Personalcam.ru

Авто Аксессуары
19 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Уравнительный ток при синхронизации

Включение на параллельную работу синхронных генераторов

В отличие от генераторов постоянного тока синхронные генераторы параллельно могут работать лишь при одинаковых угловых скоростях их роторов, т. е. при синхронном вращении. Выполнение операций по включению на параллельную работу синхронных генераторов называется синхронизацией.

На судах применяются три метода синхронизации синхронных генераторов: точная синхронизация, самосинхронизация и грубая синхронизация. Рассмотрим эти методы подробно.

Точная синхронизация. Для включения на параллельную работу двух синхронных генераторов или генератора с сетью методом точной синхронизации необходимы следующие условия:
1) равенство э. д. с. включаемого генератора и напряжения сети:
2) равенство частот генератора и сети;
3) нахождение в противофазе векторов э. д. с. генератора Ег и напряжения сети Uc в момент включения;
4) одинаковый порядок следования фаз генератора и сети.

Рис. 1. Внешние характеристики параллельно работающих генераторов постоянного тока.

Выполнение первого условия осуществляется регулированием тока возбуждения включаемого генератора и проверяется по вольтметру.

Неравенство э. д. с. генератора и напряжения сети вызывает появление разностной э. д. с., создающей в цепи статоров подключаемого и работающих генераторов ток, который ввиду индуктивного характера сопротивлений обмоток генераторов отстает от А£^ на 90°. Таким образом, ток является практически индуктивным для генератора с большей э. д. с. и, создавая размагничивающую реакцию статора, уменьшает его э. д. с. Для генераторов с меньшей э. д. с. этот ток является емкостным и, создавая намагничивающую реакцию статора, увеличивает их э. д. с. и напряжение Uc. Ток, вызванный разностью напряжений, называется уравнительным. Его реактивный характер является причиной того, что он не создает дополнительных нагрузок на первичные двигатели. Однако большие по величине уравнительные токи могут вызвать опасные динамические усилия в обмотках генераторов и их перегрев. Поэтому на практике не допускается разность напряжений, превышающая 6—8% номинального напряжения.

Выполнение второго и третьего условий синхронизации осуществляется регулированием угловой скорости первичного двигателя подключаемого генератора путем изменения подачи рабочего тела в двигатель.

Известно, что положение ротора синхронного генератора в каждый момент времени может быть определено вектором э. д. с. Если вектор э. д. с. работающего генератора Е2 полагать неподвижным, то вектор э. д. с. подключаемого генератора Ех будет вращаться вокруг него а угловой скоростью Асо. Угол смещения 0 векторов э. д. с.

Рис. 2. Векторные диаграммы точной синхронизации генераторов

Если при значительной разности частот все же включить генераторы на параллельную работу, то в их обмотках возникнет ток биения, который будет индуктивным относительно напряжения биения и практически активным по отношению э. д. с. генераторов. Изменяясь с изменением U^, ток биения будет создавать периодически меняющуюся активную нагрузку (биения) на подключаемый и работающие генераторы и их приводные двигатели. В результате этого подключаемый генератор в синхронизм не войдет, а работающие генераторы из синхронизма

выпадут. Потребители электроэнергии могут отключиться от ГРЩ из-за недопустимого провала напряжения. Поэтому уравнивание частот является одной из наиболее ответственных операций синхронизации и требует соответствующей квалификации и навыка обслуживающего персонала.

При синхронизации контроль разности частот осуществляется с помощью ламповых и стрелочных синхроноскопов. В настоящее время на судах наибольшее распространение получили стрелочные синхроноскопы, представляющие собой сельсин с трехфазной обмоткой на статоре и однофазной — на роторе. Через добавочные сопротивления ДС трехфазная обмотка присоединяется к подключаемому генератору, а однофазная — к работающему (к шинам ГРЩ ). Взаимодействие магнитных полей обмоток вызывает вращение ротора и стрелки сельсина с угловой скоростью, пропорциональной разности частот, причем вращение в направлении «Быстро» указывает на то, что частота подключаемого генератора выше частоты сети и требуется воздействие на серводвигатель с целью уменьшения подачи топлива (или пара) в первичный двигатель. При медленном вращении в момент подхода стрелки к нулевой отметке следует включить автомат А.

Читайте так же:
Как регулировать фары на марке

Выполнение четвертого условия синхронизации проверяется только после монтажа установки.

Точная синхронизация представляет собой сложный и длительный процесс, который в аварийных ситуациях может вызвать увеличение перерыва в подаче энергии потребителям.

Допущенные при включении на параллельную работу синхронных генераторов ошибки, как было показано выше, могут привести к тяжелым последствиям. Поэтому в настоящее время существует ряд схем, позволяющих автоматизировать процесс точной синхронизации.

Рис. 3. Схема включения стрелочного синхроноскопа.

Самосинхронизация. Способ самосинхронизации является более простым, исключает возможность несинхронных включений и требует меньше времени для осуществления. Он заключается в том, что невозбужденный синхронный генератор разгоняется первичным двигателем до угловой скорости, на 2—3% отличающейся от синхронной. При этом статор генератора подключается к сети, а обмотка возбуждения — к источнику постоянного тока (возбудителю). До подачи напряжения обмотка возбуждения замкнута на сопротивление во избежание перенапряжений, опасных для витко-вой изоляции.

