Funcționarea în paralel a generatoarelor

În centralele electrice sunt întotdeauna instalate mai multe unități turbo sau hidraulice, care lucrează împreună în paralel pe barele comune ale generatorului sau supratensiunii.

Ca urmare, producția de energie electrică în centralele electrice este produsă de mai mulți generatori care lucrează în paralel, iar această cooperare are multe avantaje valoroase.

Funcționarea în paralel a generatoarelor:

1. mărește flexibilitatea funcționării echipamentelor centralelor și stațiilor electrice, facilitează întreținerea preventivă a generatoarelor, a echipamentelor principale și a dispozitivelor de distribuție corespunzătoare cu un minim din rezerva necesară.

2. crește eficiența funcționării centralei electrice, deoarece permite repartizarea cât mai eficientă a programului zilnic de încărcare între unități, obținând astfel cea mai bună utilizare a energiei electrice și creșterea eficienței; în hidrocentrale, face posibilă folosirea la maximum a puterii debitului de apă în perioada de viitură și în perioadele de apă scăzută de vară și iarnă;

3.crește fiabilitatea și funcționarea neîntreruptă a centralelor electrice și alimentarea cu energie a consumatorilor.

Orez. 1. Schema schematică a funcționării în paralel a generatoarelor

Pentru a crește producția și a îmbunătăți distribuția energiei, multe centrale electrice sunt combinate pentru a funcționa în paralel pentru a forma sisteme de putere puternice.

În funcționare normală, generatoarele sunt conectate la magistralele comune (generator sau supratensiune) și se rotesc sincron. Rotoarele lor se rotesc cu aceeași viteză electrică unghiulară

În funcționare în paralel, tensiunile instantanee la bornele celor două generatoare trebuie să fie egale ca mărime și cu semn opus.

Pentru a conecta generatorul pentru funcționare în paralel cu un alt generator (sau cu rețeaua), este necesar să îl sincronizați, adică să reglați viteza de rotație și excitația generatorului conectat în conformitate cu cel de funcționare.

Generatoarele care funcționează și conectate în paralel trebuie să fie în fază, adică să aibă aceeași ordine de rotație a fazelor.

După cum se poate observa din fig. 1, în funcționare în paralel, generatoarele sunt conectate unul la celălalt unul față de celălalt, adică tensiunile lor U1 și U2 pe comutator vor fi exact opuse. În ceea ce privește sarcina, generatoarele funcționează în conformitate, adică tensiunile lor U1 și U2 se potrivesc. Aceste condiții de funcționare în paralel a generatoarelor sunt reflectate în diagramele din fig. 2.

Orez. 2. Condiții de pornire a generatoarelor pentru funcționare în paralel. Tensiunile generatorului sunt egale ca mărime și opuse ca fază.

Există două metode de sincronizare a generatoarelor: sincronizare fină și sincronizare grosieră sau auto-sincronizare.

Condiții pentru sincronizarea exactă a generatoarelor.

Cu o sincronizare precisă, generatorul excitat este conectat la rețea (autobuze) prin comutatorul B (Fig. 1) la atingerea condițiilor de sincronizare - egalitatea valorilor instantanee ale tensiunilor lor U1 = U2

Când generatoarele funcționează separat, tensiunile lor instantanee de fază vor fi egale, respectiv:

Aceasta implică condițiile necesare pentru conectarea în paralel a generatoarelor. Pentru generatoarele pornite și în funcțiune, este necesar:

1. egalitatea valorilor tensiunii efective U1 = U2

2. egalitatea frecvenţelor unghiulare ω1 = ω2 sau f1 = f2

3. potrivirea tensiunilor în fază ψ1 = ψ2 sau Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Îndeplinirea exactă a acestor cerințe creează condiții ideale, care se caracterizează prin faptul că în momentul pornirii generatorului, curentul de egalizare a statorului va fi zero. Trebuie remarcat, totuși, că îndeplinirea condițiilor pentru sincronizarea exactă necesită o ajustare atentă a valorilor comparate ale tensiunii, frecvenței și unghiurilor de fază ale tensiunii generatoarelor.

În acest sens, este practic imposibil să se îndeplinească pe deplin condițiile ideale pentru sincronizare; se efectuează aproximativ, cu unele uşoare abateri. Dacă una dintre condițiile de mai sus nu este îndeplinită, atunci când U2, diferența de tensiune va acționa asupra bornelor comutatorului de comunicație deschis B:

Orez. 3. Diagrame vectoriale pentru cazurile de abatere de la condiţiile de sincronizare exactă: a — Tensiunile de lucru ale generatoarelor nu sunt egale; b — frecvențele unghiulare nu sunt egale.

Când întrerupătorul este pornit, sub acțiunea acestei diferențe de potențial în circuit va curge un curent de egalizare, a cărui componentă periodică la momentul inițial va fi

Luați în considerare două cazuri de abatere de la condițiile exacte de sincronizare prezentate în diagramă (Fig. 3):

1. tensiunile de funcționare ale generatoarelor U1 și U2 nu sunt egale, celelalte condiții sunt îndeplinite;

2. generatoarele au aceeași tensiune dar se rotesc cu viteze diferite, adică frecvențele lor unghiulare ω1 și ω2 nu sunt egale și există o nepotrivire de fază între tensiuni.

