Паралелна работа на генераторите

В електроцентралите винаги са инсталирани няколко турбо или хидравлични агрегати, които работят заедно паралелно на общите шини на генератора или пренапрежение.

В резултат на това производството на електроенергия в електроцентрали се произвежда от няколко генератора, работещи паралелно, и тази съвместна работа има много ценни предимства.

Паралелна работа на генераторите:

1. увеличава гъвкавостта на експлоатацията на оборудването на електроцентрали и подстанции, улеснява превантивната поддръжка на генераторите, основното оборудване и съответните разпределителни устройства с минимум от необходимия резерв.

2. увеличава ефективността на работата на електроцентралата, тъй като дава възможност за най -ефективно разпределение на дневния график на натоварване между блоковете, като по този начин се постига най -доброто използване на електроенергията и се повишава ефективността; в водноелектрическите централи дава възможност да се използва максимално мощността на водния поток през периода на наводнения и през летния и зимния нисководнен период;

3. повишава надеждността и непрекъснатата работа на електроцентралите и електрозахранването на потребителите.

Ориз. 1. Схематична диаграма на паралелната работа на генераторите

За да се увеличи производството и да се подобри разпределението на електроенергия, много електроцентрали се комбинират, за да работят паралелно, за да образуват мощни енергийни системи.

При нормална работа генераторите са свързани към общи шини (генератор или свръхнапрежение) и се въртят синхронно. Роторите им се въртят със същата ъглова електрическа скорост

При паралелна работа моментните напрежения на клемите на двата генератора трябва да са равни по величина и противоположни по знак.

За да свържете генератора за паралелна работа с друг генератор (или с мрежата), е необходимо да го синхронизирате, т.е.регулирайте скоростта на въртене и възбуждането на свързания генератор в съответствие с работещия.

Генераторите, работещи и свързани паралелно, трябва да бъдат поетапни, тоест да имат същия ред на фазово въртене.

Както се вижда от фиг. 1, при паралелна работа, генераторите се включват един към друг един спрямо друг, т.е.напреженията им U1 и U2 на превключвателя ще бъдат точно противоположни. По отношение на товара генераторите работят в съответствие, тоест техните напрежения U1 и U2 съвпадат. Тези условия на паралелна работа на генераторите са отразени в диаграмите на фиг. 2.

Ориз. 2. Условия за включване на генератори за паралелна работа. Напреженията на генератора са равни по величина и противоположни по фаза.

Има два метода за синхронизиране на генераторите: фина синхронизация и груба синхронизация или самосинхронизация.

Условия за точна синхронизация на генераторите.

С прецизна синхронизация, възбуденият генератор се свързва към мрежата (шините) чрез превключвател B (фиг. 1) при достигане на условия на синхронизация — равенство на моментните стойности на техните напрежения U1 = U2

Когато генераторите работят отделно, моментните им фазови напрежения ще бъдат съответно равни:

Това предполага условията, необходими за паралелно свързване на генераторите. За включени и работещи генератори се изисква:

1. равенство на ефективните стойности на напрежения U1 = U2

2. равенство на ъглови честоти ω1 = ω2 или f1 = f2

3. съвпадение на напреженията във фаза ψ1 = ψ2 или Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Точното изпълнение на тези изисквания създава идеални условия, които се характеризират с факта, че в момента на включване на генератора токът на изравняване на статора ще бъде нулев. Трябва да се отбележи обаче, че изпълнението на условията за точна синхронизация изисква внимателно регулиране на сравнените стойности на напрежението, честотата и фазовите ъгли на напрежението на генераторите.

В тази връзка на практика е невъзможно напълно да се изпълнят идеалните условия за синхронизация; те се извършват приблизително, с някои леки отклонения. Ако едно от горните условия не е изпълнено, когато U2, разликата в напрежението ще действа върху клемите на отворения комуникационен превключвател B:

Ориз. 3. Векторни диаграми за случаи на отклонение от условията на точна синхронизация: а — Работните напрежения на генераторите не са равни; b — ъгловите честоти не са равни.

Когато ключът е включен, под действието на тази потенциална разлика във веригата ще тече изравнителен ток, чийто периодичен компонент в началния момент ще бъде

Помислете за два случая на отклонение от точните условия на синхронизация, показани на диаграмата (фиг. 3):

1. работните напрежения на генераторите U1 и U2 не са равни, другите условия са изпълнени;

2. генераторите имат едно и също напрежение, но се въртят с различни скорости, тоест ъгловите им честоти ω1 и ω2 не са равни и има фазово несъответствие между напреженията.

Както може да се види от диаграмата на фиг. 3, а, неравенството на ефективните стойности на напрежения U1 и U2 причинява появата на изравнителен ток I ”ur, който ще бъде почти чисто индуктивен, тъй като активните съпротивления на генераторите и свързващите проводници на мрежата са много малки и са занемарени. Този ток не създава удари с активна мощност и следователно механични напрежения в частите на генератора и турбината. В тази връзка, когато генераторите са включени за паралелна работа, разликата в напрежението може да бъде допусната до 5-10%, а в аварийни случаи — до 20%.

Когато средноквадратичните стойности на напрежение U1 = U2 са равни, но когато ъгловите честоти се различават Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 или Δf = f1 — f2 ≠ 0, векторите на напрежението на генераторите и мрежата (или на 2 -рия генератор) се изместват с определен ъгъл Θ, който се променя във времето. Напреженията на генераторите U1 и U2 в този случай ще се различават по фаза не с ъгъл 180 °, а с ъгъл от 180 ° —Θ (фиг. 3, б).

На клемите на отворения превключвател B, между точки a и b, ще действа разликата в напрежението ΔU. Както в предишния случай, наличието на напрежение може да бъде установено с помощта на електрическа крушка, а ефективната стойност на това напрежение може да бъде измерена с волтметър, свързан между точки а и b.

Ако превключвателят В е затворен, тогава под действието на разликата в напрежението ΔU възниква изравнителен ток I ”, който по отношение на U2 ще бъде почти чисто активен и, когато генераторите се включат паралелно, ще предизвика удари и механични напрежения в валовете и други части на генератора и турбината.

При ω1 ≠ ω2 синхронизацията е напълно задоволителна, ако приплъзването е s0 <0, l% и ъгълът Θ ≥ 10 °.

Поради инерцията на турбинните регулатори е невъзможно да се постигне дългосрочно равенство на ъгловите честоти ω1 = ω2, а ъгълът Θ между векторите на напрежението, характеризиращ относителното положение на намотките на статора и ротора на генераторите, прави не остават постоянни, а се променят непрекъснато; моментната му стойност ще бъде Θ = Δωt.

На векторната диаграма (фиг. 4) последното обстоятелство ще се изрази във факта, че с промяна на фазовия ъгъл между векторите на напрежението U1 и U2, ΔU също ще се промени. Разликата в напрежението ΔU в този случай се нарича напрежение на удара.

Ориз. 4. Векторна диаграма на синхронизация на генератора с честотно неравенство.

Моменталната стойност на напреженията на такта Δu е разликата между моментните стойности на напреженията u1 и u2 на генераторите (фиг. 5).

Да предположим, че е постигнато равенството на ефективните стойности U1 = U2, фазовите ъгли на еталонното време ψ1 и ψ2 също са равни.

След това можете да пишете

Кривата на напрежението на удара е показана на фиг. 5.

Напрежението на ритъма се променя хармонично с честота, равна на половината сума на сравнените честоти, и с амплитуда, която се променя във времето в зависимост от фазовия ъгъл Θ:

От векторната диаграма на фиг. 4 за определена определена стойност на ъгъла Θ може да се намери ефективната стойност на напрежението на удара:

Ориз. 5. Криви на преодоляване на стреса.

Като се вземе предвид промяната на ъгъла Θ с течение на времето, е възможно да се напише израз за обвивката по отношение на амплитудите на напрежението на удара, което дава промяната в амплитудите на напрежението във времето (пунктираната крива на фиг. 5, б ):

Както се вижда от векторната диаграма на фиг. 4 и последното уравнение, амплитудата на напрежението на удара ΔU варира от 0 до 2 Um. Най -голямата стойност на ΔU ще бъде в момента, когато векторите на напрежението U1 и U2 (фиг. 4) съвпадат по фаза и ъгъл Θ = π, а най -малката — когато тези напрежения се различават във фаза с 180 ° и ъгъл Θ = 0. Периодът на кривата на ритъма е равен на

Когато генераторът е включен за паралелна работа с мощна система, стойността на xc на системата е малка и може да се пренебрегне (xc ≈ 0), тогава изравняващият ток

и ударния ток

В случай на неблагоприятно включване в момента Θ = π, токът на пренапрежение в намотката на статора на включения генератор може да достигне двойна стойност на пренапрежението на трифазно късо съединение на клемите на генератора.

Активният компонент на изравняващия ток, както може да се види от векторната диаграма на фиг. 4 е равно на