Включение генератора способом самосинхронизации

При включении генератора способом самосинхронизации должны быть соблюдены следующие условия:

генератор должен быть невозбужденным;

частота вращения включаемого генератора должна быть близка к частоте вращения генераторов энергосистемы;

допускаемая разность частот генератора и сети 1-1,5 Гц.

Перед включением генератора его обмотка ротора должна быть замкнута на гасительное сопротивление для исключения опасного для изоляции этой обмотки воздействия ЭДС частоты скольжения, наводимой в обмотке ротора.

В первый момент после включения генератор работает в режиме асинхронной машкны, при этом на ротор генератора действует асинхронный вращаеющий момент, который направлен на уменьшение разности частот вращения включаемого генератора и генераторов энергосистемы, т.е. асинхронный момент способствует втягиванию генератора в синхронизм.

Кроме асинхронного момента на ротор генератора действует еще момент явнополюсности, обусловленный магнитной несимметрией ротора генератора в продольной и поперечной осях. Момент явнополюсности — знакопеременный, его знак меняется с двойной частотой скольжения. При больших скольжениях, когда преобладает асинхронный момент, влияния момента явнополюсности практически незаметно. При малых скольжениях и небольшом механическом моменте на валу турбины момент явнополюсности может вызвать втягивание генератора в синхронизм. Однако при этом возможно такое положение ротора, при котором синхронный момент, возникающий после подачи возбуждения, будет иметь знак, противоположный знаку момента явнополюсности. И так как синхронный момент значительно больше момента явнополюсности, произойдет выталкивание ротора на одно полюсное деление, что создаст нежелательное дополнительное динамическое воздействие на машину. Для исключения указанного явления возбуждение на обмотку ротора подается без задержки, сразу после включения выключателя генератора. В этих условиях на ротор генератора начинает действовать синхронный вращающий момент, обеспечивающий окончательное втягивание генератора в синхронизм.

Включение генератора в сеть сопровождается броском тока. Согласно схеме замещения, приведенной на рис. 6.2, ток включения определяется по выражению

где — сверхпереходное сопротивление генератора по продольной оси; — сопротивление энергосистемы.

Рис. 6.2. Расчетная схема замещения при самосинхронизации

Включение генератора способом самосинхронизации сопровождается также снижением напряжения на выводах генератора, что оказывает неблагоприятное влияние на работу потребителей, подключенных к тем же шинам, что и генераторы электростанции.

Напряжение на шинах электростанции можно определить по выражению

Используя уравнения (6.4) и (6.3), получаем

По мере втягивания генератора в синхронизм происходят уменьшение тока и повышение напряжения . Основным достоинством способа самосинхронизации является возможность достаточно быстрого по сравнению со способом точной синхронизации включения генератора в сеть. Это особенно важно при включении генератора в аварийных условиях, когда возникает необходимость в быстром включении резервных генераторов. Поэтому включение генераторов в аварийных условиях рекомендуется производить способом самосинхронизации независимо от значения уравнительного тока.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Самосинхронизация — генератор

Самосинхронизация генераторов на электростанциях газопроводов осуществляется двумя способами. [1]

Самосинхронизация генераторов обладает рядом существенных преимуществ. К ним относятся: простота схемы и аппаратуры; надежность работы устройств; быстрота включения генератора в сеть, что особенно важно при появлении дефицита мощности в энергосистеме в аварийных условиях. [2]

При самосинхронизации генератора с вентильной системой возбуждения опасность перенапряжений не возникает только в том случае, когда в момент включения выключателя и в дальнейшем наведенный в роторе ток имеет направление, совпадающее с направлением тока выпрямителя. [3]

Способ самосинхронизации генератора заключается во включении его в сеть без возбуждения ( с отключенным автоматом гашения поля) при подсинхронной частоте вращения ротора с последующей подачей возбуждения; в момент включения генератора в сеть шунто-вой реостат в цепи возбуждения возбудителя должен находиться в положении, соответствующем возбуждению холостого хода генератора. Устройство автоматики воздействует на турбину, доводит частоту вращения агрегата до подсинхронной ( разность частот генератора и сети не должна превышать 1 0 Гц или 2 %), затем включает невозбужденный генератор в сеть и подает на него возбуждение. Возникающий в первый момент включения асинхронный момент подтягивает частоту вращения генератора к подсинхронной, а ПОЯВЛЯЮЩИЙСЯ при подаче возбуждения синхронный момент обеспечивает втягивание генератора в синхронизм. В первый момент включения генератора в сеть по методу самосинхронизации наблюдается значительный бросок тока статора и резкое изменение момента на валу агрегата. [4]

Способ самосинхронизации генератора заключается во. Устройство автоматики воздействует на турбину, доводит частоту вращения агрегата до подсинхронной ( разность частот генератора и сети не должна превышать 1 Гц, или 2 %), затем включает невозбужденный генератор в сеть и подает на него возбуждение. Возникающий в первый момент включения асинхронный момент подтягивает частоту вращения генератора к подсинхронной, а появляющийся при подаче возбуждения синхронный момент обеспечивает втягивание генератора в синхронизм. В первый момент включения генератора в сеть по методу самосинхронизации наблюдается значительный бросок тока статора и резкое изменение момента на валу агрегата. [5]

Способ самосинхронизации генератора заключается во включении его в сеть без возбуждения ( с отключенным автоматом гашения поля) при подсинхронной частоте вращения ротора с последующей подачей возбуждения; в момент включения генератора в сеть на выводах системы возбуждения должно быть напряжение, соответствующее возбуждению холостого хода генератора. Устройство автоматики воздействует на турбину, доводит частоту вращения агрегата до подсинхронной ( разность частот генератора и сети не должна превышать 1 Гц, или 2 %), затем включает невозбужденный генератор в сеть и подает на него возбуждение. Возникающий в первый момент включения асинхронный момент подтягивает частоту вращения генератора к подсинхронной, а появляющийся при подаче возбуждения синхронный момент обеспечивает втягивание генератора в синхронизм. В первый момент включения генератора в сеть по методу самосинхронизации наблюдается значительный бросок тока статора и резкое изменение момента на валу агрегата. [6]

Сыромят-никовьш метод самосинхронизации генераторов имеет в этих условиях преимущества по сравнению с обычными методами, позволяя резко ускорить процесс синхронизации. Этот метод заключается в предварительном включении в сеть генераторов без возбуждения и последующей подаче значительного возбуждения, приводящей к втягиванию их в синхронизм. [8]

Включение методом самосинхронизации генераторов с непосредственным охлаждением обмоток допускается только в аварийных условиях. При работе нескольких генераторов на шины генераторного напряжения способ самосинхронизации не всегда применим; он допускается только в тех случаях, когда выполняется требование: / 0 3 5 / НОМ. [9]

АПВ с самосинхронизацией генераторов ( АПВС) применяется главным образом на линиях, связывающих удаленные гидроэлектростанции с системой, а также на подстанциях с синхронными компенсаторами в случае, если более простые типы АПВ ( НАПВ, Б АПВ) не могут быть применены. [11]

Каким образом осуществляется самосинхронизация генераторов . [12]

Для обеспечения возможности самосинхронизации генератора защита автоматически вводится в действие примерно через 1 с после появления тока в статоре генератора. [13]

Далее, на промышленных электростанциях находит большое применение самосинхронизация генераторов вместо точной синхронизации генераторов при включении их на параллельную работу, выполняемой вручную, а также автоматическое регулирование напряжения генераторов. [14]

Источник

ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7

Раздел 3. Защита и автоматика

Глава 3.3. Автоматика и телемеханика

Включение генераторов

3.3.43. Включение генераторов на параллельную работу должно производиться одним из следующих способов: точной синхронизацией (ручной, полуавтоматической и автоматической) и самосинхронизацией (ручной, полуавтоматической и автоматической). ¶

3.3.44. Способ точной автоматической или полуавтоматической синхронизации как основной способ включения на параллельную работу при нормальных режимах должен предусматриваться для: ¶

турбогенераторов с косвенным охлаждением обмоток мощностью более 3 МВт, работающих непосредственно на сборные шины генераторного напряжения, и при значении периодической составляющей переходного тока более 3,5 I_ном;
турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток типов ТВВ, ТВФ, ТГВ и ТВМ;
гидрогенераторов мощностью 50 МВт и более.

