Условия синхронизации синхронных генераторов. Условия синхронизации синхронных генераторов

Синхронизация синхронных машин

После разгона ротора синхронной машины до подсинхронной скорости ее необходимо включить в сеть. Однако для безаварийного включения необходимо выполнить ряд условий. Процедура выполнения этих условийназывается синхронизацией.

Первым основным и обязательным условием для любого способа синхронизации является проверка правильности чередования фаз сети и подключаемой машины. Включение в сеть машины, имеющей обратное чередование фаз, вызовет последствия более тяжелые, чем несинхронное включение. Такое включение машины сопровождается возникновением электромагнитного момента, противоположного моменту, развиваемому разгонным двигателем, а также появлением чрезмерных токов в статоре машины. Результатом может быть не только повреждение синхронизируемой машины, но и поломка вала разгонного двигателя. Проверку правильности чередования фаз необходимо производить при первом включении машины, а также после ремонтных работ в ее первичных цепях. Эта проверка должна производиться при помощи одного и того же трансформатора напряжения, подключенного к системе шин, на которую поочередно подается напряжение от подключаемой машины и от сети.

Выполнение других условий зависит от используемого способа синхронизации. Различают способ точной синхронизации и способ самосинхронизации.

Способ точной синхронизации.Этот способ используется при включении в сеть синхронных машин. Он состоит в том, что синхронизируемую машину сначала разворачивают разгоннымдвигателем (кроме асинхронного электродвигателя) до частоты вращения, близкой к синхронной, а затем возбуждают и при определенных условиях включают всеть. Условиями, необходимыми для включения синхронизируемой машины всеть (в данном случае ее необходимо рассматривать как генератор), являются:

равенство напряжений включаемого генератора и работающего генератора или сети (при включении в сеть способом точной синхронизации с включенным АРВ, снабженным устройством автоматической подгонки напряжения, различие напряжений сети и генератора не должно превышать 1 %, при отсутствии устройства автоматической подгонки напряжения, а также при ручном регулировании возбуждения различие напряжений генератора и сети не должно превышать 5 %
совпадение фаз этих напряжений (во всех случаях включения способом точной синхронизации следует стремиться к тому, чтобы угол между напряжением генератора и сети в момент включения не превышал 10°;
равенство частот включаемого генератора и работающего генератора илисети (отклонение не более 0,1%, причем предпочтительно, чтобы частота подключаемой машины превышала частоту сети на 0,05…0,1 Гц, что соответствует движению стрелки синхроноскопа по часовой стрелке с периодом 1 оборот за 20…10 с.

Первое условие обеспечивается путем регулирования тока возбуждения машины, а для выполнения второго и третьего условий необходимо изменение вращающего момента на ее валу, что достигается изменением, например, количества пара или воды, пропускаемых через турбину.

Выполнение условий точной синхронизации может быть осуществлено вручную или автоматически. При ручной синхронизации все операции по регулированию возбуждения и подгонке частоты выполняет дежурный персонал, а при автоматической синхронизации – автоматические устройства. При точной ручной синхронизации напряжения и частоты контролируются по установленным на щи- те управления двум вольтметрам и двум частотомерам, а сдвиг по фазе напряжений – по синхроноскопу. Последний позволяет не только уловить момент совпадения фаз напряжений, но также определить, вращается ли генератор быстрее илимедленнее, чем работающие. Указанные приборы объединяют в так называемую «колонку синхронизации». Вольтметр и частотомер, относящийся к синхронизируемому генератору, подключают к его трансформатору напряжения, авольтметр и частотомер, относящиеся к работающим генераторам (или сети), обычно подключают к трансформатору напряжения сборных шин станции. Синхроноскоп подключают одновременно к обоим трансформаторам напряжения.

При соблюдении всех вышеуказанных условий разность напряжений генератора и сети равна нулю, поэтому уравнительного тока между ними не возникает.Включение генератора в сеть при значительном неравенстве напряжений по величине и при большом угле δош расхождения по фазе вызовет появление уравнительного тока I"вкли связанных с ним последствий. Особенно опасно включение генератора при несовпадении напряжений по фазе, так как именно фазовый сдвиг вызывает толчки тока статора и электромагнитного момента на валу. Влияние фазового сдвига на величину тока включения может быть проиллюстрировано векторной диаграммой (рис 2.15).

