Parallel drift af generatorer

I kraftværker er der altid installeret flere turbo- eller hydraulikenheder, som arbejder parallelt sammen på generatorens eller overspændingens fælles skinner.

Som følge heraf produceres elproduktion i kraftværker af flere generatorer, der arbejder parallelt, og dette samarbejde har mange værdifulde fordele.

Parallel drift af generatorer:

1. øger fleksibiliteten i driften af ​​udstyret til kraftværker og transformerstationer, letter den forebyggende vedligeholdelse af generatorerne, hovedudstyret og de tilsvarende distributionsanordninger med et minimum af den nødvendige reserve.

2. øger effektiviteten af ​​driften af ​​kraftværket, da det muliggør den mest effektive fordeling af den daglige belastningsplan mellem enhederne, hvorved der opnås den bedste udnyttelse af elektricitet og øge effektiviteten; i vandkraftværker gør det muligt at udnytte kraften i vandstrømmen maksimalt i oversvømmelsesperioden og i lavvandsperioderne om sommeren og vinteren;

3.øger pålideligheden og uafbrudt drift af kraftværker og strømforsyning til forbrugerne.

Ris. 1. Skematisk diagram over paralleldrift af generatorer

For at øge produktionen og forbedre strømfordelingen er mange kraftværker kombineret for at fungere parallelt for at danne kraftfulde kraftsystemer.

I normal drift er generatorerne forbundet med fælles busser (generator eller overspænding) og roterer synkront. Deres rotorer roterer med samme elektriske vinkelhastighed

Ved paralleldrift skal de øjeblikkelige spændinger ved terminalerne på de to generatorer være lige store og modsat fortegn.

For at forbinde generatoren til parallel drift med en anden generator (eller med netværket), er det nødvendigt at synkronisere den, det vil sige at regulere rotationshastigheden og exciteringen af ​​den tilsluttede generator i overensstemmelse med den operative.

Generatorer, der arbejder og tilsluttes parallelt, skal være i fase, det vil sige have samme rækkefølge af faserotation.

Som det kan ses af fig. 1, i paralleldrift er generatorerne forbundet med hinanden i forhold til hinanden, dvs. deres spændinger U1 og U2 på kontakten vil være nøjagtigt modsatte. Med hensyn til belastningen fungerer generatorerne i overensstemmelse, det vil sige, at deres spændinger U1 og U2 stemmer overens. Disse betingelser for paralleldrift af generatorerne afspejles i diagrammerne i fig. 2.

Ris. 2. Betingelser for at tænde for generatorer til paralleldrift. Generatorspændingerne er lige store og modsatte i fase.

Der er to metoder til at synkronisere generatorer: finsynkronisering og grovsynkronisering eller selvsynkronisering.

Betingelser for nøjagtig synkronisering af generatorer.

Med præcis synkronisering forbindes den exciterede generator til netværket (busser) gennem switch B (fig. 1), når synkroniseringsbetingelserne er nået - lighed mellem de øjeblikkelige værdier af deres spændinger U1 = U2

Når generatorerne fungerer separat, vil deres øjeblikkelige fasespændinger være ens henholdsvis:

Dette indebærer de nødvendige betingelser for parallelforbindelse af generatorerne. For generatorer, der er tændt og kører, kræves det:

1. lighed mellem de effektive spændingsværdier U1 = U2

2. Ligestilling af vinkelfrekvenser ω1 = ω2 eller f1 = f2

3. Tilpasning af spændinger i fase ψ1 = ψ2 eller Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Den nøjagtige opfyldelse af disse krav skaber ideelle forhold, som er kendetegnet ved, at i det øjeblik, hvor generatoren tændes, vil statorudligningsstrømmen være nul. Det skal dog bemærkes, at opfyldelsen af ​​betingelserne for nøjagtig synkronisering kræver omhyggelig justering af de sammenlignede værdier af spændingen, frekvensen og fasevinklerne for generatorernes spænding.

I denne henseende er det praktisk talt umuligt fuldt ud at opfylde de ideelle betingelser for synkronisering; de udføres tilnærmelsesvis med nogle små afvigelser. Hvis en af ​​ovenstående betingelser ikke er opfyldt, når U2, vil spændingsforskellen virke på terminalerne på den åbne kommunikationskontakt B:

Ris. 3. Vektordiagrammer for tilfælde af afvigelse fra betingelserne for nøjagtig synkronisering: a — Generatorernes arbejdsspændinger er ikke ens; b — vinkelfrekvenserne er ikke ens.

Når kontakten er tændt, vil der under påvirkning af denne potentialforskel i kredsløbet strømme en udligningsstrøm, hvis periodiske komponent i det indledende øjeblik vil være

Overvej to tilfælde af afvigelse fra de nøjagtige synkroniseringsbetingelser vist i diagrammet (fig. 3):

1. Driftsspændingerne for generatorerne U1 og U2 er ikke ens, de øvrige betingelser er opfyldt;

2. Generatorerne har samme spænding, men roterer med forskellige hastigheder, det vil sige, at deres vinkelfrekvenser ω1 og ω2 er ikke ens, og der er et fasemisforhold mellem spændingerne.

Som det kan ses af diagrammet i fig. 3, a, forårsager uligheden mellem de effektive værdier af spændingerne U1 og U2 fremkomsten af ​​en udligningsstrøm I ”ur, som vil være næsten rent induktiv, da de aktive modstande af generatorerne og forbindelsesledningerne af netværket er meget lille og forsømt. Denne strøm skaber ingen aktive strømstød og derfor ingen mekaniske spændinger i generator- og turbinedelene. I denne henseende, når generatorerne er tændt for parallel drift, kan forskellen i spænding tillades op til 5-10% og i nødstilfælde - op til 20%.

Når rms-spændingsværdierne U1 = U2 er ens, men når vinkelfrekvenserne er forskellige Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 eller Δf = f1 — f2 ≠ 0, er spændingsvektorerne for generatorerne og netværket (eller 2. generator) ) forskydes med en bestemt vinkel Θ, der ændres over tid. Spændingerne på generatorerne U1 og U2 vil i dette tilfælde afvige i fase ikke med en vinkel på 180 °, men med en vinkel på 180 ° —Θ (fig. 3, b).

Ved terminalerne på den åbne kontakt B, mellem punkt a og b, vil spændingsforskellen ΔU virke. Som i det foregående tilfælde kan tilstedeværelsen af ​​spænding detekteres ved hjælp af en pære, og rms-værdien af ​​denne spænding kan måles med et voltmeter forbundet mellem punkterne a og b.

Hvis kontakten B er lukket, opstår der under påvirkning af spændingsforskellen ΔU en udligningsstrøm I ”, som i forhold til U2 vil være næsten rent aktiv og, når generatorerne tændes parallelt, vil forårsage stød og mekaniske spændinger i akslerne og andre dele af generatoren og turbinen.

Ved ω1 ≠ ω2 er synkroniseringen fuldstændig tilfredsstillende, hvis slip er s0 <0, l% og vinklen Θ ≥ 10°.

På grund af turbineregulatorernes inerti er det umuligt at opnå en langsigtet lighed mellem vinkelfrekvenserne ω1 = ω2 og vinklen Θ mellem spændingsvektorerne, der karakteriserer den relative position af stator- og rotorviklingerne af generatorerne, forbliver ikke konstant, men ændrer sig løbende; dens øjeblikkelige værdi vil være Θ = Δωt.

På vektordiagrammet (fig. 4) vil den sidste omstændighed komme til udtryk ved, at med en ændring i fasevinklen mellem spændingsvektorerne U1 og U2 vil ΔU også ændre sig. Spændingsforskellen ΔU kaldes i dette tilfælde stødspændingen.

Ris. 4. Vektordiagram af generatorsynkronisering med frekvensulighed.

Den øjeblikkelige værdi af clockspændingerne Δu er forskellen mellem de øjeblikkelige værdier af generatorernes spændinger u1 og u2 (fig. 5).

Antag, at ligheden mellem effektive værdier U1 = U2 er opnået, er fasevinklerne for referencetiden ψ1 og ψ2 også ens.

Så kan du skrive

Stødspændingskurven er vist i fig. 5.

Rytmespændingen ændrer sig harmonisk med en frekvens svarende til halvdelen af ​​summen af ​​de sammenlignede frekvenser og med en amplitude, der varierer med tiden afhængigt af fasevinklen Θ:

Fra vektordiagrammet i fig.4, for en bestemt specificeret værdi af vinklen Θ, kan den effektive værdi af slagspændingen findes:

Ris. 5. Kurver for at overvinde stress.

Under hensyntagen til ændringen af ​​vinklen Θ over tid, er det muligt at skrive et udtryk for skallen i form af stødspændingsamplituderne, hvilket giver ændringen i spændingsamplituderne over tid (den stiplede kurve i fig. 5, b) ):

Som det kan ses af vektordiagrammet i fig. 4 og den sidste ligning varierer stødspændingsamplituden ΔU fra 0 til 2 Um. Den største værdi af ΔU vil være i det øjeblik, hvor spændingsvektorerne U1 og U2 (fig. 4) falder sammen i fase og vinkel Θ = π, og den mindste - når disse spændinger adskiller sig i fase med 180 ° og vinkel Θ = 0. Perioden af ​​rytmekurven er lig med

Når generatoren er forbundet til paralleldrift med et kraftigt system, er værdien af ​​xc af systemet lille og kan negligeres (xc ≈ 0), så udligningsstrømmen

og startstrømmen

I tilfælde af ugunstig indkobling ved strømmen Θ = π, kan overspændingsstrømmen i statorviklingen af ​​den tændte generator nå det dobbelte af værdien af ​​overspændingen ved en trefaset kortslutning af generatorens klemmer.

Den aktive komponent af udligningsstrømmen, som det kan ses af vektordiagrammet i fig. 4 er lig med