Способ точной синхронизации синхронных генераторов

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

Методы синхронизации генераторов

Совокупность операций, проводимых при подключении генератора на параллельную работу с сетью, называют синхронизацией.

В момент включения генератора на параллельную работу необходимо обеспечить наименьший бросок тока. В противном случае возможны срабатывание защиты, поломка генератора или первичного двигателя. Ток в момент подключения будет равен нулю, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети и генератора. На практике это обеспечивается соблюдением вышеперечисленных условий параллельной работы в момент включения.

Применяют метод точной синхронизации и метод грубой синхронизации (самосинхронизация).

При точной синхронизации генератор приводят в состояние, отвечающее вышеуказанным условиям, и затем включают на параллельную работу. Сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот тока сети и генератора f_с= f_г. Затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжений U_c=U_г. Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (а_с = а_г) контролируется специальными приборами — синхроноскопами.

Для синхронизации генераторов малой мощности применяют ламповые синхроноскопы. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети. На каждую лампу действует напряжение ∆и=и_c-и_г, которое при f_с≠ f_г изменяется с частотой ∆f= f_с— f_г, называемой частотой биений. В этом случае лампы мигают. При f_с ≈ f_г разность ∆и изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают. Генератор подключают к сети, когда разность напряжений ∆и на короткое время становится близкой нулю в середине периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов U_c и U_г.

Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при f_с≠ f_г стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности частот ∆f= f_с— f_г, в одну или другую сторону в зависимости от того, какая из этих частот больше. При f_с= f_г стрелка устанавливается на нуль. В этот момент и следует подключать генератор к сети.

Для исключения ошибочных действий обслуживающего персонала используются автоматические синхроноскопы, регулирующие напряжение и частоту и включающие генератор на параллельную работу по предварительной команде без помощи обслуживающего персонала.

Метод грубой синхронизации (самосинхронизации) отличается от метода точной синхронизации простотой и быстротой включения. Особое значение этот метод приобретает при ликвидации аварий, когда необходимо быстро подключить генератор в сеть при значительных колебаниях напряжения и частоты. Включение методом точной синхронизации в таких случаях весьма затруднительно.

При подключении методом самосинхронизации обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление, чтобы избежать в ней перенапряжений. Ротор невозбуждённого генератора разгоняют до частоты вращения близкой к синхронной за счет момента первичного двигателя. Допускается скольжение не более 2%.

Затем обмотка якоря генератора подключается к сети. После этого подается питание на обмотку возбуждения (она переключается с гасительного резистора на источник питания), появляется синхронирующий момент и генератор втягивается в синхронизм.

Недостатком метода самосинхронизации является сравнительно большой бросок тока в момент включения генератора, который вызывает значительные механические усилия в обмотках, что может привестик преждевременному их выходу из строя. Поэтому бросок тока при включении не должен превышать номинальный ток якоря более, чем в 3,5 раза.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Методы синхронизации

Существует 3 метода синхронизации: точной, грубой и самосинхро­низации. Каждый из методов может выполняться вручную, полуавто­матически или автоматически. На современных судах наиболее часто применяют метод точной синхронизации, реже — грубой синхрониза­ции и крайне редко — самосинхронизации. Такое различие объясняется особенностями реализации каждого, способа.

6.3.1.Метод точной синхронизации

Суть метода состоит в том, что подключаемый генератор включается на шины ГРЩ с соблюдением всех условий синхронизации.

Выполнение первого условия на практике осуществляется автома­тически, так как СГ снабжены системами самовозбуждения и автома­тического регулирования напряжения СВАРН (рис. 6.1. ).

Рисунок 6.1. Принципиальная схема точной синхронизации

Равенство частот достигается подгонкой частоты подключаемого СГ к частоте работающего. Для этого на панели управления ГРЩ располагают реверсивные переключатели SB1 и SB2 , при помощи которых включают серводвигатель М1 или М2 регулятора частоты вращения подключае­мого СГ в ту или иную сторону.

Визуальный контроль за выполнением первых двух условий ( равенство напряжений и частот ) на практике выполняется одновременно, пооче­редным подключением к каждому генератору вольтметра РV и частото­мера РF переключателем S2.

Совпадение по фазе одноимен­ных векторов фазных напряжений проверяется при помощи cтрелочного синхро­носкопа ЕS и достигается при одинаковом положении роторов работающего и подключаемого генераторов по отношению к статорам. Для этого воздействуют короткими импульсами на серво­двигатель регулятора частоты вращения подключаемого СГ, добиваясь момента, когда стрелка синхроноскопа расположится вертикально, напротив отметки на шкале прибора ( «на 12 часов» ). В этот момент времени включают СГ на шины при помощи автоматического выключателя QF1 ( QF2 ).

При точном соблюдении условий синхронизации включение СГ на шины будет безударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода.

После этого подключенный СГ нагружают активной нагрузкой, одновременно разгружая другой, для чего увеличивают подачу топлива (пара) у подключаемого ГА и одно­временно уменьшают у другого.

Распределяют активную нагрузку пропорционально номинальным активным мощностям генераторов и контролируют при помощи киловаттметров РW1 и РW2, обычно вклю­чаемых через трансформаторы тока ТА1 и ТА2 и напряжения ТV4 и TV5.

