Параллельная работа синхронных генераторов

На электрических станциях обычно устанавливаются несколько синхронных генераторов, включаемых параллельно (рис. 7.8).

Схема параллельного включения генераторов

Рис. 7.8. Схема параллельного включения генераторов

А

Реакция якоря при индуктивной нагрузке

Рис. 7.6. Реакция якоря при индуктивной нагрузке

Реакция якоря при емкостной нагрузке

Рис. 7.7. Реакция якоря при емкостной нагрузке

При увеличении нагрузки включают большее их число, при уменьшении — некоторые отключают. Кроме того, в современных мощных энергетических системах отдельные электрические станции работают параллельно, что значительно повышает надежность системы и дает возможность удобно распределять нагрузку между станциями по сезонам года и в течение суток. При этом резерв мощности системы может быть весьма сокра-

щен. Сказанное выше в равной мере относится и к питанию радиоэлектронной аппаратуры.

Таким образом, параллельная работа является обычным режимом работы современных синхронных генераторов.

Условия и способы включения синхронных генераторов на параллельную работу. При включении синхронных генераторов на параллельную работу необходимо соблюсти следующие условия:

  • 1) ЭДС подключаемого генератора должна быть равна напряжению сети (работающего генератора), т. е. Еа = 0С;
  • 2) мгновенная полярность подключаемого генератора должна соответствовать мгновенной полярности сети, или, другими словами, необходимо соблюдение равенства частот генератора и сети (/, =/с);
  • 3) порядок следования фаз подключаемого генератора должен соответствовать порядку следования фаз сети;
  • 4) из второго условия вытекает следующее — ЭДС подключаемого генератора должна находиться в противофазе с напряжением сети.

При выполнении условий параллельной работы напряжение сети и ЭДС Еа 1 работающего первого генератора могут быть представлены на векторной диаграмме равными и встречно направленными векторами (рис. 7.9, а). Уравнительный ток /у = 0.

пйс

" /у= о

?4,

а

пОс

:2?

б

Векторные диаграммы ЭДС, напряжений и уравнительного тока при включении синхронных генераторов на параллельную работу

Рис. 7.9. Векторные диаграммы ЭДС, напряжений и уравнительного тока при включении синхронных генераторов на параллельную работу: а — при выполнении условий параллельной работы; б — ЭДС и напряжение не равны по величине; в — ЭДС и напряжение сдвинуты по фазе

Проанализируем, к чему приводит нарушение условий парад-лельнрй работы. Если напряжение сети и ЭДС второго генератора Еа2 не равны, то векторы имеют разную длину (рис. 7.9, б). Возникает АЕ, под действием которой между генераторами будет протекать уравнительный ток /у. Так как активные сопротивления га якорных обмоток малы по сравнению с индуктивными, то уравнительный ток будет отставать от АЕ на я/2. По величине этот ток определяется из выражения

(7.11)

А Ё

хсг

С С2

где хС} и хС2 — синхронные индуктивные сопротивления генераторов.

Уравнительный ток /у отстает от напряжения сети 0С (первого генератора) на 90° и является чисто индуктивным. Он создает про-дольно-размагничивающую реакцию якоря, уменьшает ЭДС первого генератора. Для второго генератора этот ток является чисто емкостным (опережает Ёа2 на 90°) и, создав продольно-намагничи-вающую реакцию якоря, увеличивает ЭДС Ёа2 второго генератора.

Поскольку уравнительный ток /у является чисто реактивным, то он загружает генераторы, но не загружает первичные двигатели (со8ср = 0 и активная мощность Р = тШсоьу = 0) и с этой точки зрения не является опасным. Кроме того, АЕ обычно невелико, а синхронные индуктивные сопротивления обмоток Хс и хс2 относительно велики, поэтому уравнительный ток /у обычно не превышает номинального.

Таким образом, изменение возбуждения синхронных генераторов при параллельной работе приводит к появлению уравнительного реактивного тока и не перераспределяет активную нагрузку между генераторами.

Если сдвиг фазы между напряжением 0С и ЭДС третьего генератора ЕаЪ не равен 180°, то в этом случае ЭДС равна АЕ = Ес + ЕаЪ (см. рис. 7.9, в). В результате уравнительный ток /у имеет значительную активную составляющую /а (см. рис. 7.9, в). Он загружает не только генераторы, но и первичные двигатели, вызывая на валу генератора большие механические усилия. А так как в этом случае АЕ достигает значительной величины, то уравнительный ток может превысить номинальный, что весьма опасно для генераторов и первичных двигателей.

Теперь рассмотрим, каким образом можно включить генераторы на параллельную работу.

Метод точной синхронизации. Скорость вращения генератора перед включением отрегулировать совершенно точно не удается. Вместе с тем включение должно производиться строго в тот момент, когда векторы фазных напряжений сети А, 0В, Ос) и ЭДС подключаемого генератора л, Ев, Ес) находятся в противофазе (рис. 7.10, а).

Иначе возникает уравнительный ток, вызывающий механические ударные силы. Момент времени включения определяется с помощью прибора, который называется синхроноскопом. По своей конструкции синхроноскопы разделяются на стрелочные и ламповые. Рассмотрим процесс синхронизации генератора с применением лампового синхроноскопа.

Диаграммы ЭДС и напряжений при включении синхронного генератора

Рис. 7.10. Диаграммы ЭДС и напряжений при включении синхронного генератора

на параллельную работу:

а — диаграмма при идеализированном включении; 6 — включение по схеме на

потухание

Ламповый синхроноскоп состоит из трех ламп, расположенных в вершинах равностороннего треугольника. Лампы могут включаться либо по схеме на потухание (рис. 7.11, о), либо по схеме на вращение света (рис. 7.11, б).

В первой схеме каждая лампа присоединена к зажимам одного и того же рубильника, во второй — две какие-либо лампы включаются накрест.

Рассмотрим процесс синхронизации при включении ламп на потухание. В этом случае момент синхронизации соответствует одновременному потуханию всех ламп. Это видно из векторной диаграммы, приведенной на рис. 7.10, б. Диаграммы представлены двумя соединениями фаз звездой: фазных напряжений 0А, 0В и Ос для первого генератора и фазных ЭДС ЕА, Ев и Ес для второго. Если порядок следования напряжений и ЭДС генераторов по фазам один, то чередование векторов обоих соединений звездой одинаково. При близкой к синхронной скорости вращения звезда

ЭДС второго генератора медленно поворачивается относительно звезды первого. В схеме на потухание света напряжение на всех лампах одно и то же (см. рис. 7.10, б), поэтому лампы зажигаются, а затем гаснут одновременно. Когда лампы гаснут, векторы напряжений иА и Еа и т. д. направлены встречно, и в этот момент может быть произведено включение на параллельную работу.

а б

Рис. 7.11. Схемы включения синхронных генераторов на параллельную работу

методом точной синхронизации: а — на потухание света; б — на вращение света

На практике может встретиться случай, когда лампы, включенные по схеме на потухание света, поочередно мигают. Такое несоответствие свидетельствует о том, что порядок чередования фаз у включаемых на параллельную работу генераторов неодинаковый. В этом случае надо поменять местами провода каких-либо двух фаз одного генератора. (Порядок чередования фаз определяется с помощью прибора — фазоуказателя).

Синхронизация с помощью лампового синхроноскопа применяется только для генераторов малой мощности, например на агрегатах питания РЛС и АСУ. На электрических станциях пользуются электромагнитным синхроноскопом, работающим на принципе вращающихся магнитных полей. Указательная стрелка его вращается со скоростью, определяемой разностью частоты сети и генератора.

Включение на параллельную работу производится в момент, когда указательная стрелка обращена вертикально вверх. Для исключения возможности ошибочных включений используются автоматические синхроноскопы, регулирующие напряжение и частоту и включающие генератор на параллельную работу по предварительной команде без обслуживающего персонала.

Включение синхронного генератора на параллельную работу при ламповом синхроноскопе производится в следующем порядке:

  • 1) включаемый на параллельную работу генератор приводят во вращение с номинальной скоростью;
  • 2) увеличивают ток возбуждения до тех пор, пока напряжение не станет равным напряжению второго генератора или сети;
  • 3) регулируют скорость вращения генератора таким образом, чтобы погасание и зажигание ламп синхроноскопа происходило возможно медленнее (при наличии электромагнитного синхроноскопа добиваются, чтобы его стрелка вращалась как можно медленнее);
  • 4) непосредственно перед моментом погасания всех ламп синхроноскопа (или когда указательная стрелка обращена вертикально вверх) включают генератор на параллельную работу.

и-образные характеристики синхронного генератора. Рассмотрим, что произойдет в синхронном генераторе после подключения к сети для параллельной работы, если изменить ток в его обмотке возбуждения, оставив неизменным вращающий момент первичного двигателя.