При аварийных режимах в электрической системе включение на параллельную работу всех генераторов вне зависимости от системы охлаждения и мощности может производиться способом самосинхронизации. ¶

3.3.45. Способ самосинхронизации как основной способ включения на параллельную работу может предусматриваться для: ¶

турбогенераторов мощностью до 3 МВт;
турбогенераторов с косвенным охлаждением мощностью более 3 МВт, работающих непосредственно на сборные шины, если периодическая составляющая переходного тока при включении в сеть способом самосинхронизации не превосходит 3,5I_ном;
турбогенераторов с косвенным охлаждением, работающих в блоке с трансформаторами;
гидрогенераторов мощностью до 50 МВт;
гидрогенераторов, электрически жестко связанных между собой и работающих через общий выключатель при их суммарной мощности до 50 МВт.

В указанных случаях могут не предусматриваться устройства полуавтоматической и автоматической точной синхронизации. ¶

3.3.46. При использовании способа самосинхронизации как основного способа включения генераторов на параллельную работу следует предусматривать установку на гидрогенераторах устройств автоматической самосинхронизации, на турбогенераторах — устройств ручной или полуавтоматической самосинхронизации. ¶

3.3.47. При использовании способа точной синхронизации в качестве основного способа включения генераторов на параллельную работу, как правило, следует предусматривать установку устройств автоматической и полуавтоматической точной синхронизации. Для генераторов мощностью до 15 МВт допускается применение ручной точной синхронизации с блокировкой от несинхронного включения. ¶

3.3.48. В соответствии с указанными положениями все генераторы должны быть оборудованы соответствующими устройствами синхронизации, расположенными на центральном пункте управления или на местном пункте управления для гидроэлектростанций, на главном щите управления или на блочных щитах управления для теплоэлектростанций. ¶

Вне зависимости от применяемого способа синхронизации все генераторы должны быть оборудованы устройствами, позволяющими в необходимых случаях производить ручную точную синхронизацию с блокировкой от несинхронного включения. ¶

3.3.49. При включении в сеть способом точной синхронизации двух или более гидрогенераторов, работающих через один выключатель, генераторы предварительно синхронизируются между собой способом самосинхронизации и с сетью — способом точной синхронизации. ¶

3.3.50. На транзитных подстанциях основной сети и электростанциях, где требуется синхронизация отдельных частей электрической системы, должны предусматриваться устройства для полуавтоматической или ручной точной синхронизации. ¶

Источник

4 Автоматическое включение синхронных генераторов на параллельную работу

3.1. Способы синхронизации

Для успешного включения генератора в сеть необходимо, чтобы толчок уравнительного тока в момент включения не превышал допустимого значения, а ротор включаемого генератора втянулся в синхронизм без длительных качаний. Для выполнения этих условий необходимо предварительно отрегулировать частоту вращения генератора так, чтобы она стала близкой к синхронной, а напряжение на его выводах (если генератор возбужден) сделать равным или близким напряжению энергосистемы и выбрать момент подачи команды на включение выключателя. Этот процесс уравнивания частоты вращения и напряжения и выбора момента включения генератора в сеть называется синхронизацией. В эксплуатации применяются два основных способа включения генераторов на параллельную работу с энергосистемой: точная синхронизация и самосинхронизация.

При включении способом точной синхронизации генератор разворачивается до частоты, близкой к синхронной, и возбуждается. Затем вручную или с помощью автоматики уравниваются частоты и напряжения синхронизируемого генератора и сети. После этого подается команда на включение генератора в сеть. Для того чтобы толчок уравнительного тока в момент включения не превышал допустимого значения, а качания ротора генератора быстро затухли, необходимо очень точно уравнять частоты и напряжения генератора и сети и выбрать соответствующий момент для включения выключателя.

При самосинхронизации генератор разворачивается до частоты, близкой к синхронной, и включается в сеть невозбужденным. Ток возбуждения подается в обмотку ротора сразу же после включения выключателя генератора. Затем происходит нарастание тока ротора и ЭДС, и генератор втягивается в синхронизм.

Рекомендуемые файлы

Рассмотри условия точной синхронизации, которая может применяться для включения в сеть генераторов всех типов и мощностей при любой схеме коммутации. На рис. 29. приведена схема замещения для расчета толчка тока при включении генератора в сеть. Стрелками обозначены принятые положительные направления ЭДС генератора Г и напряжения энергосистемы С. Обходя контур (рис. 29. б)), можно записать согласно второму закону Кирхгофа:

Из этого выражения можно определить толчок уравнительного тока в момент включения:

, (14)

где: DU — разность синхронизируемых напряжений (ЭДС) в момент включения (генератор

замещается ЭДС E”_Г за сверхпереходным сопротивлением x”_d;

I_УР — периодическая составляющая тока в момент включения;

Z_S — суммарное сопротивление между ЭДС синхронизируемого генератора и напряжением энергосистемы (генератор замещается сверхпереходным сопротивлением x”_d).

