Автоматизация включения генераторов на параллельную работу. Автоматическое включение генераторов на параллельную работу

Автоматизация включения генераторов на параллельную работу

6.5. Автоматизация включения генераторов на параллельную работу

Процесс включения синхронного генератора, на параллельную работу с другими генераторами называется синхронизацией. Существует два способа синхронизации: точная и самосинхронизация.

При самосинхронизации невозбужденный генератор с замкнутой на сопротивление обмоткой возбуждения приводится во вращение со скоростью, близкой к синхронной, и затем включается на напряжение сети. Сразу после подключения генератора к сети на его ротор будут действовать асинхронный и реактивный моменты. Асинхронный момент уменьшает скольжение машины и, действуя вместе с реактивным моментом, может ввести машину в синхронизм. Одна ко время вхождения в синхронизм может быть довольно длительным поэтому, чтобы ускорить процесс синхронизации, сразу после подключения генератора к сети подается питание на обмотку возбуждения. Основной недостаток метода самосинхронизации — большие колебания напряжения и тока, которые сопровождают процесс вхождения генераторов в синхронизм. Кроме того, подключение синхронных генераторов с вращающимся выпрямителем к сети при с отсутствии возбуждения сопровождается значительным перенапряжением на обмотке возбуждения, в результате чего выпрямители могут выйти из строя.

Число периодов качания ротора генератора при синхронизации, а следовательно, и число всплесков тока и напряжения будут тем меньше, чем ближе скорость генератора к синхронной. Отклонение скорости от синхронной определяется точностью системы стабилизации частоты и обычно не превышает 1—2 %.

Если в момент включения генератора на параллельную работу угол между его напряжением и напряжением сети равен нулю (δ12 = 0) и необходимо закончить синхронизацию, когда δ12 ≤ п/2, то скольжение генератора

где ω — угловая скорость генератора; S — номинальная мощность генератора; I — момент инерции ротора генератора и его привода.

Метод самосинхронизации применяется для включения на параллельную работу генераторов небольшой мощности.

Методы точной синхронизации могут обеспечивать включение генераторов на параллельную работу без бросков тока и напряжения. Суть этих методов заключается в том, что генератор включается на параллельную работу с сетью в момент, когда частота генератора fг равна частоте сети fс, напряжение генератора Uг и сети Ucодинаковы и угол между векторами UГ и Uс равен нулю (δ12 = 0). Поскольку эти условия выполняются не абсолютно точно, то при подключении генератора возникает уравнительный ток, вызывающий- колебания активной и реактивной мощностей в системе. Максимальное значение уравнительного тока iyp определяется сверхпереходными сопротивлениями сети Х``dс, генератора Х``dг и значением угла δ12. Если

то

(6.31)

Из выражения (6.31) следует, что если момент включения выбран правильно (δ12 = 0), то уравнительный ток равен нулю. Максимального значения уравнительный ток достигнет при δ12 == 180°. В этом случае он может даже превысить ударный ток короткого замыкания, создав значительный ударный момент на валу ППЧВ.

Если генератор включается при неравенстве частот (Ur = Uc, fг ≠ fс, δ12 = 0), то при fг > fс ротор генератора начнет опережать ротор эквивалентного генератора сети. При δ12 > 0 генератор примет на себя активную нагрузку, вследствие чего его ротор начнет тормозиться. Чем больше разность частот, тем больше угол б12. При значительном расхождении частот ротор генератора может сразу не войти в синхронизм, а несколько раз повернуться на 360 ° в асинхронном режиме. Этот процесс сопровождается значительными скачками уравнительного тока и мощности.

Рис. 6.13. Принципиальная электрическая схема пассивного синхронизатора

Условия, необходимые для включения генератора на параллельную работу, контролируют с помощью синхронизаторов. Различают пассивные и активные синхронизаторы. Пассивные состоят из устройства для определения момента синхронизма (δ12 = 0). При достаточно высокой точности регуляторов напряжения и частоты, когда разность частот генератора и сети невелика (4—6 Гц), а напряжения одинаковы в момент, когда угол между векторами одноименных фаз близок к нулю, устройство подает сигнал в систему управления на включение генератора на параллельную работу. Активные синхронизаторы состоят из устройства для определения момента синхронизма и уравнителей, воздействующих на регулирующие органы подключаемого генератора. Когда регулируемые параметры соответствуют заданным значениям, генератор автоматически включается в сеть.

