Parallell drift av generatorer

I kraftverk er det alltid installert flere turbo- eller hydrauliske enheter, som arbeider parallelt på felles samleskinnene til generatoren eller overspenningen.

Som et resultat blir elektrisitetsproduksjonen i kraftverk produsert av flere generatorer som jobber parallelt, og dette samarbeidet har mange verdifulle fordeler.

Parallell drift av generatorer:

1. øker fleksibiliteten i driften av utstyret til kraftverk og transformatorstasjoner, letter forebyggende vedlikehold av generatorene, hovedutstyret og de tilsvarende distribusjonsenhetene med et minimum av nødvendig reserve.

2. øker effektiviteten i driften av kraftverket, da det muliggjør den mest effektive fordeling av den daglige lastplanen mellom enhetene, og derved oppnå best mulig bruk av elektrisitet og øke effektiviteten; i vannkraftverk gjør det mulig å utnytte kraften til vannføringen maksimalt i flomperioden og i lavvannsperioder sommer og vinter;

3.øker påliteligheten og uavbrutt drift av kraftverk og strømforsyning til forbrukere.

Ris. 1. Skjematisk diagram av parallelldrift av generatorer

For å øke produksjonen og forbedre kraftdistribusjonen, er mange kraftverk kombinert for å operere parallelt for å danne kraftige kraftsystemer.

I normal drift er generatorene koblet til felles busser (generator eller overspenning) og roterer synkront. Rotorene deres roterer med samme elektriske vinkelhastighet

Ved parallelldrift må de momentane spenningene ved terminalene til de to generatorene være like store og motsatte fortegn.

For å koble generatoren for parallell drift med en annen generator (eller med nettverket), er det nødvendig å synkronisere den, dvs. regulere rotasjonshastigheten og eksitasjonen til den tilkoblede generatoren i samsvar med den som er i drift.

Generatorer som opererer og kobles parallelt må være i fase, det vil si ha samme rekkefølge av faserotasjon.

Som det fremgår av fig. 1, i parallelldrift er generatorene koblet til hverandre i forhold til hverandre, dvs. deres spenninger U1 og U2 på bryteren vil være nøyaktig motsatt. Med hensyn til belastningen fungerer generatorene i samsvar, det vil si at spenningene U1 og U2 stemmer overens. Disse forholdene for parallell drift av generatorene gjenspeiles i diagrammene på fig. 2.

Ris. 2. Vilkår for å slå på generatorer for parallelldrift. Generatorspenningene er like store og motsatte i fase.

Det er to metoder for synkronisering av generatorer: finsynkronisering og grovsynkronisering eller selvsynkronisering.

Betingelser for nøyaktig synkronisering av generatorer.

Med presis synkronisering kobles den eksiterte generatoren til nettverket (bussene) gjennom bryteren B (fig. 1) når synkroniseringsforholdene er nådd - likhet mellom øyeblikksverdiene til deres spenninger U1 = U2

Når generatorene opererer separat, vil deres momentane fasespenninger være lik, henholdsvis:

Dette innebærer de nødvendige betingelsene for parallellkobling av generatorene. For generatorer på og i gang, kreves det:

1. likhet med de effektive spenningsverdiene U1 = U2

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

3. tilpasning av spenninger i fase ψ1 = ψ2 eller Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Den nøyaktige oppfyllelsen av disse kravene skaper ideelle forhold, som er preget av det faktum at i øyeblikket av å slå på generatoren, vil statorutjevningsstrømmen være null. Det skal imidlertid bemerkes at oppfyllelsen av betingelsene for nøyaktig synkronisering krever nøye justering av de sammenlignede verdiene for spenningen, frekvensen og fasevinklene til spenningen til generatorene.

I denne forbindelse er det praktisk talt umulig å fullt ut oppfylle de ideelle betingelsene for synkronisering; de utføres omtrentlig, med noen små avvik. Hvis en av betingelsene ovenfor ikke er oppfylt, når U2, vil spenningsforskjellen virke på terminalene til den åpne kommunikasjonsbryteren B:

Ris. 3. Vektordiagrammer for tilfeller av avvik fra betingelsene for nøyaktig synkronisering: a — Arbeidsspenningene til generatorene er ikke like; b — vinkelfrekvensene er ikke like.

Når bryteren er slått på, vil under påvirkning av denne potensielle forskjellen i kretsen flyte en utjevningsstrøm, hvis periodiske komponent i det første øyeblikket vil være

Tenk på to tilfeller av avvik fra de eksakte synkroniseringsbetingelsene vist i diagrammet (fig. 3):

1. driftsspenningene til generatorene U1 og U2 er ikke like, de andre betingelsene er oppfylt;

2. generatorene har samme spenning, men roterer med forskjellig hastighet, det vil si at deres vinkelfrekvenser ω1 og ω2 er ikke like og det er et fasemisforhold mellom spenningene.

