Исследование синхронного генератора работающего параллельно с сетью. Включение генератора на параллельную работу с сетью

В том случае, когда мощность потребителя становится больше номинальной мощности работающего генератора, параллельно ему включают другой генератор.

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с электрической сетью или другим, уже работающим синхронным генератором необходимо выполнить следующие условия:

напряжение подключаемой машины должно быть равно напряжению сети или работающей машины;

частота подключаемого генератора должна быть равна частоте сети;

напряжения всех фаз подключаемой машины должны быть противоположны (по фазе) напряжениям соответствующих фаз сети или работающей машины;

для подключения на параллельную работу трехфазного синхронного генератора необходимо также обеспечить одинаковое чередование фаз подключаемой машины и сети.

Подготовку к включению на параллельную работу синхронного генератора ведут следующим образом. Приводят во вращение первичный двигатель и регулируют его скорость вращения так, чтобы она была примерно равна номинальной. Затем возбуждают генератор и, следя за показаниями вольтметра, подключенного к зажимам статора, регулируют напряжение машины при помощи реостата в цепи возбуждения до тех пор, пока оно не станет равным напряжению сети. Воздействуя на регулятор первичного двигателя и наблюдая за показаниями частотомера, устанавливают более точно скорость машины так, чтобы частота генератора была равна частоте сети. Тем самым первое и второе условия для включения на параллельную работу будут выполнены.

Для выполнения третьего условия служат фазные лампы. Последние включаются по двум схемам: на потухание (рис. 282, а) и на вращение света (рис. 282, б). Лампы, включенные по схеме а, при одинаковом чередовании фаз сети и машины будут сначала быстро и одновременно мигать, затем мигание их становится все реже и реже, и когда лампы медленно погаснут, нужно включить рубильник генератора.

Для более точного определения момента включения рубильника часто применяют так называемый нулевой вольтметр, имеющий двустороннюю шкалу.

При одинаковом чередовании фаз сети и машины лампы, включенные по схеме б, будут мигать поочередно, и если их расположить по кругу, то получится впечатление вращающегося света. Генератор нужно включить в момент, когда лампы, включенные накрест (между фазами А и В), загорятся полным накалом, а третья лампа погаснет.

При неодинаковом порядке чередования фаз лампы, включенные по схеме а, дадут вращение света, а по схеме б будут одновременно загораться и потухать. Для изменения порядка чередования фаз машины два любых ее провода, подходящие к рубильнику, нужно поменять местами.

Включение фазных ламп высоковольтных генераторов осуществляется через измерительные трансформаторы напряжения. Чередование фаз машины можно также определить, пользуясь особым прибором - фазоуказателем, представляющим собой небольшой асинхронный двигатель. Направление вращения диска фазоуказателя показывает порядок чередования фаз.

На современных электростанциях момент включения синхронных генераторов на параллельную работу определяется с помощью специального прибора - синхроноскопа.

Процесс подготовки генератора для включения его на параллельную работу называется синхронизацией.

На электрических станциях обычно устанавли­вают несколько синхронных генераторов, включае­мых параллельно для совместной работы (рис. 21.1). Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает преимущества, объяс­няемые теми же соображениями, которые были из­ложены применительно к параллельной работе трансформаторов (см. § 2.2).

При включении синхронного генератора в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия: ЭДС генератора в момент подключения его к сети должна быть равна и проти­воположна по фазе напряжению сети (
),частота ЭДС генератора должна быть равна часто­те переменного напряжения в сети ; порядок следо­вания фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.

Приведение генератора в состояние, удовлетво­ряющее всем указанным условиям, называют син­ хронизацией. Несоблюдение любого из условий син­хронизации приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии.

Включить генератор в сеть с параллельно рабо­тающими генераторами можно или способом точной синхронизации, или способом самосинхронизации

Способ точной синхронизации. Сущность это­го способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовле­творяющее всем вышеперечисленным условиям. Момент соблюдения этих условий, т. е. момент син­хронизации, определяют прибором, называемым синхроноскопом. По конструкции синхроноскопы разделяют на стрелочные и ламповые. Рассмотрим процесс синхронизации генераторов с применением лампового синхроноскопа, который состоит из трех ламп 1, 2, 3, расположенных в вершинах равносто­роннего треугольника.