Принцип действия устройства определения момента синхронизма основан на методе биений, т. е. на изменении так называемого напряжения скольжения, значение которого получают, подсоединяя измерительное устройство к одноименным фазам генератора и сети.

В пассивном синхронизаторе (рис. 6.1.3) между точками а и б выпрямителя напряжение

vunivere.ru

Включение генераторов на параллельную работу.

⇐ ПредыдущаяСтр 55 из 85Следующая ⇒

На электрических станциях обычно устанавливают несколько синхронных генераторов, включаемых параллельно для совместной работы (рис. 21.1). Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает преимущества, объясняемые теми же соображениями, которые были изложены применительно к параллельной работе трансформаторов (см. § 2.2).

При включении синхронного генератора в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия: ЭДС генератора в момент подключения его к сети должна быть равна и противоположна по фазе напряжению сети ( ), частота ЭДС генератора должна быть равна частоте переменного напряжения в сети ; порядок следования фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.

Приведение генератора в состояние, удовлетворяющее всем указанным условиям, называют синхронизацией. Несоблюдение любого из условий синхронизации приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии.

Включить генератор в сеть с параллельно работающими генераторами можно или способом точной синхронизации, или способом самосинхронизации

Способ точной синхронизации. Сущность этого способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовлетворяющее всем вышеперечисленным условиям. Момент соблюдения этих условий, т. е. момент синхронизации, определяют прибором, называемым синхроноскопом. По конструкции синхроноскопы разделяют на стрелочные и ламповые. Рассмотрим процесс синхронизации генераторов с применением лампового синхроноскопа, который состоит из трех ламп 1, 2, 3, расположенных в вершинах равностороннего треугольника.

При включении ламп по схеме «на погасание» (рис. 21.2, а) момент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп. Предположим, что звезда ЭДС генератора вращается с угловой частотой

, превышающей угловую частоту

вращения звезды напряжений сети . В этом случае напряжение на лампах определяется геометрической суммой + ; + ; + (рис. 21.2, б).

Рис. 21.1. Включение синхронных генераторов

на параллельную работу:

Г1 - Г4 – синхронные генераторы, ПД1 -ПД4 - приводные двигатели

В момент совпадения векторов звезды ЭДС с векторами звезды напряжений эта сумма достигает наибольшего значения, при этом лампы горят с наибольшим накалом (напряжение на лампах равно удвоенному напряжению сети). В последующие моменты времени звезда ЭДС обгоняет звезду напряжений, и напряжение на лампах уменьшается. В момент синхронизации векторы ЭДС и напряжений занимают положение, при котором

, т.е.

= 0, и все три лампы одновременно гаснут (рис. 21.2, в). При большой разности угловых частот

лампы вспыхивают часто. Изменяя частоту вращения первичного двигателя, добиваются равенства

, о чем будет свидетельствовать погасание ламп на длительное время. В этот момент и следует замкнуть рубильник, после чего генератор окажется подключенным к сети.

Рис. 21.2. Ламповый синхроноскоп

Способ самосинхронизации. Ротор невозбужденного генератора приводят во вращение первичным двигателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более чем на 2—5%, затем генератор подключают к сети. Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент подключения генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное Сопротивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора. Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генератор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшается.

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значительные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Влияние этих воздействий на надежность генератора учитывается при проектировании синхронных генераторов. Способ самосинхронизации (грубой синхронизации) обычно применяют в генераторах при их частых включениях. Этот способ прост и легко автоматизируется.

