Praca równoległa generatorów

W elektrowniach zawsze instaluje się kilka jednostek turbo lub hydraulicznych, które pracują razem równolegle na wspólnych szynach zbiorczych generatora lub udaru.

W rezultacie produkcja energii elektrycznej w elektrowniach jest wytwarzana przez kilka generatorów pracujących równolegle, a taka współpraca ma wiele cennych zalet.

Praca równoległa generatorów:

1. zwiększa elastyczność pracy urządzeń elektrowni i podstacji, ułatwia konserwację prewencyjną generatorów, urządzeń głównych i odpowiednich urządzeń rozdzielczych przy minimalnej niezbędnej rezerwie.

2. zwiększa efektywność pracy elektrowni, gdyż umożliwia najbardziej efektywne rozłożenie dobowego rozkładu obciążenia pomiędzy blokami, a tym samym uzyskanie jak najlepszego wykorzystania energii elektrycznej i zwiększenie sprawności; w elektrowniach wodnych umożliwia maksymalne wykorzystanie mocy przepływu wody w okresie powodzi oraz w okresie niżówek letnich i zimowych;

3.zwiększa niezawodność i nieprzerwaną pracę elektrowni oraz zasilanie odbiorców.

Ryż. 1. Schemat ideowy pracy równoległej generatorów

Aby zwiększyć produkcję i poprawić dystrybucję energii, wiele elektrowni łączy się, aby działały równolegle, tworząc potężne systemy zasilania.

Podczas normalnej pracy generatory są podłączone do wspólnych szyn (generatora lub przepięcia) i obracają się synchronicznie. Ich wirniki obracają się z tą samą kątową prędkością elektryczną

W pracy równoległej chwilowe napięcia na zaciskach dwóch generatorów muszą być równe co do wielkości i przeciwne co do znaku.

Aby podłączyć generator do pracy równoległej z innym generatorem (lub z siecią) konieczna jest jego synchronizacja, czyli regulacja prędkości obrotowej i wzbudzenia podłączonego generatora zgodnie z działającym.

Generatory pracujące i połączone równolegle muszą być w fazie, to znaczy mieć tę samą kolejność rotacji faz.

Jak widać z rys. 1, w pracy równoległej generatory są połączone ze sobą względem siebie, tj. ich napięcia U1 i U2 na przełączniku będą dokładnie przeciwne. W odniesieniu do obciążenia generatory pracują zgodnie, to znaczy ich napięcia U1 i U2 są zgodne. Te warunki pracy równoległej generatorów odzwierciedlają schematy na rys. 2.

Ryż. 2. Warunki załączenia generatorów do pracy równoległej. Napięcia generatora są równe co do wielkości i przeciwne w fazie.

Istnieją dwie metody synchronizacji generatorów: precyzyjna synchronizacja i zgrubna synchronizacja lub samosynchronizacja.

Warunki dokładnej synchronizacji generatorów.

Przy precyzyjnej synchronizacji wzbudzony generator jest włączany do sieci (szyn) za pomocą przełącznika B (rys. 1) po osiągnięciu warunków synchronizacji — równości chwilowych wartości ich napięć U1 = U2

Gdy generatory pracują osobno, ich chwilowe napięcia fazowe będą odpowiednio równe:

Oznacza to warunki niezbędne do równoległego połączenia generatorów. Do włączonych i pracujących generatorów wymagane jest:

1. równość efektywnych wartości napięć U1 = U2

2. równość częstotliwości kątowych ω1 = ω2 lub f1 = f2

3. dopasowanie napięć w fazie ψ1 = ψ2 lub Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Dokładne spełnienie tych wymagań stwarza idealne warunki, które charakteryzują się tym, że w momencie załączenia generatora prąd wyrównania stojana będzie równy zeru. Należy jednak zaznaczyć, że spełnienie warunków dokładnej synchronizacji wymaga starannego dopasowania porównywanych wartości napięcia, częstotliwości oraz kątów fazowych napięcia generatorów.

Pod tym względem praktycznie niemożliwe jest pełne spełnienie idealnych warunków synchronizacji; są wykonywane w przybliżeniu, z pewnymi niewielkimi odchyleniami. Jeżeli jeden z powyższych warunków nie zostanie spełniony, gdy U2 różnica napięć będzie oddziaływać na zaciski otwartego przełącznika komunikacyjnego B:

Ryż. 3. Wykresy wektorowe dla przypadków odchyleń od warunków dokładnej synchronizacji: a — Napięcia robocze generatorów nie są sobie równe; b — częstości kątowe nie są równe.

Gdy przełącznik jest włączony, pod działaniem tej różnicy potencjałów w obwodzie popłynie prąd wyrównawczy, którego składowa okresowa w chwili początkowej będzie

Rozważ dwa przypadki odchyleń od dokładnych warunków synchronizacji pokazanych na diagramie (ryc. 3):

1. napięcia robocze generatorów U1 i U2 nie są sobie równe, pozostałe warunki są spełnione;

2. generatory mają to samo napięcie, ale obracają się z różnymi prędkościami, to znaczy ich częstotliwości kątowe ω1 i ω2 nie są sobie równe i występuje niedopasowanie fazowe między napięciami.

Jak widać ze schematu na ryc. 3, a, nierówność skutecznych wartości napięć U1 i U2 powoduje pojawienie się prądu wyrównawczego I ”ur, który będzie prawie czysto indukcyjny, ponieważ rezystancje czynne generatorów i przewodów łączących sieci są bardzo małe i zaniedbane. Prąd ten nie powoduje skoków mocy czynnej, a zatem żadnych naprężeń mechanicznych w częściach generatora i turbiny. W związku z tym, gdy generatory są włączone do pracy równoległej, można dopuścić różnicę napięcia do 5-10%, aw sytuacjach awaryjnych - do 20%.

Gdy wartości skuteczne napięć U1 = U2 są równe, ale gdy częstotliwości kątowe są różne Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 lub Δf = f1 — f2 ≠ 0, wektory napięcia generatorów i sieci (lub generatora 2. ) są przesunięte o pewien kąt Θ, który zmienia się w czasie. Napięcia generatorów U1 i U2 w tym przypadku będą się różnić w fazie nie o kąt 180 °, ale o kąt 180 ° —Θ (ryc. 3, b).

Na zaciskach otwartego przełącznika B, między punktami a i b, zadziała różnica napięcia ΔU. Podobnie jak w poprzednim przypadku, obecność napięcia można wykryć za pomocą żarówki, a wartość skuteczną tego napięcia zmierzyć woltomierzem podłączonym między punktami a i b.

Jeżeli przełącznik B jest zamknięty, to pod działaniem różnicy napięć ΔU pojawia się prąd wyrównawczy I ”, który w stosunku do U2 będzie prawie czysto aktywny i, gdy generatory zostaną włączone równolegle, spowoduje wstrząsy i mechaniczne naprężenia w wałach i innych częściach generatora i turbiny.

Przy ω1 ≠ ω2 synchronizacja jest w pełni zadowalająca, jeśli poślizg wynosi s0 <0, l% i kąt Θ ≥ 10°.

Ze względu na bezwładność regulatorów turbin nie jest możliwe osiągnięcie długookresowej równości częstotliwości kątowych ω1 = ω2 oraz kąta Θ między wektorami napięć, charakteryzujących względne położenie uzwojeń stojana i wirnika generatorów, nie pozostaje stała, ale zmienia się w sposób ciągły; jego wartość chwilowa wyniesie Θ = Δωt.

Na schemacie wektorowym (ryc. 4) ostatnia okoliczność zostanie wyrażona w tym, że wraz ze zmianą kąta fazowego między wektorami napięcia U1 i U2 zmieni się również ΔU. Różnica napięcia ΔU w tym przypadku nazywana jest napięciem uderzeniowym.

Ryż. 4. Wykres wektorowy synchronizacji generatora z nierównością częstotliwości.

Chwilowa wartość napięć zegara Δu jest różnicą między chwilowymi wartościami napięć u1 i u2 generatorów (ryc. 5).

Załóżmy, że osiągnięto równość wartości efektywnych U1 = U2, kąty fazowe czasu odniesienia ψ1 i ψ2 są również równe.

Potem możesz pisać

Krzywa naprężenia udarowego jest pokazana na ryc. 5.

Napięcie rytmu zmienia się harmonicznie z częstotliwością równą połowie sumy porównywanych częstotliwości i amplitudą zmieniającą się w czasie w zależności od kąta fazowego Θ:

Ze schematu wektorowego na ryc.4, dla pewnej określonej wartości kąta Θ można znaleźć efektywną wartość naprężenia udarowego:

Ryż. 5. Krzywe pokonywania stresu.

Biorąc pod uwagę zmianę kąta Θ w czasie, można zapisać dla powłoki wyrażenie w postaci amplitudy naprężeń uderzeniowych, które daje zmianę amplitud naprężeń w czasie (krzywa przerywana na rys. 5, b ):

Jak widać z diagramu wektorowego na ryc. 4 i ostatnie równanie, amplituda naprężenia udarowego ΔU zmienia się od 0 do 2 Um. Największa wartość ΔU będzie w momencie, gdy wektory napięć U1 i U2 (rys. 4) pokrywają się w fazie i kącie Θ = π, a najmniejsza — gdy napięcia te różnią się fazą o 180° i kątem Θ = 0. Okres krzywej rytmu jest równy

Gdy generator jest podłączony do pracy równoległej z silnym systemem, wartość xc systemu jest mała i można ją pominąć (xc ≈ 0), wtedy prąd wyrównawczy

i prąd rozruchowy

W przypadku niekorzystnego załączenia przy prądzie Θ = π prąd udarowy w uzwojeniu stojana załączonego generatora może osiągnąć dwukrotność wartości udaru trójfazowego zwarcia zacisków generatora.

Aktywna składowa prądu wyrównawczego, jak widać na schemacie wektorowym na ryc. 4 jest równe