Parallell drift av generatorer

I kraftverk installeras alltid flera turbo- eller hydraulenheter som arbetar parallellt på generatorns eller överspänningens gemensamma samlingsskenor.

Som ett resultat av detta produceras elproduktionen i kraftverk av flera parallellt arbetande generatorer och detta samarbete har många värdefulla fördelar.

Parallell drift av generatorer:

1. ökar flexibiliteten i driften av utrustningen för kraftverk och transformatorstationer, underlättar förebyggande underhåll av generatorerna, huvudutrustningen och motsvarande distributionsanordningar med ett minimum av nödvändig reserv.

2. ökar effektiviteten i driften av kraftverket, eftersom det möjliggör den mest effektiva fördelningen av det dagliga lastschemat mellan enheterna, och därigenom uppnå den bästa användningen av elektricitet och öka effektiviteten; i vattenkraftverk gör det möjligt att utnyttja kraften i vattenflödet maximalt under översvämningsperioden och under sommar- och vinterlågvattenperioder;

3.ökar tillförlitligheten och oavbruten drift av kraftverk och strömförsörjning till konsumenter.

Ris. 1. Schematiskt diagram över parallelldrift av generatorer

För att öka produktionen och förbättra kraftdistributionen kombineras många kraftverk för att fungera parallellt för att bilda kraftfulla kraftsystem.

Vid normal drift är generatorerna kopplade till gemensamma bussar (generator eller överspänning) och roterar synkront. Deras rotorer roterar med samma elektriska vinkelhastighet

Vid parallelldrift måste de momentana spänningarna vid terminalerna på de två generatorerna vara lika stora och motsatta i tecken.

För att ansluta generatorn för parallell drift med en annan generator (eller med nätverket) är det nödvändigt att synkronisera den, d.v.s. reglera rotationshastigheten och exciteringen av den anslutna generatorn i enlighet med den operativa.

Generatorer som arbetar och kopplas parallellt måste vara i fas, det vill säga ha samma ordning på fasrotation.

Som framgår av fig. 1, i parallelldrift är generatorerna anslutna till varandra i förhållande till varandra, d.v.s. deras spänningar U1 och U2 på omkopplaren kommer att vara exakt motsatta. Med avseende på belastningen fungerar generatorerna i enlighet, det vill säga deras spänningar U1 och U2 matchar. Dessa villkor för parallelldrift av generatorerna återspeglas i diagrammen i fig. 2.

Ris. 2. Villkor för att slå på generatorer för parallelldrift. Generatorspänningarna är lika stora och motsatta i fas.

Det finns två metoder för att synkronisera generatorer: finsynkronisering och grovsynkronisering eller självsynkronisering.

Villkor för exakt synkronisering av generatorer.

Med exakt synkronisering är den exciterade generatorn ansluten till nätverket (bussar) genom omkopplare B (fig. 1) när synkroniseringsförhållandena uppnåtts - likhet mellan de momentana värdena för deras spänningar U1 = U2

När generatorerna arbetar separat, kommer deras momentana fasspänningar att vara lika, respektive:

Detta innebär de villkor som krävs för parallellkoppling av generatorerna. För generatorer på och igång krävs:

1. Likhet mellan de effektiva spänningsvärdena U1 = U2

2. Likhet av vinkelfrekvenser ω1 = ω2 eller f1 = f2

3. matchning av spänningar i fas ψ1 = ψ2 eller Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Den exakta uppfyllelsen av dessa krav skapar idealiska förhållanden, som kännetecknas av det faktum att statorutjämningsströmmen kommer att vara noll vid tidpunkten för påslagning av generatorn. Det bör dock noteras att uppfyllandet av villkoren för exakt synkronisering kräver noggrann justering av de jämförda värdena för spänningen, frekvensen och fasvinklarna för generatorernas spänning.

I detta avseende är det praktiskt taget omöjligt att fullt ut uppfylla de ideala villkoren för synkronisering; de utförs ungefär, med några små avvikelser. Om något av ovanstående villkor inte är uppfyllt, när U2, kommer spänningsskillnaden att verka på terminalerna på den öppna kommunikationsomkopplaren B:

Ris. 3. Vektordiagram för fall av avvikelse från villkoren för exakt synkronisering: a — Generatorernas arbetsspänningar är inte lika; b — vinkelfrekvenserna är inte lika.

När omkopplaren slås på, under verkan av denna potentialskillnad i kretsen kommer en utjämningsström att flyta, vars periodiska komponent i det första ögonblicket kommer att vara

Betrakta två fall av avvikelse från de exakta synkroniseringsvillkoren som visas i diagrammet (Fig. 3):

1. driftspänningarna för generatorerna U1 och U2 är inte lika, övriga villkor är uppfyllda;

2. generatorerna har samma spänning men roterar med olika hastigheter, det vill säga deras vinkelfrekvenser ω1 och ω2 är inte lika och det finns en fasmissanpassning mellan spänningarna.