Включение синхронного генератора на параллельную работу

Количество просмотров публикации Включение синхронного генератора на параллельную работу - 532

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, крайне важно выполнить следующие условия:

1) равенство ЭДС генератора Е0 и напряжения сети UC;

2) равенство частот генератора fГ и сети f;

3) ЭДС генератора Е0 и напряжение сети UС 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 E0=UC 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 (E0==UC) и между контактами выключателя действует ЭДС . В случае если бы скорость подключаемого генератора была постоянной и равной номинальной, то частота индуцируемой ЭДС Е0 равнялась бы частоте сети и векторы E0 и UC вращались бы с одинаковой скоростью, a . В действительности получить строго постоянную скорость генератора не удается и частоты сети и генератора несколько отличаются. По этой причине векторы Е0 и UC будут перемещаться относительно друг друга со скоростью . Вследствие этого будет изменяться от 0 до 2UC, 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 (E0=-UC). В случае если включение произведено при , то ток у подключенного генератора будет также равен нулю. Включение ламп, показанное на рис. 1, а, принято называть ʼʼвключением на потуханиеʼʼ. 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 UC и ЭДС Е0 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 UC и ЭДС E0 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, в связи с этим, 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.

Рис. 3. Векторная диаграмма напряжений сети UС и ЭДС генератора Ег для момента времени включения генератора на параллельную работу с сетью

Рис. 4. Напряжение на лампах синхроноскопа при включении его .на вращение света в момент замыкания выключателя Q (см. рис. 2, б): U2 — напряжение на лампе 2; U3 — напряжение на лампе 3

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. В случае 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 fГ≠fC его стрелка вращается с частотой fГ-fC в ту или иную сторону исходя из того, какая частота больше. При правильном моменте включения стрелка синхроноскопа обращена вертикально верх..

При высоком напряжении приборы синхронизации включаются через трансформаторы напряжения. При этом крайне важно 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 UГи fГ синхронизируемых генераторов в нужных направлениях и при достижении необходимых условий автоматически включают генераторы на параллельную работу. При этом подобные автоматические синхронизаторы также обладают недостатками (сложность, крайне важно сть непрерывного и квалифицированного обслуживания и т. д.). К тому же во время аварий напряжение и частота в системе нередко беспрерывно и быстро меняются и в связи с этим 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 состоит по сути в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии (UГ=0) при скорости вращения, близкой к синхронной (допускается отклонение до 2%). При этом отпадает крайне важно сть 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 UС, эквивалентно внезапному короткому замыканию этого генератора при работе на холостом ходу с Е0=UС.При этом 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

referatwork.ru

Включение синхронных генераторов на параллельную работу

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

На каждой электрической станции обычно бывает установлено несколько генераторов, которые включаются на параллельную работу в общую сеть. В современных энергосистемах на общую сеть, кроме того, работает целый ряд электростанций, и поэтому параллельно на общую сеть работает большое число синхронных генераторов. Благодаря этому достигается большая надежность энергоснабжения потребителей, снижение мощности аварийного и ремонтного резерва, возможность маневрирования энергоресурсами сезонного характера и другие выгоды.

Все параллельно работающие генераторы должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты. Поэтому они должны вращаться строго в такт или, как говорят, синхронно, т. Е. их скорости вращения должны быть в точности обратно пропорциональны числам пар полюсов:

В частности, скорости вращения генераторов с одинаковыми числами полюсов должны быть в точности одинаковыми.

При включении генераторов на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы. Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора на холостом ходу перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора.

Идеальные условия для включения генератора на параллельную работу достигаются при соблюдении следующих требований:

3. напряжение включаемого генератора должно быть равно напряжению сети или уже работающего генератора;

Равенство напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора и контролируется с помощью вольтметра. Изменение частоты и фазы напряжения генератора достигается изменением скорости вращения генератора. Правильность чередования фаз необходимо проверять только при первом включении генератора после монтажа или сборки схемы. Совпадение напряжений по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых вольтметров или специальных синхроноскопов, а в автоматических синхронизаторах — с помощью специальных измерительных элементов.

Синхронизация с помощью ламп и нулевого вольметра применяется только для генераторов малой мощности. Для мощных генераторов пользуются электромагнитным синхроноскопом, к которому подаются напряжения генератора и сети. Этот прибор работает на принципе вращающегося магнитного поля, и стрелка вращается с частотой в ту или иную сторону в зависимости от того, какая частота больше. При правильном моменте включения стрелка синхроноскопа обращена вертикально вверх.

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

Для исключения ошибок персонала и облегчения его работы пользуются автоматическими синхронизаторами, которые осуществляют автоматическое регулирование 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.).

