Способ самосинхронизации синхронного генератора с сетью

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

Синхронизация генераторов: способы и их преимущества

Электростанции средней и высокой мощности состоят из нескольких синхронных генераторов с параллельным подключением к сети переменного тока. Это предотвращает полное отключение потребителей при неисправностях оборудования. Для запуска машин необходима процедура безопасного включения. От ее продолжительности и условий протекания во многом зависит работоспособность оборудования станции.

Особенность работы синхронных ГУ состоит в том, что при запуске из состояния покоя ротор не может начать самостоятельное движение и нуждается в принудительном раскручивании до скорости вращения электромагнитного поля статора. При включении электромашин возникают пусковые токи, которые нередко сравнимы с показателями короткого замыкания, что может привести к снижению сетевого напряжения. При затяжном пуске резко возрастает риск перегрева рабочих узлов. Все эти нюансы учитывают при разгоне ротора до подсинхронной скорости, после чего генераторная установка включается в сеть с соблюдением ряда условий. Этот процесс и называется синхронизацией генератора с сетью.

Для чего нужна синхронизация генераторов и что это такое?

В перечень условий входят:

• соблюдение идентичности чередования фаз электрической сети и машины;
• равенство напряжений и частот:
• совпадение по фазе векторов напряжений.

Перечисленные операции проводятся вручную или специальными автоматическими устройствами. Промежуточный вариант: часть операций выполняет персонал, а часть — автоматически. В современных системах электроснабжения предпочтение отдается автоматике. Для выполнения этой сложной и ответственной процедуры электростанции оборудуются автосинхронизаторами.

Способы синхронизации

Применение одного из перечисленных методов позволяет предотвратить обесточивание шин, повреждение коммутационного оборудования и электрогенератора.

Синхронизация генераторов на параллельную работу осуществляется тремя способами:

• точной синхронизации с выравниванием напряжения и частоты машины и сети с включением в момент совпадения фаз;
• самосинхронизацией с замыканием обмотки возбуждения ГУ, приблизительно равных частотах и включении с последующим возбуждением;
• синхронизацией через индуктивное сопротивление с включением при близких значениях напряжения и частоты (применяется в автономных электростанциях).

Перечисленные методы имеют достоинства и недостатки. Их выбор зависит от вида и назначения ГУ, ее мощности, требований к параметрам напряжения и частоты.

Точная синхронизация электростанций

Для выполнения всех ее условий требуется несколько минут времени и наличие особого навыка у персонала. Операция не опасна для оборудования, так как номинальное значение тока не превышается. Она используется на генераторных установках большой мощности, где время опережения задается автоматикой. Это позволяет предотвратить возникновение сверхтоков при включении.

При выполнении соблюдаются следующие критерии:

• различие напряжений сети и генераторной установки не более 1 % при наличии АВР с функцией автоматической подгонки, а при его отсутствии или ручном регулировании — 5 %;
• угол напряжений не более 10 градусов;
• отклонение частот не более 0,1 %.

Соблюдение условий достигается с помощью регулировки тока возбуждения машины и изменения вращающего момента вала. Контроль параметров производится по расположенным на пульте управления вольтметрам, частотометрам и синхроноскопу, которые подключают к трансформатору.

Недостатки точной синхронизации:

• сложность подгонки всех параметров;
• большой временной интервал, поскольку при авариях в системе может занимать несколько десятков минут, а важно обеспечить быстрое включение;
• высокая вероятность механических повреждений при большом угле напряжений;
• возможность использования только на высокомощных электростанциях с турбинами.

Преимущества способа заключаются в том, что при избежании ошибок переходные процессы при параллельном соединении генераторов очень незначительны и кратковременны.

Способ самосинхронизации

Этот метод позволяет значительно сократить продолжительность подготовительных процедур и имеет единственное условие включения: разница скорости вращения генераторов должна быть не более 2-3 Гц. Точная подгонка остальных величин на производится.