Распределение реактивной нагрузки происходит автоматически путем воздействия систем самовозбуждения и автоматического регу­лирования напряжения СВАРН обоих генераторов на токи возбужде­ния. При этом ток возбуждения подключенного СГ автоматически увеличивается, а другого уменьшается.

Пропорциональность распреде­ления реактивной нагрузки проверяется при помощи килоамперметров РA1 и РA2, т. е. косвенно, так как эти приборы показывают полные, а не реактивные токи генераторов. Если у двух однотипных СГ одина­ковы показания киловаттметров РW1 и РW2 (т. е. одинаковы активные токи) и неодинаковы показания килоамперметров РA1 и РA2, значит, неодинаковы реактивные токи.

Из всего изложенного следует, что включение СГ на параллельную работу представляет собой довольно трудную задачу. Основная труд­ность заключается в определении момента совпадения по фазе напря­жений СГ, включаемых на параллельную работу. Для определения указанного момента при автоматической точной синхронизации используют синхронизаторы, а при точной синхронизации вручную применяют синхроноскопы.

6.3.2. Метод грубой синхронизации

Метод заключается в том, что гене­ратор подключают на шины ГРЩ не прямо, как при точной синхрониза­ции, а через токоограничивающее реактивное сопротивление X , включенное в каждую фазу (рис. 5.6, а). Это сопротивление называется реактором.

Грубую синхронизацию выполняют в следующем порядке:

— уравни­вают частоты и напряжения СГ, что проверяют при помощи частотомера РF и вольтметра РV;

-в произвольный момент времени замыкают кон­такт КМ2 (КМ1), тем самым включая генератор G2 (G1) на шины ГРЩ через реактор x ;

— через несколько секунд, в течение которых генера­тор втягивается в синхронизм, включают АВ QF2 (QF1) и размыкают контакт КМ2 (КМ 1).

Рисунок 6.2. Схемы грубой синхронизации ( а ) и замещения для одной фазы ( б )

Поскольку включение генератора на шины выполняют в произ­вольный момент времени, роторы СГ, а значит, векторы напряжения сети Ū и ЭДС Ē подключаемого генератора в момент включения могут занимать любое взаимное положение. Поэтому включение СГ сопро­вождается бросками тока и механическими ударами на валу, которые ограничиваются реактором до безопасных значений. Сам же метод иногда называют методом несинхронного включения СГ.

Сопротивление реактора рассчитывают исходя из наиболее тяжело­го случая включения, когда положение роторов СГ отличается на 180°.

На многих судах грубая синхронизация СГ выполняется полуавто­матически: уравнивание напряжений генераторов обеспечивают автоматические регуляторы напряжения, примерное уравнивание частот выполняет оператор ( электромеханик или вахтенный механик ), а выбор момента включения генератора на шины при Ū + Ē = 0 обеспечивает аппаратура схемы синхронизации.

К достоинствам метода можно отнести простоту, надежность и непродолжительность.

Метод допускает погрешность при уравнивании напряжений генераторов до ±10 % номинального и частот до ± (3-4) % номинальной.

При правильном расчете и выборе реактора втягивание включенного генератора в синхронизм происходит в течение 1,5-3,0 с, а провал напряжения не превышает 20 % номинального.

Процесс синхронизации длится недолго, поэтому реактор рассчитывают на непродолжительную работу. Сопротивление реакторов зависит от мощности синхронизируемых СГ и обычно составляет несколько Ом, а масса — десятки килограммов.

Генераторы синхронизируются с сетью поочередно, поэтому для их включения на шины ГРЩ используют один и тот же реактор.

6.3.3. Метод самосинхронизации

При самосинхронизации (рис. 5.7 ) подключаемый СГ разгоняют до частоты вращения, отличающейся от синхронной на 2-5 %. Обмотка возбуждения генератора ОВГ отключе­на от источника возбуждения (разомкнут контакт КМ2) и замкнута на разрядный резистор R (замкнут контакт КМ1).

В произвольный мо­мент времени невозбужденный генератор при помощи автоматиче­ского выключателя QF2 подключают на шины и одновременно или с незначительной задержкой подают возбуждение (замыкается контакт КМ2 и размыкается КМ1).

Далее генератор втягивается в синхронизм под действием синхронизирующей мощности Р .

В момент включения на шины ЭДС невозбужденного генератора Е = 0, поэтому максимальное значение тока включения будет вдвое меньше максимального тока при синхронизации возбужденного генератора и составит ( 2,0-4,5) I .

Рисунок 6.3. Схема самосинхронизации

Провалы напряжения достигают 50 % номинального, а втягивание в синхронизм заканчивается через несколько секунд после включения СГ на шины.

Разрядный резистор R предназначен для исключения перенапряжений в обмотке возбуж­дения ОВГ в момент включения СГ на шины.

Метод самосинхронизации прост и непродолжителен по времени. Недостатками метода являются провалы напряжения и удары на валу генераторов. Поэтому самосинхронизация может применяться в СЭЭС, включенная мощность которых значительно превышает мощность единичного СГ (например, в гребных электрических установках).

Дата добавления: 2015-05-28 ; просмотров: 5058 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник