Способи синхронізації гідрогенераторів і області їх застосування

Включення синхронних генераторів на паралельну роботу здійснюється способами точної синхронізації і самосинхронізації. При точній синхронізації генератор включається в мережу у збудженому стані за наступних умов:

• рівність амплітуд напруги генератора, що підключається, і мережі;
• збіг фаз цієї напруги;
• рівність частот генератора і мережі.

Дотримання цих умов забезпечує синхронізацію генератора без зрівняльних струмів між генератором і мережею і зміни балансу активній потужності в енергетичній системі.

У нормальному режимі при стабільній частоті і напрузі мережі час синхронізації складає 1 - 2 хв., у аварійних же умовах, коли напруга і частота мережі можуть значно і достатньо швидко змінюватися в часі, процес точної автоматичної синхронізації затягується до 5 хв. і більше. У експлуатації відомі навіть випадки відмови в роботі апаратури точної синхронізації в аварійних режимах у зв'язку із значним пониженням і коливаннями напруги і частоти в енергосистемі. Апаратура точної автоматичної синхронізації повинна діяти вельми надійно, оскільки при неправильно вибраному моменті включення генератора в мережу можуть виникнути небезпечні для нього поштовхи зрівняльного струму і активної потужності.

При неспівпаданні векторів напруги генератора, що синхронізується, і мережі по фазі величина ударного струму включення може бути приблизно визначена з рівняння:

 

де і _уд - амплітуда ударного струму при несинхронному включенні генератора;

Δ Е - геометрична різниця між подовжньою ЕРС генератора до напругою

мережі  - надперехідний індуктивний опір генератора по подовжній

осі;

х _С - еквівалентний індуктивний опір системи.

 

При рівності ЕРС генератора і напрузі в мережі рівняння може бути написане у вигляді:

 

де δ_С - кут між векторами ЕРС генератора та напруги мережі у момент включення генератора в мережу. При δ_С=180⁰ і х _С=0 ударний струм несинхронного включення досягає максимального значення:

Такий струм генератора може викликати пошкодження його обмоток, оскільки останні на цю величину заводами не розраховуються.

При неспівпаданні фаз напруги мережі і генератора у момент включення зрівняльний струм містить активну складову, яка викликає появу значних зусиль на валу агрегату. Недотримання при синхронізації умови рівності частот генератора і мережі може також викликати небажані наслідки, оскільки генератор, включений в мережу з ковзанням, втягується в синхронізм з гойданнями ротора щодо поля статора і поштовхами струму і активної потужності. У випадку, якщо ковзання у момент включення генератора буде більше 3-5%, осі ротора і поля статора по куту можуть розійтися на 180 ел. град. і генератор почне працювати в асинхронному режимі. Це небезпечно для гідроагрегату із-за великих механічних поштовхів в роторі і статорі.

Самосинхронізація генераторів здійснюється при погашеному полі збудження, у зв'язку з чим відпадає необхідність дотримання умов точної синхронізації.

При самосинхронізації машина в незбудженому стані розвертається до швидкості обертання, близької до синхронної; при деякому прискоренні і ковзанні генератора щодо мережі включається його вимикач, після чого генератор збуджується і втягується в синхронізм під впливом моментів, що виникають в самому генераторі. Таким чином, автоматична самосинхронізація гідрогенераторів може бути здійснена швидко як при нормальному режимі роботи енергосистеми, так і при аварійному із зниженою частотою і напругою.

Характерною особливістю самосинхронізації є відносно великі поштовхи струму і реактивної потужності у момент включення генератора в мережу і можливість появи поштовхів активної потужності в процесі втягування генератора в синхронізм.