Paralelní provoz generátorů

V elektrárnách je vždy instalováno více turbo nebo hydraulických agregátů, které spolupracují paralelně na společných přípojnicích generátoru nebo rázů.

V důsledku toho je výroba elektřiny v elektrárnách vyráběna několika paralelně pracujícími generátory a tato spolupráce má mnoho cenných výhod.

Paralelní provoz generátorů:

1. zvyšuje flexibilitu provozu zařízení elektráren a rozvoden, usnadňuje preventivní údržbu generátorů, hlavního zařízení a odpovídajících rozvodných zařízení s minimem nutné rezervy.

2. zvyšuje efektivitu provozu elektrárny, neboť umožňuje nejefektivnější rozložení denního rozvrhu zatížení mezi bloky, čímž je dosaženo nejlepšího využití elektrické energie a zvýšení účinnosti; ve vodních elektrárnách umožňuje maximálně využít sílu vodního toku v období povodní a v období letních a zimních nízkých vod;

3.zvyšuje spolehlivost a nepřetržitý provoz elektráren a napájení spotřebitelů.

Rýže. 1. Schematické schéma paralelního provozu generátorů

Pro zvýšení výroby a zlepšení distribuce energie je mnoho elektráren kombinováno tak, aby fungovaly paralelně a vytvořily tak výkonné energetické systémy.

V běžném provozu jsou generátory připojeny na společné sběrnice (generátor nebo přepětí) a otáčejí se synchronně. Jejich rotory se otáčejí stejnou úhlovou elektrickou rychlostí

Při paralelním provozu musí být okamžitá napětí na svorkách dvou generátorů stejná ve velikosti a opačném znaménku.

Pro připojení generátoru pro paralelní provoz s jiným generátorem (nebo se sítí) je nutné jej synchronizovat, tj. regulovat otáčky a buzení připojeného generátoru v souladu s provozním.

Generátory pracující a připojené paralelně musí být ve fázi, to znamená, že mají stejné pořadí rotace fáze.

Jak je patrné z Obr. 1, při paralelním provozu jsou generátory vzájemně propojeny, to znamená, že jejich napětí U1 a U2 na spínači budou přesně opačná. S ohledem na zátěž pracují generátory v souladu, to znamená, že jejich napětí U1 a U2 se shodují. Tyto podmínky paralelního provozu generátorů jsou znázorněny ve schématech na Obr. 2.

Rýže. 2. Podmínky pro zapnutí generátorů pro paralelní provoz. Napětí generátoru mají stejnou velikost a opačné fáze.

Existují dva způsoby synchronizace generátorů: jemná synchronizace a hrubá synchronizace nebo autosynchronizace.

Podmínky pro přesnou synchronizaci generátorů.

Při přesné synchronizaci je buzený generátor připojen k síti (sběrnicím) přes přepínač B (obr. 1) při dosažení synchronizačních podmínek — rovnost okamžitých hodnot jejich napětí U1 = U2

Když generátory pracují samostatně, jejich okamžitá fázová napětí se budou rovnat, resp.

Z toho vyplývají podmínky nutné pro paralelní zapojení generátorů. Pro zapnuté a spuštěné generátory je nutné:

1. rovnost hodnot efektivního napětí U1 = U2

2. rovnost úhlových frekvencí ω1 = ω2 nebo f1 = f2

3. přizpůsobení napětí ve fázi ψ1 = ψ2 nebo Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Přesné splnění těchto požadavků vytváří ideální podmínky, které se vyznačují tím, že v okamžiku zapnutí generátoru bude vyrovnávací proud statoru nulový. Nutno však podotknout, že splnění podmínek pro přesnou synchronizaci vyžaduje pečlivé seřízení porovnávaných hodnot napětí, frekvence a fázových úhlů napětí generátorů.

V tomto ohledu je prakticky nemožné plně naplnit ideální podmínky pro synchronizaci; jsou prováděny přibližně s malými odchylkami. Pokud není splněna jedna z výše uvedených podmínek, když U2, rozdíl napětí bude působit na svorky otevřeného komunikačního spínače B:

Rýže. 3. Vektorové diagramy pro případy odchylky od podmínek přesné synchronizace: a — Pracovní napětí generátorů nejsou stejná; b – úhlové frekvence nejsou stejné.

Když je spínač zapnutý, při působení tohoto rozdílu potenciálů v obvodu poteče vyrovnávací proud, jehož periodická složka bude v počátečním okamžiku

Uvažujme dva případy odchylky od přesných podmínek synchronizace zobrazených v diagramu (obr. 3):

1. provozní napětí generátorů U1 a U2 nejsou stejná, ostatní podmínky jsou splněny;

2. generátory mají stejné napětí, ale otáčejí se různými rychlostmi, to znamená, že jejich úhlové frekvence ω1 a ω2 nejsou stejné a mezi napětími je fázový nesoulad.

Jak je vidět z diagramu na obr. 3, a, nerovnost efektivních hodnot napětí U1 a U2 způsobuje vzhled vyrovnávacího proudu I ”ur, který bude téměř čistě indukční, protože aktivní odpory generátorů a spojovacích vodičů síť je velmi malá a zanedbaná. Tento proud nevytváří žádné rázy činného výkonu, a tudíž žádné mechanické namáhání v částech generátoru a turbíny. V tomto ohledu, když jsou generátory zapnuty pro paralelní provoz, může být povolen rozdíl v napětí až 5-10% a v nouzových případech - až 20%.

Když jsou efektivní hodnoty napětí U1 = U2 stejné, ale když se úhlové frekvence liší Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 nebo Δf = f1 — f2 ≠ 0, vektory napětí generátorů a sítě (nebo 2. generátoru ) jsou posunuty o určitý úhel Θ, který se v čase mění. Napětí generátorů U1 a U2 se v tomto případě nebudou ve fázi lišit o úhel 180 °, ale o úhel 180 ° —Θ (obr. 3, b).

Na svorkách rozpojeného spínače B mezi body a a b bude působit rozdíl napětí ΔU. Stejně jako v předchozím případě lze přítomnost napětí detekovat pomocí žárovky a efektivní hodnotu tohoto napětí lze měřit voltmetrem zapojeným mezi body a a b.

Pokud je spínač B sepnutý, pak při působení rozdílu napětí ΔU vzniká vyrovnávací proud I “, který bude ve vztahu k U2 téměř čistě aktivní a při paralelním zapnutí generátorů způsobí rázy a mechanické napětí v hřídelích a dalších částech generátoru a turbíny.

Při ω1 ≠ ω2 je synchronizace zcela vyhovující, pokud je skluz s0 <0, l% a úhel Θ ≥ 10°.

Vzhledem k setrvačnosti turbínových regulátorů nelze dosáhnout dlouhodobé rovnosti úhlových frekvencí ω1 = ω2 a úhlu Θ mezi napěťovými vektory, charakterizujícími vzájemnou polohu vinutí statoru a rotoru generátorů, nezůstává konstantní, ale neustále se mění; jeho okamžitá hodnota bude Θ = Δωt.

Na vektorovém diagramu (obr. 4) bude poslední okolnost vyjádřena v tom, že se změnou fázového úhlu mezi napěťovými vektory U1 a U2 se změní i ΔU. Rozdíl napětí ΔU se v tomto případě nazývá rázové napětí.

Rýže. 4. Vektorový diagram synchronizace generátoru s frekvenční nerovností.

Okamžitá hodnota hodinových napětí Δu je rozdíl mezi okamžitými hodnotami napětí u1 a u2 generátorů (obr. 5).

Předpokládejme, že je dosaženo rovnosti efektivních hodnot U1 = U2, fázové úhly referenčního času ψ1 a ψ2 jsou také stejné.

Pak můžete psát

Křivka rázového napětí je na Obr. 5.

Napětí rytmu se mění harmonicky s frekvencí rovnou polovině součtu porovnávaných frekvencí a s amplitudou, která se mění s časem v závislosti na fázovém úhlu Θ:

Z vektorového diagramu na obr.4, pro určitou zadanou hodnotu úhlu Θ lze zjistit efektivní hodnotu rázového napětí:

Rýže. 5. Křivky překonávání stresu.

Vezmeme-li v úvahu změnu úhlu Θ v čase, je možné napsat výraz pro plášť z hlediska amplitud rázového napětí, který udává změnu amplitud napětí v čase (tečkovaná křivka na obr. 5, b ):

Jak je vidět z vektorového diagramu na obr. 4 a poslední rovnice se amplituda rázového napětí ΔU mění od 0 do 2 Um. Největší hodnota ΔU bude v okamžiku, kdy se vektory napětí U1 a U2 (obr. 4) shodují ve fázi a úhlu Θ = π, a nejmenší — když se tato napětí ve fázi liší o 180 ° a úhel Θ = 0. Perioda rytmické křivky se rovná

Když je generátor připojen pro paralelní provoz s výkonným systémem, hodnota xc systému je malá a lze ji zanedbat (xc ≈ 0), pak vyrovnávací proud

a náběhový proud

V případě nepříznivého zapnutí při proudu Θ = π může rázový proud ve vinutí statoru zapnutého generátoru dosáhnout dvojnásobku hodnoty rázového napětí třífázového zkratu svorek generátoru.

Aktivní složka vyrovnávacího proudu, jak je patrné z vektorového diagramu na Obr. 4 se rovná