Параллельная работа генераторов

На электрических станциях всегда устанавливают несколько турбо- или гидроагрегатов, которые работают совместно в параллельном соединении на общие шины генераторного или повышенного напряжения.

В результате этого выработка электроэнергии на электростанциях производится несколькими параллельно работающими генераторами и такая совместная их работа имеет много ценных преимуществ.

Параллельная работа генераторов:

1. повышает гибкость эксплуатации оборудования электростанций и подстанций, облегчает проведение планово-предупредительных ремонтов генераторов, основного оборудования и соответствующих РУ при минимуме необходимого резерва.

2. повышает экономичность работы электростанции, так как дает возможность распределять наиболее рационально суточный график нагрузки между агрегатами, чем достигается наилучшее использование мощности и повышается к. п. д.; на ГЭС дает возможность наиболее полно использовать мощность водяного потока в период паводков и летней и зимней межени;

3. повышает надежность и бесперебойность работы электростанций и электроснабжения потребителей.

Рис. 1. Принципиальная схема параллельной работы генераторов

Для увеличения производства и улучшения распределения электроэнергии многие электростанции объединяются для параллельной работы в мощные энергетические системы.

В нормальном режиме эксплуатации генераторы присоединены на общие шины (генераторного или повышенного напряжения) и вращаются синхронно. Их роторы вращаются с одинаковой угловой электрической скоростью

При параллельной работе мгновенные значения напряжений на выводах обоих генераторов должны быть равны по величине и обратны по знаку.

Для подключения генератора на параллельную работу с другим генератором (или с сетью) нужно произвести его синхронизацию, т. е. отрегулировать скорость вращения и возбуждение подключаемого генератора в соответствии с работающим.

Генераторы, работающий и включаемый на параллельную работу, должны быть сфазированы, т. е. иметь одинаковый порядок чередования фаз.

Как видно из рис. 1, при параллельной работе генераторы по отношению друг к другу включены навстречу, т. е. их напряжения U1 и U2 на выключателе будут прямо противоположны. По отношению же к нагрузке генераторы работают согласно, т. е. их напряжения U1 и U2 совпадают. Эти условия параллельной работы генераторов отражены на диаграммах рис. 2.

Рис. 2. Условия включения генераторов на параллельную работу. Напряжения генераторов равны по величине и противоположны по фазе.

Существуют два метода синхронизации генераторов: точная синхронизация и грубая синхронизация, или самосинхронизация.

Условия точной синхронизации генераторов.

При точной синхронизации возбужденный генератор подключают к сети (шинам) выключателем В (рис. 1) при достижении условий синхронизма — равенства мгновенных значений их напряжений U1 = U2

При раздельной работе генераторов их мгновенные фазные напряжения будут соответственно равны:

Отсюда вытекают условия, необходимые для параллельного включения генераторов. Для включаемого и работающего генераторов требуется:

1. равенство действующих значений напряжений U1 = U2

2. равенство угловых частот ω1 = ω2 или f1 = f2

3. совпадение напряжений по фазе ψ1 = ψ2 или Θ= ψ1 -ψ2 =0.

Точное выполнение этих требований создает идеальные условия, которые характеризуются тем, что в момент включения генератора уравнительный ток статора будет равен нулю. Однако следует отметить, что выполнение условий точной синхронизации требует тщательной подгонки сравниваемых величин напряжения частоты и фазных углов напряжения генераторов.

В связи с этим на практике невозможно полностью выполнить идеальные условия синхронизации; они выполняются приближенно, с некоторыми небольшими отклонениями. При невыполнении одного из указанных выше условий, когда U2, на выводах разомкнутого выключателя связи В будет действовать разность напряжений:

Рис. 3. Векторные диаграммы для случаев отклонения от условий точной синхронизации: а — Действующие напряжения генераторов не равны; б — угловые частоты не равны.

При включении выключателя под действием этой разности потенциалов в цепи потечет уравнительный ток, периодическая составляющая которого в начальный момент будет

Рассмотрим два случая отклонения от условий точной синхронизации, показанные на диаграмме (рис. 3):

1. действующие напряжения генераторов U1 и U2 не равны, остальные условия соблюдаются;

2. генераторы имеют одинаковые напряжения, но вращаются с разными скоростями, т. е. их угловые частоты ω1 и ω2 не равны, и имеет место несовпадение напряжений по фазе.

Как видно из диаграммы на рис. 3, а, неравенство действующих значений напряжений U1 и U2 обусловливает возникновение уравнительного тока I”ур, который будет почти чисто индуктивным, так как активные сопротивления генераторов и соединительных проводников сети весьма малы и ими пренебрегают. Этот ток не создает толчков активной мощности, а, следовательно, и механических напряжений в деталях генератора и турбины. В связи с этим при включении генераторов на параллельную работу разность напряжений может быть допущена до 5—10%, а в аварийных случаях — до 20%.

При равенстве действующих значений напряжений U1 = U2, но при расхождении угловых частот Δω=ω1 – ω2 ≠ 0 или Δf=f1 – f2 ≠ 0 происходит смещение векторов напряжений генераторов и сети (или 2-го генератора) на некоторый угол Θ, меняющийся во времени. Напряжения генераторов U1 и U2 в рассматриваемом случае будут отличаться по фазе не на угол 180°, а на угол 180°—Θ (рис. 3, б).

На выводах разомкнутого выключателя В, между точками а и б, будет действовать разность напряжений ΔU. Как и в предыдущем случае, наличие напряжения может быть установлено при помощи электрической лампочки, а действующую величину этого напряжения можно измерить вольтметром, включенным между точками а и б.

Если замкнуть выключатель В, то под действием разности напряжений ΔU возникает уравнительный ток I”ур, который в отношении U2 будет почти чисто активным и при включении генераторов на параллельную работу вызовет сотрясения и механические напряжения в валах и других деталях генератора и турбины.

При ω1 ≠ ω2 синхронизация получается вполне удовлетворительной, если скольжение s0

Вследствие инерционности регуляторов турбины нельзя осуществить длительное равенство угловых частот ω1 = ω2, и угол Θ между векторами напряжений, характеризующий относительное положение обмоток статора и ротора генераторов, не остается постоянным, а непрерывно меняется; его мгновенное значение будет Θ=Δωt.

На векторной диаграмме (рис. 4) последнее обстоятельство выразится в том, что с изменением угла сдвига фаз в между векторами напряжений U1 и U2 будет также изменяться ΔU. Разность напряжений при этом ΔU называется напряжением биений.

Рис. 4. Векторная диаграмма синхронизации генераторов при неравенстве частот.

Мгновенное значение напряжений биений Δu представляет собой разность мгновенных значений напряжений u1 и u2 генераторов (рис. 5).

Предположим, что достигнуто равенство действующих значений U1=U2, фазные углы начала отсчета времени ψ1 и ψ2 тоже равны.

Кривая изменения напряжения биений показана на рис.5.

Напряжение биений гармонически изменяется с частотой, равной полусумме сравниваемых частот, и с амплитудой, изменяющейся во времени в зависимости от угла сдвига фаз Θ:

Из векторной диаграммы рис. 4 для некоторого определенного значения угла Θ можно найти действующее значение напряжения биений:

Рис. 5. Кривые напряжения биений.

Учитывая изменение угла Θ с течением времени, можно написать выражение для огибающей по амплитудам напряжения биений, которое дает изменение амплитуд напряжения во времени (пунктирная кривая на рис. 5, б):

Как видно из векторной диаграммы на рис. 4 и последнего уравнения, амплитуда напряжения биений ΔU изменяется от 0 до 2Um. Наибольшая величина ΔU будет в тот момент, когда векторы напряжения U1 и U2 (рис. 4) совпадут по фазе и угол Θ = π, а наименьшая — когда эти напряжения будут отличаться по фазе на 180° и угол Θ = 0. Период кривой биений равен

При включении генератора на параллельную работу с мощной системой значение хс системы мало и им можно пренебречь (хс ≈ 0), тогда уравнительный ток

В случае неблагоприятного включения в момент Θ = π ударный ток в обмотке статора включаемого генератора может достигнуть двойного значения ударного тока трехфазного короткого замыкания на выводах генератора.

Активная составляющая уравнительного тока, как видно из векторной диаграммы на рис. 4, равна

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Параллельная работа генераторов.

Условия параллельной работы генераторов:

1. Равенство напряжений работающего и подключаемого генератора.

3. Совпадение порядка чередования фаз.

4. Равенство углов сдвига между ЭДС каждого генератора и напряжением на шинах, (последнее условие сводится к геометрически одинаковому положению роторов генераторов относительно обмоток своих статоров).

После подключения генератора на шины, при соблюдении всех вышеперечисленных условий синхронизации, его ЭДС равна по значению и противоположна по фазе напряжению сети, поэтому ток в цепи генератора равен нулю, т.е генератор работает без нагрузки. Механическая мощность приводного двигателя полностью затрачивается на покрытие потерь. Отсутствие тока в обмотке статора генератора приводит к тому, что обмотка статора не создает вращающегося магнитного поля и в генераторе действует лишь магнитное поле возбуждения, вращающееся вместе с ротором с угловой частотой, но не создающее электромагнитного момента. Если увеличить вращающий момент приводного двигателя, то ротор генератора, получив некоторое ускорение, сместится относительно своего первоначального положения на угол в направлении вращения. На такой же угол окажется сдвинутым вектор ЭДС генератора относи­тельно своего положения, соответствующего режиму холостого хода генератора. В результате в цепи статора появится результирующая ЭДС, которая создаст в цепи обмотки статора ток. Ток создает магнитное поле, вращающееся синхронно с ротором и создающее вместе с полем ротора, результирующее магнитное поле синхронной машины. Таким образом, с появлением тока в обмотке статора синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, генератор получает электрическую нагрузку, а приводной дизель дополнительную механическую нагрузку. При этом механическая мощность приводного двигателя расходуется не только на покрытие потерь х.х генератора, но и частично преобразуется в электромагнитную мощность генератора. Следовательно, электромагнитная мощность синхронного генерато­ра представляет собой электрическую активную мощность, преобразованную из части механичес­кой мощности приводного двигателя. Активная мощность синхронного генератора, отдаваемая в сеть, меньше электромагнитной мощности на значение, равное сумме электрических потерь в обмотке статора и добавочных потерь при нагрузке.

Параллельная работа дизель-генераторов:

Для получения удовлетворительной параллельной работы дизель-генераторов переменного тока необходимо удостовериться, что выполняется требование согласованности регулятора оборотов дизеля и автоматического регулятора напряжения генератора.

Обслуживающий персонал должен иметь четкое представление, что такое активная и реактив­ная мощность и какие устройства контролируют распределение соответствующей нагрузки между дизель-генераторами.

Для многих электромехаников, первый раз имеющих с этим дело, или работавших на судах, с генераторами постоянного тока, эти вопросы зачастую вызывают проблемы, и данная инструкция призвана помочь ответить на многие неясные вопросы.

Синхронизация, подключение генератора на шины обычно не вызывают проблем пока регуля­торы оборотов дизеля, регуляторы напряжения генератора и все электрические контактные сое­динения находятся в нормальном рабочем состоянии. Однако, если регулятор оборотов дизеля, к примеру, работает неправильно, то это является причиной колебания частоты и синхронизировать генератор будет очень трудно, хотя и нужно попытаться. Синхронизация, при неправильных усло­виях ввода генераторов на параллельную работу, может стать причиной обесточивания судна, со всеми вытекающими из этого последствиями, в чем могли убедиться многие электромеханики. Синхронизация, при нарушении условия совпадения по фазе, вызывает увеличение напряжения в обмотке возбуждения, которое при определенных условиях может вызвать выход из строя главного выпрямителя.

Распределение активной нагрузки (kW)

Когда генераторы синхронизированы и подключены на шины, они становятся электрически соеди­ненными вместе, а это значит, что напряжение и частота одинаковы для всех генераторов, подклю­ченных в параллель. Увеличение подачи топлива на одном дизеле, не будет причиной повышения частоты, соединенного с ним генератора, относительно других. Результат увеличения подачи топ­лива может быть следствием принятия на себя большей части от общей активной нагрузки одним из генераторов, в то же время вызывая небольшое повышение частоты на шинах. После подключе­ния генератора на параллельную работу, активная (kW) нагрузка распределяется между работаю­щими генераторами вручную, соответствующими регуляторами оборотов дизеля на панели ГРЩ.

Дальнейшее распределение активной нагрузки при любых изменениях осуществляются автоматически, при условии правильно настроенных регуляторах дизелей! Это автоматическое распределение активной нагрузки обусловлено наклоном характеристики регулятора оборотов дизеля, который уменьшает частоту вращения (около 4% без нагрузки) и увеличивает частоту вращения при полной нагрузке. Например, если на ненагруженном дизеле частота 62 Гц, то при полной загрузке частота будет около 59.5 Гц.

Если у ненагруженного и полностью нагруженного дизеля изменение частоты вращения происходит одинаково для всех машин, то и распределение активной нагрузки между ними будет одинаковым.Если изменение частоты вращения неодинаково, то и распределение наг­рузки будет не синхронным.

Для того, чтобы определить правильно ли происходит уменьшение частоты вращения дизеля, рассмотрим следующий пример: допустим, что работает один генератор (назовем его №1), он полностью нагружен и его частота равна 61 Гц. Проверим падение частоты, при вводе на парал­лельную работу генератора №2 (ненагруженного, но уже подключенного на шины). Распределе­ние нагрузки будет осуществляется только с помощью регулятора частоты вращения дизеля №2, поэтому частота на шинах все еще 61 Гц и ваттметр ДГ№2 показывает почти нулевую нагрузку. При воздействие на регулятор оборотов ДГ№2, нагрузка с ДГ№1 будет переходить на ДГ№2, изменяя подачу топлива на ДГ№1, когда ваттметр ДГ№1 покажет «О», нагрузка полностью перейдет на ДГ№2 и мы можем проверить частоту на шинах, она будет около 58.5 Гц или на 4% ниже первоначального значения.

Также может быть проверен другой дизель и если уменьшение частоты вращения при полной нагрузке у разных машин не одинаково, то необходимо настраивать регуляторы оборотов дизелей. Другой, заслуживающий внимания момент, это демпфирование. Если демпфирование слишком слабoe, есть опасность, что стрелка ваттметра начнет колебаться из-за того, что регуляторы будут стремиться погасить внезапные забросы нагрузки. Неустойчивое колебание нагрузки, определяемое по стрелке ваттметра и вызванное нестабильностью регуляторов дизелей, может в конце концов привести к полному обесточиванию судна! Люфт, мертвый ход, или износ в регуляторе оборотов дизеля, может привести тому же самому результату.

Распределение реактивной нагрузки (kVAr)

Хорошо известно, что в источниках переменного тока нагрузка не чистая активная (kW), a сумма активной и реактивной (kVar) нагрузки.

Активнаянагрузка, измеряемая в (kW), это мощность, развиваемая дизелями и передаваемая потребителям электроэнергии (электродвигателям, источникам тепла, лампам и т.д) и в дальнейшем, преобразованная в крутящий момент, тепло и свет.

Реактивнаянагрузка, измеряемая в (kVAr), включает в себя магнитные силы в электродвигателях, трансформаторах и т.д. Величина реактивной мощности не влияет наактивную нагрузку, а это значит, что дизеля не воспринимают высокую или низкую величину реактивной мощности. Для генератора, однако, эта нагрузка очень важна, как общая нагрузка!

Общаянагрузка, называемая так же мнимая (кажущаяся), измеряется в (kVA). Реактивная нагрузка должна быть равномерно распределена между генераторами, и это распределение регулируется тематически регуляторами напряжения генераторов!

Как это происходит: мы знаем, что когда генераторы работают нормально, их напряжения могут изменяться в незначительной степени от значения регулируемого реостатом на контрольной плате регулятора напряжения. Любые попытки выполнить то же самое на, работающих в параллели генераторах, не будут вызывать изменения напряжения в соответствующем генераторе, подключенном на общую шину, и конечно, следует устанавливать равные значения напряжения генераторов, единственный результат этой попытки, это изменение фактора мощности определенного генератора, т.е распределение их общей реактивной нагрузки, вместе с понижением или повышением напряжения на шинах. Следовательно, когда генераторы работают в параллельном режиме, определение реактивной нагрузки может быть выставлено подстроечным потенциометром на самом регуляторе напряжения (на некоторых судах он выведен прямо в генераторную секцию ТЩ). Последующее увеличение реактивной нагрузки должно быть автоматически перераспределено между работающими генераторами. Это достигается путем увеличения или уменьшения напряжения в регуляторе, что соответственно уменьшает или увеличивает реактивную нагрузку.