При включении ламп по схеме «на погасание» (рис. 21.2, а) мо­мент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп. Предположим, что звезда ЭДС генератора
враща­ется с угловой частотой , превышающей угловую частоту

враще­ния звезды напряжений сети
. В этом случае напря­жение на лампах определяется геометрической суммой +; +; +(рис. 21.2, б ).

Рис. 21.1. Включение синхронных генераторов

на параллельную работу:

Г 1 - Г 4 – синхронные генераторы, ПД 1 -ПД 4 - приводные двигатели

В момент сов­падения векторов звезды ЭДС с векторами звезды напряжений эта сумма достигает наибольшего значения, при этом лам­пы горят с наибольшим накалом (напряжение на лампах равно удвоенному напряжению сети). В последующие моменты времени звезда ЭДС обгоняет звезду напряже­ний, и напряжение на лампах уменьшается. В момент синхрониза­ции векторы ЭДС и напряжений занимают положение, при кото­ром , т.е.
= 0, и все три лампы одновременно гаснут (рис. 21.2, в). При большой разности уг­ловых частот и лампы вспыхивают час­то. Изменяя частоту вращения первичного двигателя, добиваются равенства
, очем будет свидетельст­вовать погасание ламп на длительное время. В этот момент и следует замкнуть рубильник, после чего генератор окажется подключен­ным к сети.

Рис. 21.2. Ламповый синхроноскоп

Способ самосин­хронизации . Ротор не­возбужденного генера­тора приводят во вра­щение первичным дви­гателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более чем на 2-5%, затем генератор подключают к сети. Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент подключения генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное Сопротивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора. Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генера­тор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшается.

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значи­тельные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Влияние этих воздей­ствий на надежность генератора учитывается при проектировании синхронных генераторов. Способ самосинхронизации (грубой синхронизации) обычно применяют в генераторах при их частых включениях. Этот способ прост и легко автоматизируется.

Для включения синхронного генератора на параллельную работу необходимо выполнить следующие условия:

1. Напряжение подключаемой машины должно быть равно напряжению сети или работающей машины.
2. Частота подключаемого генератора должна быть равна частоте сети.
3. Напряжения всех фаз подключаемой машины должны быть противоположны по фазе напряжениям соответствующих фаз сети или работающей машины.
4. Для подключения на параллельную работу трехфазного синхронного генератора необходимо также обеспечить одинаковое чередование фаз подключаемой машины и сети.

Подготовку к включению на параллельную работу синхронного генератора ведут следующим образом. Приводят во вращение первичный двигатель и регулируют его скорость вращения так, чтобы она была примерно равна номинальной. Затем возбуждают генератор и, следя за показаниями вольтметра, под-

ключенного к зажимам статора, регулируют напряжение машины при помощи реостата в цепи возбуждения до тех пор, пока оно не станет равным напряжению сети. Воздействуя на регулятор первичного двигателя и наблюдая за показаниями частотомера, устанавливают более точно скорость машины так, чтобы частота генератора была равна частоте сети. Тем самым первое и второе условия для включения на параллельную работу будут выполнены.

Для выполнения третьего условия, а также для установления полного равенства частот служат фазные лампы. Фазные лампы для машин однофазного тока включаются по двум схемам: на потухание (фиг. 255, а) и на горение (фиг. 255, б). При совпадении фаз сети и машины лампы, включенные по схеме а, погаснут, а по схеме б будут гореть полным накалом. В этот момент и нужно включить рубильник генератора.

Для машин трехфазного тока фазные лампы включаются также по двум схемам: на потухание (фиг. 256, а) и на вращение света (фиг. 256, б). Лампы, включенные по схеме а, при одинаковом чередовании фаз сети и машины будут сначала быстро и одновременно мигать, затем мигание их становится все реже и реже и, когда лампы медленно погаснут, нужно включить рубильник генератора.

Для более точного определения момента включения рубильника часто ставят так называемый нулевой вольтметр, имеющий двустороннюю шкалу.

При одинаковом чередовании фаз сети и машины лампы, включенные по схеме б, будут мигать поочередно, и если их расположить по кругу, то получится впечатление вращающегося света. Скорость вращения света зависит от разности частот. Генератор нужно включить в момент, когда лампы, включенные накрест, загорятся полным накалом, а третья лампа погаснет. Иначе говоря, рубильник удобнее включить в момент, когда меняется направление вращения света.

При неодинаковом порядке чередования фаз лампы, включенные по схеме а, дадут вращение света, а по схеме б будут одновременно загораться и потухать. Для изменения порядка чередования фаз машины два любых ее провода, подходящие к рубильнику, нужно поменять местами.

Включение фазных ламп высоковольтных генераторов осуществляется через измерительные трансформаторы напряжения (гл. четырнадцатая, 171).

Таким образом, с помощью фазных ламп мы можем определить противоположность фаз, установить равенство частот и порядок чередования фаз сети и подключаемой машины. Чередование фаз машины можно также определить, пользуясь особым прибором - фазоуказателем, представляющим собой небольшой асинхронный двигатель-Направление вращения диска фазоуказателя показывает порядок чередования фаз.

Когда синхронный генератор работает параллельно с сетью, скорость вращения его остается постоянной, равной синхронной.

Процесс подготовки генератора для включения его на параллельную работу называется синхронизацией.

В последние годы получил распространение метод включения синхронных генераторов на параллельную работу, называемый самосинхронизацией. Сущность этого метода заключается в следующем. Первичным двигателем разворачивают генератор и устанавливают приблизительно синхронную скорость. Замыкают обмотку возбуждения на дополнительное

сопротивление, равное 3-5-кратному значению ее сопро тивления. Включают рубильник, соединяющий генератор с сетью. Переключают обмотку возбуждения с дополнительного сопротивления к питающему ее источнику постоянного напряжения. После этого генератор сам входит в синхронизм.

Проделаем следующий опыт. В цепь статора синхронного генератора включим амперметр, ваттметр и фазометр. В цепь возбуждения генератора включим амперметр. Включим гене-

Ратор на параллельную работу и дадим ему некоторую активную нагрузку. Увеличивая ток возбуждения при помощи реостата в цепи возбуждения, будем наблюдать показания приборов. Оказывается, что активная мощность, отдаваемая генератором в сеть, остается практически постоянной и во время опыта ваттметр будет давать неизменные показания. При неизменной активной нагрузке ток в цепи статора при некотором значении тока возбуждения получается минимальным. Это соответствует чисто активному току нагрузки генератора ( =1). Если к генератору подключить различные активные нагрузки, то каждому значению активной нагрузки будет соответствовать определенный ток возбуждения, при котором =1. При увеличении тока возбуждения сверх этого значения возникает отстающий реактивный ток. Фазометр будет показывать уменьшение и генератор будет отдавать в сеть отстающую реактивную мощность. Наоборот, если уменьшать ток возбуждения и сделать его меньшим указанного значения, то появится опережающий реактивный ток. Фазометр снова покажет уменьшение , и генератор будет для создания своего вращающегося поля потреблять из сети отстающую реактивную мощность.

Зависимость тока статора (якоря) синхронного генератора от тока возбуждения при постоянной активной мощности называется U-образной характеристикой машины, получившей свое название за внешний вид кривой, напоминающей букву U. На фиг. 257 показана U-образная характеристика синхронного генератора.

К атегория:

Передвижные электростанции

Параллельная работа синхронных генераторов

Параллельным называется такое присоединение генераторов, при котором их обмотки подключены к общим шинам одноименными зажимами.

Параллельно работающие генераторы должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты, и поэтому генераторы с одинаковым числом пар полюсов должны вращаться со строго одинаковой скоростью. При параллельной работе нескольких генераторов с разным числом пар полюсов скорости их вращения должны быть обратно пропорциональны числам пар полюсов, а частота тока, вырабатываемого генераторами, - одинаковой.

Включение синхронных генераторов на параллельную работу чаще всего бывает вызвано необходимостью создания мощных источников питания для обеспечения надежного и бесперебойного снабжения потребителей электрической энергией. Вместе с тем параллельная работа нескольких генераторов на общую сеть позволяет полнее использовать их мощность, а также создает возможность вывода в ремонт любого из работающих генераторов.

Рис. 1. Кривые зависимости тока возбуждения от нагрузки синхронного генератора

Схема подключения синхронного генератора к электрической сети на параллельную работу с другими генераторами показана на рис. 2.

Рассмотрим кратко условия и процесс подключения синхронного генератора к сети на параллельную работу.

Включая генератор для параллельной работы с другими генераторами, необходимо принять меры, исключающие возможность возникновения больших толчков тока и ударных электромагнитных сил, способных вызвать повреждение генератора или нарушение работы электрической сети, в которую включается генератор.

Рис. 2. Схема подключения синхронного генератора к сети на параллельную работу: а - векторная диаграмма напряжений, б - схема включения ламп синхроноскопа «на погасание», в - схема включения ламп синхроноскопа «на вращение света», г - кривые напряжений сети и генератора при синхронизации

Для возможности параллельной работы необходимо равенство напряжений включаемого генератора UT и сети Uc или уже работающего генератора UT.р; напряжения UT и Uc должны быть в фазе. Равенство напряжений генератора и сети достигается регулированием скорости вращения включаемого генератора путем воздействия на регулятор скорости первичного двигателя или изменения величины тока возбуждения генератора.

Частота включаемого генератора должна быть равна частоте сети. Чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково.

Кроме того, необходимо, чтобы проверяемые вольтметровым переключателем ВП напряжения генератора и сети, взятые между любыми двумя проводами, были равны по величине и противоположны по фазе. Противоположность фаз напряжений генератора и сети между всеми тремя парами проводов возможна только при одинаковом порядке чередования фаз сети и генератора.

При точном соблюдении указанных условий векторы напряжений (рис. 2, а) генератора и сети совпадут, разности напряжений будут равны нулю и не будет толчков тойа при включении генератора в сеть.

Несоблюдение условий синхронизации может привести к возникновению между генератором и сетью крайне нежелательных и, при известных условиях, опасных для обмоток генератора уравнительных токов.

Для синхронизации генераторов применяют специальные приборы-синхроноскопы, наиболее простыми из которых являются ламповые. Лампы синхроноскопа могут быть подключены по схеме «на погасание» или на «вращение света».

Синхронизируя генератор с сетью по схемам, показанным на рис. 2, бив, включают параллельно одной из ламп нулевой вольтметр, конструкция которого характерна тем, что начальные деления его шкалы более удалены друг от друга («растянуты»), чем остальные, чтобы даже при малой разности напряжений отклонения стрелки прибора были значительными. Генератор подключают к сети тогда, когда стрелка вольтметра стоит на нуле шкалы прибора *. Если до начала синхронизации лампы схемы будут загораться и гаснуть, это укажет на неодинаковую последовательность чередования фаз генератора и сети. В таком случае, чтобы при синхронизации генераторов добиться правильной работы схемы, следует поменять местами любые два провода, идущие к рубильнику от сети или от генератора.

При рассмотрении способов и схем синхронизации целесообразно кратко ознакомиться с процессом наступления момента синхронизации. Для такого ознакомления удобнее всего воспользоваться приведенным на рис. 2, г. графиком напряжений сети и генератора. В процессе синхронизации из-за некоторого несовпадения частот эти напряжения периодически оказываются близкими то к положению совпадения фаз, то к положению противоположности фаз. Фазы совпадают, когда напряжения действуют согласно, и противоположны, когда напряжения действуют встречно. Это приводит к тому, что все лампы схемы, приведенной на рис. 2, б, периодически то ярко светятся, то гаснут, а одна из ламп схемы, показанной на рис. 2, в, гаснет в то время, как остальные две лампы этой схемы светятся ярко. Таким образом, с помощью ламп, включенных по схеме, приведенной на рис. 2, б или в, определяют с необходимой точностью момент совпадения частот генератора и сети по фазе, равенство частот и порядок чередования фаз.