Условия синхронизации синхронных генераторов
Основные сведения
Синхронизация синхронных генераторов
Подготовка СГ к включению на параллельную работу и сам процесс включения называются синхронизацией.
Эти способы рассмотрены ниже.
Для безударного включения СГ на параллельную работу необходимо выполнить следующие условия синхронизации:
1. равенство напряжения U
сети и ЭДС Е
подключаемого генератора, т. е.
|U| = | Е| .
2. равенство частот сети fи подключаемого генератора f , т. е. f= f .
3. совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений обоих генераторов, или, иначе, равенство нулю угла сдвига по фазе указанных векторов, т. е. φ = 0°.
4. одинаковый порядок чередования фаз 3-фазных генераторов, т.е. А— В -Си
А-В— С. На практике это означает, что выводы А, В и С каждого генератора должны при включении на шины, подключаться к шинам соответственно А, В и С ГЭРЩ.
Объясним, как проверяется выполнение этих условий и что надо делать при их нарушении.
Для проверки выполнения первого условия используют вольтметр с переключателем, позволяющим поочередно измерить напряжение на шинах (сети) и на зажимах генератора, включаемого на шины.
Если напряжение подключаемого генератора больше (меньше) напряжения на шинах, то поступают так:
1. при ручном регулировании вручную уменьшают (увеличивают) ток возбуждения подключаемого генератора при помощи реостата возбуждения, рукоятка которого выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора;
2. при автоматическом управлении уменьшают (увеличивают) ток возбуждения воздействием на регулятор уставки напряжения автоматического регулятора напряжения (АРН) генератора, рукоятка которого выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора.
Для проверки выполнения второго условия используют частотомер с переключателем, позволяющим поочередно измерить частоту напряжения на шинах (сети) и на зажимах генератора, включаемого на шины.
Если частота тока подключаемого генератора больше (меньше) частоты тока на шинах, то у подключаемого генератора уменьшают (увеличивают) подачу топлива дизелю поворотом рукоятки управления серводвигателя в сторону «Меньше» («Больше»).
Эта рукоятка выведена выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора.
Для проверки выполнения третьего условия используют ламповый или стрелочный синхроноскоп. Включить генераторный автомат надо в момент, когда погаснут все 3 лампы (если синхроноскоп включен по схеме «на темноту»), либо верхняя (если синхроноскоп включен по схеме «на вращение огня»), либо если стрелка синхроноскопа займет положение «12 часов».
Проверка выполнения четвертого условия в процессе эксплуатации судна не делается. Это объясняется тем, что необходимый порядок подключения генераторов к шинам обеспечивают специалисты-электромонтажники судоверфи.
Поэтому судовым электромеханикам нет надобности проверять выполнение этого условия.
Однако после выполнения ремонтно-профилактических работ, в ходе которых генератор отсоединялся от шин ГЭРЩ, проверка выполнения этого условия обязательна.
Если все условия синхронизации выполнены, то включение генератора на шины ГРЩ будет безударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода.
10.3. Последствия нарушений условий синхронизации.
От того, какое именно условие не выполнено, зависят последствия нарушения условий синхронизации. Рассмотрим поочередно нарушение каждого из перечисленных условий.
1. При нарушении первого условия | U| ≠ | E|.
В этом случае в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными через шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, возникнет т.н. уравнительный ток.
Этот ток, протекая через обмотки статоров обоих генераторов, подмагничивает генератор с меньшим напряжением и размагничивает генератор с большим напряжением.
В результате напряжения параллельно включенных генераторов выравняются.
Вместе с тем уравнительный ток нагружает обмотки статоров обоих генераторов, нагревая их и линии электропередачи между генераторами и не позволяя использовать генераторы по току полностью.
2. При нарушении второго условия синхронизации f ≠ f .
Сразу после включения генератора на шины возникнет переходный процесс, характер которого зависит от значения разности частот обоих генераторов.
Если разность частот менее 0,75 Гц, то после подключения генератора его ротор совершит несколько колебательных движений (качаний) с постепенно убывающей амплитудой и затем под действием собственной синхронизирующей мощности втянется в синхронизм.
После этого роторы обоих генераторов станут вращаться с одинаковой скоростью.
Если эта разность составляет несколько герц, ротор подключенного генератора может не войти в синхронизм и будет перемещаться относительно ротора другого генератора.
Возникающие при этом механические толчки на валу могут привести к тому, что не только подключенный генератор не войдет в синхронизм, но могут выпасть из синхронизма другие параллельно работающие генераторы.
3. Последствия нарушения третьего условия (φ ≠ 0°) зависят от взаимного положения роторов в момент включения генератора на параллельную работу.
Рассмотрим 3 характерных случая:
а) генератор включен при положении стрелки синхроноскопа «без пяти минут 12 часов» (при этом стрелка синхроноскопа должна вращаться по часовой стрелке).
В этом случае он сразу же перейдет в генераторный режим и снимет часть нагрузки с работающего генератора.
При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: тормозного характера у подключенного генератора и подкручивающего у работающего.
После этого надо постепенно подачу топлива увеличивать у подключенного генератора и одновременно уменьшать у работающего. В момент времени, когда показания кило ваттметров обоих генераторов станут одинаковыми, надо перестать изменять подачу топ-лива.
б) генератор включен при положении стрелки синхроноскопа «пять минут после 12 часов».
В этом случае он сразу же перейдет в двигательный режим и добавит нагрузку на работающий генератор.
При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: подкручивающий у подключенного и тормозной у работающего генератора.
В результате «подкручивания» подключенный генератор может пойти «вразнос» и будет отключен защитой по обратной мощности.
Если защита не сработала, что может быть при небольшом, неопасном значении обратной мощности подключенного генератора, надо сразу после включения начать увеличивать подачу топлива у подключенного генератора и уменьшать у работающего.
В момент времени, когда показания киловаттметров обоих генераторов станут одинаковыми, надо перестать изменять подачу топлива.
в) генератор включен на шины при положении стрелки синхроноскопа «6 часов».
В этом случае ротор подключенного генератора «перевернут» по отношению к ротору работающего.
При этом в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными через шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, напряжение работающего генератора и ЭДС подключенного суммируются (совпадают по фазе).
Поскольку обмотки статоров имеют незначительное сопротивление, под действием двойного напряжения U+ E= 220 + 220 = 440 В цепи возникнет ток короткого замыкания.
В результате отключится один или оба автоматических выключателя (в последнем случае судно обесточится).
Из сказанного следует, что процесс синхронизации генераторов — достаточно ответственный.
В соответствии с Правилами технической эксплуатации электрооборудования судов, именно вахтенный механик должен выполнять все действия, связанные с синхронизацией, переводом и распределением нагрузки при параллельной работе генераторов.
Судовой электромеханик включает на параллельную работу генераторы только в двух случаях – при использовании методов грубой синхронизации или самосинхронизации.
Источник
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам
04.10.2014
Синхронизация генераторов
В предыдущей статье были определены условия, необходимые для синхронизации генераторов. Разберем, какими средствами осуществляется выполнение этих условий.
Порядок чередования фаз обмоток статора проверяется при монтаже генераторов и их первоначальном подключении к шинам главного распределительного щита (так называемая «фазировка»); Все остальные условия надо контролировать при каждом включении генераторов на параллельную работу.
Совпадение напряжений подключаемого генератора и на шинах щита проверяется по вольтметру и достигается регулировкой возбуждения генератора. Эту проверку рекомендуется производить с помощью одного вольтметра, подключаемого через переключатель поочередно к генератору или к шинам щита.
Совпадение частот контролируется по частотомеру и осуществляется регулировкой скорости вращения первичного двигателя. Регулировка производится с главного распределительного щита посредством органов дистанционного управления подачей топлива или пара. Для удобства сравнения частот обычно применяется сдвоенный частотомер, имеющий две шкалы, расположенные непосредственно одна под другой. Одна из этих шкал включена на генератор, а вторая — на шины щита.
Равенство углов сдвига фаз между э. д. с. каждого генератора и напряжением на шинах будет иметь место при условии совпадения по фазе синусоидальных кривых напряжений обоих генераторов.
