Работа генератора с перегрузкой

Что происходит с генератором при перегрузке

Выбирая электростанцию, особое внимание надо обратить на расчет мощности, ведь при подключении к слабому устройству мощной техники может случиться такая ситуация, как перегрузка. Такое часто бывает, когда человек просчитывается с мощностями или не учел пускового тока, который может присутствовать в потребителях. Самым распространенным прибором, который имеет пусковой ток, считается холодильное оборудование.

Как генератор ведет себя при перегрузке?

Или бывает такой вариант, когда мощности станции хватает для вас, вы спокойно работаете на улице со строительным инструментом, а в этот момент ваш родственник или помощник решает выпить кофе и ничего не говоря, подключает к установке электрический чайник. В этом случае мощность потребителей будет намного больше максимально допустимой и происходит перегруженность прибора.

В последнее время огромным спросом среди покупателей пользуются устройства, имеющие специальную защиту от перегрева и перенапряжения. Стоит заметить, что она может быть трех видов, в зависимости от мощности, предназначения и модели агрегата:

1. Самой распространенной и надежной считается электронная защита.
2. Также прекрасно проявили себя тепловые предохранители.
3. На третьем месте стоят уникальные предохранители-автоматы.

Каждый агрегат, который продается на рынке, имеет два вида мощности: максимальная и номинальная. Чтобы было яснее, рассмотрим на примере такой модели как УГБ-6000. В документах к агрегату пишет, что его максимальная возможность 6,5 кВт. Любой специалист скажет вам, что нельзя загружать устройство на всю, даже номинальную мощность. Это приводит к быстрой поломке оборудования. Поэтому всегда требуется оставлять 15–20% про запас, тогда есть большая возможность, что он прослужит длительный период времени. Это касается постоянной работы оборудования и номинальной мощности.

Что же такое максимальная возможность техники? Это предел напряжения, которое он может выдержать без поломки на протяжении небольшого периода времени. После этого предохранители срабатывают и отключают подключенное оборудование или саму установку.

На что обращать внимание при работе генератора

В первую очередь необходимо прислушиваться к работе двигателя. Ведь даже при небольшом перенапряжении, можно услышать, как тяжело начинает работать мотор, как проседают его обороты. Если вы слышите неправильные звуки, то следует немедленно прекращать работу, ведь агрегат сам отключится.

Лучше самому отключить оборудование. Не стоит надеяться на то, что он сам это сделает. Ведь во время перенапряжения может пострадать не только электростанция, но и подключенный в это время потребитель.

Чтобы не доводить до таких плачевных ситуаций, всегда правильно подсчитывайте мощность потребителей, и тогда вам не потребуется беспокоиться о перегрузке.

Источник

Как перегрузка повлияет на работу генератора?

В промышленности, строительстве и в быту широко применятся дизельные и бензиновые электростанции. В случае если суммарная мощность подключенного к генератору оборудования превышает максимально допустимую величину, происходит перегрузка агрегата.

К перегрузке электростанции может привести подключение пылесоса, микроволновки, стиральной машины и любого другого электроприбора с высоким пусковым током. Обычно такие процессы длятся непродолжительное время. В этом случае ток, возникающий в электрогенераторе, не успевает перегреть и разрушить его обмотки.

В случае эксплуатации генератора с повышенной нагрузкой в постоянном режиме, например, при коротком замыкании, происходит перегрев коллектора и обмоток электрогенератора. Повышение температуры, в свою очередь, может привести к разрушению изоляции обмоток, вызывать межвитковое замыкание и вывести их строя ротор и статор. Вполне очевидно, что единственным выходом в такой ситуации может стать только дорогостоящий ремонт. Признаки перегрузки:

• перегрев генератора;
• появление копоти в выхлопных газах;
• уменьшение мощности;
• возникновение перебоев в подаче электричества потребителю.

Несимметричная нагрузка

При эксплуатации синхронного генератора необходимо учитывать, что его конструкция спроектирована и разработана для работы с симметричной нагрузкой. Это говорит о необходимости контроля того, чтобы токи во всех фазах были одинаковы. В таком режиме общий магнитный поток, создаваемый токами, будет вращаться синхронно с ротором, в штатном режиме. Но при эксплуатации генератора может возникнуть ситуация, когда станция будет работать при несимметричной нагрузке. Это происходит при подключении однофазного мощного потребителя, либо при обрыве на одной из фаз. Такой режим работы может вызвать следующие последствия:

• Повышение температурного режима на обмотке ротора. Это происходит под воздействием токов возбуждения и при появлении добавочных потерь в роторе от поля обратной последовательности. Важно следить, чтобы нагрев ротора не превышал уровень температуры, допустимой при эксплуатации данного класса изоляции обмотки;
• Превышение тока в одной из фаз выше номинального значения. Этого нельзя допускать;
• Увеличение вибрации работающего генератора – признак выхода установки из штатного режима работы.

Асинхронный режим работы

Асинхронный режим работы генератора возникает в результате потери возбуждения. Причиной этого может быть, как самопроизвольное, так и ошибочное отключение автомата гашения поля (АГП), либо обрыв в цепи возбуждения. Для работы в асинхронном режиме характерно увеличение скорости вращения при снижении активной нагрузки, а также повышение тока статора. В результате генератором начинает потребляться реактивная мощность из сети. В итоге мы наблюдаем снижение напряжения в сети обслуживаемого установкой объекта.

Замыкание обмотки ротора на землю

К нештатным ситуациям относится и замыкание обмотки ротора на корпус генератора. Такая ситуация не представляет особой опасности, поскольку ток в этом случае ничтожно мал. В этом случае установку нужно остановить для обнаружения неисправности и устранения причин ее появления. При работе генератора с защитой от двойного замыкания цепи возбуждения, если появляется вторая точка, в роторе появляется вибрация. В такой ситуации генератор необходимо отключать, полностью разгружая от нагрузки.

Современные производители учитывают возможность возникновения перегрузок в процессе эксплуатации генераторов и разрабатывают различные варианты защиты как по току, так и по напряжению. Такое оборудование отключает электростанцию в зависимости от продолжительности и величины действующей перегрузки. Для отражения состояния оборудования на многих моделях имеется соответствующий индикатор.

Предотвратить возникновение перегрузок позволяет учет мощности и типа нагрузки, подключение электроприборов после включения, предварительный прогрев оборудования и четкое следование рекомендациям изготовителей.

При выходе какого-либо узла из строя, повреждении питающей линии, заклинивании рабочих органов, снижении напряжения и в других случаях возникают аварийные перегрузки. В этом случае единственным разумным решением является отключение электростанции и выполнение ее ремонта.

При необходимости по вопросам грамотной эксплуатации генераторов Вы можете проконсультироваться у технического специалиста ГК «ЭнергоПроф». Представитель фирмы объяснит, как избежать выхода электростанции из строя, и поможет выбрать модель с высокой перегрузочной способностью.

Заместитель руководителя отдела продаж

В промышленности, строительстве и в быту широко применятся дизельные и бензиновые электростанции. В случае если суммарная мощность подключенного к генератору оборудования превышает максимально допустимую величину, происходит перегрузка агрегата.

Оставьте свой номер телефона и наш специалист перезвонит Вам в течение 15 минут.

Источник

Режимы работы синхронных генераторов

Под нормальными режимами генераторов понимают такие, при ко­торых они могут длительно работать без ограничений.

К таким режимам относят:

— режимы с неполной (частичной) нагрузкой и режимы с изменяющейся (регулируемой) нагрузкой при условии, что в процессе изменения основные параметры не отклоняются за пределы допустимых.

Основными параметрами электрического генератора являются:

При длительном установившемся режиме все указанные параметру должны поддерживаться неизменными. В практике эксплуатации допускается отклонение параметров в некоторых пределах. Согласно ПТЭ номинальная мощность генераторов при номинальном коэффициенте мощности и номинальная мощность синхронных компенсаторов должна сохраняться при одновременных отклонениях напряжения до ±5 % и частоты до ±2,5 % номинальных значений при условии, что при работе с повышенным напряжением и пониженной частотой сумма абсолютных значений отклонений напряжения и частоты не превышает 6 %, если в стандартах на отдельные типы машин не оговорены иные условия по отклонению напряжения и частоты.

