Paralelná prevádzka generátorov

V elektrárňach je vždy inštalovaných niekoľko turbo alebo hydraulických agregátov, ktoré spolupracujú paralelne na spoločných prípojniciach generátora alebo rázovej vlny.

Výsledkom je, že výrobu elektriny v elektrárňach vyrába niekoľko generátorov pracujúcich paralelne a táto spolupráca má mnoho cenných výhod.

Paralelná prevádzka generátorov:

1. zvyšuje flexibilitu prevádzky zariadení elektrární a rozvodní, uľahčuje preventívnu údržbu generátorov, hlavného zariadenia a príslušných rozvodných zariadení s minimálnou potrebnou rezervou.

2. zvyšuje efektívnosť prevádzky elektrárne, keďže umožňuje najefektívnejšie rozloženie denného harmonogramu zaťaženia medzi bloky, čím sa dosiahne najlepšie využitie elektrickej energie a zvýšenie účinnosti; vo vodných elektrárňach umožňuje maximálne využiť výkon vodného toku v období povodne a v letnom a zimnom období nízkej vody;

3.zvyšuje spoľahlivosť a neprerušovanú prevádzku elektrární a napájanie spotrebiteľov.

Ryža. 1. Schematický diagram paralelnej prevádzky generátorov

Na zvýšenie výroby a zlepšenie distribúcie energie sa mnohé elektrárne kombinujú, aby fungovali paralelne, aby vytvorili výkonné energetické systémy.

V normálnej prevádzke sú generátory pripojené na bežné zbernice (generátor alebo prepätie) a otáčajú sa synchrónne. Ich rotory sa otáčajú rovnakou uhlovou elektrickou rýchlosťou

Pri paralelnej prevádzke musia mať okamžité napätia na svorkách dvoch generátorov rovnakú veľkosť a opačné znamienko.

Pre prepojenie generátora na paralelnú prevádzku s iným generátorom (alebo so sieťou) je potrebné ho zosynchronizovať, t.j. regulovať rýchlosť otáčania a budenia pripojeného generátora v súlade s prevádzkovým.

Generátory pracujúce a zapojené paralelne musia byť vo fáze, to znamená, že majú rovnaké poradie rotácie fáz.

Ako je možné vidieť na obr. 1, pri paralelnej prevádzke sú generátory navzájom spojené, t.j. ich napätia U1 a U2 na spínači budú presne opačné. Vzhľadom na záťaž pracujú generátory v súlade, to znamená, že ich napätia U1 a U2 sa zhodujú. Tieto podmienky paralelnej prevádzky generátorov sú znázornené v diagramoch na obr. 2.

Ryža. 2. Podmienky pre zapnutie generátorov pre paralelnú prevádzku. Napätia generátora sú rovnaké vo veľkosti a opačné vo fáze.

Existujú dva spôsoby synchronizácie generátorov: jemná synchronizácia a hrubá synchronizácia alebo samosynchronizácia.

Podmienky pre presnú synchronizáciu generátorov.

Pri presnej synchronizácii je vybudený generátor pripojený k sieti (zberniciam) cez spínač B (obr. 1) pri dosiahnutí synchronizačných podmienok — rovnosť okamžitých hodnôt ich napätí U1 = U2

Keď generátory pracujú oddelene, ich okamžité fázové napätia budú rovnaké:

Z toho vyplývajú podmienky potrebné na paralelné pripojenie generátorov. Pre zapnuté a spustené generátory sa vyžaduje:

1. rovnosť hodnôt efektívneho napätia U1 = U2

2. rovnosť uhlových frekvencií ω1 = ω2 alebo f1 = f2

3. prispôsobenie napätí vo fáze ψ1 = ψ2 alebo Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Presné splnenie týchto požiadaviek vytvára ideálne podmienky, ktoré sa vyznačujú tým, že v momente zapnutia generátora bude vyrovnávací prúd statora nulový. Treba však poznamenať, že splnenie podmienok pre presnú synchronizáciu vyžaduje starostlivé nastavenie porovnávaných hodnôt napätia, frekvencie a fázových uhlov napätia generátorov.

V tomto smere je prakticky nemožné úplne splniť ideálne podmienky pre synchronizáciu; vykonávajú sa približne s malými odchýlkami. Ak nie je splnená jedna z vyššie uvedených podmienok, pri U2 bude rozdiel napätia pôsobiť na svorky otvoreného komunikačného spínača B:

Ryža. 3. Vektorové diagramy pre prípady odchýlok od podmienok presnej synchronizácie: a — Pracovné napätia generátorov nie sú rovnaké; b — uhlové frekvencie nie sú rovnaké.

Keď je spínač zapnutý, pôsobením tohto potenciálneho rozdielu v obvode bude prúdiť vyrovnávajúci prúd, ktorého periodická zložka bude v počiatočnom okamihu

Zvážte dva prípady odchýlky od presných podmienok synchronizácie zobrazených v diagrame (obr. 3):

1. prevádzkové napätia generátorov U1 a U2 nie sú rovnaké, ostatné podmienky sú splnené;

2. generátory majú rovnaké napätie, ale otáčajú sa rôznymi rýchlosťami, to znamená, že ich uhlové frekvencie ω1 a ω2 nie sú rovnaké a medzi napätiami je fázový nesúlad.

Ako je možné vidieť z diagramu na obr. 3, a, nerovnosť efektívnych hodnôt napätí U1 a U2 spôsobuje výskyt vyrovnávacieho prúdu I ”ur, ktorý bude takmer čisto indukčný, pretože aktívne odpory generátorov a spojovacích vodičov siete sú veľmi malé a sú zanedbané. Tento prúd nevytvára žiadne rázy aktívneho výkonu a teda žiadne mechanické namáhanie v častiach generátora a turbíny. V tomto ohľade, keď sú generátory zapnuté na paralelnú prevádzku, rozdiel v napätí môže byť povolený až do 5-10% av núdzových prípadoch - až do 20%.

Keď sú efektívne hodnoty napätia U1 = U2 rovnaké, ale keď sa uhlové frekvencie líšia Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 alebo Δf = f1 — f2 ≠ 0, vektory napätia generátorov a siete (alebo 2. generátora ) sú posunuté o určitý uhol Θ, ktorý sa časom mení. Napätia generátorov U1 a U2 sa v tomto prípade nebudú vo fáze líšiť o uhol 180 °, ale o uhol 180 ° —Θ (obr. 3, b).

Na svorkách otvoreného spínača B medzi bodmi a a b bude pôsobiť rozdiel napätia ΔU. Rovnako ako v predchádzajúcom prípade je možné prítomnosť napätia zistiť pomocou žiarovky a efektívnu hodnotu tohto napätia zmerať voltmetrom zapojeným medzi body a a b.

Ak je spínač B zatvorený, potom pri pôsobení rozdielu napätia ΔU dôjde k vyrovnávaciemu prúdu I “, ktorý bude vo vzťahu k U2 takmer čisto aktívny a keď sú generátory zapnuté paralelne, spôsobí otrasy a mechanické napätia v hriadeľoch a iných častiach generátora a turbíny.

Pri ω1 ≠ ω2 je synchronizácia úplne uspokojivá, ak je sklz s0 <0, l% a uhol Θ ≥ 10°.

V dôsledku zotrvačnosti regulátorov turbíny nie je možné dosiahnuť dlhodobú rovnosť uhlových frekvencií ω1 = ω2 a uhla Θ medzi napäťovými vektormi, charakterizujúcimi vzájomnú polohu vinutia statora a rotora generátorov, nezostáva konštantný, ale neustále sa mení; jeho okamžitá hodnota bude Θ = Δωt.

Na vektorovom diagrame (obr. 4) bude posledná okolnosť vyjadrená v tom, že so zmenou fázového uhla medzi napäťovými vektormi U1 a U2 sa zmení aj ΔU. Rozdiel napätia ΔU sa v tomto prípade nazýva rázové napätie.

Ryža. 4. Vektorový diagram synchronizácie generátora s frekvenčnou nerovnosťou.

Okamžitá hodnota hodinových napätí Δu je rozdiel medzi okamžitými hodnotami napätí u1 a u2 generátorov (obr. 5).

Predpokladajme, že sa dosiahne rovnosť efektívnych hodnôt U1 = U2, fázové uhly referenčného času ψ1 a ψ2 sú tiež rovnaké.

Potom môžete písať

Krivka šokového napätia je znázornená na obr. 5.

Napätie rytmu sa harmonicky mení s frekvenciou rovnajúcou sa polovici súčtu porovnávaných frekvencií a s amplitúdou, ktorá sa mení s časom v závislosti od fázového uhla Θ:

Z vektorového diagramu na obr.4, pre určitú špecifikovanú hodnotu uhla Θ možno nájsť efektívnu hodnotu rázového napätia:

Ryža. 5. Krivky prekonávania stresu.

Ak vezmeme do úvahy zmenu uhla Θ v priebehu času, je možné napísať výraz pre plášť z hľadiska amplitúd rázového napätia, ktorý udáva zmenu amplitúd napätia v čase (bodkovaná krivka na obr. 5, b ):

Ako je možné vidieť z vektorového diagramu na obr. 4 a poslednej rovnice sa amplitúda rázového napätia ΔU mení od 0 do 2 um. Najväčšia hodnota ΔU bude v momente, keď sa vektory napätia U1 a U2 (obr. 4) zhodujú vo fáze a uhle Θ = π, a najmenšia — keď sa tieto napätia vo fáze líšia o 180 ° a uhol Θ = 0. Perióda rytmickej krivky sa rovná

Keď je generátor pripojený na paralelnú prevádzku s výkonným systémom, hodnota xc systému je malá a možno ju zanedbať (xc ≈ 0), potom vyrovnávací prúd

a nábehový prúd

V prípade nepriaznivého zapnutia pri prúde Θ = π môže rázový prúd v statorovom vinutí zapnutého generátora dosiahnuť dvojnásobok hodnoty rázového napätia trojfázového skratu svoriek generátora.

Aktívna zložka vyrovnávacieho prúdu, ako je možné vidieť z vektorového diagramu na obr. 4 sa rovná