Проверка такого совпадения выполняется либо с помощью ламп синхронизации, либо с помощью синхроноскопа.
Различают два способа включения ламп синхронизации: на «темное» и на «светлое» включение.
При первом способе лампы синхронизации включаются на одноименные фазы шин распределительного щита и обмоток статора подключаемого генератора (рис. 1).
Если скорости вращения генераторов несколько отличаются, одна от другой, то сила света ламп будет периодически изменяться от погасания до максимальной. Эти изменения силы света происходят у всех ламп одновременно. Когда фазы синусоидальных кривых напряжений на клеммах генератора и на шинах распределительного щита совпадают, все лампы гаснут и автомат генератора может быть включен.
Этот способ включения неудобен тем, что нельзя определить, вращается ли подключаемый генератор быстрее или медленнее работающего.
При втором способе между одноименными фазами обмоток генераторов включается только одна лампа, две же другие включаются на разноименные фазы (рис. 2). В этом случае все лампы будут загораться и гаснуть в разное время.
Если такие лампы расположить в вершинах равностороннего треугольника, то по направлению вспышек ламп можно судить о необходимости увеличения или уменьшения скорости вращения подключаемого генератора. В момент совпадения синусоид напряжений, т. е. в момент синхронизации генераторов, лампа, включенная на одноименные фазы, погаснет, а две другие будут гореть с одинаковой силой света.
Более удобно определять момент синхронизации по стрелочному синхроноскопу. Один из способов синхронизации генераторов называется способом точной синхронизации.
Синхронизация по этому способу является достаточно сложной и ответственной операцией, требующей высокой квалификации обслуживающего персонала, а в некоторых случаях и длительного времени для ее осуществления.
Гораздо проще и быстрее включение генераторов на параллельную работу осуществляется по методу самосинхронизации.
При этом способе генератор в невозбужденном состоянии разворачивается первичным двигателем до скорости, при которой его частота отличается от частоты на шинах на 1—2 гц (эта скорость называется подсинхронной скоростью), затем подключают его к шинам и немедленно дают ему возбуждение.
Для проверки частоты синхронизируемого генератора (при отсутствии специального частотомера, который может работать на напряжении, развиваемом генератором при остаточном магнетизме) его до подключения к шинам возбуждают, при достижении подсинхронной частоты быстро снимают возбуждение, не изменяя положения маховика регулятора возбуждения, затем включают автомат генератора и снова дают возбуждение.
Включение методом самосинхронизации сопровождается возникновением кратковременного броска тока, не превышающего обычно трехкратного значения номинального тока (при низкой величине коэффициента мощности) и поэтому безопасного для генератора.
С целью уменьшить бросок тока, возникающий при включении генератора, за последнее время стали применять метод грубой синхронизации генераторов через реактор.
При этом методе генератор, возбужденный до номинального напряжения так же, как и при методе самосинхронизации, доводится до подсинхронной скорости вращения. После этого включают генератор на шины сначала через реактор, а затем (через несколько секунд) на прямую. После включения генератора на шины реактор выключают. Соответствующим подбором сопротивления реактора можно достигнуть того, что ток включения генератора не будет превышать его номинального тока.
На рис. 3 дана схема автоматизированного включения генератора на параллельную работу методом грубой синхронизации. При нажатии кнопки «Вкл.» катушка контактора К, получив питание включает генератор Г на шины через реактор Р. Одновременно контактор подает питание на катушку реле времени РВ. Через 6—8 сек после включения контактора реле времени срабатывает и подает питание на катушку электромагнитного привода автомата генератора А. После включения автомата кнопка «Вкл». отпускается. Контактор К, лишившись питания, отключает реактор и катушку реле времени. Чтобы избежать одновременного включения двух генераторов, цепи питания катушек контакторов К1 и К2 сблокированы с помощью блок-контактов этих же контакторов.
Включение на параллельную работу методом грубой синхронизации через реактор является наиболее простым, удобным и надежным, в связи с чем получает все большее распространение на судах.
Отключение работающего генератора осуществляется нажатием кнопки «Откл.», которая прерывает питание катушки автомата генератора А.
Источник