Сущность метода самосинхронизации заключается в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии при скорости вращения, близкой к синхронной (допускается отклонение до 2%). При этом отпадает необходимость в точном выравнивании частот, величины 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 эквивалентно внезапному короткому замыканию этого генератора при работе на холостом ходу. 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.). Кроме того, включение генератора производится при включенном сопротивлении гашения поля, что также снижает величину ударного тока и способствует быстрому затуханию переходных токов.

Автоматическое регулирование напряжения (АРН), процесс поддержания напряжений в узловых точках электрической системы в заданных пределах, осуществляемый для обеспечения технически допустимых условий работы потребителей электрической энергии и собственно системы, а также для повышения экономичности их работы. У большинства потребителей электроэнергии допускаются длительные отклонения напряжения от номинального не более чем на ±5%. Превышение номинального напряжения приводит к сокращению срока службы потребителей электроэнергии, уменьшение — снижает производительность и экономичность работы потребителей, пропускную способность линий электропередачи, может нарушить устойчивость работы синхронных машин и асинхронных двигателей.

Необходимость АРН вызывается переменными режимами работы потребителей и источников электроэнергии. Так, с увеличением нагрузок возрастает сила тока в сети, а следовательно, и потери напряжения в различных её участках, вследствие чего напряжения у потребителей могут выходить за допустимые пределы. В связи с этим на шинах электростанций и на шинах вторичного напряжения районных подстанций осуществляется, как правило, встречное (согласное) регулирование, при котором с увеличением нагрузок напряжение держится выше номинального, а при снижении нагрузок — понижается. Это уменьшает размах отклонений напряжений у потребителей. Однако в общем случае такое регулирование не исключает необходимости АРН у каждого потребителя.

АРН на электростанциях осуществляется регулированием возбуждения синхронных генераторов. На подстанциях АРН осуществляется регулированием возбуждения синхронных компенсаторов, если они установлены на этих подстанциях, или автоматическим изменением под нагрузкой коэффициента трансформации трансформаторов, а также регулированием мощности батарей статических конденсаторов. У потребителей электроэнергии АРН осуществляется регулированием возбуждения мощных синхронных двигателей и регулированием мощности батарей статических конденсаторов. Вопрос о конкретном выборе регулирующих устройств решается на основе технико-экономического анализа.

Список используемых источников

1. А.М.Федосеев, М.А.Федосеев. Релейная защита электроэнергетических систем: Учебник для вузов.- 2-е изд., М.: Энергоатомиздат, 1992. – 528с.

2. Дьяков А.Ф. Микропроцессорная автоматика и релейная защита электроэнергетических систем: учебное пособие / А.Ф. Дьяков, Н.И. Овчаренко. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 336 с.

3. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем: Учебник для вузов. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. – 504 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. Основные положения. 3

Раздел I .Принцип действия защит, фиксирующих отклонение

контролируемой величины. 6

Раздел II. Принцип действия защит, основанных на сравнении контролируемых величин. 10

Раздел III. Особенности защиты основного электрооборудования электроэнергетических систем. 17

Раздел IV. АВР, АПВ и АЧР как первые ступени противоаварийной автоматики. 23

Раздел V. Технологическая автоматика в электроэнергетических системах. Включение синхронных генераторов на параллельную

работу. 33

Список используемых источников38

Учебное издание

Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

Учебное пособие

Составители: Сафронов Руслан Игоревич

Солопова Ирина Михайловна

Корректор Р.П. Ломакина

Компьютерный набор и верстка Л.В. Арбузовой

Издательство Курской государственной

сельскохозяйственной академии

305021, г. Курск, ул. К. Маркса, д. 70

Включение генератора на параллельную работу с сетью — КиберПедия

На электрических станциях обычно устанавливают несколько синхронных генераторов, включаемых параллельно для совместной работы (рисунок 4). Подключение лабораторного генератора к сети бесконечной мощности, означает параллельное подключение его к генераторам общей энергосистемы. Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает следующие основные преимущества:

1. Обеспечение бесперебойного электроснабжения в случае аварии на какой-либо энергетической установке (генераторе) или отключения её для ремонта.

2. При работе электростанции с переменным графиком нагрузки появляется возможность отключить часть энергоустановок, с тем, чтобы оставшиеся установки работали с нагрузкой, близкой к номинальной с более высоким КПД.

Рисунок 4 – Включение синхронных генераторов на параллельную работу:

Г1 ¾ Г4 – синхронные генераторы;

М1 ¾ М4 – приводные двигатели

Параллельная работа генератора и, соответственно, организация энергосистемы без синхронизации невозможна. Отсутствие синхронизации генератора приведет к возникновению уравнительных токов в обмотке якоря, значение которых является аварийным.

Включение генератора на параллельную работу с сетью производится двумя методами: методом точной синхронизации и методом самосинхронизации [1].

Метод точной синхронизации

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью методом точной синхронизации должны быть выполнены следующие условия:

1) порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым;

2) частоты напряжений генератора и сети должны быть равны;

3) действующие значения напряжений генератора и сети должны быть равны;

4) напряжения генератора и сети должны совпадать по фазе.

На рисунке 5 в качестве примера приведен случай, когда у генератора и сети не совпадают значения частот напряжения. При этом разность потенциалов DU, вызывающая уравнительный ток, может достигать двойного напряжения питания.

Проверку выполнения первых двух условий производят с помощью синхроноскопа. В качестве синхроноскопа могут служить три лампы накаливания, включенные на «погасание» или «вращение» света. Схема включения ламп на «вращение» света является менее удобной, так как увеличивает вероятность ошибочного включения, поэтому в электрической схеме (см. рисунок 1) лампы EL1 ¾ EL3 включены на «погасание» света (в разрыв одноименных фаз).

Рисунок 5 – Несовпадение частот напряжения генератора и сети

Выполнение третьего условия проверяют с помощью вольтметров V1 и V2.

Синхронизацию генератора производят в следующей последовательности:

1) Выполняют проверку того, что генератор отключен от сети (автоматический выключатель QF1 должен быть отключен).

2) Осуществляют пуск приводного двигателя. В лабораторной работе в качестве приводного двигателя используется двигатель постоянного тока. Перед запуском двигателя необходимо установить максимальное значение пускового реостата R3 (для ограничения пускового тока) и минимальное значение регулировочного реостата R2. Запуск двигателя выполняется включением контактора КМ2, подающего на двигатель постоянное напряжение. После того, как двигатель разогнался, пусковой реостат R3 устанавливают в минимальное значение.

3) Обмотку возбуждения синхронного генератора подключают к постоянному напряжению и на выходе генератора устанавливают номинальное напряжение. Для этого необходимо включить магнитный пускатель КМ1 и при помощи автотрансформатора Т повысить ток в обмотке возбуждения до значения, соответствующего номинальному напряжению на выходе генератора (вольтметр V2).

4) Выполняют проверку порядка чередования фаз. При одинаковом порядке чередования фаз сети и генератора лампы одновременно загораются и гаснут. Если же они загораются и гаснут поочередно, то это говорит о том, что первое условие не выполняется. Чтобы обеспечить одинаковый порядок чередования фаз, надо поменять местами подключение двух любых линейных выводов генератора к сети (при отключенной схеме).

5) Устанавливают равенство частот напряжений генератора и сети. Для этого осуществляют регулировку скорости вращения ротора генератора, путем изменения величины сопротивления реостата R2 (изменяют ток возбуждения двигателя постоянного тока). О близости частот сети и генератора можно судить по синхроноскопу: чем меньше разность частот сети и генератора, тем медленнее мигают лампы.

Синхроноскоп позволяет судить и о выполнении четвертого условия. Совпадение по фазе напряжений сети и генератора соответствует погасанию ламп синхроноскопа.

Для машин малой мощности в процессе согласования частот возможно втягивание ротора генератора в синхронизм за счет токов ламп, о чем свидетельствует прекращение миганий ламп синхроноскопа. Несмотря на выполнение первых трех условий безаварийное включение генератора на параллельную работу с сетью невозможно, т.к. не выполняется четвертое условие. В этом случае синхронизацию надо производить при несколько повышенной разности частот сети и генератора, когда ротор генератора еще не втягивается в синхронизм за счет токов ламп. Для нарушения возникшего синхронизма достаточно изменить частоту вращения приводного двигателя.

6) Осуществляют подключение генератора к сети. Включение автоматического выключателя QF1 производится в середине периода времени, когда не горят лампы синхроноскопа. Учитывая, что погасание лампы точно не характеризует прохождение через ноль напряжения на ней, момент включения контролируют по нулевому вольтметру V0.