При включении ГУ этим способом стремятся минимизировать время входа в синхронизм и изменения напряжения и тока. Для этого подключаемой машине дается перевозбуждение. Разность скоростей агрегатов должна быть не более 3-5 % их синхронной скорости вращения, а ускорение составляет не более 1 Гц/с. Лучше всего производить параллельное подключение генераторов при уменьшении разности их скоростей вращения. Сокращение процесса происходит при более высокой скорости подключаемой ГУ. В этом случае агрегат сразу берет на себя нагрузку и производит генерирование.

Недостаток самосинхронизации — снижение напряжения на шинах станции и броски тока в цепи генератора. Если мощность подключаемого дизельного агрегата равна общей мощности станции падение напряжения порой достигает 40 %, а броски тока в 2-4 раза превышают номинал.

Синхронизация дизель-генераторов и газовых электростанций через индуктивное сопротивление

Метод через сопротивление часто называют грубой синхронизацией. Его достоинства заключаются в простоте операций и высокой вероятности безаварийного включения.

Его используют в автономных системах энергоснабжения.

Последовательность действий состоит в приведении Гу во вращение, возбуждении и последующем подключении на шины при достижении околосинхронных значений напряжения и частоты. Окончательная синхронизация происходит через сопротивление после возникновения электрической связи с сетью.

Недостаток способа — большие толки и качания. По этой причине он применяется в автономных системах, мощность которых значительно уступает станциям централизованного энергоснабжения.

Особенности автоматических синхронизаторов (АС)

Современные АС выполняют точную автоматическую синхронизацию с помощью микропроцессора. Они имеют соответствующее климатическое исполнение и выполняют:

• регулирование частоты ГУ импульсами противоположных знаков для достижения оптимального значения;
• регулирование напряжения с заданной точностью;
• выбор установки времени опережения;
• индикацию состояния АС и ГУ;
• контроль и диагностику отказов с распознаванием неисправностей и недостоверности данных;
• передачу информации по сети;
• сохранение данных.

Устройства оснащаются программным обеспечением с моделью объекта регулирования для выбора предварительных настроек и обучения персонала. В них предусмотрены режимы ручного и автоматического тестирования. Оборудование выпускается в виде отдельного модуля, устанавливается в шкаф автоматики или предлагается как панель синхронизации. При этом функции у всех разновидностей одинаковые.

Основные положения правил технической эксплуатации

Синхронизация генераторов производится в соответствии с правилами технической эксплуатации и устройства электроустановок. Согласно стандартам РФ способ точной автоматической синхронизации предусматривается для турбогенераторов мощностью более 3 МВт и гидрогенераторов от 50 МВт. В аварийных ситуациях используется самосинхронизация без учета системы охлаждения и технических характеристик агрегатов.

Самосинхронизация допустима для турбогенераторов мощностью до 3 МВт и для установок этого типа с косвенным охлаждением, оснащенных трансформаторами. А также для гидрогенераторов мощностью до 50 МВт.

Ручные настройки применяются для генераторов до 15 МВт, а при работе двух и более параллельно подключенных ГУ используется автоматическое и полуавтоматическое оборудование. При ручном методе обязательна блокировка от несинхронного включения.

Соответствующие устройства размещаются на центральном или местном пульте управления, главном или блочном щите. Помимо автоматики все ГУ должны быть оборудованы ручными настройками с блокировкой от несинхронного включения.

При введении в сеть двух генераторов с общим выключателем их необходимо синхронизировать между собой самосинхронизацией, а затем с сетью точной настройкой.

Самосинхронизация обязательна при ликвидации аварий. При этом соблюдается правило, что сверхпереходный ток не превышает номинальный в 3 раза.

Процесс синхронизации может осуществляться только специально обученным персоналом. Для точной ручной настройки параметров необходимы специалисты высокой квалификации. Алгоритмы этого процесса постоянно совершенствуются, внедряются новые цифровые технологии, устройства управления. Важно выбрать правильный вариант оборудования.

Специалисты ГК «ЭнергоПроф» предоставляют комплексные услуги по оснащению систем автономного энергоснабжения блоками АВР с функцией блокировки и устройств АС. Мы производим синхронизацию ГУ с последующим техническим обслуживанием и обучаем персонал станции.

Источник