Выбор способа синхронизации

 

Синхронные генераторы включаются на параллельную работу способом точной синхронизации.

При этом, необходимо, чтобы в момент его включения были выполнены следующие условия:

– равенство действующих значений напряжений подключаемого генератора и сети.

– равенство частот напряжения генератора и сети.

– совпадение фаз одноименных напряжений генератора и сети.

Не соблюдение хотя бы одного из указанных условий при точной синхронизации приводит к большим толчкам тока, опасным не только для подключаемого генератора, но и для устойчивой работы энергосистемы.

 

 

а – векторная диаграмма при   б – векторная диаграмма при

При нарушении сформулированных выше условий точной синхронизации возможны три случая:

1 – векторы фазных напряжений генератора  и энергосистемы  не равны по значению, но совпадают по фазе и изменяются во времени с одинаковой частотой:   f_r=f _c

2 –векторы фазных напряжений разошлись по фазе на некоторый угол :   f_r=f_c

3-генератор вращается с разными угловыми скоростями: f_r f_c

В двух первых случаях в момент включения генератора появляется разность напряжений , которая обусловит протекание уравнительного тока. Уравнительный ток возникает и в третьем случае сразу же в момент включения генератора (если ) или спустя время, когда векторы напряжения разойдутся на некоторый угол:

 

 

Где:   и X"_d – значения э.д.с. и сопротивления генератора в момент включения,

Х_с – сопротивление энергосистемы, которое обычно невелико и может не учитываться в расчете.

Ток  имеет индуктивный характер по отношению к , так как активные сопротивления генератора и энергосистемы незначительны.

В первом из рассматриваемых случаев уравнительный ток сохраняет реактивный характер по отношению к   вследствие чего он не вызывает механические перегрузки на валу генератора_. Разность напряжений при включении генератора в сеть допускают равной 5–10%номинального напряжения, вследствие чего опасных перегрузок генератора по току не возникает.

Во втором случае рисунок (б) уравнительный ток по отношению к   имеет значительную активную составляющую. Вектор   опережает вектор , поэтому активная составляющая уравнительного тока  создает вращающий момент, направленный на торможение ротора генератора. Если бы вектор напряжения отставал от вектора , то активная составляющая уравнительного тока создавала бы момент, ускоряющий ротор. Включение генератора в этом случае сопровождается значительными толчками нагрузки на его вал, что может повлечь за собой серьезные механические повреждения агрегата. Во избежание этого угол расхождения векторов напряжения синхронизируемых источников в момент включения не должен превышать 10 – 20 электрических Град.

В третьем случае, когда угол  непрерывно изменяется, изменяется и разность напряжений ,которую называют напряжением биения. Напряжение биения изменяется от 0 до  и частотой, равной полусумме частот напряжений синхронизируемых источников. Огибающая, проведенная через амплитуды напряжения биения, имеет частоту, равную полуразность частот генератора и системы.

 

 

Таким образом, при неравенстве частот всегда существует опасность включения в неблагоприятный момент при значительной величине . Кроме того, при большой разности частот машина может не втянуться в синхронизм. Это заставляет ограничивать допустимую разность частот при включении до значения 0,1%.

Наибольший уравнительный ток возникает при угле  = 180 эл. град. Если предположить, что генератор включается на параллельную работу с мощной энергосистемой , то

 

 

При этом ток в два раза больше тока трехфазного к. з. на выводах генератора. Такой ток опасен как в отношении нагрева обмоток, так и вследствие электродинамических усилий между проводниками, особенно в лобовых частях обмотки статора.

Итак, включение возбужденного генератора на параллельную работу с другими генераторами при несоблюдении условий точной синхронизации может повлечь за собой тяжелые повреждения машины.

Приближение частоты вращения генератора к синхронной и плавное регулирование е осуществляется воздействием на регуляторы частоты вращения первичных двигателей (паровых или гидротурбин). Изменение напряжения подключаемого генератора осуществляется путем воздействия на уменьшение или увеличение тока в обмотке возбуждения.

Визуальный контроль за выполнением условий точной синхронизации производится с помощью двух вольтметров (контроль равенства напряжений генератора и сети), двух частотомеров, один из которых показывает частоту сети, другой – частоту подключаемого генератора, а также с помощью специального прибора – синхроноскопа, который дает возможность контролировать совпадение векторов напряжения одноименных фаз. Эти приборы входят в состав так называемых щитков или колонок синхронизации и имеются на всех электростанциях.

Схема включения измерительных приборов колонки синхронизации

 

При точной синхронизации момент подачи импульса на включение определяется по стрелке синхроноскопа, которая вращается с угловой скоростью скольжения (разности частот). Воздействуя на регуляторы скорости первичного двигателя, добиваются уравнивания частот, так чтобы стрелка синхроноскопа делала не более одного оборота за 20 с. На шкале синхроноскопа нанесена черта, соответствующая совпадению напряжений по фазе. Импульсы на включение выключателя генератора следует подавать в момент, когда стрелка синхроноскопа немного не дошла до черты, так как необходимо учесть собственное время включения выключателя.

Точная синхронизация может быть ручной и автоматической.

Недостатки способа точной синхронизации являются сложность и длительность процесса, особенно в условиях аварийного режима работы энергосистемы, сопровождающегося колебаниями частоты и напряжения, необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала, возможность тяжелых аварий при нарушении условий синхронизации.