Соответственно амплитудное значение уравнительного тока в момент включения:

(15)

Если ЭДС генератора и напряжение энергосистемы равны по абсолютному значению и в момент включения сдвинуты на угол d (рис. 29. в)), ток будет равен:

(16)

В общем случае, когда ЭДС генератора и напряжение энергосистемы не равны по абсолютному значению, выражение для определения уравнительного тока примет следующий вид:

(17)

Как следует из выражений, приведенных выше, уравнительный ток в момент включения будет тем больше, чем больше разность синхронизируемых напряжений и угол между ними. Поскольку в реальных условиях при синхронизации всегда имеется некоторая разница частот синхронизируемого генератора f_Г и энергосистемы f_С, то угол между напряжениями d и разность напряжений DU все время изменяются. При этом разность мгновенных значений синхронизируемых напряжений равна:

, (18)

где: w_Г и w_С – угловые скорости вращения ЭДС генератора и энергосистемы соответственно:

и .

При условии

(19)

График изменения напряжения Du, показанный на рис 30. а), представляет собой колебания, которые называются биениями, а разность напряжений Du – напряжением биения u_S.

В дальнейших нас будет интересовать огибающая амплитудных значений напряжения биения, очерченная на рис. 30. а) штриховой линией. Математическое выражение огибающей имеет следующий вид:

, (20)

где: U_S — текущее значение огибающей напряжения биения в каждый момент времени;

w_Г – w_С = w_S – разность угловых скоростей синхронизируемых напряжений, или, как говорят, угловая скорость скольжения.

Огибающая напряжения биения изменяется от нуля до максимального значения, равного двойной амплитуде 2U, и вновь уменьшается до нуля. Время полного цикла изменения напряжения биения от нуля через максимум до нуля или между двумя максимальными значениями называется периодом скольжения:

, (21)

где: w_S — в радианах секунду (рад/с);

Чем больше разность частот, тем меньше период биения, как показано на рис 30. а).

Для того, чтобы при синхронизации не было толчка уравнительного тока, согласно выражению (14) и рис. 30. контакты выключателя синхронизируемого генератора должны замыкаться в момент, когда огибающая напряжения биения U_S будет равна нулю (точка 1 на рис. 30. б)). Этот момент называется моментом оптимума.

Выключатель имеет собственное время включения, поэтому команда на включение должна быть подана несколько раньше, чем будет достигнут оптимум, с опережением, равным времени включения выключателя (точка 2 на рис. 30. б)). Время от момента подачи команды на включение до момента оптимума, когда синхронизируемые напряжения совпадают по углу, называется временем опережения t_ОП. Соответственно угол d_ОП, при котором подается команда на включение выключателя синхронизируемого генератора, называется углом опережения.

Если выбрать момент подачи команды на включение выключателя так, чтобы время опережения точно равнялось времени включения выключателя, контакты выключателя будут замыкаться в момент оптимума и синхронизация будет происходить без толчка уравнительного тока. Таким образом, для того чтобы включение генератора в сеть не сопровождалось большим толчком уравнительного тока, должны быть соблюдены два следующих условия точной синхронизации:

· равенство синхронизируемых напряжений:

· совпадение фаз синхронизируемых напряжений:

· Третьим условием, которое должно быть выполнено при точной синхронизации, является близкое совпадение частот синхронизируемых напряжений:

Необходимость соблюдения этого последнего требования определяется реальными условиями синхронизации, в процессе которой включение выключателя может происходить не точно в момент оптимума, а раньше или позже оптимума на величину ошибки Dt_ОШ.

Возникновение ошибки Dt_ОШ объясняется тем, что действительное время опережения t_ОП.Д. может отличаться от расчетного из-за погрешности устройства синхронизации. Действительное время включения выключателя t_В.В.Д. также может отличаться от расчетного:

Очевидно, что наибольшее значение Dt_ОШ будет иметь место при разных знаках ошибок выключателя и времени опережения.

