Выполнение лабораторной работы. Синхронизация генераторов

Синхронизация генераторов

3.Теория вопроса по теме Лабораторной работы, изучение методов и получение навыков включения генера­торов на параллельную работу и регулирования нагрузки генераторов.

Синхронизацией называется приведение к возможной близости частоты, величины, положения вектора напряжения в любой момент времени одной электрической системы по отношению к другой и включение на параллельную работу, т.е. соблюдение следующих условий:

— равенство действующих значений напряжений подключаемого генератора и сети, U_г = U_c;

— равенство частот напряжений генератора и сети, f_г = f_с;

— совпадение фаз одноименных напряжений генератора и сети.

Для трехфазных систем при этом требуется одинаковый порядок чередо­вания фаз.

Понятие о методе самосинхронизации.При самосинхронизации гене­ратор включается в сеть без возбуждения при частоте вращения, примерно рав­ной синхронной. Сразу после включения подаётся возбуждение и генератор за 1-2 секунды втягивается в синхронизм.

Включение генератора методом самосинхронизации осуществляется в следующем порядке:

— генератор разворачивается первичным двигателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более, чем на 2 - 3 %;

— шунтовой реостат должен быть установлен на положение, соответствую­щее возбуждению, которое обеспечит U _Гном на холостом ходу, при этом АГП - в отключённом состоянии;

— включается выключатель генератора, и после этого включается АГП (в це­пи возбуждения появляется ток).

После включения в сеть генератор кратковременно работает как асинхронный.

Асинхронный момент скольжения подтягивает ротор генератора к син­хронной частоте вращения. После подачи возбуждения появляется синхронный момент, который постепенно нарастает по мере увеличения тока в обмотке ро­тора. В результате вал генератора не испытывает резких механических толчков.

В момент включения в сеть невозбуждённый генератор потребляет значительный реактивный ток. Вращающееся магнитное поле, создаваемое этим то­ком, наводит ЭДС в обмотке ротора генератора. Во избежание повреждения изоляции из-за перенапряжений, обмотка ротора до включения: должна быть замкнута на гасительное сопротивление устройства АГП. Самосинхронизация не приемлема:

а) для турбогенераторов мощностью более 3 МВт, работающих на общие сборные шины генераторного напряжения, если периодическая слагающая пе­реходного тока включения генератора при самосинхронизации превышает но­минальный ток более чем в 3,5 раза;

б) если генератор выпал из параллельной работы с остальными генерато­рами станции или системы, но несёт нагрузку.

Способ точной синхронизации.

Способом точной синхронизации можно включать на параллельную работу генераторы любых типов, а также синхрон­ные компенсаторы.

В момент включения генератора в сеть необходимо строгое выполнение условий синхронизации.

Несоблюдение хотя бы одного из этих условий при точной синхрониза­ции приводит к большим толчкам тока, опасным не только для подключаемого генератора, но и для устойчивой работы энергосистемы. Разность напряжений при включении генератора в сеть допускают равной 5 - 10 % номинального на­пряжения. Угол расхождения векторов напряжения синхронизируемых источ­ников в момент включения не должен превышать 15 градусов, допустимая раз­ность частот при включении - 0,1 %.

Регулирование активной и реактивной нагрузки генератора.

После включения генератора на параллельную работу производится его загрузка ак­тивной и реактивной мощностью.

Из курса «Электрические машины» известна формула активной мощно­сти генератора:

где Е₀ - линейное значение ЭДС генератора, индуктируемой током возбуждения;

U₀ - линейное напряжение на генераторных шинах;

x_d - синхронная реактивность генератора по продольной оси;

ϴ - угол между Е₀ и U₀ (рис. 1.1, рис. 1.2).

При холостом ходе генератора угол ϴ увеличивается. Увеличение актив­ной мощности генератора, выдаваемой в сеть, сопровождается увеличением ак­тивной мощности, подводимой к генератору первичным двигателем, а значит увеличением отпуска пара в паровую турбину или воды в гидротурбину. Это увеличивает вращающий момент турбины, ранее уравновешенный синхронным электромагнитным моментом генератора. Возникает динамический (избыточ­ный) вращающий момент, вызывающий ускорение вращения сверх синхронной скорости - увеличивается угол ϴ. При этом возрастает активная нагрузка гене­ратора до тех пор, пока она не уравновесит момент на валу при некотором новом угле ϴ₂. Наступит новый установившийся синхронный режим с увеличе­нием активной нагрузки при ϴ₂ > ϴ₁,. При увеличении активной нагрузки уменьшается угол φ между напряжением и током статора и несколько увели­чивается ток статора I₁ . Это ясно видно из рис. 1.1 по длине и положению векто­ра I₁ • x_d до и после увеличения ϴ.

Рис. 1.1. Увеличение активной мощности Рис. 1.2. Увеличение реактивной мощности

Реактивная нагрузка изменяется при изменении тока возбуждения (рис. 1.2). Увеличение или уменьшение тока возбуждения соответственно уве­личивает или уменьшает ЭДС генератора Е₀. Увеличение Е₀ при неизменной активной нагрузке Р, неизменном напряжении и постоянном х_d требует уменьшения угла ϴ. Это объясняется тем, что увеличение Е₀ при неизменных параметрах уравнения активной мощности U и ϴ должно увеличивать актив­ную мощность генератора Р. Подача же механической энергии от турбины ос­тается прежней. В результате возникает тормозящий динамический момент, и скорость вращения ротора замедляется, уменьшая ϴ до тех пор, пока не насту­пит равновесие: Р_турб = Р_ген. Как видно из рис. 1.2, с увеличением Е₀ при Р = const увеличивается угол φ и величина тока I₁. Таким образом, происхо­дит увеличение реактивной нагрузки.

Выполнение лабораторной работы

Щит управления учебной электростанцией состоит из трех панелей, со­единенных вместе. В левой части расположена электроаппаратура управления и сигнализации генератором 1 и его первичным двигателем. В правой части щита управления расположена аппаратура управления и сигнализации генератором 2.

Для включения генераторов на параллельную работу предусматривается панель синхронизации, которая состоит из колонки синхронизации и наклонного пульта с ключами управления.

Визуальный контроль за выполнением условий точной синхронизации производится с помощью колонки синхронизации: двух вольтметров, двух час­тотомеров и синхроскопа, который даёт возможность контролировать совпаде­ние векторов напряжений одноименных фаз (рис. 1.3). Колонка синхронизации подключается специальным ключом управления (синхроскоп включается от от­дельного ключа).

Рис. 1.3. Схема включения измерительных приборов колонки синхронизации

Сами генераторы расположены в подвальном помещении, там же нахо­дятся первичные двигатели постоянного тока, трансформаторы тока, сборные шины. Так как пульт панели установлен в лаборатории на первом этаже, а управляемые агрегаты в подвальном помещении, то применяется дистанцион­ное управление.

На нижней вертикальной панели пульта размещены рукоятки регулиро­вочных реостатов (рис. 1.4).

Порядок выполнения работы

На учебной электрической станции производится включение на парал­лельную работу двух синхронных генераторов методом точной синхронизации. Для выполнения работы необходимо:

1. Осмотреть щит управления учебной электростанции, убедиться, что все ключи и рубильники отключены, реостаты находятся в крайних положениях в соответствии с маркировкой и надписями.

2. Подать напряжение на цепи управления учебной электростанции включени­ем рубильников в силовой сборке лаборатории (производится преподавате­лем).

Рис. 1.4. Щит управления учебной электростанции

1, Г - генераторный выключатель; 2, 2' - форсировка возбуждения; 3, 3' - АРВ; 4, 4' - ватт-метр-варметр; 5, 5' - первичный двигатель; 9 - синхроскоп; 10 - колонка синхронизации; 11 - ШСВ; 12, 12' - пусковой реостат двигателя постоянного тока; 13, 13' - реостат регулиро­вания оборотов двигателя постоянного тока; 14,14' - реостат возбуждения генератора

3. Включить в работу двигатель постоянного тока:

а) включить ключ управления «первичный двигатель»;

б) постепенно вывести пусковой реостат двигателя в правое положение, наблюдая за показаниями амперметра в цепи якоря двигателя так, чтобы не бы­ло значительных толчков пускового тока;

в) убедиться по приборам, что двигатель работает нормально.

4. Включить в работу синхронный генератор 1:

а) отключить АГП ключом;

б) включить рабочее возбуждение генератора ключом управления;

в) реостатом регулирования возбуждения поднять напряжение статора генератора U = 220 В;

г) реостатом регулировки оборотов двигателя постоянного тока устано­вить частоту генератора f = 50 Гц.

5. Включить ключ «генераторный выключатель» - подать напряжение на сис­тему шин.

6. Повторить пункты 3,4,5 для генератора 2.

7. Включить ключ управления «колонка синхронизации». По вольтметрам и частотомерам колонки синхронизации убедиться в совпадении напряжений и частот двух генераторов.

8. Включить ключ «синхроскоп». Произвести более точную регулировку обо­ротов генераторов 1 и 2. При скорости вращения стрелки синхроскопа 3 -5 об/мин, когда стрелка подходит к нулю, производится включение

шиносоединительного выключателя (ШСВ). Команда на включение ключа ШСВ подаётся с небольшим опережением до подхода стрелки синхроскопа к ну­лю с учетом собственного времени выключателя так, чтобы в момент каса­ния контактов выключателя стрелка синхроскопа была на нуле.

9. После успешного включения генератора на параллельную работу стрелка синхроскопа останавливается. Таким образом, два генератора оказываются включенными на параллельную работу и можно производить их загрузку активной и реактивной мощностью.