Включение синхронного генератора на параллельную работу

Существуют два способа включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью: способ точной синхронизации и способ самосинхронизации (грубой синхронизации).

При включении синхронного генератора на параллель­ную работу с сетью по способу точной синхронизации стре­мятся к тому, чтобы при включении не возникало больших бросков тока. Большие толчки тока вызывают большие мо­менты, действующие как на ротор, так и на статор, и силы, которые могут привести к разрушению обмотки статора.

Для того чтобы исключить броски тока при включении генератора, необходимо выполнить следующие условия:

1) равенство ЭДС генератора Е ₀ и напряжения сети U _C;

2) равенство частот генератора f _Г и сети f;

3) ЭДС генератора Е ₀ и напряжение сети U _С должны находиться в противофазе;

4) чередование фаз ЭДС генератора и напряжения сети должно быть одинаковым (для трехфазных генераторов).

Рис. 1. Схема включе­ния однофазного генератора на параллельную работу с сетью (а) и век­торная диаграмма для - момента включения, (б). Лампы синхроноскопа включены по схеме на потухание света

На рис. 1, а представлена схема включения однофаз­ного генератора GS на параллельную работу. При включении генератора GS на параллельную работу выполнение первого условия проверяется по вольтметрам, включенным в сеть и на выводы генератора. Равенства E ₀= U _C добиваются путем регулирования тока возбуждения генератора GS.

Остальные условия проверяются с помощью специальных приборов, называемых синхроноскопами. Простейшим синхроноскопом является ламповый. На рис. 1, а показана одна из возможных схем включения лампового синхро­носкопа для однофазного синхронного генератора. На этой схеме лампы включаются соответственно между точками А—А' и В—В'.

При отключенном выключателе Q генератор GS работает в режиме холостого хода (E ₀== U _C) и между контактами выключателя действует ЭДС . Если бы скорость подключаемого генератора была постоянной и равной номинальной, то частота индуцируемой ЭДС Е ₀ равнялась бы частоте сети и векторы E ₀ и U _C вращались бы с одинаковой скоростью, a . В действительности получить строго постоянную скорость генератора не удается и частоты сети и генератора несколько отличаются. Поэтому векторы Е ₀ и U _C будут перемещаться относительно друг друга со скоростью . Вследствие этого будет изменяться от 0 до 2 U _C, и соответственно этому изменяется напряжение на лампах: они одновремен­но будут то загораться, то гаснуть.

Наиболее благоприятным моментом для включения ге­нератора в сеть будет момент времени, когда и лампы погаснут. В этом случае оба вектора расположатся, как показано на рис. 1,6, т. е. они будут находиться в противофазе (E ₀=- U _C). Если включение произведено при , то ток у подключенного генератора будет также равен нулю. Включение ламп, показанное на рис. 1, а, называется «включением на потухание». На практике при включении генератора на параллельную работу с сетью регулируют скорость его двигателя и добиваются, чтобы промежутки времени между следующими друг за другом пога­саниями ламп были достаточно большими, чтобы успеть включить генератор на параллельную работу.

Для трехфазных генераторов применяются две схемы включения ламп: на потухание (рис. 2, а) и на вращение света (рис. 2, б).

Рассмотрим первую схему (рис. 2, а). Здесь лампы включены между точками А'—А", В'—В" и С'—С", каж­дая пара которых относится к одной фазе. В момент включения выключателя Q напряжения между этими точками должны быть равны нулю и все три лампы должны погаснуть. При этом напряжение U _C и ЭДС Е ₀ для каждой фазы действуют навстречу друг другу, т. е. они находятся в противофазе, как это показано на векторной диаграмме рис. 3.

Во второй схеме (рис. 2, б) одна из ламп подключает­ся к точкам одной фазы А'—А", а две другие лампы — между точками разных фаз В'—С" и С'—В". В этой схеме до включения выключателя Q лампы будут попеременно за­гораться и гаснуть. Это будет происходить из-за взаимного перемещения векторов напряжения U _C и ЭДС E ₀ вызван­ного несовпадением их частот. Включение выключателя Q должно быть произведено, когда одна лампа (между А'-А'') погаснет, а две другие лампы будут гореть с одинако­вым накалом (рис.4). Перед включением выключателя Q следует добиться, чтобы вращение света происходило с небольшой скоростью, что достигается регулированием ско­рости приводного двигателя.

Рис. 2. Схема включения трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью. Лампы синхроноскопа включены по схе­ме на потухание света (а) и на вращение света (б)

Лампы гаснут при напряжениях, равных 30—60 % их номинального напряжения, поэтому, для того чтобы более точно выбрать момент включения выключателя Q как в одной, так и в другой схеме, параллельно лампе 1 между точками А'—А" включают так называемый нулевой вольтметр.

Стрелка этого вольтметра при медленных колебаниях, соответствующих потуханию и загоранию ламп, покажет нуль, когда напряжение между точками А'-A" равно нулю. Очевидно, что на шкале такого прибора достаточно отметить только одно нулевое значение.

С помощью лампового синхроноскопа можно определить соответствие порядка чередования фаз сети и генератора. Если при схеме включения ламп по рис. 2, а будет наблюдаться вращение света, а при схеме по рис. 2, б — одновременное загорание и погасание ламп, то это будет означать, что сеть и генератор имеют разный порядок чередования фаз. Изменить порядок чередования фаз сети или генератора можно путем переключения двух фаз между собой.

Для мощных генераторов пользуются электромагнитным синхроноскопом, к которому подаются напряжения генератора и сети. Этот прибор работает на принципе вращающегося магнитного поля, и при f_Г≠f_C его стрелка вращается с частотой f_Г-f_C в ту или иную сторону в зависимости от того, какая частота больше. При правильном моменте включения стрелка синхроноскопа обращена вертикально верх..

При высоком напряжении приборы синхронизации включаются через трансформаторы напряжения. При этом необходимо позаботиться о том, чтобы фазировка (чередование фаз) этих трансформа­торов была правильной.

Синхронизация генераторов является весьма ответственной опе­рацией и требует от эксплуатационного персонала большого внима­ния. В особенности это важно в случае различных аварий, когда персонал работает в напряженной обстановке. В то же время именно при авариях необходима максимальная оперативность в производ­стве различных переключений и в синхронизации резервных или отключившихся во время аварий генераторов. Опыт показывает, что наибольшее число ошибочных действий персонала падает как раз на период аварий.

Для исключения ошибок персонала и облегчения его работы пользуются автоматическими синхронизаторами, которые осуществляют автоматическое регулирование U_Г и f_Г синхронизируемых генераторов в нужных направлениях и при достижении необходимых условий автоматически включают генераторы на параллельную работу. Однако подобные автоматические синхронизаторы также обладают недостатками (сложность, необходимость непрерывного и квалифицированного обслуживания и т. д.). К тому же во время аварий напряжение и частота в системе нередко беспрерывно и быстро меняются и поэтому процесс синхронизации с помощью автоматических синхронизаторов сильно затягивается (до 5—10 мин и даже более), что с точки зрения ликвидации аварии крайне нежелательно.

Для ускорения включения при­меняют способ самосинхронизации. 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, значения 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).

При самосинхронизации неизбежно возникновение значительного толчка тока, так как включение невозбужденного генератора в сеть с напряжением U_С, эквивалентно внезапному короткому замыканию этого генератора при работе на холостом ходу с Е₀=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.).

Рис. 5. Кривые изменения токов турбогенератора мощностью 100 МВт при включении в сеть методом самосинхронизации