Угол ошибки d_ОШ, рад, при котором будет происходить включение выключателя, равен:

Из выражения (23) следует, что чем больше угловая скорость скольжения, тем больше может быть угол ошибки d_ОШ, а следовательно больше толчок уравнительного тока. Для того чтобы толчок уравнительного тока при определенном значении Dt_ОШ, известном для данного типа выключателя и устройства синхронизации, не превышал допустимого значения, должно выполняться третье условие точной синхронизации:

Следует иметь в виду, что соблюдение последнего условия необходимо также для того, чтобы процесс синхронизации не сопровождался длительными качаниями после включения генератора в сеть. Действительно, когда генератор, частота которого выше частоты энергосистемы, включается в сеть, он обладает избытком кинетической энергии относительного движения:

, (24)

где: T_J – механическая постоянная инерции синхронизируемого агрегата.

Чем больше разность частот синхронизируемых напряжений w_S, тем больше избыток кинетической энергии в момент включения генератора в сеть и тем длительнее будут качания. Если разность частот будет достаточно большой, генератор может не втянуться в синхронизм.

На практике условия точной синхронизации выполняются не абсолютно точно, а допускаются некоторые отклонения, при которых обеспечивается успешная синхронизация. Частота скольжения f_S допускается примерно 0,05–0,2 Гц, что соответствует периоду биения T_S = 20¸5 c. Разность напряжений синхронизируемого генератора и сети допускается около 5–10 %. Значение допустимого угла ошибки d_ОШ определяется в зависимости от параметров сети и синхронизируемого генератора. Допустимым можно считать включение, при котором периодическая составляющая уравнительного тока в момент включения не превосходит номинального тока генератора.

Согласно правилам технической эксплуатации способ самосинхронизации разрешается применять в аварийных условиях на турбогенераторах мощностью до 200 МВт включительно и гидрогенераторах мощностью до 500 Мвт включительно; генераторы большей мощности разрешается включать этим способом при условии, что кратность сверхпереходного тока к номинальному не превышает 3,0. В нормальных условиях разрешается включение способом самосинхронизации (в зависимости от условий работы электростанции и состояния агрегата) турбогенераторов с косвенным охлаждением обмоток, работающих по схеме генератор – трансформатор; гидрогенераторов с косвенным охлаждением обмоток, а также синхронных компенсаторов с разгонными электродвигателями.

Следует также иметь в виду, что включение генератора в сеть способом самосинхронизации сопровождается значительным снижением напряжения на выводах генератора, что может вызвать нарушение нормальной работы потребителей, подключенным к шинам генераторного напряжения. Значение остаточного напряжения может быть подсчитано по следующей формуле:

, (25)

где: Z_РЕЗ — наименьшее результирующее сопротивление энергосистемы, приведенное к

— переходное сопротивление генератора.

При включении синхронной машины в сеть способом самосинхронизации должны быть соблюдены следующие условия:

· генератор не возбужден;

· остаточное напряжение на выводах статора не должно превышать 0,1–0,3 U_НОМ;

· скольжение машины не должно превышать допустимого значения;

· ускорение машины в момент включения не должно превосходить допустимого значения (0,5 Гц/с для гидрогенераторов без успокоительных обмоток и 2–5 Гц/с для турбогенераторов и гидрогенераторов с успокоительными обмотками).

Если самосинхронизация будет происходить при большом остаточном напряжении на выводах генератора, она будет сопровождаться большими толчками тока как несинхронное включение возбужденного генератора. В случае включения генератора в сеть при большем скольжении или ускорении процесс самосинхронизации может затянуться и будет сопровождаться длительными качаниями. Поскольку генератор, включаемый в сеть методом самосинхронизации, не возбужден, момент его включения в сеть относительно фазы напряжения системы не имеет значения.

Сравнение способов синхронизации

Основными достоинствами способа самосинхронизации является ускорение процесса синхронизации и его сравнительная простота, вследствие чего он легко может быть автоматизирован. Преимущества самосинхронизации особенно важны в аварийных условиях при значительных колебаниях частоты и напряжения в энергосистеме. Недостатком способа самосинхронизации следует считать сравнительно большие толчки тока в момент включения, вследствие чего подгорают контакты выключателей и подвергаются дополнительным динамическим усилиям обмотки генераторов и трансформаторов.

Достоинство точной синхронизации состоит в том, что включение генератора, как правило, не сопровождается большими толчками тока и длительными качаниями. Вместе с тем жесткие требования, предъявляемые условиями точной синхронизации, делают ее более сложной и длительной операцией. Особенно это относится к аварийным условиям, когда вследствие резких колебаний частоты и напряжения становится практически невозможным точное уравнивание частот и напряжений синхронизируемого генератора и сети.

3.2. Устройства для автоматизации процесса синхронизации

Синхронизация генераторов весьма ответственная операция, требующая от дежурного персонала определенных знаний о опыта работы. Автоматизация этой операции облегчает условия труда оперативного персонала и позволяет ускорить включение генератора в сеть, что особенно важно в аварийных условиях. Различают ручную, автоматическую и полуавтоматическую синхронизацию. В соответствии с этим устройства автоматики подразделяются на автоматические и полуавтоматические.

При автоматической синхронизации весь процесс включения генератора в сеть выполняется автоматически, без вмешательства дежурного персонала. Так, например, автоматический точный синхронизатор осуществляет регулирование частоты вращения и напряжения синхронизируемого генератора, контролирует допустимость для включения разности частот и напряжений, дает импульс на включение в момент, когда выполняются условия точной синхронизации.

При полуавтоматической синхронизации устройства автоматики играют вспомогательную роль, помогая дежурному персоналу синхронизировать генератор. Так, например, устройство полуавтоматической самосинхронизации контролирует разность частот и дает импульс на включение, когда она станет допустимой для включения. Регулирование частоты вращения синхронизируемого генератора при этом возлагается на дежурный персонал. В ряде случаев устройства полуавтоматической точной синхронизации используются в качестве блокировок, разрешающих включение генератора вручную при допустимых для синхронизации условиях.

Полуавтоматический синхронизатор с постоянным углом опережения

В эксплуатации применяются синхронизаторы двух типов: с постоянным углом опережения и с постоянным временем опережения. Одна из схем полуавтоматического синхронизатора с постоянным углом опережения приведена на рис. 31. Рассматриваемый синхронизатор состоит из двух узлов: контроля угла опережения и контроля скольжения – и является полуавтоматическим устройством, так как осуществляет только часть операций, выполнение которых необходимо при точной синхронизации, а именно: проверяет допустимость разности частот (скольжения) и в определенный момент подает импульс на включение выключателя синхронизируемого генератора. Другие операции: регулирование частоты вращения и напряжения синхронизируемого генератора, а также контроль разности напряжений – осуществляет дежурный персонал. Узел опережения синхронизатора дает импульс, разрешающий включение генератора всегда при одном и том же угле опережения, каково бы ни было скольжение синхронизируемого генератора. Включение выключателя происходит, если скольжение не превышает заранее заданного допустимого значения, что проверяется с помощью узла контроля скольжения. Рассмотрим, как работает полуавтоматический синхронизатор, схема которого состоит из двух реле напряжения, реле времени и двух промежуточных реле.

К реле напряжения KV1 и KV2 подведено напряжение биения, т.е. разность синхронизируемых напряжений. Для этого одна их фаз обоих трансформаторов напряжения объединена (обычно заземленная), а от другой фазы напряжение подано на зажимы реле напряжения. Определение угла опережения, при котором должна быть подана команда на включение выключателя синхронизируемого генератора, осуществляет реле напряжения KV2. Когда напряжение на реле KV2 больше напряжения срабатывания, якорь реле подтянут и контакт замкнут. Промежуточное реле KL1 при этом обтекается током и контакт KL1.1 в цепи включения выключателя разомкнут. В каждый период при любом скольжении реле KV2 возвращается, когда напряжение биения снижается до уставки его срабатывания (точка б на рис. 32.), и размыкает свой контакт. Реле KL1, отпадая, замыкает контакт в цепи включения выключателя. Поскольку напряжение биения в каждый момент зависит от угла между векторами синхронизируемых напряжений, согласно (20) реле KV2 в каждом периоде срабатывает при одном и том же постоянном угле опережения:

(26)

Контроль угловой скорости скольжения – разности частот синхронизируемых напряжений – осуществляется с помощью двух реле напряжения KV1 и KV2 и реле времени следующим образом. Реле напряжения KV1, уставка срабатывания которого U_C_._P.,_KV1 выше, чем у KV2, замыкает свой контакт каждый период биения в точке а и пускает реле времени. При этом осуществляется сравнение отрезка времени t_а–б (от момента срабатывания KV1до момента срабатывания KV2) с уставкой реле времени.

При большой разности частот, когда угловая скорость скольжения велика и недопустима для включения, отрезок t_а–б меньше уставки реле времени t_K и синхронизатор не разрешает включать выключатель. С уменьшением разности частот отрезок времени t_а–б увеличивается, и, когда он становится больше t_K, синхронизатор дает команду на включение выключателя.

Рассмотрим, как будут взаимодействовать реле в схеме синхронизатора при разных скольжениях. Когда напряжение биения выше уставок срабатывания реле KV1 и KV2, реле KV1 держит контакт разомкнутым, а KV2 – замкнутым. При снижении напряжения до точки а реле KV1 срабатывает и подает плюс на обмотку реле времени. В дальнейшем схема работает по-разному, в зависимости от того, допустима или нет угловая скорость скольжения для включения генератора в сеть.

Если скорость скольжения меньше допустимой или равна ей ( рис. 32.), напряжение снижается медленно, так что к моменту, когда сработает реле KV2, реле времени успеет доработать и замкнуть свой контакт: t_а–б > t_K.

При этом через контакт KL1.2 реле KL1 проходит импульс на обмотку реле KL2, которое срабатывает и самоудерживается через контакт KL2.1. Контакт KL2.2 замыкается, подготавливая цепь включения выключателя. При дальнейшем снижении напряжения биения сработает и разомкнет свой контакт реле KV2, а промежуточное реле KL1, вернувшись, контактом KL1.1 замкнут цепь на включение выключателя.

В случае, если скорость скольжения превышает допустимую для включения (), напряжение от точки а до б снижается быстро (t_а–б t_В.В.

Уставки срабатывания реле в схеме полуавтоматического синхронизатора с постоянным углом опережения (см. рис. 31.) выбираются по следующим выражениям.

Напряжение срабатывания реле напряжения KV2, определяющего заданный угол опережения:

(28)

или при вторичном напряжении U_НОМ = 100 В:

(29)

где: d_ОШ – максимальное значение угла ошибки, при включении с которым толчок тока не

превосходит допустимого значения:

(30)

здесь I_ДОП – допустимый ток (периодическая составляющая), принимается равным I_НОМ.

Поскольку при малых углах можно принять sin d » d, расчет можно производить по упрощенной формуле:

(31)

Максимально допустимое скольжение определяется по выражению (32) так, чтобы максимально возможный угол включения не превышал d_ОШ:

(32)

На реле времени принимается выдержка времени t_K = 1 ¸ 1,5 с.

Напряжение срабатывания реле напряжения KV1 в схеме на рис. 31. выбирается по следующему выражению:

(33)

или при вторичном напряжении U_НОМ = 100 В:

(34)

В некоторых случаях полуавтоматические синхронизаторы с постоянным углом опережения используются в качестве блокирующих устройств, контролирующих правильность действий оперативного персонала. При этом выходная цепь синхронизатора включается последовательно с контурами ключа управления. Дежурный, синхронизирующий генератор, дает команду на включение выключателя вручную, наблюдая за движением стрелки синхроноскопа, а синхронизатор разрешает включение выключателя при угле опережения, меньшем заданного, и при допустимой скорости скольжения.

Автоматический синхронизатор с постоянным временем опережения

АСПВО, структурная схема которого приведена на рис. 33., обеспечивает автоматизацию всех операций при точной синхронизации. Автосинхронизатор имеет следующие основные узлы:

УО — Узел Опережения, определяющий момент подачи импульса на включение

УКРЧ — Узел Контроля Разности Частот, определяющий допустимость скольжения для

включения синхронизируемого генератора;

УКРН — Узел Контроля Разности Напряжений, сравнивающий напряжения сети и

УРЧВ — Узел Регулирования Частоты Вращения, выравнивающий частоты вращения

синхронизируемого генератора и энергосистемы;

УРН — Узел Регулирования Напряжения, выравнивающий напряжения

синхронизируемого генератора и энергосистемы;

УБ — Узел Блокировок, обеспечивающий соответствующие взаимодействие элементов

в схеме автосинхронизатора;

ВР — Выходное реле, подающие сигнал на электромагнит включения генераторного

Узел опережения выбирает момент подачи импульса на включение выключателя, который должен подаваться с постоянным временем опережения, не зависящим от разности частот синхронизируемых напряжений.