Метод самосинхронизации

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью методом самосинхронизации должны быть выполнены два условия:

1) порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым;

2) генератор должен быть невозбужден.

Метод самосинхронизации заключается в том, что невозбужденный генератор с замкнутой на добавочное сопротивление обмоткой возбуждения разгоняют приводным двигателем до скорости близкой к синхронной и включают в сеть. Добавочное сопротивление необходимо для того, чтобы не повредить изоляцию обмотки возбуждения повышенным напряжением. Величина добавочного сопротивления должна быть примерно в десять раз больше сопротивления обмотки возбуждения. Включение генератора в сеть рекомендуется производить при скольжении не более 10 %. Контроль за скольжением осуществляют по скорости приводного двигателя с помощью тахометра [2].

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значительные силовые воздействия на обмотку статора, подшипники и муфту, соединяющую генератор с приводным двигателем. Таким образом, способ самосинхронизации является упрощенным, но грубым способом синхронизации.

cyberpedia.su

ВКЛЮЧЕНИЕ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА НА ПАРАЛЛЕЛЬНУЮ РАБОТУ С СИСТЕМОЙ — МегаЛекции

Включение синхронного генератора на параллельную работу с системой связано с рядом трудностей. Применяются два способа такого включения: точная синхронизация и самосинхронизация. Рассмотрим способ точной синхронизации.

При включении на параллельную работу с системой (рис. 15.13) синхронного генератора способом точной синхронизации мгновенное значение фазной ЭДС генератора, например еА1, должно быть равно и соответствовать по направлению в любой момент времени мгновенному значению соответствующего напряжения фазы системы еА. Из этого требования вытекают следующие условия включения: ЭДС фазы включаемого генератора должна иметь одинаковое действующее значение с фазным напряжением системы, частоту, равную частоте системы, фазу, соответствующую фазе фазного напряжения системы, наконец, чередование фаз генератора должно соответствовать чередованию фаз системы. Предварительное синхронизирование. включаемого генератора осуществляется следующим образом. Ротор генератора доводится примерно до синхронной угловой скорости, и его возбуждение регулируется так, чтобы вольтметр на выводах машины показал значение, равное напряжению сети. При этом последовательность фаз генератора должна соответствовать последовательности фаз системы. Однако перед включением на параллельную работу необходимо более точное регулирование частоты машины и в особенности ее фазной ЭДС. В качестве указателей для такого точного регулирования служат синхроноскопы. В простейшем виде сонхроноскоп составляется из ламп накаливания, часто называемых в таких случаях фазоиндикаторными лампами.

На рис. 15.13 эти лампы включены между шинами системы и одноименными (А — А1, В — В1, С — С1) в отношении последовательности фаз выводами генератора («включение на потухание»).

На рис. 15.14 показаны кривые мгновенных значений фазного напряжения иА = еАсистемы, фазной ЭДС еА1включаемого на параллельную работу генератора и результирующего напряжения иАА1= — еA— eA1- Пока нет точного совпадения частоты генератора и системы в контуре включаемого генератора, действующее значение результирующего напряжения между контактами выключателя будет то снижаться до нуля, то повышаться до двойного значения фазного напряжения системы, в результате чего лампы будут то гаснуть, то вновь загораться. Чем больше частота генератора будет приближаться к частоте системы, тем медленнее будут происходить колебания света фазоиндикаторных ламп; они будут загораться и гаснуть на относительно длительные сроки. Нужно достичь возможно более точного совпадения частот, при котором промежутки времени между следующими друг за другом вспышками ламп будут достаточно велики (не менее 3—5 с), после чего в момент полного потухания ламп замкнуть рубильник.

Сущность метода самосинхронизации состоит в том, что генератор включается на сеть без возбуждения, когда его частота вращения отличается от синхронной на 2—3 %. Обмотка ротора (обмотка возбуждения) во время такого включения должна быть замкнута на некоторый резистор или накоротко. После включения генератора обмотка ротора подключается к источнику постоянного тока возбуждения и генератор синхронизируется под действием электромагнитных сил.