Som framgår av diagrammet i fig. 3, a, ojämlikheten mellan de effektiva värdena för spänningarna U1 och U2 orsakar uppkomsten av en utjämningsström I ”ur, som kommer att vara nästan rent induktiv, eftersom de aktiva motstånden hos generatorerna och anslutningstrådarna för nätverket är mycket litet och försummat. Denna ström skapar inga aktiva överspänningar och därför inga mekaniska spänningar i generatorn och turbinens delar. I detta avseende, när generatorerna slås på för parallell drift, kan skillnaden i spänning tillåtas upp till 5-10% och i nödfall - upp till 20%.

När rms-spänningsvärdena U1 = U2 är lika, men när vinkelfrekvenserna skiljer sig Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 eller Δf = f1 — f2 ≠ 0, spänningsvektorerna för generatorerna och nätverket (eller för den andra generatorn) ) förskjuts med en viss vinkel Θ som ändras över tiden. Spänningarna hos generatorerna U1 och U2 kommer i detta fall att skilja sig i fas inte med en vinkel på 180 °, utan med en vinkel på 180 ° —Θ (fig. 3, b).

Vid terminalerna på den öppna omkopplaren B, mellan punkterna a och b, kommer spänningsskillnaden ΔU att verka. Som i föregående fall kan närvaron av spänning detekteras med en glödlampa, och rms-värdet för denna spänning kan mätas med en voltmeter ansluten mellan punkterna a och b.

Om omkopplaren B är stängd, under inverkan av spänningsskillnaden ΔU, uppstår en utjämningsström I ”, som i förhållande till U2 kommer att vara nästan rent aktiv och, när generatorerna slås på parallellt, kommer att orsaka stötar och mekaniska spänningar i axlarna och andra delar av generatorn och turbinen.

Vid ω1 ≠ ω2 är synkroniseringen helt tillfredsställande om glidningen är s0 <0, l% och vinkeln Θ ≥ 10°.

På grund av trögheten hos turbinregulatorerna är det omöjligt att uppnå en långsiktig jämlikhet mellan vinkelfrekvenserna ω1 = ω2 och vinkeln Θ mellan spänningsvektorerna, vilket kännetecknar den relativa positionen för generatorernas stator- och rotorlindningar, förblir inte konstant, utan förändras kontinuerligt; dess momentana värde kommer att vara Θ = Δωt.

På vektordiagrammet (fig. 4) kommer den sista omständigheten att uttryckas i det faktum att med en förändring i fasvinkeln mellan spänningsvektorerna U1 och U2 kommer även ΔU att förändras. Spänningsskillnaden ΔU i detta fall kallas stötspänningen.

Ris. 4. Vektordiagram av generatorsynkronisering med frekvensojämlikhet.

Det momentana värdet för klockspänningarna Δu är skillnaden mellan de momentana värdena för spänningarna u1 och u2 för generatorerna (fig. 5).

Antag att likheten mellan effektiva värden U1 = U2 uppnås, fasvinklarna för referenstiden ψ1 och ψ2 är också lika.

Då kan du skriva

Stötspänningskurvan visas i fig. 5.

Rytmspänningen ändras harmoniskt med en frekvens lika med halva summan av de jämförda frekvenserna och med en amplitud som varierar med tiden beroende på fasvinkeln Θ:

Från vektordiagrammet i fig.4, för ett visst specificerat värde på vinkeln Θ, kan det effektiva värdet av stötspänningen hittas:

Ris. 5. Kurvor för att övervinna stress.

Med hänsyn till förändringen av vinkeln Θ över tiden är det möjligt att skriva ett uttryck för skalet i termer av stötspänningsamplituderna, vilket ger förändringen i spänningsamplituderna över tiden (den prickade kurvan i fig. 5, b) ):

Som framgår av vektordiagrammet i fig. 4 och den sista ekvationen varierar stötspänningsamplituden AU från 0 till 2 um. Det största värdet på ΔU kommer att vara i det ögonblick då spänningsvektorerna U1 och U2 (Fig. 4) sammanfaller i fas och vinkel Θ = π, och det minsta — när dessa spänningar skiljer sig i fas med 180 ° och vinkeln Θ = 0. Perioden för rytmkurvan är lika med

När generatorn är ansluten för parallelldrift med ett kraftfullt system, är värdet på systemets xc litet och kan försummas (xc ≈ 0), då utjämningsströmmen

och inkopplingsströmmen

I fallet med ogynnsam inkoppling vid strömmen Θ = π, kan överspänningsströmmen i statorlindningen på den påslagna generatorn nå två gånger värdet av överspänningen för en trefas kortslutning av generatorklämmorna.

Den aktiva komponenten av utjämningsströmmen, som kan ses från vektordiagrammet i fig. 4 är lika med