După cum se poate observa din diagrama din fig. 3, a, inegalitatea valorilor efective ale tensiunilor U1 și U2 determină apariția unui curent de egalizare I ”ur, care va fi aproape pur inductiv, deoarece rezistențele active ale generatoarelor și firelor de conectare ale retelele sunt foarte mici si sunt neglijate. Acest curent nu creează supratensiuni de putere activă și, prin urmare, nu creează solicitări mecanice în piesele generatorului și turbinei. În acest sens, atunci când generatoarele sunt pornite pentru funcționare în paralel, diferența de tensiune poate fi permisă până la 5-10%, iar în cazuri de urgență - până la 20%.

Când valorile efective ale tensiunii U1 = U2 sunt egale, dar când frecvențele unghiulare diferă Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 sau Δf = f1 — f2 ≠ 0, vectorii de tensiune ai generatoarelor și rețelei (sau ai celui de-al doilea generator ) sunt deplasate cu un anumit unghi Θ care se modifică în timp. Tensiunile generatoarelor U1 și U2 în acest caz vor diferi în fază nu cu un unghi de 180 °, ci cu un unghi de 180 ° —Θ (Fig. 3, b).

La bornele comutatorului deschis B, intre punctele a si b, va actiona diferenta de tensiune ΔU. Ca și în cazul precedent, prezența tensiunii poate fi detectată cu ajutorul unui bec, iar valoarea rms a acestei tensiuni poate fi măsurată cu un voltmetru conectat între punctele a și b.

Dacă comutatorul B este închis, atunci sub acțiunea diferenței de tensiune ΔU are loc un curent de egalizare I ” care în raport cu U2 va fi aproape pur activ și, atunci când generatoarele sunt pornite în paralel, va provoca șocuri și tensiuni în arbori și alte părți ale generatorului și turbinei.

La ω1 ≠ ω2, sincronizarea este complet satisfăcătoare dacă alunecarea este s0 <0, l% și unghiul Θ ≥ 10 °.

Datorită inerției regulatoarelor turbinei, este imposibil să se realizeze o egalitate pe termen lung a frecvențelor unghiulare ω1 = ω2 și unghiului Θ dintre vectorii de tensiune, care caracterizează poziția relativă a înfășurărilor statorului și rotorului generatoarelor, nu rămâne constantă, ci se modifică continuu; valoarea sa instantanee va fi Θ = Δωt.

Pe diagrama vectorială (Fig. 4), ultima împrejurare va fi exprimată în faptul că, odată cu modificarea unghiului de fază între vectorii de tensiune U1 și U2, se va modifica și ΔU. Diferența de tensiune ΔU în acest caz se numește tensiune de șoc.

Orez. 4. Diagrama vectorială a sincronizării generatorului cu inegalitatea de frecvență.

Valoarea instantanee a tensiunilor de ceas Δu este diferența dintre valorile instantanee ale tensiunilor u1 și u2 ale generatoarelor (Fig. 5).

Să presupunem că se realizează egalitatea valorilor efective U1 = U2, unghiurile de fază ale timpului de referință ψ1 și ψ2 sunt de asemenea egale.

Atunci poți scrie

Curba tensiunii de șoc este prezentată în Fig. 5.

Tensiunea de ritm se modifică armonic cu o frecvență egală cu jumătate din suma frecvențelor comparate și cu o amplitudine care variază în timp în funcție de unghiul de fază Θ:

Din diagrama vectorială din fig.4, pentru o anumită valoare specificată a unghiului Θ, valoarea efectivă a tensiunii de impact poate fi găsită:

Orez. 5. Curbe de depășire a stresului.

Luând în considerare modificarea unghiului Θ în timp, este posibil să se scrie o expresie pentru înveliș în ceea ce privește amplitudinile tensiunii de șoc, care dă modificarea amplitudinilor tensiunii în timp (curba punctată din Fig. 5, b ):

După cum se poate observa din diagrama vectorială din fig. 4 și ultima ecuație, amplitudinea tensiunii de șoc ΔU variază de la 0 la 2 Um. Cea mai mare valoare a lui ΔU va fi în momentul în care vectorii de tensiune U1 și U2 (Fig. 4) coincid în fază și unghi Θ = π, iar cea mai mică — când aceste tensiuni diferă în fază cu 180 ° și unghi Θ = 0. Perioada curbei de ritm este egală cu

Când generatorul este conectat pentru funcționare în paralel cu un sistem puternic, valoarea lui xc a sistemului este mică și poate fi neglijată (xc ≈ 0), apoi curentul de egalizare

și curentul de pornire

În cazul pornirii nefavorabile la curentul Θ = π, curentul de supratensiune în înfășurarea statorului a generatorului pornit poate atinge de două ori valoarea tensiunii de supratensiune a unui scurtcircuit trifazat al bornelor generatorului.

Componenta activă a curentului de egalizare, după cum se poate vedea din diagrama vectorială din Fig. 4 este egal cu