Параллельная работа сг. Необходимые условия для включения сг на параллельную работу

Особенности работы генератора на сеть большой мощности. Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхрон­ных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции (при ограниченной мощности каждого из установленных на ней генераторов), повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов. Электрические станции, в свою очередь, объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы, позволяющие наилучшим образом решать задачу производства и распределения электрической энергии. Таким образом, для синхронной машины, установленной на электрической станции или на каком-либо объекте, подключенном к энергосистеме, типичным является режим работы на сеть большой мощности, по сравнению с которой собственная мощность генератора является очень малой. В этом случае с большой степенью точности можно принять, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности т. е. что напряжение сети U _c и ее частота f _c являются постоянными, не зависящими от нагрузки данного генератора.

Включение генератора на параллельную работу с сетью. В рассматриваемом режиме необходимо обеспечить возможно меньший бросок тока в момент присоединения генератора к сети. В противном случае возможны срабатывание защиты поломка генератора или первичного двигателя.

Ток в момент подключения генератора к сети будет равен нулю, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети u _с и генератора и _г:

(6.27)

U_cm sin (ω_ct - α_с) = U _{г m} sin (ω _г - α _г ).

На практике выполнение условия (6.27) сводится к выполнению трех равенств: значений напряжений сети и генератора U _cm = U _гm или U _c = U _г; частот ω _c = ω _г или f _с = f _г; их начальных фаз α _с = α _г (совпадение по фазе векторов Ú _c и Ú _г). Кроме того, для трехфазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.

Совокупность операций, проводимых при подключении генератора к сети, называют синхронизацией. Практически при синхронизации генератора сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот f_с ≈ f _га затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжения U _c = U _г. Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (α_с = α_г) контролируется специальными приборами — ламповым и стрелочными синхроноскопами.

Ламповые синхроноскопы применяют для синхронизации генераторов малой мощности, поэтому обычно их используют в лабораторной практике. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети (рис. 6.32, а). На каждую лампу действует напряжение Δ u = u _с — u _г , которое при f _с ≠ f _г изменяется с частотой Δ f = f _c - f _г, называемой частотой биений (рис. 6.32,б). В этом случае лампы мигают. При f _с ≈ f _г разность Δ и изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают.

Рис. 6.32. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа (а) и кривые изменения напряжений и _с и и _гперед включением генератора (б)

Обычно генератор подключают к сети в тот момент, когда разность напряжений Δ u на короткое время становится близкой нулю, т. е. в середине периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов Ú _c и Ú _г. Для более точного определения этого момента часто применяют нулевой вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля. После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты его вращения, т. е. обеспечение условия n ₂ = n ₁, происходит автоматически.

Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при f _с ≠ f _г стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности. частот f _с - f _г, в одну или другую сторону в зависимости от того, какая из этих частот больше. При f _с = f _г стрелка устанавливается на нуль; в этот момент и следует подключать генератор к сети. На электрических станциях обычно используют автоматические приборы для синхронизации генераторов без участия обслуживающего персонала.

Довольно часто применяют метод самосинхронизации, при котором генератор подключают к сети при отсутствии возбуждения (обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление). При этом ротор разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной (допускается скольжение до 2%), за счет вращающего момента первичного двигателя и асинхронного момента, обусловленного индуцированием тока

Рис. 6.33. Упрощенные векторные диаграммы неявнополюсного генератора при параллельной работе с сетью

в демпферной обмотке. После этого в обмотку возбуждения подают постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. При методе самосинхронизации в момент включения генератора возникает сравнительно большой бросок тока, который не должен превышать 3,5 I _{a ном}.

Синхронный компенсатор

Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без нагрузки на валу; при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения cos φ или в режиме стабилизации напряжения.

Обычно электрическая сеть, питающая электроэнергией промышленные предприятия, нагружена током I _н, отстающим по фазе от напряжения сети U _c (рис. 6.55, а). Это объясняется тем, что от сети получают питание асинхронные двигатели, у которых реактивная составляющая тока довольно велика. Для улучшения cos φ сети синхронный компенсатор должен работать в режиме перевозбуждения. При этом ток возбуждения регулируется так, чтобы ток якоря Í_а синхронного компенсатора опережал на 90° напряжение сети Ú _c (рис. 6.55, а) и был примерно равен реактивной составляющей Í _н.р тока нагрузки Í _н. В результате сеть загружается только активным током нагрузки Í _с = Í _н.а.

При работе в режиме стабилизации напряжения ток возбуждения синхронного компенсатора устанавливается постоянным, причем такого значения, чтобы ЭДС компенсатора Е ₀ равнялась номинальному напряжению сети U _c.ном (рис. 6.55, б). В сети при этом имеется некоторый ток I _н, создающий падение напряжения Δ U ≈ I _н R _c cos φ + I _н X _c sin φ, где R _c и Х _с — активное и индуктивное сопротивление сети; φ — угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока сети.

Рис. 6.55. Векторные диаграммы синхронного компенсатора: а — в режиме улучшения cos φ сети; б, в, г — в режиме стабилизации напряжения

Если напряжение сети в точке подключения синхронного компенсатора несколько понижается из-за возрастания тока нагрузки I _н и становится меньше U _с.ном, то синхронный компенсатор начинает забирать из сети реактивный опережающий ток Í _а (рис. 6.55, в). Это уменьшает падение напряжения в ней на величину Δ U _к = I _a X _c. При повышении напряжения в сети, когда U _c > U _с.ном, синхронный компенсатор загружает сеть реактивным отстающим током Í _а(рис. 6.55, г), что приводит к увеличению падения напряжения на величину Δ U _к = I _a X _c. При достаточной мощности синхронного компенсатора колебания напряжения в сети не превышают 0,5 —1,0 %. Недостатком указанного метода стабилизации напряжения является то, что синхронный компенсатор загружает линию реактивным током, увеличивая потери в ней.