Так как в момент включения частота вращения генератора не равна синхронной и он не возбужден, то возникает скачок тока в обмотке статора; значение этого кратковременного тока может в несколько раз превышать номинальный ток генератора. Но, как показывает опыт, ни этот ток, ни возникающие при этом механические усилия на валу генератора не опасны для агрегата (турбогенератора или гидрогенератора). Метод самосинхронизации применяется для генераторов мощностью до 50 MB-А.

После включения генератора на параллельную работу с системой большой мощности при всяком случайном отклонении от синхронного вращения в обмотке статора генератора возникают дополнительные токи. Их взаимодействие с магнитным полем ротора создает дополнительные силы, восстанавливающие синхронное вращение.

megalektsii.ru

Включение генераторов на параллельную работу — КиберПедия

Синхронные генераторы включаются в сеть способами точной синхронизации или самосинхронизации.

Выбор способа определяется инструкциями для конкретных машин и сложившимися в данный момент условиями. В соответствии ПТЭ генераторы, как правило, должны включаться в сеть способом точной синхронизации.

При использовании точной синхронизации должна быть введена блокировка от несинхронного включения.

Допускается использование при включении в сеть способа самосинхронизации, если это предусмотрено техническими условиями на поставку или специально согласовано с заводом-изготовителем генератора.

При ликвидации аварий в энергосистеме турбогенераторы мощностью до 220 МВт включительно и все гидрогенераторы разрешается включать на параллельную работу способом самосинхронизации. Турбогенераторы большей мощности разрешается включать этим способом при условии, что кратность сверхпереходного тока к номинальному, определенная с учетом индуктивных сопротивлений блочных трансформаторов и сети, не превышает 3.0, т.е. I"/Iн≤3,0.

При использовании способа точной синхронизации ТГ включается в сеть после достижения номинальной скорости (3000 об/ мин, 1500 об/ мин) и подаче тока возбуждения.

При этом должны быть выполнены три условия:

1. Uг=Uс. Напряжения генератора и сети равны по величине.

2. fг=fс. Частота генератора равна частоте сети.

3. Векторы одноименных фаз напряжения совпадают.

Рис. 4.5. Диаграммы напряжений генератора и системы при точной синхронизации

Несоблюдение условий синхронизации вызывает появление разности напряжений (ΔU) и уравнительного тока (Iyp), который в определенном случае равен двойному ударному току (2∙Iу) при КЗ на выводах ТГ и может вызвать тяжёлые нарушения в генераторе и системе.

В нормальных условиях допустима величина ΔU генератора и сети 5 — 10 % от номинального, в аварийных может достигать 20 %, (определяется заводом-изготовителем). При подгонке частоты скольжение допускается в размере 0,3—0,4 %, при этом в момент включения генератора угол между векторами напряжений не более 15—20 ° электрических градусов.

После включения в сеть ротор генератора после нескольких колебаний втягивается в синхронизм, при этом процесс контролируется по приборам на щите управления.

Точная синхронизация проводится либо вручную с контролем по колонке синхронизации, либо с помощью автоматических синхронизаторов с автоматическими уравнителями напряжения и частоты, воздействующими на регулятор возбуждения и двигатель приводного механизма регулятора турбины (АСТ-4А, АСТ-4Б, УБАС-1, УБАС-2).

При ручной точной синхронизации должна быть включена блокировка от несинхронных включений.

Не разрешается включение в сеть генератора при очень быстром подходе стрелки синхроноскопа к черте или ее перемещении рывками, что говорит о большой разнице в частотах или неисправности цепей синхронизатора.

Особенно сложна синхронизация этим способом в аварийных условиях, когда наблюдается колебание частоты, при этом общее время синхронизации затягивается, усугубляя развитие аварии.

При несинхронном включении в сеть уравнительный ток при фазовом смещении 180 ° и наличии мощной энергосистемы ( ) составит:

При этом усилия в лобовых частях пропорциональны квадрату тока статора, что может привести к их разрушению, поскольку генераторы по ГОСТ должны выдерживать однократный ударный ток трёхфазного короткого замыкания на их выводах

Во избежание таких ошибок обязательно проверяются цепи синхронизации после ремонта вторичных цепей (например, путем выделения генератора на свободную систему шин и подачей синхронных напряжений от ТГ и СШ).

