Включение генератора на параллельную работу с сетью

На электрических станциях обычно устанавливают несколько синхронных генераторов, включаемых параллельно для совместной работы
(рисунок 4). Подключение лабораторного генератора к сети бесконечной мощности, означает параллельное подключение его к генераторам общей энергосистемы. Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает следующие основные преимущества:

1. Обеспечение бесперебойного электроснабжения в случае аварии на какой-либо энергетической установке (генераторе) или отключения её для ремонта.

2. При работе электростанции с переменным графиком нагрузки появляется возможность отключить часть энергоустановок, с тем, чтобы оставшиеся установки работали с нагрузкой, близкой к номинальной с более высоким КПД.

Рисунок 4 – Включение синхронных генераторов на параллельную работу:

Г1 ¾ Г4 – синхронные генераторы;

М1 ¾ М4 – приводные двигатели

Параллельная работа генератора и, соответственно, организация энергосистемы без синхронизации невозможна. Отсутствие синхронизации генератора приведет к возникновению уравнительных токов в обмотке якоря, значение которых является аварийным.

Включение генератора на параллельную работу с сетью производится двумя методами: методом точной синхронизации и методом самосинхронизации [1].

Метод точной синхронизации

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью методом точной синхронизации должны быть выполнены следующие условия:

1) порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым;

2) частоты напряжений генератора и сети должны быть равны;

3) действующие значения напряжений генератора и сети должны быть равны;

4) напряжения генератора и сети должны совпадать по фазе.

На рисунке 5 в качестве примера приведен случай, когда у генератора и сети не совпадают значения частот напряжения. При этом разность потенциалов DU, вызывающая уравнительный ток, может достигать двойного напряжения питания.

Проверку выполнения первых двух условий производят с помощью синхроноскопа. В качестве синхроноскопа могут служить три лампы накаливания, включенные на «погасание» или «вращение» света. Схема включения ламп на «вращение» света является менее удобной, так как увеличивает вероятность ошибочного включения, поэтому в электрической схеме (см. рисунок 1) лампы EL1 ¾ EL3 включены на «погасание» света (в разрыв одноименных фаз).

Рисунок 5 – Несовпадение частот напряжения генератора и сети

Выполнение третьего условия проверяют с помощью вольтметров V1 и V2.

Синхронизацию генератора производят в следующей последовательности:

1) Выполняют проверку того, что генератор отключен от сети (автоматический выключатель QF1 должен быть отключен).

2) Осуществляют пуск приводного двигателя. В лабораторной работе в качестве приводного двигателя используется двигатель постоянного тока. Перед запуском двигателя необходимо установить максимальное значение пускового реостата R3 (для ограничения пускового тока) и минимальное значение регулировочного реостата R2. Запуск двигателя выполняется включением контактора КМ2, подающего на двигатель постоянное напряжение. После того, как двигатель разогнался, пусковой реостат R3 устанавливают в минимальное значение.

3) Обмотку возбуждения синхронного генератора подключают к постоянному напряжению и на выходе генератора устанавливают номинальное напряжение. Для этого необходимо включить магнитный пускатель КМ1 и при помощи автотрансформатора Т повысить ток в обмотке возбуждения до значения, соответствующего номинальному напряжению на выходе генератора (вольтметр V2).

4) Выполняют проверку порядка чередования фаз. При одинаковом порядке чередования фаз сети и генератора лампы одновременно загораются и гаснут. Если же они загораются и гаснут поочередно, то это говорит о том, что первое условие не выполняется. Чтобы обеспечить одинаковый порядок чередования фаз, надо поменять местами подключение двух любых линейных выводов генератора к сети (при отключенной схеме).

5) Устанавливают равенство частот напряжений генератора и сети. Для этого осуществляют регулировку скорости вращения ротора генератора, путем изменения величины сопротивления реостата R2 (изменяют ток возбуждения двигателя постоянного тока). О близости частот сети и генератора можно судить по синхроноскопу: чем меньше разность частот сети и генератора, тем медленнее мигают лампы.

Синхроноскоп позволяет судить и о выполнении четвертого условия. Совпадение по фазе напряжений сети и генератора соответствует погасанию ламп синхроноскопа.

Для машин малой мощности в процессе согласования частот возможно втягивание ротора генератора в синхронизм за счет токов ламп, о чем свидетельствует прекращение миганий ламп синхроноскопа. Несмотря на выполнение первых трех условий безаварийное включение генератора на параллельную работу с сетью невозможно, т.к. не выполняется четвертое условие. В этом случае синхронизацию надо производить при несколько повышенной разности частот сети и генератора, когда ротор генератора еще не втягивается в синхронизм за счет токов ламп. Для нарушения возникшего синхронизма достаточно изменить частоту вращения приводного двигателя.

6) Осуществляют подключение генератора к сети. Включение автоматического выключателя QF1 производится в середине периода времени, когда не горят лампы синхроноскопа. Учитывая, что погасание лампы точно не характеризует прохождение через ноль напряжения на ней, момент включения контролируют по нулевому вольтметру V0.

Метод самосинхронизации

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью методом самосинхронизации должны быть выполнены два условия:

1) порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым;

2) генератор должен быть невозбужден.

Метод самосинхронизации заключается в том, что невозбужденный генератор с замкнутой на добавочное сопротивление обмоткой возбуждения разгоняют приводным двигателем до скорости близкой к синхронной и включают в сеть. Добавочное сопротивление необходимо для того, чтобы не повредить изоляцию обмотки возбуждения повышенным напряжением. Величина добавочного сопротивления должна быть примерно в десять раз больше сопротивления обмотки возбуждения. Включение генератора в сеть рекомендуется производить при скольжении не более 10 %. Контроль за скольжением осуществляют по скорости приводного двигателя с помощью тахометра [2].

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значительные силовые воздействия на обмотку статора, подшипники и муфту, соединяющую генератор с приводным двигателем. Таким образом, способ самосинхронизации является упрощенным, но грубым способом синхронизации.