Наибольший ток ротора, полученный при работе с номинальной мощностью и при отклонениях напряжения в пределах ±5 %, длительно допустим при работе с номинальными параметрами охлаждающих сред.

Для всех генераторов и синхронных компенсаторов наибольшее рабочее напряжение должно быть не выше 110 % номинального. При напряжении выше 105 % допустимая полная мощность генератора и синхронного компенсатора должна быть установлена в соответствии с указаниями инструкций завода-изготовителя или по результатам испытаний.

При напряжении на генераторе или синхронном компенсаторе ниже 95 % номинального, ток статора должен быть не выше 105 % длительно допустимого.

Температура меди и стали статора считается неизменной, если ее отклонения не превышают 1 °С в течение 1 часа. Температура охлаждающей среды считается постоянной, если для газа она отклоняется не более 1 °С за I час, и 0,5 °С за 1 час для жидкости.

Допустимый диапазон изменения нагрузок генератора удобно находить из диаграммы мощностей для ненасыщенного генератора (рис. 4.6), построение которой основано на диаграммах ЭДС и токов возбуждения синхронного генератора (рис. 4.7). Векторы мощностей получены умножением векторов напряжений на ток статора.

Вектор ОА — полная мощность машины (S), проекция на ось ординат — активная её составляющая при cos φ_н(Р_н). Проекция ОА на ось абсцисс — номинальная реактивная мощность Q_н.

Рис.4.6. Диаграмма мощностей синхронного генератора

Рис. 4.7. Векторные диаграммы ЭДС и токов возбуждения

Эти номинальные значения P_н и Q_н генератор должен развивать в течение ресурса при номинальных условиях охлаждения (температуре газа, масла, дистиллята на входе и выходе, давлении и чистоте водорода).

Чистота водорода хуже 97 % приводит к уменьшению теплоотводящей способности, а при чистоте 75 % возникает опасность образования взры­воопасной смеси.

Напряжение генератора должно быть практически симметричным и синусоидальным, т.е. напряжение обратной последовательности не должно превышать значения 1 %,а коэффициент не синусоидальности (Д) не должен превышать 5 %.

,

где U₁ — напряжение основной частоты; U_y — напряжение частоты (гармоник) y-порядка.

Отклонения напряжения статора допускаются в пределах ± 5 % при этом генератор должен длительно работать с полной мощностью, при этом при 95 % напряжения повышается ток статора, а при 105 % ток ротора.

Повышение напряжения статора сверх 105 % опасно, так как из-за большого насыщения стали современных генераторов, даже незначительное повышение напряжения приводит к возрастанию магнитной индукции, увеличению в несколько раз потоков рассеяния и появлению в ребрах корпуса паразитных токов, приводящих к их перегреву и даже оплавлению.

Влияние изменений частоты на потери и нагрев генераторов сказываются при больших ее отклонениях (>±2,5 %). При понижении частоты потери в стали уменьшаются, но ухудшается охлаждение водородом, повышается нагрев и приходится снижать мощность.

При повышении частоты растут потери в стали, но улучшаются условия охлаждения, поэтому только при значительных повышениях частоты (>2,5 %) возникла бы необходимость уменьшения мощности.

ПТЭ разрешают изменения частоты в нормальном режиме ±0,2 %, что не требует изменения нагрузки.

Значительное влияние на работу генератора оказывают изменения cos φ (рис. 4.6).

На участке окружности АД в режимах с пониженными cos φмашина, ограниченная током ротора, может выдавать лишь пониженную полную мощность при снижении тока статора из-за сильного размагничивающего влияния реакции статора. При учете насыщения эта мощность ещё уменьшается. Таким образом, в чисто компенсаторном режиме генератор способен развивать только около 70 % мощности.

При работе с повышенными cos φ(от номинального до 1,0), полная мощность ограничена турбиной (конец вектора OА будет перемещаться по прямой АВ). Если турбина способна повышать мощность сверх номинальной (например, типы КО, KОO), то границу мощности показывает участок окружности АА‘ диаграммы.

При работе в ёмкостном квадранте (влево от прямой OВ) активная мощность генератора ограничивается запасом в 10 % статической устойчивости его работы в области низких cosφ (кривая G’F) и нагревом крайних пакетов стали и элементов торцевых зон при недостаточной компенсации потока реакция статора потоком ротора (кривая GG‘).

Работа в режиме недовозбуждения практикуется в энергосистемах в часы провала нагрузок из-за избытка реактивной мощности в системе и невозможности кратковременных остановок генераторов. Такой режим осуществим только при автоматическом АРВ и соблюдении ограничений, выделенных на диаграмме кривыми GG‘ и G’F.

Согласно ПТЭ длительная работа генераторов с коэффициентом мощности ниже номинального и в режиме синхронного компенсатора с перевозбуждением (в индуктивном квадранте) разрешается при токе возбуждения не выше длительно допустимого при данных параметрах охлаждающих сред.

Допустимая реактивная нагрузка генераторов в режиме синхронного компенсатора и синхронных компенсаторов с недовозбуждением (в ёмкостном квадранте) должна быть установлена на основании заводских инструкций или нормативно-технических документов, а при их отсутствии на основании результатов специальных тепловых испытаний.

Разрешается длительная работа генераторов с косвенным охлаждением обмоток при повышении коэффициента мощности от номинального до единицы с сохранением номинального значения полной мощности.

Допустимые длительные нагрузки генераторов в режиме работы с недовозбуждением, а также при повышении коэффициента мощности от номинального до единицы для генераторов с непосредственным охлаждением должны быть установлены на основании указаний заводских инструкций, а при их отсутствии — на основании нормативно-технических документов с учётом обеспечения устойчивости параллельной работы в сети.

При регулярной работе генератора в режиме недовозбуждения должно быть обеспечено автоматическое ограничение минимального тока возбуждения.

В практике эксплуатации пользуются не только диаграммами мощ­ности, но и картами допустимых нагрузок для конкретных машин в режимах перевозбуждения, позволяющими одновременно оценить влияние температуры охлаждающей среды, напряжения и cos φ (таблица 4.3).

Карта допустимых нагрузок для ТВФ-60-2

Как видно из таблицы 4.3, существенное значение в работе обмотки электрических машин и их изоляции имеет температура в процессе эксплуатации. Температура, зависит oт электрического pежима и от условий охлаждения.

Поэтому во время эксплуатации за этими параметрами ведется контроль. Температура обмотки и стали статора контролируется с помощью индикаторов, заложенных на заводе-изготовителе машин. Ранее для этих целей использовались термопары. Более современным является измерение температур с помощью заложенных в обмотки термосопротивлений (плоских медных или платиновых катушек), использование которых основано на известном физическом явлении зависимости сопротивления от температуры.

Термосопротивления закладываются между стержнями обмоток для измерения температуры меди обмоток и на дно пазов для измерения температуры активной стали. Для контроля температуры охлаждающего агента термосопротивления помещают в чехлы непосредственно в его потоке.

Величинутемпературы определяют по изменению тока, протекающего через термосопротивление от источника постоянного тока измеряемого устройством теплоконтроля. В настоящее время применяются автоматические устройства теплоконтроля, которые периодически опрашивают все контролируемые точки, регистрируют текущие температуры, выдают предупредительный сигнал при приближении к предельно допустимым значениям и аварийный при их достижении.

Аварийные и специальные режимы генераторов могут быть вызваны замыканиями во внешних или внутренних цепях, дефицитами мощности в системе, приводящими к набросу нагрузки, нарушениями в системе охлажде­ния обмоток и других вспомогательных систем.

К специальным режимам относят несимметричные и несинусоидальные нагрузка, также асинхронный режим при потере возбуждения.

Длительная перегрузка генераторов и синхронных компенсаторов по току сверх значения, допустимого при данных температуре и давлении охлаждающей среды, запрещается [32].

Кратковременные перегрузки в процессе эксплуатации машин возникают довольно часто и связаны с работой автоматики, форсировкой возбуждения и допускаются в достаточно широких пределах, согласно техническим условиям, установленным заводами-изготовителями. При отсутствии таких указаний допускаются следующие кратковременные перегрузки генераторов и синхронных компенсаторов по току статора при кратности тока, отнесённой к номинальному значению (табл. 4.4). Допустимая перегрузка по току возбуж­дения генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток определяется допустимой перегрузкой статора. Для турбогенераторов с непосредственным водородным или водяным охлаждением обмотки ротора допустимая перегрузка по току возбуждения должна быть определена кратностью тока, отнесённой к номинальному значению тока ротора (табл. 4.5).

Допустимые аварийные перегрузки установлены с учетом системы охлаждения машин, их конструктивных особенностей, электрических и механических свойств изоляция. Для генераторов с жидкостным охлаждением учитывается также не допустимость вскипания дистиллята или разложения масла при перегрузках. В роторной обмотке важно не допустить температурных перемещений меди, стали и изоляции, при которых могут возникнуть остаточные деформации или повреждение изоляции стержней.

Приведенные перегрузки рассмотрены как аварийные и ими нельзя, пользоваться ежедневно при прохождении максимумов нагрузки станций.

Допустимая длительность аварийной перегрузки статора

Допустимая длительность перегрузки ротора

Несимметричная нагрузка возникает при большом содержании в общей нагрузке однофазных приемников, режим которых приводит к перекосу по фазам.

ПТЭ разрешают длительную работу генераторов с неравенством фазных токов при условии, что ни один из токов не превысит Iн. статора.

Допускается длительная работа с разностью токов в фазах, не превышающей 12 % номинального для турбогенераторов и 20 % для синхронных компенсаторов и дизель-генераторов.

Для гидрогенераторов с системой косвенного воздушного охлаждения обмотки статора допускается разность токов в фазах 20 % при мощности 125 MBА и ниже, 15 % — при мощности свыше 125 MBА.

Для гидрогенераторов с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора допускается разность токов в фазах 10%.

Если , а , то коэффициент несимметрии

.

При таком режиме в статоре возникают токи обратной последо­вательности, магнитное поле которых вращается относительно ротора с двойной угловой скоростью. Индуктируемые этим полем в контурах ротора вихревые токи двойной частоты вызывают дополнительный нагрев элементов ротора до опасных значений (зубцов, клиньев, бандажей).

Эти элементы подвержены нагреванию в основном возле торцевых зон, где они имеют повышенные сопротивления контактных поверхностей (рис. 4.8).

Рис.4.8. Изменение температуры нагрева ротора в торцевых зонах

Во многих случаях к системе подключены мощные преобразователи (тяга, электропередачи постоянного тока, электролизные ванны), выпрямители, инверторы которые имеют нелинейные характеристики и генерируют высшие гармоники тока и напряжения.

Причиной появления гармоник тока является процесс коммутации вентилей, вызывающий искажение кривой питающего напряжения, а также сдвиг фазы между питающим напряжением и током.

Гармоники тока вызывают повышенный нагрев оборудования, а гармоники напряжения увеличивают потери в стали и изоляции и могут нарушить работу цепей управления и релейной защиты.

Добавочные потери от высших гармоник тока в обмотке статора зависят от высоты проводников и глубины проникновения вихревых токов в толщу проводника.

Уменьшение мощности генератора из-за добавочного нагрева обмотки статора высшими гармониками тока определяется по добавочным потерям в меди обмотки статора:

,

где — потери в обмотке статора, определенные по сопротивление обмотки постоянному току; — добавочные потери от высших гармоник тока; — эффективное значение тока гармоники y–го порядка; — коэффициент вытеснения тока основной гармоники; — порядок гармоники.

Коэффициент снижения мощности из-за добавочного нагрева статора токами высших гармоник

.

Критерий допустимости несинусоидальной нагрузки по ротору имеет вид

_,

где — допустимый ток обратной последовательности.

Источник