЕ изменяется от нуля до значения, равного сумме Ė 10 + Ė c и соответственно этому изменяется напряжение в трех лампах, которые одновременно то загораются, то гаснут. Наи­более благоприятным для включениия генератора в сеть является момент, когда ΔЕ= 0, что соответствует выполнению первого ус­ловия точной синхронизации. Однако лампы накаливания гаснут при напряжениях, равных 30...60% от номинальных значений. Поэтому, для того чтобы более точно определить момент выпол­нения первого условия синхронизации, параллельно одной из них включают так называемый нулевой вольтметр V 0 . В момент выполнения первого условия показания этого вольтметра равны нулю и лампы не горят. Если в этот момент замкнуть рубильник Р, ток в подключенном к сети генераторе будет равен нулю. Включение ламп по схеме, приведенной на рис. 15.1, называется включением на потухание света.

Возможна другая схема соединения трех ламп: одна из них подключается к одноименным фазам генератора и сети, а две другие - к разноименным фазам. При такой схеме включения, называемой включением на вращение света, лампы будут попеременно загораться и гаснуть. Вместе эти три лампы образуют ламповый синхроноскоп.

В настоящее время вместо ламповых применяются более сложные синхроноскопы, позволяющие полностью автоматизировать процесс синхронизации.

Частоту генератора в процессе синхронизации регулируют из­менением скорости вращения его первичного (приводного) двигателя. Если частоты генератора и сети совпадают, то лампы син-хроноскопа не мигают, поскольку ΔĖ = const . Таким образом, с помощью лампового синхроноскопа проверяют выполнение второго условия точной синхронизации.

С помощью лампового синхроноскопа проверяют и третье условие точной синхронизации - одинаковость порядка чередования фаз сети и генератора. Если при схеме включения ламп, приведенной на рис. 15.1, будет наблюдаться вращение, а не потуха­ние света, то это будет означать, что сеть и генератор имеют разный порядок чередования фаз, который в этом случае необходимо из­менить, что достигается путем переключения двух фаз либо сети, либо генератора.

Для применения метода точной синхронизации требуется до­вольно много времени (до 10 мин). В ряде случаев при резком увеличении нагрузки в электрической системе этого времени в распоряжении персонала электрической станции может не ока­заться. Тогда для ускорения включения генератора в сеть приме­няют способ самосинхронизации, при котором требуется выпол­нить лишь последние два условия точной синхронизации:

одинаковый порядок чередования фаз генератора и сети;

примерно равные частоты генератора и сети (f г ≈ f с ).

Соблюдение условия чередования фаз обычно проверяется при монтаже генератора, а следовательно, выполняется на электри­ческой станции автоматически. Время разгона генератора, опре­деляемое постоянной инерции блока приводной двигатель - ге­нератор, достаточно мало. Поскольку равенство частот должно со­блюдаться приближенно, то возможны два варианта включения на параллельную работу сети и генератора: f г < f с и f г > f с . В первом случае после включения синхронный генератор начинает рабо­тать параллельно с сетью в режиме асинхронного двигателя, а во втором - в режиме асинхронного генератора.

Как уже указывалось, самосинхронизация применяется при внезапном увеличении нагрузки в системе для быстрой компен­сации дефицита активной мощности в электрической системе. Следовательно, при работе в режиме асинхронного двигателя этот дефицит будет возрастать, так как двигатель будет дополнительно потреблять активную мощность. Значит, желательно осуществлять включение синхронного генератора на параллельную работу при f г < f с.

При самосинхронизации генератор включают в сеть невозбуж­денным (Е г=0), поэтому включение сопровождается скачком тока, установившееся значение которого

I c = Е с / z a = U c /z a . (15.2)

Скачок тока якоря приводит к броску потока якоря и ЭДС, наводимой в обмотке возбуждения. Чтобы избежать возникнове­ния перенапряжений и возможного в связи с этим электрическо­го пробоя, обмотку возбуждения на период включения генерато­ра замыкают на балластное активное сопротивление r б = (4...6) r в , где r в - активное сопротивление обмотки возбуждения. Часто в качестве балластного используют дугогасительное сопротивление. После установления тока якоря обмотку возбуждения переключа­ют с активного сопротивления на источник постоянного тока и плавно увеличивают ток возбуждения. Таким образом генератор втягивается в синхронизм и работает параллельно с сетью. Далее путем увеличения мощности приводного двигателя увеличивают активную мощность генератора до требуемого значения.

15.3. Регулирование активной мощности . Угловые характеристики активной мощности

Активную мощность генератора, работающего параллельно с сетью, при принятых допущениях ( = const , f с = const ) можно регулировать посредством изменения вращающего момента на его валу. Изменение вращающего момента достигается воздействием на двигатель, приводящий генератор во вращение. Активная мощ­ ность, отдаваемая генератором в сеть,

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С СЕТЬЮ

Особенности работы генератора на сеть большой мощности. Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхрон­ных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции (при ограниченной мощности каждого из установленных на ней генераторов), повышает надежность энергоснабжения потребителœей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов. Электрические станции, в свою очередь, объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы, позволяющие наилучшим образом решать задачу производства и распределœения электрической энергии. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, для синхронной машины, установленной на электрической станции или на каком-либо объекте, подключенном к энергосистеме, типичным является режим работы на сеть большой мощности, по сравнению с которой собственная мощность генератора является очень малой. В этом случае с большой степенью точности можно принять, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности т. е. чтонапряжение сети U c и ее частота f c являются постоянными, не зависящими от нагрузки данного генератора.

Включение генератора на параллельную работу с сетью. В рассматриваемом режиме крайне важно обеспечить возможно меньший бросок тока в момент присоединœения генератора к сети. В противном случае возможны срабатывание защиты поломка генератора или первичного двигателя.

Ток в момент подключения генератора к сети будет равен нулю, в случае если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети u с и генератора и г:

U cm sin (ω c t - α с) = U гm sin (ω г - α г ).

На практике выполнение условия (6.27) сводится к выполнению трех равенств: значений напряжений сети и генератора U cm = U гm или U c = U г; частот ω c = ω г или f с = f г; их начальных фазα с = α г (совпадение по фазе векторов Ú c и Ú г). Вместе с тем, для трехфазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.

Совокупность операций, проводимых при подключении генератора к сети, называют синхронизацией. Практически при синхронизации генератора сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот f с ≈ f г а затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжения U c = U г. Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (α с = α г) контролируется специальными приборами - ламповым и стрелочными синхроноскопами .

Ламповые синхроноскопы применяют для синхронизации генераторов малой мощности, в связи с этим обычно их используют в лабораторной практике. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети (рис. 6.32, а). На каждую лампу действует напряжение Δu = u с - u г, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ при f с ≠ f г изменяется с частотой Δf = f c - f г, называемойчастотой биений (рис. 6.32,б). В этом случае лампы мигают. При f с ≈ f г разность Δи изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают.

Обычно генератор подключают к сети в тот момент, когда разность напряжений Δu на короткое время становится близкой нулю, т. е. в серединœе периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов Ú c и Ú г. Для более точного определœения этого момента часто применяют нулевой вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля. После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты его вращения, т. е. обеспечение условия n 2 = n 1 , происходит автоматически.

Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при f с ≠ f г стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности. частот f с - f г, в одну или другую сторону исходя из того, какая из этих частот больше. При f с = f г стрелка устанавливается на нуль; в данный момент и следует подключать генератор к сети. На электрических станциях обычно используют автоматические приборы для синхронизации генераторов без участия обслуживающего персонала.

Довольно часто применяют метод самосинхронизации, при котором генератор подключают к сети при отсутствии возбуждения (обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление). При этом ротор разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной (допускается скольжение до 2%), за счёт вращающего момента первичного двигателя и асинхронного момента͵ обусловленного индуцированием тока

в демпферной обмотке. После этого в обмотку возбуждения подают постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. При методе самосинхронизации в момент включения генератора возникает сравнительно большой бросок тока, который не должен превышать 3,5I a ном.

Регулирование активной мощности. После включения генератора в сеть его напряжение U становится равным напряжению сети U c . Относительно внешней нагрузки напряжения U и U c совпадают по фазе, а по контуру ʼʼгенератор - сетьʼʼ находятся в противофазе, т. е. Ú = - Ú c (рис. 6.33, а). При точном выполнении указанных трех условий, необходимых для синхронизации генератора, его ток I a после подключения машины к сети равняется нулю. Рассмотрим, какими способами можно регулировать ток I a при работе генератора параллельно с сетью на примере неявнополюсного генератора.