Рис. 2.15. К определению допустимой угловой ошибки при синхронизации

Из векторной диаграммы видно, что при равенстве напряжений системы и генератора Uс= Eг= U

где хd,,-cверхпереходное индуктивное сопротивление генератора по продольной оси; xc– сопротивление системы.

При сдвиге 180° (включение в противофазу) ток значительно превышает ток короткого замыканияна выводах генератора:

Возникающий при этом момент вращения может в несколько раз превышатьмомент на валу генератора при коротком замыкании на его выводах. От этого могут разрушиться лобовые части обмотки статора или одна из обмоток трансформатора, через который генератор подключается к сети. Включение в противофазу может случиться при неисправности во вторичных цепях или при неправильном включении синхронизирующего устройства.

При значительной разности частот трудно безошибочно выбрать момент длявключения генератора. Кроме того, если даже момент включения будет выбран удачно, то из-за большой начальной разности между синхронной скоростью и скоростью вращения ротора ротор генератора не успеет затормозиться и удержаться в синхронизме, что вызовет появление недопустимо больших колебаний тока статора и вращающего момента ротора. Поэтому при большой скорости вращения, а также при резких качаниях стрелки синхроноскопа включать генератор не допустимо.

Точной ручной синхронизации свойственны следующие недостатки:

сложность процесса включения из-за необходимости подгонки напряжения по модулю и фазе, а также частоты генератора;
большая длительность включения – от нескольких минут в нормальном режиме до нескольких десятков минут при авариях в системе, сопровождающихсяизменением частоты и напряжения, когда особенно важно обеспечить быстроевключение генератора в сеть;
возможность механических повреждений генератора и первичного двигателя при включении агрегата с большим углом δош.

Во избежание механических повреждений ручная синхронизация выполняется

с автоматическим контролем синхронизма, который запрещает включение выключателя синхронизируемой машины при несоблюдении условий синхронизации. Ручная синхронизация при отключенной блокировке от несинхронноговключения запрещается.

Способ самосинхронизации. При способе самосинхронизации (этот способ используется как дополнительный к основному) синхронизируемая машина с обмоткой возбуждения, замкнутой на гасительное сопротивление при отключенном АГП включается в сеть без возбуждения. Частота машины и частота сети должны при этом расходиться не болеечем на 2% . Начальный ток включения (ток самосинхронизации ) определяется по формуле:

и, следовательно, он меньше, чем при коротком замыкании на выводах машины,так как ток короткого замыкания в этом случае определится как

Синхронизируемая машина возбуждается сразу же после включения в сеть и плавно (в течение 1…2 с.) входит в синхронизм.

Как видно, включение машины по способу самосинхронизации в первый момент эквивалентно короткому замыканию за сверхпереходным реактивным сопротивлением генератора. Остаточное напряжение на шинах, к которым подключается машина

где xдоп– сопротивление блочного трансформатора (в блочной схеме) или реактора (при реактором пуске), приведенное к мощности генератора.

Именно вследствие понижения напряжения на шинах при самосинхронизации, этот способ нежелателен для синхронизации генераторов на электростанциях собщими сборными шинами генераторного напряжения.Для мощных блочных станций способ самосинхронизации допустим, однако выигрыш во времени по сравнению с пуском теплового блока исчезающе мал. Поэтому в настоящее время в нормальных условиях на всех электростанциях, как правило, применяется способ точной синхронизации, а самосинхронизация может применяется лишь в аварийных условиях, например после потери генератором возбуждения, при включении резервных гидрогенераторов, при трехфазном АПВ с самосинхронизацией генераторов и т.п.

studfiles.net

Лабораторная работа №1 Подключение к сети синхронного генератора методом точной синхронизации

Цель работы: целью лабораторной работы является изучение методов подключения генератора к системе методом точной синхронизации в ручном режиме.

Общие сведения

При подключении синхронного генератора применяют два способа: точная синхронизация и самосинхронизация. Первый способ требует предварительную синхронизацию включаемого генератора, которая осуществляется следующим образом (Рис.8.1).

Рис.8.1. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа

Скорость машины Г доводится примерно до синхронного числа оборотов и ее возбуждение регулируется так, чтобы вольтметр на ее зажимах показал значение, равное напряжению сети. При этом последовательность фаз машины должна соответствовать последовательности фаз сети. Перед подключением машины к сети необходимо более точное регулирование частоты вращения машины и фазы ее ЭДС. Для этой цели используют синхроскопы. В простейшем случае синхроскоп составляется из ламп накаливания. Чем меньше частота генератора отличается от частоты сети, тем медленнее будут происходить колебания света фазных ламп. Достигают совпадения частот, при котором промежутки времени между следующими друг за другом вспышками ламп будут не менее 3...5 сек. Затем в момент полного затухания ламп осуществляют подключение генератора к сети.

Сущность метода самосинхронизации состоит в том, что генератор включается на сеть без возбуждения, когда его скорость отличается от синхронной на 2...3%. Обмотка ротора во время такого включения должна быть замкнута накоротко или на некоторое сопротивление. Сейчас же после включения генератора на сеть в ротор подается постоянный ток возбуждения, и генератор сам доходит до синхронной скорости под действием электромагнитных сил. Вращающий момент синхронного двигателя при пуске равен 0, поэтому пуск двигателя состоит из двух этапов: первый этап - синхронный пуск с помощью короткозамкнутой обмотки, расположенной на роторе, и второй этап - втягивание в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. Во время первого этапа асинхронного пуска обмотка возбуждения отключается от источника постоянного тока и замыкается на активное сопротивление, превышающее активное сопротивление обмотки возбуждения в 10...15 раз. Не следует оставлять обмотку возбуждения разомкнутой, т. к. вращающееся поле может индуктировать в ней весьма значительную ЭДС, опасную для изоляции. Но с другой стороны, нецелесообразно было бы замыкать эту обмотку накоротко, т. к. в ней возникает значительный однофазный ток, который будет тормозить ротор по достижении им половины синхронной скорости.

Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Трехфазный источник питания	201.2	400 В ~; 16 А
G2	Источник питания двигателя постоянного тока	206.1	0…250 В 3 А (якорь) 200 В ; 1 А (возбуждение)
G3	Возбудитель машины переменного тока	209.2	0…40 В ; 3,5 А
G4	Машина переменного тока (Синхронный генератор)	102.1	50 Вт; 230 В ~; cos  = 1; 1500 мин1
G5	Преобразователь угловых перемещений	104	6 выходных сигналов
M1	Двигатель постоянного тока	101.1	90 Вт; 220 В 0,76 А (якорь) 220 В; 0,2 А (возбуждение)
А1	Трехфазная трансформаторная группа	347.2	3 х 80 ВА; 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 / 230 В (треугольник)
A2	Блок синхронизации	319	220 В ~; 10 А; синхроноскоп; 3 индикаторные лампы
Р1	Указатель частоты вращения	506.2	0…2000 мин1
Р2	Измеритель напряжений и частот	504.1	0...500 В ~; 45...55 Гц, 220 В ~

Описание электрической схемы соединений

Обмотка возбуждения машины постоянного тока, используемой как первичный двигатель М1 (см. Рис.8.2) с независимым возбуждением, присоединена к нерегулируемому выходу "ВОЗБУЖДЕНИЕ" источника G2, к регулируемому выходу "ЯКОРЬ" которого присоединена якорная обмотка этой же машины. Вход питания источника G2 присоединен с помощью электрического шнура к розетке "380 В" на тыльной стороне трехфазного источника питания G1.

Обмотка ротора машины переменного тока, используемой как синхронный генератор G4, через гнезда "F1", "F3" присоединена к выходу возбудителя G3. Вход питания возбудителя присоединен с помощью электрического шнура к розетке "220 В~" трехфазного источника питания G1.

Фазы статорной обмотки генератора G4 через блок синхронизации А2 и трехфазную трансформаторную группу А1 с напряжениями 127 В, присоединены к гнездам трехфазного источника питания G1.

Частоту вращения генератора G4 можно контролировать с помощью указателя Р1, соединенного с выходом преобразователя угловых перемещений G5.

Величину и частоту напряжения генератора G4 и сети можно контролировать с помощью измерителя напряжений и частот Р2.

Указания по проведению эксперимента

Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока (стр. 12).

Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

Переключатели режима работы источника G2, возбудителя G3 и блока синхронизации А2 переведите в положение "РУЧН.".

Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

Включите выключатель "СЕТЬ" указателя Р1.

Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите частоту вращения двигателя М1 (генератора G4) 1500 мин–1.

Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3.

Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите напряжение между фазами (линейное) генератора G4 равным линейному напряжению сети.

Включите выключатель "СЕТЬ" блока синхронизации А2.

Обеспечьте условия синхронизации согласно табл. 8.1, после чего, нажатием на кнопку "ВКЛ." блока синхронизации А2, подключите генератор G4 к сети.

Убедитесь, что генератор G4 вошел в режим синхронной работы с сетью о чем должно свидетельствовать постоянство напряжения между фазами генератора G4.

По завершении эксперимента нажмите кнопку "ОТКЛ." блока синхронизации А2, поверните регулировочные рукоятки сначала возбудителя G3, а затем источника G2 против часовой стрелки до упора, отключите выключатели "СЕТЬ" возбудителя G3, источника G2, блока синхронизации А2 и указателя Р1, отключите источник G1 нажатием на красную кнопку – гриб и последующим отключением ключа – выключателя (см. Табл.8.1).

Таблица 8.1

studfiles.net

Условия синхронизации синхронных генераторов

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

1. равенство напряжения U сети и ЭДС Е подключаемого генератора, т. е.

|U | = | Е | .

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

3. совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений обоих генерато-

ров, или, иначе, равенство нулю угла сдвига по фазе указанных векторов, т. е. φ = 0°.

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

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

при включении на шины, подключаться к шинам соответственно А, В и С ГЭРЩ.

Объясним, как проверяется выполнение этих условий и что надо делать при их на-

Рушении.

Для проверки выполнения первого условия используют вольтметр с переключате

лем, позволяющим поочередно измерить напряжение на шинах ( сети ) и на зажимах генератора, включаемого на шины.

Если напряжение подключаемого генератора больше ( меньше ) напряжения на ши

нах, то поступают так:

1. при ручном регулировании вручную уменьшают ( увеличивают ) ток возбужде-

ния подключаемого генератора при помощи реостата возбуждения, рукоятка которого вы-

ведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора;

2. при автоматическом управлении уменьшают ( увеличивают ) ток возбуждения воздействием на регулятор уставки напряжения автоматического регулятора напряжения

( АРН ) генератора, рукоятка которого выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора.

Для проверки выполнения второго условия используют частотомер с переключате-

лем, позволяющим поочередно измерить частоту напряжения на шинах ( сети ) и на зажи-

мах генератора, включаемого на шины.

Если частота тока подключаемого генератора больше ( меньше ) частоты тока на шинах, то у подключаемого генератора уменьшают ( увеличивают ) подачу топлива дизе-

лю поворотом рукоятки управления серводвигателя в сторону «Меньше» ( «Больше» ).

Эта рукоятка выведена выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора.

Для проверки выполнения третьего условия используют ламповый или стрелочный синхроноскоп. Включить генераторный автомат надо в момент, когда погаснут все 3 лам-

пы ( если синхроноскоп включен по схеме «на темноту» ), либо верхняя ( если синхроно-

скоп включен по схеме «на вращение огня» ), либо если стрелка синхроноскопа займет

положение «12 часов».

Проверка выполнения четвертого условия в процессе эксплуатации судна не дела-

ется. Это объясняется тем, что необходимый порядок подключения генераторов к шинам обеспечивают специалисты-электромонтажники судоверфи.

Поэтому судовым электромеханикам нет надобности проверять выполнение этого условия.

Однако после выполнения ремонтно-профилактических работ, в ходе которых гене

ратор отсоединялся от шин ГЭРЩ, проверка выполнения этого условия обязательна.

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

10.3. Последствия нарушений условий синхронизации.

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

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

В этом случае в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными че-

рез шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, возникнет т.н. уравнительный ток.

Этот ток, протекая через обмотки статоров обоих генераторов, подмагничивает ге-

нератор с меньшим напряжением и размагничивает генератор с большим напряжением.

В результате напряжения параллельно включенных генераторов выравняются.

Вместе с тем уравнительный ток нагружает обмотки статоров обоих генераторов, нагревая их и линии электропередачи между генераторами и не позволяя использовать ге-

нераторы по току полностью.

2. При нарушении второго условия синхронизации f ≠ f .

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

Если разность частот менее 0,75 Гц, то после подключения генератора его ротор со

вершит несколько колебательных движений ( качаний) с постепенно убывающей амплиту-

дой и затем под действием собственной синхронизирующей мощности втянется в синхро-

низм.

После этого роторы обоих генераторов станут вращаться с одинаковой скоростью.

Если эта разность составляет несколько герц, ротор подключенного генератора мо-

жет не войти в синхронизм и будет перемещаться относительно ротора другого генерато-

ра.

Возникающие при этом механические толчки на валу могут привести к тому, что не только подключенный генератор не войдет в синхронизм, но могут выпасть из синхро-

низма другие параллельно работающие генераторы.

3. Последствия нарушения третьего условия ( φ ≠ 0°) зависят от взаимного поло-

жения роторов в момент включения генератора на параллельную работу.

Рассмотрим 3 характерных случая:

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

В этом случае он сразу же перейдет в генераторный режим и снимет часть нагрузки с работающего генератора.

При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: тормозно

го характера у подключенного генератора и подкручивающего у работающего.

После этого надо постепенно подачу топлива увеличивать у подключенного генера

тора и одновременно уменьшать у работающего. В момент времени, когда показания кило

ваттметров обоих генераторов станут одинаковыми, надо перестать изменять подачу топ-

лива.

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

В этом случае он сразу же перейдет в двигательный режим и добавит нагрузку на

работающий генератор.

При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: подкручи

вающий у подключенного и тормозной у работающего генератора.

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

Если защита не сработала, что может быть при небольшом, неопасном значении обратной мощности подключенного генератора, надо сразу после включения начать увели

чивать подачу топлива у подключенного генератора и уменьшать у работающего.

В момент времени, когда показания киловаттметров обоих генераторов станут оди-

наковыми, надо перестать изменять подачу топлива.

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

В этом случае ротор подключенного генератора «перевернут» по отношению к ро-

тору работающего.

При этом в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными через шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, напряжение работающего генератора и ЭДС под-

ключенного суммируются ( совпадают по фазе ).

Поскольку обмотки статоров имеют незначительное сопротивление, под действием двойного напряжения U + E = 220 + 220 = 440 В в цепи возникнет ток короткого замы-

кания.

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

Из сказанного следует, что процесс синхронизации генераторов - достаточно ответ

ственный.

В соответствии с Правилами технической эксплуатации электрооборудования су-

дов, именно вахтенный механик должен выполнять все действия, связанные с синхрони-

зацией, переводом и распределением нагрузки при параллельной работе генераторов.

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

ции.

Дата добавления: 2015-07-16; просмотров: 31 | Нарушение авторских прав

mybiblioteka.su

Тема: «Параллельная работа синхронных машин»

§1. Предварительные замечания.

На современных электрических станциях, как правило, устанавливается несколько генераторов, включаемых параллельно. Объясняется это тем, что график нагрузки станции колеблется как в различные времена года, так и в течение суток; при малой нагрузке ряд генераторов может быть включен, а оставшиеся будут при этом работать с большим использованием, что улучшает к.п.д. как самих генераторов, так и в особенности приводных двигателей. Кроме того, при аварии с одним генератором выбывает из строя лишь часть мощности, а не вся мощность станции.

В крупных промышленных центрах на параллельную работу включается ряд станций, что позволяет иметь меньшую резервную мощность и более выгодно использовать установленную мощность. Особенно выгодна параллельная работа паровых и гидроэлектрических станций.

Параллельная работа синхронных генераторов требует выполнения ряда специальных условий, необходимых для безаварийного включения генераторов на параллельную работу и для устойчивой и надежной работы их при эксплуатации энергосистемы.

Существует два способа включения синхронных генераторов в сеть:

До конца 40-х г.г. главное значение имел первый способ, но в настоящее время начал широко применяться второй, имеющий ряд ценных преимуществ по сравнению с первым способом.

§2. Условия параллельного включения синхронных генераторов по способу точной синхронизации.

2.1. Условия параллельного включения однофазных генераторов.

Пусть даны два однофазных генератора, один из которых, например I, работает, а генераторIIнужно включить параллельно к генераторуI.

Условия параллельного включения синхронных генераторов принципиально те же, что и генераторов постоянного тока, т.е. необходимо, чтобы, во-первых, э.д.с. включаемого генератора была равна напряжению сети, в которую он включается, а во-вторых, чтобы полярность включаемого генератора соответствовала полярности сети. Но в случае синхронных генераторов э.д.с. – переменная, как по величине, так и по знаку. Поэтому приходится говорить о совпадении мгновенных значений э.д.с. генераторов, другими словами, необходимо, чтобы э.д.с. включаемого генератора IIбыла в любой момент равна по величине, но обратна по направлению напряжению на шинах, т.е. напряжениюU, работающего генератораI.

Из этого условия вытекает, что:

а) формы кривых обеих э.д.с. должны быть одинаковы

Рис. Кривые э.д.с. EIIи напряжения сетиUIв момент противофазы.

б) действующие значения э.д.с. должны быть равны

ĖII= -ŮI

в) частоты обоих генераторов должны быть равны

fII=fI

Соблюдение первого условия обеспечивается конструкцией современных синхронных машин; что же касается второго и третьего условий, то они целиком зависят от операций, производимых при включении генератора на общие шины. Поэтому ниже мы рассмотрим, что именно влечет за собой несоблюдение каждого из этих условий.

Первый случай.ПустьfII=fI, ноE2≠U1, напримерU1>EII. В этом случае в замкнутом контуре, образованном обмотками статоров обоих генераторов, появится разностная э.д.с. ΔE=U1–EII, вектор которой направлен в сторону вектораU1.

ΔЕ

Iу

ĖII

Рис. Уравнительный ток при UI>EII.

Под действием этой э.д.с. по обмоткам статоров обоих генераторов потечет уравнительный ток Iу.

Если пренебречь активным сопротивлением обмоток статоров, то по величине

Iу=,

где хIи хII– синхронные индуктивные сопротивления генераторовIиII.

По фазе вектор тока Iуотстает от ΔЕ на 90°; стало быть, он отстает на те же 90° отU1и опережает на 90° э.д.с. EII. Таким образом, токIуявляется по отношению к генератору с большей э.д.с. практически индуктивным и, создавая продольно-размагничивающую м.д.с. реакции якоря, стремится уменьшить эту э.д.с. Наоборот,по отношению к генератору с меньшей э.д.с. токIуявляется емкостным и, создавая продольно-намагничивающую м.д.с. реакции якоря, стремится увеличить эту э.д.с. Таким образом, токIустремится выровнять э.д.с. параллельно работающих генераторов, почему он и называется уравнительным.

Так как уравнительный ток является реактивным, то он не нагружает первичные двигатели и с этой точки зрения не представляет опасности. Кроме того, сопротивления хIи хIIсинхронных машин относительно велики, вследствие чего токIуне выходит за пределы номинального тока даже при относительно большой разности э.д.с. ΔЕ. Только в момент включения генератора на сеть возможен резкий бросок тока, который может создать на валу генератора опасные механические усилия.

Второй случай.ПустьU1=EII, ноfII≠fI. В этом случае получаются биения напряжения, т.е. сумма напряжения сети и э.д.с. приключаемого генератора бедет изменяться в пределах от 0 до 2UI.

Биение будет происходить тем медленнее, чем ближе между собой частоты fIиfII. Такого рода биения напряжения вызывают соответствующие биения тока, в результате чего возможны сильные механические толчки. В самом деле, э.д.с.UIиEIIможно себе представить в виде двух векторов, один из которых вращается с угловой скоростью ωI= 2πf, а другой – со скоростью ωII= 2πfII. Вместо этого можно себе представить, что один из векторов неподвижен, а другой вращается относительно первого с разностью угловых скоростей ωIи ωII; при этом он может совпадать с первым, находиться с ним в противофазе или занимать промежуточное положение.

Пусть в некоторый момент времени векторы UIиEIIрасположились так, как показано на рисунке. Их геометрическая сумма даст результирующую э.д.с. ΔЕ, под влиянием которой потечет некоторый ток биенийIб, отстающий от ΔЕ по фазе почти на 90°.

Основная разница между уравнительным током Iуи токомIбсостоит в том, что, как это можно видеть из диаграммы, токIбпочти совпадает по фазе с э.д.с.EIIи находится в противофазе с напряжениемUI. Таким образом, токIбв рассматриваемый момент времени является активным током, который не только нагружает генераторы, но и отражается на работе приводных двигателей. В худшем случае может получится, что не только рассматриваемый генератор не выйдет в синхронизм, но могут выпасть из синхронизма и другие параллельно работающие генераторы.

Очевидно, что ля более легкого включения на сеть необходимо добиться возможно меньшей разницы в частотах. Само включение нужно производить в тот момент времени, когда сумма мгновенных значений UI+eII= 0. После включения на параллельную работу в сети и в приключаемом генераторе установятся одинаковые частоты благодаря так называемой «синхронизирующей силе».

Определение того момента, когда можно произвести включение на сеть, можно производить при помощи синхронизирующих фазных ламп, которые нужно присоединить к зажимам генератора и шинам сети так, как показано на рисунке.

Первый способ включения фазных ламп называется включением на потухание (на темноту), второй – на свет. Когда UI= -eII, то напряжение на зажимах фазных ламп в первой схеме равно нулю, и они потухают, а во второй схеме на лампах получается двойное фазное напряжение сети, и лампы ярко горят. Поэтому момент включения генератора на сеть соответствует моменту потухания ламп, присоединенных по первой схеме, и моменту полного горения – во второй.

Итак, для приключения на сеть однофазных синхронных генераторов необходимо выполнить следующие условия:

действующее значение э.д.с. приключаемого генератора и его частота должны быть практически равны действующему значению напряжения сети и её частоте;
включение должно быть произведено в тот момент времени, когда сумма UI+eII= 0.

Всякое нарушение этих условий нежелательно, так как оно может привести к ненормальным явлениям и даже авариям.

2.2.Условия параллельного включения трехфазных синхронных генераторов.

Выводы, полученные для однофазных генераторов, можно перенести и на трехфазные генераторы. Однако, к первоначальным двум условиям параллельного включения, которые действительны для однофазных и трехфазных генераторов, прибавляется ещё третье условие, а именно: порядок следования фаз приключаемого генератора и генератора, уже работающего, должен быть один и тот же, например АI-BI–CIпервого иAII–BII–CIIвторого. Так как по выводным концам генератора нельзя судить о порядке следования фаз, то его надо проверить перед включением генератора на шины.

Для проверки правильности включения применяют фазные лампы, включаемые во все три фазы генератора. При этом различают две схемы включения этих ламп: схему на потухание а) и схему на вращение света б).

В первой схеме каждая из ламп присоединяется к двум концам одного и того же ножа рубильника, во второй – две из ламп включается накрест. В случае одинакового чередования фаз обоих генераторов – работающего и приключаемого к сети – э.д.с. этих генераторов могут быть изображены двумя звездами с одинаковым чередованием векторов (см. рис. а) и б)).

а) Диаграмма э.д.с. при правильном б) Диаграмма э.д.с. при правильном

чередовании фаз и включении ламп чередовании фаз и включении ламп

на потухание на вращение света

Для простоты можно совместить их нулевые точки и считать, что одна из звезд, например, звезда АI-BI–CI– неподвижна, другая – вращается относительно первой с разностью их угловых скоростей. Если лампы включены по схеме а), то, как это следует из диаграммы а), все лампы будут одновременно загораться и одновременно потухать.Включать рубильник следует в тот момент, когда лампы потухнут, так как в этом случае напряжение между лампами будет равно нулю.Этот способ включения называют включением на потухание.

Если лампы включены по схеме б), то, как следует из диаграммы б), лампы горят с различной яркостью, причем последовательность зажигания ламп (A–B–CилиA–C–B) зависит от относительной скорости вращения звезд э.д.с. и, следовательно, от относительной скорости вращения генераторов. Расположение лампы по кругу (см.рисунок), можно иметь в обоих случаях вращение света, но в одном случае это вращение происходит в одну сторону, а в другом – в другую. Включать рубильник следует в тот момент, когда лампаAIAIIпотухнет. Этот способ включения зазывается включением на вращение света.

Если чередование фаз разное, например, в одном генераторе A–B–C, а в другомA–C–B, то там, где должно быть потухание (рис. а) будет вращение света, и наоборот. Это указывает на несовпадение чередования фаз генераторов. Для устранения этого несоответствия достаточно поменять местами любые два проводника, идущие от генератора или от сети к рубильнику.

Операция параллельного включения генераторов носит ответственный характер, особенно при больших мощностях, поэтому в настоящее время широко распространены способы автоматического включения генератора на общие шины. Для включения следует добиться, возможно, медленного зажигания и потухания ламп, если синхроноскоп включен на потухание, или медленного вращения света, если включен на вращение света; а затем замкнуть рубильник в момент потухания всех ламп а) или лампы не включенной накрест б).

studfiles.net

Условия синхронизации синхронных генераторов

Основные сведения

Синхронизация синхронных генераторов

Подготовка СГ к включению на параллельную работу и сам процесс включения на

зываются синхронизацией.

Существует три способа синхронизации

1. точная;

2. грубая;

3. самосинхронизация.

Эти способы рассмотрены ниже.

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

1. равенство напряжения Uсети и ЭДС Еподключаемого генератора, т. е.

|U| = | Е| .

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

3. совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений обоих генерато-

ров, или, иначе, равенство нулю угла сдвига по фазе указанных векторов, т. е. φ = 0°.

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

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

при включении на шины, подключаться к шинам соответственно А, В и С ГЭРЩ.

Объясним, как проверяется выполнение этих условий и что надо делать при их на-

Рушении.

Для проверки выполнения первого условия используют вольтметр с переключате

Если напряжение подключаемого генератора больше ( меньше ) напряжения на ши

нах, то поступают так:

1. при ручном регулировании вручную уменьшают ( увеличивают ) ток возбужде-

ния подключаемого генератора при помощи реостата возбуждения, рукоятка которого вы-

ведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора;

( АРН ) генератора, рукоятка которого выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора.

Для проверки выполнения второго условия используют частотомер с переключате-

лем, позволяющим поочередно измерить частоту напряжения на шинах ( сети ) и на зажи-

мах генератора, включаемого на шины.

лю поворотом рукоятки управления серводвигателя в сторону «Меньше» ( «Больше» ).

Эта рукоятка выведена выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора.

пы ( если синхроноскоп включен по схеме «на темноту» ), либо верхняя ( если синхроно-

скоп включен по схеме «на вращение огня» ), либо если стрелка синхроноскопа займет

положение «12 часов».

Проверка выполнения четвертого условия в процессе эксплуатации судна не дела-

Поэтому судовым электромеханикам нет надобности проверять выполнение этого условия.

Однако после выполнения ремонтно-профилактических работ, в ходе которых гене

ратор отсоединялся от шин ГЭРЩ, проверка выполнения этого условия обязательна.

10.3. Последствия нарушений условий синхронизации.

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

В этом случае в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными че-

рез шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, возникнет т.н. уравнительный ток.

Этот ток, протекая через обмотки статоров обоих генераторов, подмагничивает ге-

нератор с меньшим напряжением и размагничивает генератор с большим напряжением.

В результате напряжения параллельно включенных генераторов выравняются.

нераторы по току полностью.

2. При нарушении второго условия синхронизации f ≠ f .

Если разность частот менее 0,75 Гц, то после подключения генератора его ротор со

вершит несколько колебательных движений ( качаний) с постепенно убывающей амплиту-

дой и затем под действием собственной синхронизирующей мощности втянется в синхро-

низм.

После этого роторы обоих генераторов станут вращаться с одинаковой скоростью.

Если эта разность составляет несколько герц, ротор подключенного генератора мо-

жет не войти в синхронизм и будет перемещаться относительно ротора другого генерато-

ра.

низма другие параллельно работающие генераторы.

3. Последствия нарушения третьего условия ( φ ≠ 0°) зависят от взаимного поло-

жения роторов в момент включения генератора на параллельную работу.

Рассмотрим 3 характерных случая:

В этом случае он сразу же перейдет в генераторный режим и снимет часть нагрузки с работающего генератора.

При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: тормозно

го характера у подключенного генератора и подкручивающего у работающего.

После этого надо постепенно подачу топлива увеличивать у подключенного генера

тора и одновременно уменьшать у работающего. В момент времени, когда показания кило

ваттметров обоих генераторов станут одинаковыми, надо перестать изменять подачу топ-

лива.

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

В этом случае он сразу же перейдет в двигательный режим и добавит нагрузку на

работающий генератор.

При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: подкручи

вающий у подключенного и тормозной у работающего генератора.

чивать подачу топлива у подключенного генератора и уменьшать у работающего.

В момент времени, когда показания киловаттметров обоих генераторов станут оди-

наковыми, надо перестать изменять подачу топлива.

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

В этом случае ротор подключенного генератора «перевернут» по отношению к ро-

тору работающего.

ключенного суммируются ( совпадают по фазе ).

Поскольку обмотки статоров имеют незначительное сопротивление, под действием двойного напряжения U+ E= 220 + 220 = 440 В в цепи возникнет ток короткого замы-

кания.

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

Из сказанного следует, что процесс синхронизации генераторов - достаточно ответ

ственный.

В соответствии с Правилами технической эксплуатации электрооборудования су-

дов, именно вахтенный механик должен выполнять все действия, связанные с синхрони-

зацией, переводом и распределением нагрузки при параллельной работе генераторов.

ции.

3-net.ru