Som det fremgår av diagrammet i fig. 3, a, forårsaker ulikheten mellom de effektive verdiene til spenningene U1 og U2 utseendet til en utjevningsstrøm I ”ur, som vil være nesten rent induktiv, siden de aktive motstandene til generatorene og tilkoblingsledningene til nettverket er svært lite og neglisjert. Denne strømmen skaper ingen aktive strømstøt og derfor ingen mekaniske påkjenninger i generatoren og turbindelene. I denne forbindelse, når generatorene er slått på for parallell drift, kan forskjellen i spenning tillates opptil 5-10%, og i nødstilfeller - opptil 20%.

Når rms-spenningsverdiene U1 = U2 er like, men når vinkelfrekvensene er forskjellige Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 eller Δf = f1 — f2 ≠ 0, vil spenningsvektorene til generatorene og nettverket (eller den andre generatoren) ) forskyves med en viss vinkel Θ som endres over tid. Spenningene til generatorene U1 og U2 vil i dette tilfellet avvike i fase ikke med en vinkel på 180 °, men med en vinkel på 180 ° —Θ (fig. 3, b).

Ved terminalene til den åpne bryteren B, mellom punktene a og b, vil spenningsforskjellen ΔU virke. Som i forrige tilfelle kan tilstedeværelsen av spenning oppdages ved hjelp av en lyspære, og rms-verdien til denne spenningen kan måles med et voltmeter koblet mellom punktene a og b.

Hvis bryteren B er lukket, under påvirkning av spenningsforskjellen ΔU, oppstår en utjevningsstrøm I ”, som i forhold til U2 vil være nesten rent aktiv og, når generatorene slås på parallelt, vil forårsake støt og mekanisk spenninger i akslingene og andre deler av generatoren og turbinen.

Ved ω1 ≠ ω2 er synkroniseringen helt tilfredsstillende hvis slipen er s0 <0, l% og vinkelen Θ ≥ 10°.

På grunn av tregheten til turbinregulatorene er det umulig å oppnå en langsiktig likhet mellom vinkelfrekvensene ω1 = ω2, og vinkelen Θ mellom spenningsvektorene, som karakteriserer den relative posisjonen til stator- og rotorviklingene til generatorene, forblir ikke konstant, men endres kontinuerlig; dens øyeblikkelige verdi vil være Θ = Δωt.

På vektordiagrammet (fig. 4) vil den siste omstendigheten komme til uttrykk ved at med en endring i fasevinkelen mellom spenningsvektorene U1 og U2 vil også ΔU endres. Spenningsforskjellen ΔU kalles i dette tilfellet sjokkspenningen.

Ris. 4. Vektordiagram av generatorsynkronisering med frekvensulikhet.

Den øyeblikkelige verdien av klokkespenningene Δu er forskjellen mellom de øyeblikkelige verdiene til spenningene u1 og u2 til generatorene (fig. 5).

Anta at likheten mellom effektive verdier U1 = U2 er oppnådd, fasevinklene til referansetiden ψ1 og ψ2 er også like.

Så kan du skrive

Sjokkspenningskurven er vist i fig. 5.

Rytmespenningen endres harmonisk med en frekvens lik halvparten av summen av de sammenlignede frekvensene og med en amplitude som varierer med tiden avhengig av fasevinkelen Θ:

Fra vektordiagrammet i fig.4, for en viss spesifisert verdi av vinkelen Θ, kan den effektive verdien av slagspenningen bli funnet:

Ris. 5. Kurver for å overvinne stress.

Tatt i betraktning endringen av vinkelen Θ over tid, er det mulig å skrive et uttrykk for skallet i form av sjokkspenningsamplitudene, som gir endringen i spenningsamplitudene over tid (den stiplede kurven i fig. 5, b) ):

Som det fremgår av vektordiagrammet i fig. 4 og den siste ligningen, varierer sjokkspenningsamplituden ΔU fra 0 til 2 Um. Den største verdien av ΔU vil være i øyeblikket når spenningsvektorene U1 og U2 (fig. 4) faller sammen i fase og vinkel Θ = π, og den minste — når disse spenningene avviker i fase med 180 ° og vinkel Θ = 0. Perioden til rytmekurven er lik

Når generatoren er koblet til parallelldrift med et kraftig system, er verdien av xc til systemet liten og kan neglisjeres (xc ≈ 0), da utjevningsstrømmen

og innløpsstrømmen

Ved ugunstig innkobling ved strømmen Θ = π, kan overspenningsstrømmen i statorviklingen til den påslåtte generatoren nå det dobbelte av overspenningen til en trefaset kortslutning av generatorterminalene.

Den aktive komponenten av utjevningsstrømmen, som kan sees fra vektordiagrammet i fig. 4 er lik