Если увеличить ток в обмотке возбуждения (перевозбудить машину), то напряжение сети 0С не будет уравновешиваться ЭДС Еа, появится избыточная ЭДС АЕ = 0С+ Еа (рис. 7.12, б).

Избыточная ЭДС АЕ вызовет ток /у, который будет отставать от нее по фазе на 90° (поскольку га« 0).

Ток /у — реактивный ток. По отношению к ЭДС генератора Еа этот ток является индуктивным, а по отношению к напряжению сети (других генераторов) он является емкостным. В результате в генераторе возникнет продольно-размагничивающая реакция якоря, которая индуцирует ЭДС

Ёас/ = -Духс, (7.12)

направленную встречно ЭДС Еа, и на генераторе устанавливается напряжение () = ~ис.

С увеличением тока возбуждения увеличивается реактивная составляющая тока /у, в результате этого ток якоря 1а возрастает. Если построить зависимость тока якоря от тока возбуждения 1а = /(/в) при Р = const, то она будет иметь вид, показанный на рис. 7.13 (ветвь /). При уменьшении тока возбуждения ток якоря уменьшается до тех пор, пока Еа > 0С (до точки а характеристики). В точке а характеристики ЭДС Еа- Uc, поэтому /у =0. При дальнейшем уменьшении тока возбуждения (недовозбуждения) справедливо неравенство Еа< Uc, вследствие этого ток/у является емкостным по отношению к ЭДС Еа генератора (см. рис. 7.12, в) и индуктивным по отношению к напряжению сети (0С).

В результате в генераторе возникает продольнр-намагничива ющая реакция якоря, которая индуцирует ЭДС Ead, направленную согласно с Еа, и на генераторе устанавливается напряжение U — — Uc. Вследствие увеличения реактивной составляющей /у ток якорной обмотки также увеличивается. При дальнейшем уменьшении тока возбуждения /в ток якоря 1а увеличивается (ветвь 2 на рис. 7.13).

При нагрузке генератора в токе обмотки статора (якоря) появляется активная составляющая /й, величина которой определяется активной мощностью, отдаваемой в сеть. В этом случае =4 + /у При нагрузке, как и при холостом ходе, изменение тока возбуждения /в влияет на изменение реактивного тока /у. При этом активная составляющая /а не меняется. Вследствие изменения /у меняется ток 1а (кривая 3 на рис. 7.13). При боль-

Векторные диаграммы при Рис. 7.13. и-образные характе-

Рис. 7.12. Векторные диаграммы при Рис. 7.13. и-образные характе-

параллельной работе с сетью ненагру- ристики синхронного генератора

жснного синхронного генератора (перевозбуждение)

шем значении активной нагрузки увеличивается активная составляющая тока 1а, поэтому увеличивается и ток 1а при том же токе /в (кривая 4 на рис. 7.13). У всех U-образных характеристик минимальное значение тока обмотки статора будет при токе возбуждения, соответствующем работе с coscp = 1 при данной мощности Р2 = mUlcos(p = const (точки а, а' и а").

При любом увеличении или уменьшении тока возбуждения /в ток обмотки статора 1а возрастает за счет увеличения реактивной составляющей /у. Геометрическое место точек, в которых ток /я имеет минимальное значение при разных мощностях Р2, на рис. 7.13 показано штриховой кривой а, а' и а". С увеличением мощности Р2 кривая а, а' и а" отклоняется вправо вследствие увеличения тока возбуждения, необходимого для создания большей активной мощности. В области слева от этой кривой генератор недовозбужден, и ток статора опережает напряжение генератора Uи отстает от напряжения сети Uc. Работая в этой области, генератор потребляет из сети реактивную мощность, т. е. реактивный ток, намагничивающий машину. Справа от кривой а, а' и а" генератор перевозбужден, и ток обмотки статора отстает от напряжения генератора 0 и опережает напряжение сети 0С. Здесь генератор отдает в сеть реактивную мощность.

Из сказанного выше следует, что при параллельной работе синхронного генератора с сетью изменение его тока возбуждения вызывает изменение только реактивной составляющей тока в статоре (т. е. коэффициента мощности генератора) без изменения его активной мощности.

Чтобы осуществить перевод нагрузки с одного генератора на другой, нужно изменить вращающий момент первичного двигателя путем воздействия на регуляторы скорости их первичных двигателей. Воздействие на регуляторы скорости вызывает изменение количества пара, воды или горючего, поступающего в первичный двигатель. При этом будет изменяться вращающий момент, развиваемый первичным двигателем.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >