Включение генераторов на параллельную работу с сетью постоянного напряжения и постоянной частоты

Чаще всего синхронные генераторы значительной мощности работают параллельно с несколькими другими генераторами или с электрической сетью, объединяющей весьма большое число генераторов в энергосистеме. Характерными для сети являются неизменные значения напряжения и его частоты, практически не зависящие от напряжения и частоты отдельного генератора. В этом случае можно принять, что мощность сети (энергосистемы) является по отношению к мощности отдельного генератора бесконечно большой. Это условие формулируется иными словами, как равенство нулю внутреннего сопротивления сети по отношению к конечному внутреннему сопротивлению отдельного генератора. При этом напряжение сети и его частота являются строго постоянными.

Параллельная работа генераторов позволяет легко маневрировать их включением и степенью нагрузки, обеспечивая максимальный коэффициент полезного действия каждого из них. Совместная работа повышает надежность энергоснабжения, гарантируя проведение плановых и аварийных ремонтов оборудования. Сами электрические станции, территориально разобщенные, позволяют наилучшим образом как с технической, так и с экономической точки зрения решать задачи производства и распределения энергии. Особые условия нашей страны, располагающей тепловыми, атомными и гидравлическими станциями, занимающей беспрецедентное число часовых поясов со смещением пиковых нагрузок потребления по ним, диктуют необходимость объединения станций с обеспечением параллельной работы синхронных генераторов.

При включении синхронных генераторов на параллельную работу необходимо выполнить определенные условия. Включение может производиться методами точной или грубой синхронизации (самосинхронизация).

Благоприятными условиями включения генератора на электрическую сеть считается равенство нулю токов обмотки статора включаемого генератора. Это достижимо при равенстве напряжения сети и электродвижущей силы включаемого генератора по амплитуде и их синфазности. Последнее условие имеет место при одинаковом чередовании фаз сети и генератора, одинаковых частотах вращения векторов напряжения сети и ЭДС генератора, а также совпадении мгновенных значений этих синусоидально изменяющихся величин. В таком случае дополнительные токи в обмотке статора включаемого генератора не появятся и генератор будет продолжать работу, как и до включения, при холостом ходе. Напомним, что ЭДС обмотки статора регулируется током возбуждения, а ее частота — частотой вращения турбины, приводящей в движение ротор. Если условие жесткого равенства напряжения сети и ЭДС генератора выполнить относительно несложно, то равенство частот приходится соблюдать в пределах диапазона с точностью ± (0,5—0,1) %.

В реальных условиях абсолютного совпадения по напряжению и частоте ожидать не приходится и после замыкания генератора на сеть в нем появляются небольшие дополнительные (переходные) токи, вызывающие вращающие электромагнитные моменты, принудительно синхронизирующие генератор с сетью. Напряжение генератора, очевидно, становится равным напряжению сети. В настоящее время точная синхронизация на станциях осуществляется с помощью автоматических устройств (АС, УТС, АС-М).

Включение способом точной синхронизации требует довольно значительного времени (до 5—10 мин) из-за необходимости осуществления довольно тонких операций, связанных с частотой вращения, и обеспечения синфазности напряжения сети и ЭДС генератора. Для ускорения включения применяют способ самосинхронизации. Его принцип состоит в следующем. Сначала частота вращения ротора устанавливается в пределах диапазона ± (1—4) %, отличающейся о частоты, определяемой сетью. После этого с малыми интервалами подается напряжение на обмотку возбуждения генератора от возбудителя и после этого обмотка генератора присоединяется к сетевому напряжению. Далее в генераторе начинается переходный процесс, связанный с нарастанием токов обмотки возбуждения и обмотки статора. В результате их взаимодействия появляется электромагнитный момент, под действием которого ротор при определенных условиях «втягивается» в синхронную работу с сетью.

Метод самосинхронизации можно использовать при достаточной мощности сети. Основной его недостаток — значительные переходные токи (до 8 значений номинального тока генератора) и вызванные ими электромагнитные силы, которые могут привести к повреждениям обмотки статора.