U/S (Under Speed)- это защита генератора от перевозбуждения, при снижении оборотов дизеля. Когда обороты дизеля уменьшаются до значений, установленных на подстроечном сопротивлении U/S, загорается красный светодиод и напряжение генератора начинает уменьшаться до значения 10В. на 1Гц.

Для того, чтобы правильно настроить защиту от перевозбуждения, необходимо: запустить дизель, вывести его на номинальные обороты 60Гц и затем уменьшить на 6Гц частоту вращения, т.е по­лучить 54Гц на шинах ГРЩ. Затем необходимо потенциометром U/S добиться загорания красного светодиода. После этого снова вывести дизель на номинальные обороты 60Гц и потенциометр U/S больше никогда больше не перестраивать!

STABILITY- сопротивление для устойчивости. Предназначено для удержания постоянного напряжения, при повышении или понижении нагрузки. Регулировка потенциометра «STAB» может быть осуществлена только для генератора, работающего на холостом ходу и заключается в следующем: устанавливаем потенциометр в среднее положение и начинаем медленно вращать по часовой стрелке, при этом чувствительность дизеля возрастает, и напряжение начинает колебаться. Вращение против часовой стрелки от среднего положения уменьшает чувствительность дизе­ля, и колебания напряжения уменьшаются. Регулировку производить крайне осторожно, из-за возможного большого падения напряжения при увеличении нагрузок самоиндукции. Возникновение э.д.с. в электрической цепи в результате изменения магнитного потока, создава­емого током, в той же самой цепи, называется самоиндукцией.

VOLT- сопротивление для регулировки напряжения, работает в паре с дополнительным подстроечным резистором, расположенном на самом регуляторе напряжения, или на генератор­ных панелях ГРЩ. Регулировка потенциометра «VOLT» следующая: вывести дизель на номи­нальные обороты, перевести потенциометры (VOLT) в среднее положение, отрегулировать напряжение генератора (Ux.x должно быть равно 450-452В), дополнительным потенциометром на ГРЩ или на регуляторе добиться наиболее точных значений.

Все регулировки U/S, STAB, VOLT должны производится без нагрузки на генераторе, с выключенным автоматом, т.е на холостом ходу.

P/F — сопротивление для регулировки реактивной нагрузки при параллельной работе генера­торов. Регулировка потенциометра «P/F» следующая: выравниваем активную нагрузку на всех работающих генераторах, сравнивая показания щитовых амперметров (кА) на ГРЩ. На регуляторе генератора, требующего регулировки, переводим потенциометр в среднее положение и начинаем вращение против часовой стрелки, следя по кА за чувствительностью потенциометра. Вращение потенциометра по часовой стрелке уменьшает реактивную нагрузку соответствующего генера­тора. Регулировкой P/F добиться равномерного распределения реактивной нагрузки между всеми, работающими генераторами, при одинаковой активной нагрузке!

Требования к береговому электроснабжению.

Во время питания электрооборудования судна с берега:

1. Обращать особое внимание на состояние и параметры электрооборудования обеспечивающего питание с берега (клеммы, АВ, контакторы, кабель, и т.д).

2. Обеспечивать постоянный контроль суммарного тока нагрузки судовых потребителей.

3. Рассчитывать предполагаемую нагрузку, до подключения потребителей.

4. Обеспечивать постоянный контроль температуры кабеля берегового питания

5. Исключить возможность механических воздействий и повреждения кабеля берегового питания

6. Производить обозначение кабеля берегового питания соответствующими табличками.

7. При наличии на ГРЩ переключателя берегового питания на шины 440В и 220В обращать внимание на его положение

8. Если напряжение СЭС составляет 440В, то перед тем как перейти на береговое питание 380В, производить переключение обмоток трансформаторов освещения, если предусмотрено, в целях повышения вторичного напряжения до 220В. Перед переходом на СЭС не забывать восстанавливать схему соединения обмоток.

Источник