Синхронные генераторы. Нормальные параметры и допустимые условия работы генераторов.

У синхронных машин различают нормальные и анормальные режимы. Под нормальными понимают такие режимы, которые допускаются продолжительно, без любых ограничений. К ним относятся: работа машин с разной нагрузкой от минимально возможного по технологическим условиям к номинальному; работа с коэффициентами мощности, которые отличаются от номинального; работа при отклонении напряжения на выводах генератора в пределах 5 % номинального; работа при отклонении частоты в сети в пределах 2,5 % номинальной; работа при отклонении температуры охлаждающего среды от номинальной температуры и т.п. Допустимые границы отклонения параметров при таких режимах лимитируются нагреванием разных частей синхронных машин (обмотки статора и ротора, конструктивные элементы и т.д.) и указываются в государственных стандартах и у данных предприятий-производителей. Так, например, предприятиями гарантируется нормальная работа турбогенераторов при отклонении напряжения статора на 5 % от номинальной; при этом продолжительно допустимый ток соответственно меняется на 5 %.

К анормальным относятся режимы работы синхронных машин, которые связаны со значительными аварийными перегрузками или потерей возбуждения, работа с недовозбуждением, асинхронный ход, работа при отказе системы охлаждения, а также при значительных величинах несинусоидальности и несимметрии напряжения в сети.

Асинхронный режим синхронных машин появляется при потере возбуждения (обрыв или шунтирования обмотки возбуждения), а также при выпадении машины из синхронизма, связанному с колебаниями в энергосистеме (короткие замыкания, неповнофазные режимы, резкий сброс или наброска нагрузки и т.п.).

Гидрогенераторы имеют пологую, так называемую “мягкую” асинхронную характеристику, с небольшим за величиной максимальным моментом. Они не допускают продолжительной работы в асинхронном режиме. При появлению такого режима необходимо в зависимости от ситуации, которая появилась, и местных условий или немедленно возобновить возбуждение машины от рабочего или резервного источника возбуждения, или отключить машину от сети.

Турбогенераторы имеют относительно крутую “жесткую” асинхронную характеристику со значительным за величиной максимальным моментом. Поэтому для них по условиям нагрева статора допускается относительно продолжительная (до 30 мин.) работа в асинхронном режиме со сниженной нагрузкой (до 50% от номинального). Нужно отметить, что в асинхронном режиме синхронные машины потребляют значительную реактивную мощность из сети.

Синхронные генераторы являются источниками практически симметричного, синусоидального напряжения. Но они работают параллельно с сетью, в которой отдельные потребители, а также несимметричные режимы работы, которые появляются при эксплуатации, является причиной ухудшения качества напряжения в сети, появление несимметрии и несинусоидности. При этом у синхронных машин появляется дополнительный нагрев обмоток и конструктивных элементов ротора и статора. Допускается продолжительная работа при различия токов фаз не больше чем 10 % для турбогенераторов и не больше 20 % для гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Допустимая несимметрия нагрузки неявнополюсных синхронных машин лимитируется нагревом элементов ротора токами двойной частоты, а в явнополюсных машин допустимой вибрацией. Соответственно допускается продолжительная работа при несимметрии не больше 5 - 10 %. Допустимая продолжительность работы при большей несимметрии оценивается выражением, с: Коэффициент А принимается равным 40 для гидрогенераторов и от 30 до 8 в зависимости от типа охлаждения.

Несинусоидная нагрузка на синхронные машины образовывают мощные выпрямители и преобразовательные установки, электрический транспорт и электропередачи постоянного тока. Допустимость несинусоидной нагрузки лимитируется нагревом обмотки статора и ротора.

Очень опасным для синхронных машин есть отказ в работе системы охлаждения. В этом случае машина должна быть быстро разгруженная или отключенная от сети. В эксплуатационной практике для машин с непосредственным водным охлаждением принятая следующая система сигнализации и защиты от повреждения и отказов системы охлаждения. При снижении затрат воды до 70 % номинального работает предупредительная сигнализация, при снижении затрат воды более чем на 50 % - аварийная сигнализация, и генератор должен быть разгружен за 2 мин., причем после появления аварийного сигнала генератор отключается от сети с гашением поля (за время, которое не превышает 4 мин.).

161. Выбор электрических аппаратов распределительных устройств. Гашение поля.

После аварийного отключения генератора защитой необходимо его развозбудить, т.е. погасить магнитное поле. При этом уменьшается ЭДС генератора, время горения дуги и выгорание обмоток и стали. Гашение поля необходимо не только при аварийных, но и при нормальных отключениях. При разрыве обмотки возбуждения, имеющей большую индуктивность и малую емкость, появляется перенапряжение, которое может привести к пробою изоляции.

Проще всего осуществить гашение поля с помощью активного сопротивления (рис. 2.9).

От действия релейной защиты генератора сначала замыкается контакт 1, подключая к обмотке возбуждения LG сопротивление r, в котором гасится электромагнитная энергия. Затем размыкается контакт 2. При этом контакт 2 не разрывает цепь обмотки LG и не возникает перенапряжения.

Такая схема не обеспечивает быстрого гашения поля (несколько секунд) и применяется только для машин небольшой мощности.

Используются также автоматы гашения поля с дугогасительной решеткой (рис. 2.10). В состав АГП входят:

- обмотка контактора К;

- блок - контакт КК;

- рабочие контакты 1;

- дугогасительные контакты 2;

- дугогасительная решетка 3.

При нормальной работе генератора рабочие 1 и дугогасительные 2 контакты замкнуты, обмотка К имеет замкнутую цепочку, следовательно, контакты КК замкнуты и сопротивление R зашунтировано.

При срабатывании релейной защиты (р.з) цепь обмотки АГП разрывается и контакт КК, размыкаясь, вводит в цепь LGE добавочное сопротивление R, снижая ток возбуждения возбудителя.

Одновременно с этим размыкаются контакты автомата 1 и 2 (сначала рабочие, затем - дугогасительные), дуга втягивается в дугогасительную решетку 3. Энергия обмотки возбуждения поддерживает дугу, т.е. напряжение обмотки разряжается на дугогасительную решетку. При этом время горения дуги составляет не более 0,5 - 1 с.