Ток, проходящий по обмотке якоря неявнополюсного генератора, можно определить из уравнения (6.23)

Так как U = U c = const, то силу тока I а можно изменять только двумя способами - изменяя ЭДС Е 0 по величинœе или по фазе. В случае если к валу генератора приложить внешний момент, больший момента͵ крайне важно го для компенсации магнитных потерь мощности в стали и механических потерь, то ротор приобретает ускорение, вследствие чего вектор É 0 смещается относительно вектора Ú на некоторый угол θ в направлении вращения векторов (рис. 6.33,б ). При этом возникает некоторая небалансная ЭДС ΔЕ , приводящая согласно (6.28) к появлению тока I а. Возникающую небалансную ЭДС ΔÉ = É 0 - Ú = É 0 + Ú c = jÍ a X сн можно показать на векторной диаграмме (рис. 6.33, б). Вектор тока I а отстает от вектора ΔЕ на 90°, поскольку его величина и направление определяются индуктивным сопротивлением X сн.

При работе в рассматриваемом режиме генератор отдает в сеть активную мощность

Р = mUI a cos φ и на вал его действует электромагнитный тормозной момент, который уравновешивает вращающий момент первичного двигателя, вследствие чего частота вращения ротора остается неизменной. Чем больше внешний момент, приложенный к валу генератора, тем больше угол θ , а следовательно, ток и мощность, отдаваемые генератором в сеть.

В случае если к валу ротора приложить внешний тормозной момент, то вектор É 0 будет отставать от вектора напряжения Ú на угол θ (рис. 6.33, в ). При этом возникают небалансная ЭДС ΔÉ и ток Í a , вектор которого отстает от вектора ΔÉ на 90°. Так как угол φ > 90°, активная составляющая тока находится в противофазе с напряжением генератора. Следовательно, в рассматриваемом режиме активная мощность Р = mUI a cos φ забирается из сети, и машина работает двигателœем, создавая электромагнитный вращающий момент, который уравновешивает внешний тормозной момент; частота вращения ротора при этом снова остается неизменной.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, для увеличения нагрузки генератора крайне важно увеличивать приложенный кего валу внешний момент (т. е. вращающий момент первичного двигателя), а для уменьшения нагрузки - уменьшать данный момент. При изменении направления внешнего момента (если вал ротора не вращать, а тормозить) машина автоматически переходит из генераторного в двигательный режим.

Регулирование реактивной мощности. В случае если в машинœе, подключенной к сети и работающей в режиме холостого хода (рис. 6.34, а), увеличить ток возбуждения I в, то возрастет ЭДС Е 0 (рис. 6.34, б ),возникнет небалансная ЭДС ΔÉ = - jI а X сн и по обмотке якоря будет проходить ток I а, который согласно (6.28) определяется только индуктивным сопротивлением Х сн машины. Следовательно, ток Í a реактивный: он отстает по фазе от напряжения Ú на угол 90° или опережает на тот же угол напряжение сети Ú c . При уменьшении тока возбуждения ток Í a изменяет свое направление: он опережает на 90° напряжение Ú (рис. 6.34, в ) и отстает на 90° от напряжения Ú c .Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока I а, т. е. реактивная мощность машины Q. Активная составляющая тока I а в рассматриваемых случаях равна нулю. Следовательно, активная мощность Р = 0, и машина работает в режиме холостого хода.

При работе машины под нагрузкой создаются те же условия: при изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока I а, т. е. реактивная мощность машины Q. Режим возбуждения синхронной машины с током I в.п, при

котором реактивная составляющая тока I а равна нулю, называют режимом полного или нормального возбуждения. В случае если ток возбуждения I в больше тока I в.п, при котором имеется режим полного возбуждения, то ток I а содержит отстающую от U реактивную составляющую, что соответствует активно-индуктивной нагрузке генератора. Такой режим называют режимом перевозбуждения. В случае если ток возбуждения I в меньше тока I в.п, то ток I а содержит реактивную составляющую, опережающую напряжение U , что соответствует активно-емкостной нагрузке генератора. Такой режим называют режимом недовозбуждения.

Перевозбужденная синхронная машина, работающая в режиме холостого хода, относительно сети эквивалентна емкости. Машину, специально предназначенную для работы в таком режиме, называют синхронным компенсатором и используют для повышения коэффициента мощности электрических установок и стабилизации напряжения в электрических сетях. Недовозбужденная синхронная машина, работающая в режиме холостого хода, относительно сети эквивалентна индуктивности.

Возникновение реактивной составляющей тока I а физически объясняется тем, что при работе синхронной машины на сеть бесконечно большой мощности суммарный магнитный поток сцепленный с каждой из фаз, ΣФ = Ф рез + Ф σ = Ф в + Ф а + Ф σ не зависит от тока возбуждения и при всœех условиях остается неизменным, так как

Ú = É 0 + É а + É σа = - Ú c = const.

Следовательно, в случае если ток возбуждения I в больше тока, требуемого для полного возбуждения, то возникает отстающая составляющая тока I а, которая создает размагничивающий поток реакции якоря Ф а; если ток I в меньше тока, крайне важно го для полного возбуждения, то возникает опережающая составляющая тока I а , которая создает подмагничивающий поток реакции якоря Ф а . Во всœех случаях суммарный поток машины ΣФ автоматически поддерживается неизменным.

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С СЕТЬЮ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С СЕТЬЮ" 2017, 2018.

Необходимость в этом приборе возникает при подключении генератора параллельно к сети переменного тока или к другому генератору. Этот процесс называется синхронизацией .

Чтобы включение прошло без вреда для генератора, добиваются одновременного выполнения трех условий:

• Напряжения в сети и на генераторе совпадают по величине;
• Частота генерации равна частоте напряжения в сети;
• Угол сдвига фаз между напряжениями одноименных фаз сети и генератора равен нулю.

Напряжение на генераторе перед синхронизацией устанавливают равным напряжению сети при помощи контрольных вольтметров. Выходное напряжение регулируют изменением тока в роторе.

Для подгонки частоты генерации (fг) к величине частоты сети (fc) изменяют скорость вращения генератора. На электростанциях для этого регулируется количество пара (воды), подающегося на лопатки турбины.

С углом сдвига фаз намного сложнее. Точного равенства частоты генерации частоте сети добиться невозможно. Но, даже если выполнить это условие, равенства редко удается достичь. Процесс усложняется еще и тем, что для регулировки изменяется скорость вращения вала турбоагрегата. При многотонной массе валов промышленных аппаратов изменение скорости происходит с инерцией, которую трудно учесть.

В итоге после уравнивания частот все равно присутствует разность, называемая частотой скольжения :

Следствием частоты скольжения становится постоянное цикличное изменение угла между напряжениями сети и генератора от нуля до 360 градусов. Чем больше частота скольжения, тем быстрее изменяется угол, и наоборот.

Для визуального отображения угла между напряжениями сети и генератора нужен синхроноскоп . К нему подводятся напряжения одноименных фаз сети и генератора. Нулевое положение стрелки на нем происходит при угле, равным нулю, противоположное значение – при 180 градусах.

Стрелка синхроноскопа при синхронизации постоянно вращается. По направлению вращения определяют, больше частота генерации частоты в сети или меньше. В момент прохода стрелки через нулевое положение генератор включают в сеть.

Включение генератора в момент, когда стрелка показывает на 180 градусов, приводит к возникновению токов через обмотку статора, превышающих расчетный ток короткого замыкания . За время, пока подействует защита, этот ток успеет разрушить обмотку статора. Генератор придется отправить в капитальный ремонт.

Если генератор включить в сеть при меньших углах, но не равных нулю, через обмотку статора произойдет кратковременный бросок тока. Это тоже аварийный режим его работы. Повреждений обмотки не произойдет, но систематическое несинхронное включение агрегата в сеть со временем приведет к поломке. Поэтому несинхронное включение запрещено .

Колонка синхронизации

Для визуального контроля параметров при включении генераторов в сеть на Главном щите управления электростанций устанавливается колонка синхронизации. На ней размещаются приборы:

• Вольтметр контроля напряжения в сети.
• Вольтметр контроля напряжения на генераторе.
• Частотомер сети.
• Частотомер генератора.
• Синхроноскоп.

Иногда на колонке дополнительно ставят контрольную лампу, включенную между одной из фаз сети и генератора. Лампа меняет яркость свечения одновременно с движением стрелки синхроноскопа. При угле между напряжениями, равном нулю, она гаснет, при 180 градусах – горит в полную яркость. На передвижных электростанциях такие лампы иногда устанавливаются на всех трех фазах совместно (или вместо) синхроноскопа.

Поскольку генераторов на станциях много, предусматривается возможность для их поочередного подключения к колонке синхронизации.

Автоматические синхронизаторы

Поскольку процесс синхронизации трудно контролировать вручную, он проводится в автоматическом режиме. Для этого на электростанциях устанавливаются приборы, называемые автосинхронизаторами.

Регулирование оборотов генератора в ручном режиме выполняется ключами, подающими импульс на регулирующее устройство. На тепловых электростанциях – это электродвигатель паровой задвижки на входе турбины. Кратковременно поворачивая ключ в положения «Больше» или «Меньше», оперативный персонал открывает или закрывает задвижку. Так обеспечивается регулировка оборотов турбины. Эту же операцию выполняет и автосинхронизатор, работающий в автоматическом режиме.

Как и к синхроноскопу, к нему подключены напряжения с выхода генератора и из сети. Он постоянно контролирует их величины и выдает импульс на включение только в момент выполнения условий, перечисленных в начале этой статьи. Но с одним отличием: команда на включение генератора в сеть выдается заблаговременно, с заданной при настройке синхронизатора задержкой.

Для чего она нужна? Дело в том, что выключатель, включающий генератор в сеть, характеризуется собственным временем включения . Оно небольшое (десятые доли секунды), но этого достаточно, чтобы за время срабатывания стрелка синхроноскопа успела уйти с нулевого положения. Поэтому в настройки синхронизатора и добавляется задержка по времени, называемая временем опережения. Для каждого типа выключателя (масляного, вакуумного, элегазового) она имеет разное значение.

Автосинхронизатор не включает генератор в сеть при частоте скольжения, равной нулю . Процесс регулировки оборотов турбины настолько не стабилен, что частота вращения в любой момент может измениться. Поэтому включение происходит при небольшой частоте скольжения, отличной от нуля.

Процесс синхронизации

Включение генераторов в сеть на электростанциях происходит так.

1. После выхода турбоагрегата на номинальные обороты управление им передается оперативному персоналу Главного щита управления. Персонал турбинного цеха после передачи управления не вмешивается в его работу.
2. По частотомерам на колонке синхронизации персонал уравнивает частоту генерации с частотой сети, изменяя скорость вращения турбины.
3. По вольтметрам на колонке синхронизации, изменяя ток в роторе, устанавливается напряжение на статоре генератора, равное напряжению сети. Выполняется это только после уравнивания частот, так как с изменением частоты изменяется и выходное напряжение статора.
4. Скорость вращения турбины изменяется в большую или меньшую сторону на величину, требуемую для нормальной работы автосинхронизатора.
5. Автосинхронизатор включается в работу. Анализируя величину частоты скольжения, от выдает импульсы на изменение оборотов турбины, добиваясь требуемой частоты ее вращения.
6. Подогнав величину скольжения, автосинхронизатор автоматически переключается в режим измерения угла между напряжениями и вычисляет момент, когда подать импульс на включение, чтобы оно произошло при его нулевом значении. Как только этот момент будет достигнут, происходит включение выключателя.

Процесс отличается на разных электростанциях и при применении различных типов синхронизаторов. Они, как и устройства релейной защиты, прошли три стадии развития.

Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции (при ограниченной мощности каждого из установленных на ней генераторов), повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов. Электрические станции, в свою очередь, объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы, позволяющие наилучшим образом решать задачу производства и распределения электрической энергии. Таким образом, для синхронной машины, установленной на электрической станции или на каком-либо объекте, подключенном к энергосистеме, типичным является режим работы на сеть большой мощности, по сравнению с которой собственная мощность генератора является очень малой. В этом случае с большой степенью точности можно принять, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности т. е. что напряжение сети U c и ее частота f c являются постоянными, не зависящими от нагрузки данного генератора.

Включение генератора на параллельную работу с сетью

В рассматриваемом режиме необходимо обеспечить возможно меньший бросок тока в момент присоединения генератора к сети. В противном случае возможны срабатывание защиты поломка генератора или первичного двигателя. Ток в момент подключения генератора к сети будет равен нулю, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети u с и генератора и г:

U cm sin (щ c t - б с ) = U гm sin (щ г - б г ).

На практике выполнение условия (6.27) сводится к выполнению трех равенств: значений напряжений сети и генератора U cm = U гm или U c = U г; частот щ c = щ г или f с = f г; их начальных фазб с = б г (совпадение по фазе векторов U c и U г). Кроме того, для трехфазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.

Совокупность операций, проводимых при подключении генератора к сети, называют синхронизацией. Практически при синхронизации генератора сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот f с ? f г а затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжения U c = U г. Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (б с = б г) контролируется специальными приборами -- ламповым и стрелочными синхроноскопами .

Ламповые синхроноскопы применяют для синхронизации генераторов малой мощности, поэтому обычно их используют в лабораторной практике. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети (рис. 6.32, а). На каждую лампу действует напряжение Дu = u с -- u г, которое при f с? f г изменяется с частотой Дf = f c - f г, называемойчастотой биений (рис. 6.32,б). В этом случае лампы мигают. При f с? f г разность Ди изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают.

Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа (а) и кривые изменения напряжений и с и и г перед включением генератора (б)

Обычно генератор подключают к сети в тот момент, когда разность напряжений Дu на короткое время становится близкой нулю, т. е. в середине периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов U c и U г. Для более точного определения этого момента часто применяют нулевой вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля. После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты его вращения, т. е. обеспечение условия n 2 = n 1 , происходит автоматически.

Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при f с? f г стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности. частот f с - f г, в одну или другую сторону в зависимости от того, какая из этих частот больше. При f с = f г стрелка устанавливается на нуль; в этот момент и следует подключать генератор к сети. На электрических станциях обычно используют автоматические приборы для синхронизации генераторов без участия обслуживающего персонала.

Довольно часто применяют метод самосинхронизации, при котором генератор подключают к сети при отсутствии возбуждения (обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление). При этом ротор разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной (допускается скольжение до 2%), за счет вращающего момента первичного двигателя и асинхронного момента, обусловленного индуцированием тока в демпферной обмотке. После этого в обмотку возбуждения подают постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. При методе самосинхронизации в момент включения генератора возникает сравнительно большой бросок тока, который не должен превышать 3,5I a ном.

Упрощенные векторные диаграммы неявнополюсного генератора при параллельной работе с сетью

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГEHEPATОPA С СЕТЬЮ

Цель работы – изучение методов включения синхронного генератора в сеть, нагружение его активной и реактивной мощностью, снятие U-образной характеристики.

Оборудование и приборы:

Трехфазный синхронный генератор СГР-4,5 , трехфазный асинхронный двигатель ВАО-52-4, комплект измерительных приборов К-50 , индукционный регулятор с выпрямителем, амперметр магнитоэлектрической системы на 10, ламповый синхроскоп ЛС, нулевой вольтметр электромагнитной системы с пределом измерения 250 В.

1. Включить синхронную машину на параллельную работу с сетью:

а) методом точной синхронизации (за помощью синхроноскопа);

б) методом грубой синхронизации.

2. Снять и построить U -образную характеристику генератора при Р 1 = 0.

3. По данным опыта рассчитать и построить зависимость cosj = f(і в) . Перевести синхронную машину в режим двигателя и осуществить регулирование активной и реактивной мощности при постоянном токе статора І 1 = const .

4. Снять характеристики І 1р = f(P 1), і в = f(P 1), cosj = f(P 1) .

Порядок выполнения работы

Условия включения синхронного генератора на параллельную работу.

При включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью необходимо соблюдать следующие условия:

1) напряжение (ЭДС ) генератора должно быть равно по величине и быть противоположным по фазе напряжению сети U г = -U c ;

2) частота напряжения генератора должна равняться частоте напряжения сети f г = f с ;

3) порядок следования фаз у генератора и сети должен быть одинаковым.

Совокупность операций по выполнению этих условий, сделанных в режиме холостого хода синхронного генератора, называется синхронизацией.

Включение генератора на параллельную работу с сетью

2.1 По методу точной синхронизации. Точная синхронизация генератора с сетью наступает, когда при одинаковом порядке следования фаз частота и напряжение генератора равны частоте и напряжению сети, а векторы U г и U с встречны один другому, т.е. составляют между собой 180 электрических градусов.

Довговременно поддерживать такой режим в автономно работающем генераторе невозможно. Поэтому на практике домагаються лишь возможно более точного совпадения величин напряжений и приблизительного совпадения частот, при котором осуществляется плавное изменение угла между векторами напряжения генератора и напряжения сети. Уловив момент, когда U г и U с находятся в противофазе, делают включение генератора на сеть.

Для определения момента времени включения генератора на параллельную работу с сетью применяются разные автоматические устройства синхронизации. Наиболее простым является ламповый синхроноскоп.

Синхроноскоп, схема которого приведена на рис. 3.1, состоит из трех ламп, рассчитанных на кратковременную работу при удвоенном фазном напряжении сети; с его помощью можно включить СГ в сеть в момент времени, близкий к режиму точной синхронизации.

Для этого необходимо собрать схему по рис.3.1 (на одновременное погасание ). Основными узлами и элементами схемы являются: сеть, синхронный генератор G , приводной двигатель M , ламповый синхроноскоп ЛС и комплект измерительных приборов К-50 .

Рисунок 3.1 – Схема исследования паралельной работы синхронного генератора с сетью

Порядок выполнения работы

После сборки схемы (рис. 3.1) включают автомат АП3 и выполняют пуск асинхронного двигателя, который соединен с валом индуктора синхронного генератора. Частота вращения ротора асинхронного двигателя почти равна номинальной частоте вращения индуктора (в условиях лаборатории это примерно 1500 об/мин). Потом включают автомат АП2 и доводят ток возбуждения синхронного генератора до величины, при которой напряжение по показаниям вольтметра комплекта К-50 станет равным фазному значению напряжения сети. В результате при включенном автомате АП2 лампы синхроноскопа выявляются включенными между линейными проводами сети и генератора. Если порядок следования фаз сети и генератора одинаков, тогда лампы загораются одновременно и гаснут одновременно.

Если чередование фаз сети и генератора разное, то лампы загораются и погасают по очереди. В этом случае необходимо остановить генератор и поменять местами два каких-нибудь линейных провода, которые идут от зажимов генератора к комплекту К-50 (следовательно, к сети). Затем снова запускают генератор и проверяют соответствие очередности фаз генератора и сети.

Загорание и погасание ламп синхроноскопа осуществляется за счет изменения разбежности потенциалов между одноименными зажимами АП2 и генератора, обусловленного разбежностью частоты сети и генератора при несинхронной частоте вращения генератора. Включение генератора на параллельную работу с сетью с помощью автомата АП1 выполняется в момент погасания ламп. При этом частота погасания и загорания ламп должна быть такой, чтобы лампы загорались и потухали одновременно через 1-2 секунды, что достигается изменением частоты вращения приводного двигателя.

Недостатком этого метода является то, что лампы потухают при разнице напряжений на зажимах ламп 30% U н и при включении генератора в сеть возникает ударный ток. Для исключения ударного тока и установления момента полного погасания ламп, при котором требуется включить АП1 , можно установить по показанию вольтметра V , включенного параллельно одной из ламп. В момент времени, когда напряжение на лампе будет отсутствовать (вольтметр покажет ноль) синхронный генератор включают в сеть.

Критерием удачного включения генератора в сеть служит отсутствие броска тока, что наблюдается по амперметру К-50 . При неточном включении бросок тока может достигать большой величины.

После включения генератора он втягивается в синхронизм и работает синхронно с сетью.

Лампы синхроноскопа можно включить на "бегущий огонь" (вращающийся свет). Для этого присоединение ламп Л2 и Л3 к сети (генератору) изменяют так, как показано на рис. 3.1 штриховыми линиями. Лампы будут загораться и потухать в определенной последовательности. При размещении их по вершинах треугольника создается впечатление вращающегося света. Направление вращения света зависит от того, какая частота больше, – генератора или сети. Включение генератора в сеть выполняется в тот момент времени, когда лампа Л1 целиком гаснет, а две другие горят. Если при включении синхроноскопа на "бегущий свет" лампы одновременно гаснут и затем одновременно загораются – это значит, что порядок прохождения фаз генератора и сети не совпадает.

2.2. Метод самосинхронизации. Широко применяется метод самосинхронизации, названный также методом грубой синхронизации. Это стало возможным благодаря тому, что сети у нас достаточно большой мощности и включение одного генератора не влияет на работу других генераторов, которые параллельно работают на эту сеть с U = U 1н = const и f = f 1н = const .

Метод состоит в следующем. Синхронный генератор после проверки правильности чередования фаз генератора и сети приводят во вращение приблизительно с синхронной частотой вращения; обмотка возбуждения при этом замкнута накоротко. При достижении подсинхронной частоты вращения включают обмотку якоря в сеть с одновременной подачей тока возбуждения в обмотку возбуждения, поступательно увеличивая до значения, при котором генератор втягивается в синхронизм и работает параллельно с сетью в режиме холостого хода.

U-образные характеристики синхронного генератора

U -образные характеристики определяют зависимость тока статора от тока возбуждения і в при постоянной активной мощности генератора (рис. 3.2). В условиях лаборатории характеристику снимают при величине активной мощности генератора, равной нулю, т.е. в режиме холостого хода Р 1 = 0 . Для этого непосредственно после включения генератора на параллельную работу изменением тока возбуждения приводного двигателя и тока возбуждения СГ достигают режима, при котором показания амперметра в цепи генератора будут близкими к 0 , что соответствует режиму холостого хода генератора.

Затем, изменив і в генератора до величины, при которой ток І 1 в статоре станет равным номинальному или немного больше его, записывают первую точку U -образной характеристики. Постепенно увеличивая і в генератора, снимают 3-4 точки левой области кривой І 1 = f(і в) . Обязательно зафиксировать точку U -образной характеристики при минимальном токе статора генератора. Затем, увеличивая і в генератора, снимают точки правой части кривой І 1 = f(і в) .

Рисунок 3.2 – U-образная характеристика синхронного генератора

Опыт проводить при изменении тока возбуждения от 1 до 10 А.

Правая часть кривой соответствует перевозбужденной машине и отдаче в сеть емкостного тока и реактивной мощности, а левые части – недовозбужденной машине и отдаче в сеть индуктивного тока и потреблению реактивной мощности.

Показания приборов записывают в табл.3.1.

Таблица 3.1 U -образная характеристика синхронного генератора

при U 1 = ... = const, n = n н = const

Контрольные вопросы

1. Какими методами можно включить СГ на параллельную работу с сетью? В чем состоит расхождение методов?

2. Как включить СГ в сеть по методу точной синхронизации?

3. Как включить СГ в сеть по методу самосинхронизации?

4. Какое назначение синхроноскопа?

5. Как проверяется совпадение чередования фаз генератора и сети?

6. Поясните последовательность операций при снятии U -образных характеристик на исследуемой машине при Р 1 = 0.

7. Как по U -образной характеристике рассчитать и построить зависимость cosj от тока возбуждения?

8. Какая фаза тока І 1 , соответствующего минимуму U -образной характеристики синхронного генератора?

9. Почему с увеличением активной мощности Р минимумы кривых смещаются вправо?

10. Какая фаза тока недовозбужденного и перевозбудженного генератора относительно напряжения сети?

11. Поясните – при перевозбуждении или при недовозбуждении СГ отдает реактивную мощность в сеть?

12. Что обозначает угол нагрузки q и от чего зависит его величина?

В отчете представить:

1. Цель работы, оборудование и приборы, содержание работы.

2. Электрическую схему опыта для проведения исследования.

3. Условия, которые требуется выполнить при включении генератора в сеть.

4. Таблицу измеряемых величин для построения U-образной характеристики.

5. График U-образной характеристики.

6. Письменные ответы на контрольные вопросы 1,2,3,4,5,6,7,8.

ЛабораторнаЯ рАбота 4

Похожая информация.