Для предотвращения неправильных действий персонала из-за ошибочных действий на ТГприменяют полуавтоматические и автоматические синхронизаторы.

При использовании полуавтоматических синхронизаторов операции регулирования частоты и напряжения производятся персоналом, контроль напряжения биения осуществляется двумя реле напряжения, а контроль дополнительной разницы частот — реле времени. Уставка одного из реле напряжения определяет угол опережения включения выключателя (δоп).

На ТЭС применяют автоматические синхронизаторы с постоянным временем опережения. Ранее применялись АСТ-4А и АСТ-4Б, УБАС-1, УБАС-2 в настоящее время используются более современные устройства на базе микросхем и микроконтроллеров.

При включении генераторов способом самосинхронизации ротор раскручивается до скорости, близкой к синхронной, и без возбуждения включается в сеть. Затем сразу включением АГП подается возбуждение и генератор втягивается в синхронизм.

При этом для предотвращения коммутационного перенапряжения обмотка возбуждения (ОВ) должна быть замкнута на якорь или специальное гасительное сопротивление.

Максимально возможный бросок тока в момент включения:

где: — относительное сопротивление сети, приведённое к мощности генератора; — сверхпереходное сопротивление генератора.

Из формулы видно, что токи в статоре при использовании этого способа не зависят от скольжения и не превышают значений токов короткого замыкания.

При включении ТГ через блочные трансформаторы эти токи еще снижаются. Вхождение машины в синхронизм определяется электромагнитным моментом, обусловленным возбуждением, а также моментом явнополюсности. Кроме того, у ТГ большую роль играет асинхронный электромагнитный момент взаимодействия поля статора с токами наведенными в бочке ротора. Преимуществами данного метода включения всеть являются простота, малая вероятность ошибок, возможность быстрого включения при авариях, К недостаткам метода следует отнести значительный толчок тока и понижение напряжения на шинах в момент включения генераторов:

Чем больше мощность системы по сравнению с мощностью ТГ, тем меньше понижение напряжения сети при включении ТГ и меньший толчок ощущают генераторы.

Правила эксплуатации рекомендуют при включении машин способом самосинхронизации следующее: подключение в нормальных условиях должно производиться при скольжениях 2—3 %; устройство форсировки возбуждения должно автоматически включаться при включении АГП; при включении со скольжением 3—5 % и менее возбуждение подается без выдержки времени, а при больших скольжениях с задержкой, достаточной для его снижения. Операция включения способом самосинхронизации производится либо вручную, либо полуавтоматически.

При ручном включении частота вращения устанавливается близкой к синхронной (в пределах 2 %), генератор включается в сеть, а АГП включается автоматически от блок-контакта выключателя статора генератора.

Для облегчения синхронизации уставка АРВ перед включением ставится в положение 20—30 % номинальной нагрузки, а реостат электромашинного возбудителя в положение холостого хода.

У системы возбуждения с ВЧ возбудителями и полупроводниковыми выпрямителями из-за особенности работы схемы, отключение резистора самосинхронизации следует производить с выдержкой времени 0,8—0,9 с после включения ТГ для исключения коммутационных перенапряжений.

В схеме полуавтоматической синхронизации используется реле разности частот, которое подает импульс на включение выключателя генератора при достижении скорости, близкой к синхронной скорости, после этого автоматически включается АГП. После синхронизации и включения в сеть генераторы принимают активную нагрузку с определенной скоростью, которая лимитируется тепловыми расширениями турбины или условиями блока в целом.

Скорость повышения напряжения на генераторах и синхронных компенсаторах не ограничивается.

Скорость набора и изменения активной нагрузки для всех генераторов определяется условиями работы турбины или котла.

Скорость изменения реактивной нагрузки генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток, турбогенераторов газотурбинных установок, а также гидрогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток не ограничивается; на турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток эта скорость в нормальных режимах должна быть не выше скорости набора активной нагрузки, а в аварийных условиях не ограничивается [21].

Следует помнить, что при нагревании током обмоток статора и ротора удлинения или расширения меди и стали не равны и вызывают аксиальные перемещения обмоток и изоляции и могут вызвать повреждения, особенно в роторе. Поэтому набор активной и реактивной нагрузок должен быть пропорциональным, если это делается не при авариях.

cyberpedia.su