Генератор втягивается в синхронизм под действием реактивного, асинхронного и синхронного моментов, возникающих в генераторе. Реактивный момент возникает в генераторах с явно-полюсным ротором, который увлекается вращающимся полем статора. Включенный в сеть невозбужденный синхронный генератор представляет собой асинхронную машину со скольжением, уменьшающимся под действием асинхронного момента. Если скорость вращения синхронизируемого генератора больше скорости работающих генераторов, то он оказывается в режиме асинхронного генератора и развивает момент, затормаживающий первичный двигатель до синхронной скорости генератора. Если угловая скорость синхронизируемого генератора меньше угловой скорости работающих генераторов, то он работает в режиме асинхронного двигателя и развивает вращающий момент, ускоряющий первичный двигатель до синхронной скорости. По мере уменьшения скольжения уменьшается и асинхронный момент. В этих условиях (если возбуждение уже включено) основным синхронизирующим моментом становится синхронный момент генератора.

Включение невозбужденного синхронного генератора происходит аналогично включению асинхронного короткозамкнутого двигателя и также сопровождается бросками тока статора, равными (5—7)/ном и значительными провалами напряжения в сети. Однако броски тока и провалы напряжения восстанавливаются в течение первой секунды и поэтому не нарушают синхронизации и не оказывают значительного вредного воздействия на работу электроэнергетической системы.

В настоящее время разработан ряд схем самосинхронизации, основанных на применении реле разности частот и обеспечивающих различную степень автоматизации процесса. Однако невозможность синхронизации генератора, работающего под нагрузкой, а также указанные выше недостатки ограничивают применение метода самосинхронизации.

Грубая синхронизация. Грубой синхронизацией называется включение синхронного генератора на параллельную работу без соблюдения условий точной синхронизации, т. е. допускается разность частот синхронизируемых генераторов до 3—4% и практически любое несовпадение фаз и различие напряжений. Поэтому такое включение всегда сопровождается «толчком тока и провалом напряжения. Чтобы уменьшить их, включение производят через реактор, который после синхронизации шунтируется или отключается.

Одна из схем грубой синхронизации представлена на рис. 4. После пуска первичного двигателя, достижения им номинальной скорости вращения и готовности к приему нагрузки замыкается контакт КР1 (или КР2) контактора реактора, включая синхронизируемый генератор на шины ГРЩ через реактор Р.

Рис. 4. Схема грубой синхрониза ции синхронных генераторов.

В зависимости от характера выполняемых операций все три вида синхронизации подразделяются на ручную, полуавтоматическую и автоматическую. При ручной синхронизации все операции по выполнению условий синхронизации и включению генератора на шины ГРЩ выполняются обслуживающим персоналом вручную. Полуавтоматическая синхронизация предусматривает такой процесс, в котором оператор подготавливает условия для включения генератора на параллельную работу, а элементы схемы (реле и др.) улавливают момент и производят включение генератора на шины. При автоматической синхронизации подгонка частоты, включение генератора и распределение нагрузки выполняется автоматически без непосредственного вмешательства оператора.

Читайте так же:
Регулировка автоматических подъемных ворот

Параллельная работа генераторов

Параллельная работа генераторовНа 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.

Принципиальная схема параллельной работы генераторов

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.

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

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:

Векторные диаграммы для случаев отклонения от условий точной синхронизации

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

Читайте так же:
Спец ббп 1735 регулировка карбюратора

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.

Векторная диаграмма синхронизации генераторов при неравенстве частот

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.

Тогда можно написать

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:

Кривые 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

Читайте так же:
Автоматическая регулировка частоты вращения

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!

Последствия нарушения условий синхронизации

При включении генератора G2 на параллельную работу в момент включения автомата QF образуется замкнутый контур (см. рис. 22.1), в котором действуют два источника ЭДС, причем векторы и направлены встречно.

Если |Uс|>|Ег|, то в контуре возникает результирующая ЭДС , совпадающая по фазе с большим из векторов. Эта ЭДС вызывает в контуре уравнительный ток , где хс, хг – индуктивные сопротивления обмоток статоров генераторов G1 и G2. Активным сопротивлением этих обмоток можно пренебречь ввиду их малости.

Этот уравнительный ток по отношению к ЭДС DЕ является индуктивным и отстает от нее на 90°. Одновременно вектор отстает по фазе от вектора напряжения на 90° и опережает на тот же угол вектор . Поэтому является индуктивным для генератора с большим напряжением и емкостным для генератора с меньшей ЭДС. Этот ток размагничивает генератор G1 и подмагничивает генератор G2. В итоге действие уравнительного тока приведет к выравниванию напряжений обоих генераторов.

При |Uс|<|Ег| уравнительный ток будет подмагничивать генератор G1 и размагничивать генератор G2.

Таким образом., если |Uс|¹|Ег|, то при включении автомата QF возникает уравнительный ток, который носит реактивный характер, подмагничивая генератор с меньшей ЭДС и размагничивая генератор с большей ЭДС. В результате напряжения на обоих генераторах выравниваются, однако, реактивный уравнительный ток дополнительно нагружает обмотки статора. Т.к. уравнительный ток является индуктивным, то включение будет безударным, без механических толчков на валу генератора.

Нарушение второго условия синхронизации fс¹fг

Если в момент включения на параллельную работу другие два условия выполняются, то само включение будет безударным, однако, вслед за этим возникнет переходный процесс, характер которого определяется частотой скольжения fs=fc-fг.

Так как роторы генераторов вращаются с разными скоростями, то угол сдвига векторов фазных напряжений будет меняться от 0 до 180° и в контуре будет действовать результирующая ЭДС биения , которая будет изменяться от 0 до 2U (где U – амплитудное значение фазного напряжения). Под действием этой ЭДС возникнет ток биения, который по отношению к и будет иметь активную составляющую. Вал приводного двигателя будет испытывать механические толчки, которые могут привести к тому, что не только подключаемый генератор не войдет в синхронизм, но и подключенные могут выпасть из синхронизма.

Таким образом, если fс¹fг, то при соблюдении всех остальных условий включение будет безударным, но затем возникнет переходный процесс, сопровождающийся токами биений и механическими ударами по валу двигателя.

Если разность частот невелика, то после нескольких качаний генератор втянется в синхронизм.

Если разность частот составляет несколько герц, то в результате больших токов биений будут возникать большие динамические усилия (удары) и генератор не втянется в синхронизм, а работающие генераторы могут выпасть из синхронизма.

Читайте так же:
Кресло капелла с изофикс как отрегулировать ремни

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Последствия нарушения условий синхронизации

При включении генератора G2 на параллельную работу в момент включения автомата QF образуется замкнутый контур (см. рис. 14.1), в котором действуют два источника ЭДС, причем векторы и направлены встречно. Образуется результирующая ЭДС, под действием которой в контуре течет реактивный уравнительный ток.

Таким образом., если |Uс|¹|Ег|, то при включении автомата QF возникает уравнительный ток, который носит реактивный характер, подмагничивая генератор с меньшей ЭДС и размагничивая генератор с большей ЭДС. В результате напряжения на обоих генераторах выравниваются, однако, реактивный уравнительный ток дополнительно нагружает обмотки статора. Т.к. уравнительный ток является индуктивным, то включение будет безударным, без механических толчков на валу генератора.

Нарушение второго условия синхронизации fс¹fг

Если в момент включения на параллельную работу другие два условия выполняются, то само включение будет безударным, однако, вслед за этим возникнет переходный процесс, характер которого определяется частотой скольжения fs=fc-fг.

Так как роторы генераторов вращаются с разными скоростями, то угол сдвига векторов фазных напряжений будет меняться от 0 до 180° и в контуре будет действовать результирующая ЭДС биения , которая будет изменяться от 0 до 2U (где U – амплитудное значение фазного напряжения). Под действием этой ЭДС возникнет ток биения, который по отношению к и будет иметь активную составляющую. Вал приводного двигателя будет испытывать механические толчки, которые могут привести к тому, что не только подключаемый генератор не войдет в синхронизм, но и подключенные могут выпасть из синхронизма.

Таким образом, если fс¹fг, то при соблюдении всех остальных условий включение будет безударным, но затем возникнет переходный процесс, сопровождающийся токами биений и механическими ударами по валу двигателя.

Если разность частот невелика, то после нескольких качаний генератор втянется в синхронизм.

Если разность частот составляет несколько герц, то в результате больших токов биений будут возникать большие динамические усилия (удары) и генератор не втянется в синхронизм, а работающие генераторы могут выпасть из синхронизма.

Нарушение третьего условия φ¹0

Если в момент включения автомата φ=180º, то результирующая ЭДС достигнет двойного фазного значения и в контуре (см. рис 22.1) возникнет уравнительный ток, который носит реактивный характер и равен ударному току КЗ одного генератора.

Если опережает , то возникнет результирующая ЭДС , вектор которой построен по правилу параллелограмма (см. рис 14.2). Ток биения , образованный под действием этой ЭДС, отстает от нее на 90° и имеет активную составляющую, направленную согласно с и встречно с . В результате включение генератора G2 сопровождается толчком тормозного характера и генератор после включения переходит в генераторный режим с частичным приемом активной нагрузки.

Рисунок 14.2 – Синхронизация при несовпадении фазных напряжений. а – схема замещения, б – векторная диаграмма.

Если отстает от , то включение сопровождается толчком ускоряющего характера, в результате подключаемый генератор переходит из режима холостого хода в двигательный режим, еще больше нагружая работающий генератор.

Таким образом при φ=180º возникает уравнительный ток реактивного характера, равный ударному току КЗ одного генератора.

Если `Ег опережает `Uc, то включение сопровождается током биения и толчком . После включения подключаемый генератор переходит в генераторный режим с частичным приемом нагрузки.

Если `Ег отстает от `Uc, то включение сопровождается током биения и толчком, в результате которого генератор может перейти в двигательный режим.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector