Глава 3. Автоматическое включение синхронных генераторов на параллельную работу

3.1. Способы синхронизации

Включение генератора в сеть может сопровождаться толчками уравнительного тока и активной мощности на вал генератора, а также более или менее длительными качениями. Указанные нежелательные явления возникают из-за того, что частота вращения включаемого генератора отличается от синхронной частоты вращения генераторов энергосистемы, а напряжение на выводах возбужденного генератора – от напряжения на шинах электростанции. Поэтому для включения синхронного генератора на параллельную работу с другими работающими генераторами электростанции или ЭЭС его предварительно нужно синхронизировать.

Синхронизацией называется процесс уравнивания частоты вращения и напряжения включаемого генератора с частотой вращения работающих генераторов и напряжением на шинах электростанции, а также выбор соответствующего момента времени для подачи импульса на включение выключателя генератора.

На практике широкое применение получили два способа синхронизации: точная синхронизация и самосинхронизация.

3.2. Точная синхронизация

При включении генератора способом точной синхронизации необходимо выполнение следующих условий:

1) равенство по абсолютному значению напряжения включаемого генератора и напряжения сети ;

2) равенство угловой скорости вращения включаемого генератора (или частоты ) и угловой скорости вращения генераторов энергосистемы (или частоты );

3) совпадение по фазе векторов напряжения генератора и напряжения сети в момент включения выключателя.

Выполнение этих условий обеспечивает включение генератора в сеть без броска уравнительного тока, без толчка активной мощности на вал генератора, без глубоких качаний.

Практически затруднительно выполнить эти условия. Допускается производить включение генератора в условиях, когда существует некоторая разность частот генератора и сети и разность абсолютных значений и . Допустимые значения разности частот составляют 0,1 – 0,2 Гц, разности напряжений генератора и сети – 5-10% . Разность напряжений генератора и сети в том случае, когда их частоты неодинаковы, периодически изменяются от нуля до максимального значения. Эта разность получила название напряжения биений или напряжений скольжения - рис. 3.1.

Огибающая напряжения биений изменяется от нуля до максимального значения, равного двойной амплитуде , и вновь уменьшается до нуля.

Рис. 3.1. Напряжение биений:

а – векторная диаграмма;

б – изменение мгновенных значений напряжения биений.

Действующее значение напряжения биений изменяется по закону

(3.1)

где - угол между векторами U_Г и U_С;

- угловая скорость скольжения.

Чем больше скорость скольжения, тем меньше период , что иллюстрирует рис. 3.2.

Рис. 3.2. Изменение действующих значений напряжения биений.

На рис. 3.2 показаны два цикла изменения напряжения биений, соответствующие двум значениям угловой скорости скольжения ω_S1 и ω_S2; при этом ω_S1 >ω_S2.

3.3. Самосинхронизация

При включении генератора способом самосинхронизации должны быть соблюдены следующие условия:

1) генератор должен быть невозбужденным;

2) частота вращения включаемого генератора должна быть близка к частоте вращения генераторов энергосистемы;

3) допускаемая разность частот генератора и сети 1-1,5 Гц.

Перед включением генератора его обмотка должна быть замкнута на гасительный резистор для исключения опасного для изоляции этой обмотки воздействия ЭДС частоты скольжения, наводимой в обмотке ротора.

В первый момент после включения генератор работает в режиме асинхронной машины, при этом на ротор генератора действует асинхронный вращающий момент, который направлен на уменьшение разности частот вращения включаемого генератора и генераторов энергосистемы. Асинхронный момент способствует втягиванию генератора в синхронизм.

При подаче возбуждения на обмотку ротора без задержки, сразу после включения выключателя генератора, на ротор генератора начинает действовать синхронный вращающий момент, обеспечивающий окончательное втягивание генератора в синхронизм.

Включение генератора в сеть сопровождается броском тока.

Рис. 3.3. Расчетная схема замещения при самосинхронизации.

Ток включения определяется в соответствии со схемой замещения

, (3.2)

где - сверхпереходное сопротивление генератора по продольной оси;

- сопротивление энергосистемы.

Включение генератора способом самосинхронизации сопровождается также снижением напряжения на выводах генератора. Это оказывает неблагоприятное влияние на работу потребителей, подключенных к тем же шинам, что и генераторы электростанций.

Напряжение на шинах электростанции:

. (3.3)

По мере втягивания генератора в синхронизм уменьшается, а - повышается.

Основное достоинство самосинхронизации – возможность достаточно быстрого, по сравнению со способом точной синхронизации, включения генератора в сеть. Рекомендуется производить независимо от значения уравнительного тока в аварийных условиях работы ЭЭС.