Параллельная работа генераторов

Включение генераторов на параллельную работу с другими генераторами может осуществляться как способом точной синхронизации, так и способом самосинхронизации. Правилами технической 'эксплуатации способ самосинхронизации разрешается для всех турбогенераторов с косвенным охлаждением, работающих по блочной схеме, а также для всех гидрогенераторов и синхронных компенсаторов с разгонными двигателями. Включение турбогенераторов с косвенным охлаждением, но работающих на генераторные шины, а также генераторов с непосредственным охлаждением должно производиться, как правило, способом точной синхронизации. В аварийных условиях при необходимости быстрого ввода резерва мощности или при отсутствии показаний частотомера вклю­чение на параллельную работу всех генераторов независимо от способа охлаждения может производиться самосинхронизацией.

Перед включением генератора в сеть обязательна проверка правильности чередования фаз сети и подключаемого генератора. При неправильном чередовании фаз включение генератора сопровождается возникновением электромагнитного момента, противоположного моменту, развиваемому турбиной, а также появлением чрезмерных токов в статоре генератора. Результатом может быть не только повреждение генератора, но и поломка вала турбины.

Проверку правильности чередования фаз необходимо производить при первом включении генератора, а также после проведения ремонтных работ в его первичных цепях.

Проверка правильности чередования фаз должна производиться при помощи одного и того же трансформатора напряжения, подключенного к системе шин, на которую поочередно подается напряже­ние от подключаемого генератора и от сети.

При включении генераторов в сеть способом точной синхронизации необходимо иметь отклонения напряжения генератора от напряжения сети по углу не более чем на 15°, по модулю не более чем на 20% (обычно в пределах 5%), по частоте не более чем на 0,1% (0,05 Гц). При этом предпочтительно иметь частоту генератора выше частоты сети.

Из этих трех величин наиболее существенной является угловая ошибка ( ), так как именно расхождение напряжений по углу вызывает точки тока статора и электромагнитного момента на валу.

Рис. 1 -28. К определению допустимой угловой ошибки при синхронизации

Из векторной диаграммы на рис, 1-28 видно, что при равенстве напряжений системы и генератора U_c= E_г=U

(1-15)

(1-16)

Кратность электромагнитного момента включения m_вкл при допустимой угловой ошибке можно оценить по приближенной формуле

(1.17)

где величины со звездочкой — в относительных единицах.

Значение допустимой угловой ошибки определяется по допустимому току включения, который принимают равным единице при .

В этом случае

(1-18)

Заменяя (ввиду малости угла) синус его аргументом, получим

(1-19)

Кратность момента на валу

(1-20)

С учетом быстрого затухания амплитуды тока можно считать такую кратность приемлемо?.. При увеличении угловой ошибки вдвое кратность момента на валу также удвоится и станет равной четырем, что уже вряд ли допустимо. При сдвиге 180° (включение в противофазу) ток значительно превышает начальный ток короткого замыкания , на выводах генератора:

. (1-21)

Возникающий при этом момент вращения может в несколько раз превышать момент на валу генератора при коротком замыкании на его выводах. Включение в противофазу может оказаться возможным при неисправности во вторичных цепях или при неправильном включении синхронизирующего устройства.

При способе самосинхронизации генератор с обмоткой возбуждения, замкнутой на гасительное сопротивление, при отключенном АГП включается в сеть без возбуждения. Частота вращения генератора и частота сети должны при этом расходиться не более чем на 2%. Начальный ток включения (ток самосинхронизации) должен удовлетворять условию:

(1-22)

т. е. он меньше, чем мри коротком замыкании на выводах генератора.

Генератор возбуждается сразу же после включения в сеть и плавно входит в синхронтм- Обычно длительность процесса включения этим способом составляет 2—3 с.

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 генератор,

(1-23)

где — сопротивление блочного трансформатора (в блочной системе) или реактора (при реакторном пуске синхронного компенсатора), приведенное к мощности генератора.

Именно вследствие понижения напряжения на шинах при самосинхронизации этот способ нежелателен для электростанций с общими сборными шинами генераторного напряжения.

Для мощных блочных станций способ самосинхронизации допустим, однако выигрыш во времени по сравнению с длительностью пуска теплового блока исчезающе мал. Поэтому в настоящее время в нормальных условиях на всех электростанциях, как правило, применяется способ точной синхронизации, а самосинхронизация может применяться лишь в аварийных условиях, например после потери генератором возбуждения, при включении резервных гидрогенераторов, при трехфазном АПВ (ТАПВ) с самосинхронизацией генераторов и т.п..

Гашение поля генератора

В цепи возбуждения генераторов устанавливаются устройства для быстрого и безопасного развозбуждения – автоматы гашения поля (АГП). Необходимость в быстром гашении поля возникает при внутренних повреждениях в генераторе. Простой разрыв цепи недопустим, так как из-за малой ёмкости и большой индуктивности обмотки возникнут опасные для изоляции перенапряжения:

АГП предотвращает это перенапряжение, переключая обмотку возбуждения на гасительное сопротивление или на специальную дугогасительную решётку, на которой возникающая при разрыве дуга быстро гаснет.

При АГП с гасительным сопротивлением, значение которого принимается равным 4-5 кратным значению сопротивления обмотки возбуждения процесс гашения протекает по эксп. с постоянной времени . Время гашения поля t_гаш оказывается большим, чем 3Т_гаш, поскольку конструктивные элементы ротора образуют демпферный контур со значительной постоянной времени. Время гашения достигает 6-8 секунд.

В цепях возбуждения машин 30 МВт и выше устанавливают АГП с дугогасительными решётками. Время гашения здесь составляет 0,5-1 с.

При независимом вентильном возбуждении гашение поля осуществляется переводами вентилей в инверторный режим. На гидрогенераторах используют отключение АГП возбудителя, а не генератора. В цепи ротора ТГ 150 МВт и выше для защиты устанавливаются разрядники.

Автоматическое регулирование возбуждения

Согласно ПТЭ все генераторы независимо от их мощности и напряжения должны иметь устройство форсировки возбуждения, а генераторы мощностью 3 МВт и выше должны иметь АРВ.

Простейшее устройство, предназначенное для быстрого повышения напряжения – это релейная форсировка. Она работает следующим образом: при значительном снижении напряжения, обычно ниже 85% от номинального, реле минимального напряжения замыкает свои контакты и приводит в действие контактор форсировки, который срабатывая, закорачивает сопротивление шунтового реостата в цепи возбудителя. В результате ток возбуждения быстро растёт и возбуждение генератора достигает предельного значения.

Рис. Устройство релейной форсировки

Наиболее распространено устройство АРВ, которое называется «Схема компаундирования с электромагнитным корректором».

В нормальном режиме при увеличении тока генератора (при активно-индуктивной нагрузке) напряжение на генераторе уменьшается, но устройство компаундирования увеличивает ток возбуждения возбудителя и ток ротора, благодаря чему напряжение на выводах генератора восстанавливается.

Только компаундирование не может обеспечить точное регулирование, поэтому одновременно с регулированием по току статора применяют регулирование по напряжению статора.

Для введения регулирующего импульса по напряжению трансформатор ТП с подмагничиванием оснащается ещё обмотками 2 и 4. Ток в обмотке 2 пропорционален U_г. Фаза тока I_н подобрана так, чтобы ток I_н совпадал по фазе с реактивной слагающей тока статора. Поэтому при чисто активной нагрузке МДС обмоток 1 и 2 взаимно сдвинуты на 90°, а при чисто реактивной нагрузке они совпадают по фазе. Из-за этого ток

компаундирования при неизменных величинах I_г и U_г получается тем больше, чем ниже cosj или выше реактивная нагрузка – это т.н. фазовое регулирование (компаундирование).

Через обмотку 4 подмагничивания производится окончательная коррекция тока компаундирования. В состав корректора входят измерительные элементы И1 и И2, трансформатор напряжения, установочный трансформатор Т1. Выпрямленный ток I₁ пропорционален входному напряжению, поэтому И1 называют линейным. Ток I₂ имеет нелинейную зависимость от напряжения. И2 – нелинейный элемент. Оба тока поступают в усилитель У, который реагирует на разность токов и усиливает её. Ток выхода корректора поступает в обмотку подмагничивания 4.

При снижении напряжения на входе измерительных элементов появляется разность DU ток коррекции увеличивается (I₁-I₂). Корректор поддерживает то напряжение, которое соответствует U_н. С помощью автотрансформатора можно изменить настройку корректора.

Рассмотренная схема относится к регуляторам пропорционального типа, которые реагируют на отклонение тока и напряжения статора.

Регулятора сильного действия реагируют на скорости изменения параметров регулирования. Для повышения эффективности в закон регулирования вводятся составляющие Df и f ¢.

Параллельная работа генераторов

- точная синхронизация;

- самосинхронизация.

Способ синхронизации разрешается для всех ТГ с косвенным охлаждением, работающим по блочной схеме, а также для всех гидрогенераторов.

Включение генераторов с косвенным охлаждением, но работающих на генераторные шины, а также генераторов с непосредственным охлаждением должно производиться как правилом методом точной синхронизации. В аварийных условиях при необходимости быстрого ввода резерва или при отсутствии показаний частотомера включение на параллельную работу всех генераторов может производиться способом самосинхронизации.

При U_c=Eг=U

При сдвиге на 180° ток I^¢¢_вкл значительно превышает начальный ток трёхфазного КЗ на выводах генератора.

При способе самосинхронизации генератор с обмоткой возбуждения, замкнутой на гасительное сопротивление, при отключенном АГП включается в сеть без возбуждения. Частоты не должны отличаться более чем на 2%. Начальный ток включения должен удовлетворять условию:

Генератор возбуждается сразу же после включения в сеть. При этом снижается напряжения как при КЗ, поэтому такой способ нежелателен для станций со сборными шинами.