Если установить время опережения, задаваемое автосинхронизатором, равным времени включения выключателя t_ОП = t_В.В., включение выключателя в идеальном случае (без учета погрешности самого автосинхронизатора и разброса времени включения выключателя) всегда будет происходить точно в момент оптимума. На рис. 34. показаны моменты подачи импульса на включение выключателя автосинхронизатором с постоянным временем опережения при различных скольжениях. Большая точность работы по принципу действия является преимуществом автосинхронизатора с постоянным временем опережения по сравнению с автосинхронизатором с постоянным углом опережения. Недостатком же автосинхронизатора с постоянным временем опережения является их сложность.

Схема полуавтоматической самосинхронизации, приведенная на рис. 35., выполняет следующие функции: с помощью реле KV проверяет отсутствие напряжения на выводах генератора; с помощью реле KF осуществляет контроль скольжения синхронизируемого генератора относительно напряжения сети и при допустимом скольжении дает импульс на включение выключателя генератора; после включения генератора в сеть подается импульс на включение АГП. Изменение частоты вращения агрегата осуществляется дежурным персоналом, вследствие чего рассматриваемое устройство самосинхронизации называется полуавтоматическим.

Рассмотрим как работает схема, приведенная на рис. 35. Включением ключа самосинхронизации SA на схему подается оперативный ток, и в то же время одна из обмоток реле разности частот KF, контролирующего скольжение генератора, подключается к трансформатору напряжения сети. Вторая обмотка реле KF будет подключена к трансформатору напряжения генератора спустя выдержку времени реле KT (1–2 с), если генератор отключен и отсутствует напряжение на его выводах (АГП отключен и контакт реле напряжения KV замкнут). Когда скольжение станет допустимым для включения, реле KF замкнет контакт и подаст плюс на обмотку промежуточного реле KL1, которое, сработав, подаст контактом KL1.1 импульс на включение выключателя генератора. После этого включится АГП, цепь катушки включения которого будет замкнута вспомогательным контактом выключателя SQ3.

После срабатывания реле KL1, размыкающий контакт которого KL1.2 разрывает цепь обмотки реле KL2, последнее возвращается с замедлением и размыкает цепь включения выключателя и АГП, чем обеспечивается однократность действия схемы. Возврат схемы осуществляется после отключения ключа SA, чем снимается оперативный ток с обмотки реле KL1, которое самоудерживается через свой замыкающий контакт KL1.3.

Для контроля скольжения синхронизируемого генератора используется реле типа ИРЧ-01А, выполненное на базе реле направления мощности индукционного типа. Две обмотки реле подключаются к синхронизируемым напряжениям. Обмотка напряжения, имеющая высокое сопротивление, подключается к трансформатору напряжения сети, а токовая обмотка, имеющая небольшое сопротивление, через последовательно включенный резистор R подключается к трансформатору напряжения синхронизируемого генератора. Так как при самосинхронизации генератор до включения в сеть не возбужден, к токовой обмотке реле подается остаточное напряжение генератора. Высокая чувствительность реле ИРЧ обусловливает его надежную работу при небольшом остаточном напряжении генератора, примерно 0,2% (0,2 В на вторичной обмотке трансформатора напряжения).

После включения выключателя синхронизируемого генератора на токовую обмотку реле KF будет подано полное напряжение 100 В. Для того чтобы предотвратить повреждение обмотки реле, не рассчитанной на такое большое напряжение, обмотка отключается размыкающими контактами KL1.4, KV и вспомогательными контактами выключателя и АГП.

30 Информационные технологии решения задач векторной оптимизации — лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

При наличии на обмотках реле KF двух синхронизируемых напряжений его подвижная система будет совершать колебательное движение между двумя парами неподвижных контактов. При этом амплитуда колебаний будет тем больше, чем меньше разность частот синхронизируемых напряжений. Когда разность частот станет меньше уставки реле, то в каждый период колебаний подвижной системы будет происходить поочередное замыкание правой и левой пар неподвижных контактов.

Рассмотренная схема применяется для самосинхронизации турбогенераторов.

Источник