Paralelni rad generatora

U elektranama se uvijek ugrađuje više turbo ili hidrauličkih agregata koji rade zajedno paralelno na zajedničkim sabirnicama generatora ili prenapona.

Kao rezultat toga, proizvodnju električne energije u elektranama proizvodi nekoliko generatora koji rade paralelno, a ova suradnja ima mnoge vrijedne prednosti.

Paralelni rad generatora:

1. povećava fleksibilnost rada opreme elektrana i trafostanica, olakšava preventivno održavanje generatora, glavne opreme i pripadajućih razvodnih uređaja uz minimalnu potrebnu rezervu.

2. povećava učinkovitost rada elektrane, jer omogućuje najučinkovitiju raspodjelu dnevnog rasporeda opterećenja između blokova, čime se postiže najbolje korištenje električne energije i povećava učinkovitost; u hidroelektranama omogućuje maksimalno iskorištavanje snage vodotoka tijekom poplavnog razdoblja te tijekom ljetnog i zimskog niskog vodostaja;

3.povećava pouzdanost i nesmetan rad elektrana i opskrbu potrošača električnom energijom.

Riža. 1. Shema paralelnog rada generatora

Kako bi se povećala proizvodnja i poboljšala distribucija električne energije, mnoge elektrane se kombiniraju da rade paralelno kako bi formirale moćne elektroenergetske sustave.

U normalnom radu generatori su spojeni na zajedničke sabirnice (generator ili prenapon) i rotiraju se sinkrono. Njihovi se rotori okreću istom kutnom električnom brzinom

U paralelnom radu, trenutni naponi na stezaljkama dvaju generatora moraju biti jednaki po veličini i suprotnog predznaka.

Za povezivanje generatora za paralelni rad s drugim generatorom (ili s mrežom) potrebno ga je sinkronizirati, odnosno regulirati brzinu vrtnje i pobude priključenog generatora u skladu s radnom.

Generatori koji rade i spojeni paralelno moraju biti u fazi, odnosno imati isti redoslijed rotacije faza.

Kao što se može vidjeti sa sl. 1, u paralelnom radu, generatori su povezani jedan s drugim relativno jedan prema drugom, tj. njihovi naponi U1 i U2 na prekidaču bit će točno suprotni. S obzirom na opterećenje, generatori rade usklađeno, odnosno njihovi naponi U1 i U2 se podudaraju. Ovi uvjeti paralelnog rada generatora prikazani su na dijagramima na sl. 2.

Riža. 2. Uvjeti za uključivanje generatora za paralelni rad. Naponi generatora su jednaki po veličini i suprotni po fazi.

Postoje dva načina sinkronizacije generatora: fina sinkronizacija i gruba sinkronizacija ili samosinkronizacija.

Uvjeti za točnu sinkronizaciju generatora.

S preciznom sinkronizacijom, pobuđeni generator se spaja na mrežu (sabirnice) preko sklopke B (slika 1) nakon postizanja uvjeta sinkronizacije - jednakosti trenutnih vrijednosti njihovih napona U1 = U2

Kada generatori rade odvojeno, njihovi trenutni fazni naponi bit će jednaki:

To podrazumijeva uvjete potrebne za paralelno spajanje generatora. Za uključene i pokrenute generatore potrebno je:

1. jednakost efektivnih vrijednosti napona U1 = U2

2. jednakost kutnih frekvencija ω1 = ω2 ili f1 = f2

3. usklađivanje napona u fazi ψ1 = ψ2 ili Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Točno ispunjavanje ovih zahtjeva stvara idealne uvjete, koje karakterizira činjenica da će u trenutku uključivanja generatora struja izjednačenja statora biti nula. Međutim, treba napomenuti da ispunjenje uvjeta za točnu sinkronizaciju zahtijeva pažljivo podešavanje uspoređivanih vrijednosti napona, frekvencije i faznih kutova napona generatora.

S tim u vezi, praktički je nemoguće u potpunosti ispuniti idealne uvjete za sinkronizaciju; izvode se približno, s malim odstupanjima. Ako jedan od gornjih uvjeta nije ispunjen, kada je U2, razlika napona će djelovati na stezaljke otvorene komunikacijske sklopke B:

Riža. 3. Vektorski dijagrami za slučajeve odstupanja od uvjeta točne sinkronizacije: a — Radni naponi generatora nisu jednaki; b — kutne frekvencije nisu jednake.

Kada je sklopka uključena, pod djelovanjem ove potencijalne razlike u krugu će teći struja izjednačenja, čija će periodična komponenta u početnom trenutku biti

Razmotrite dva slučaja odstupanja od točnih uvjeta sinkronizacije prikazanih na dijagramu (slika 3):

1. radni naponi generatora U1 i U2 nisu jednaki, ostali uvjeti su ispunjeni;

2. generatori imaju isti napon, ali se okreću različitim brzinama, odnosno kutne frekvencije ω1 i ω2 im nisu jednake i postoji fazna neusklađenost napona.

Kao što se može vidjeti iz dijagrama na sl. 3, a, nejednakost efektivnih vrijednosti napona U1 i U2 uzrokuje pojavu struje izjednačenja I ”ur, koja će biti gotovo čisto induktivna, budući da aktivni otpori generatora i spojnih žica mreže su vrlo male i zanemarene. Ova struja ne stvara strujne udare aktivne snage, a time ni mehanička naprezanja u dijelovima generatora i turbine. U tom smislu, kada su generatori uključeni za paralelni rad, razlika u naponu može biti dopuštena do 5-10%, au hitnim slučajevima - do 20%.

Kada su efektivne vrijednosti napona U1 = U2 jednake, ali kada se kutne frekvencije razlikuju Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 ili Δf = f1 — f2 ≠ 0, vektori napona generatora i mreže (ili 2. generatora ) pomaknuti su pod određenim kutom Θ koji se mijenja tijekom vremena. Naponi generatora U1 i U2 u ovom će se slučaju razlikovati u fazi ne za kut od 180 °, već za kut od 180 ° —Θ (slika 3, b).

Na stezaljkama otvorene sklopke B, između točaka a i b, djelovat će razlika napona ΔU. Kao iu prethodnom slučaju, prisutnost napona može se detektirati pomoću žarulje, a efektivna vrijednost tog napona može se izmjeriti voltmetrom spojenim između točaka a i b.

Ako je sklopka B zatvorena, tada pod djelovanjem razlike napona ΔU nastaje struja izjednačenja I ” koja će u odnosu na U2 biti gotovo čisto aktivna i, kada su generatori uključeni paralelno, uzrokovat će udare i mehaničke naprezanja u osovinama i drugim dijelovima generatora i turbine.

Pri ω1 ≠ ω2 sinkronizacija je potpuno zadovoljavajuća ako je klizanje s0 <0, l% i kut Θ ≥ 10°.

Zbog inercije turbinskih regulatora, nemoguće je postići dugotrajnu jednakost kutnih frekvencija ω1 = ω2, a kut Θ između vektora napona, koji karakterizira relativni položaj namota statora i rotora generatora, ne ostaje konstantan, već se kontinuirano mijenja; njegova trenutna vrijednost će biti Θ = Δωt.

Na vektorskom dijagramu (slika 4) posljednja će se okolnost izraziti činjenicom da će se s promjenom faznog kuta između vektora napona U1 i U2 promijeniti i ΔU. Razlika napona ΔU u ovom slučaju naziva se udarni napon.

Riža. 4. Vektorski dijagram sinkronizacije generatora s frekvencijskom nejednakošću.

Trenutna vrijednost napona sata Δu je razlika između trenutnih vrijednosti napona u1 i u2 generatora (slika 5).

Pretpostavimo da je postignuta jednakost efektivnih vrijednosti U1 = U2, fazni kutovi referentnog vremena ψ1 i ψ2 također su jednaki.

Onda možete pisati

Krivulja udarnog naprezanja prikazana je na sl. 5.

Napon ritma harmonijski se mijenja s frekvencijom jednakom polovici zbroja uspoređivanih frekvencija i s amplitudom koja varira s vremenom ovisno o faznom kutu Θ:

Iz vektorskog dijagrama na sl.4, za određenu određenu vrijednost kuta Θ može se pronaći efektivna vrijednost udarnog naprezanja:

Riža. 5. Krivulje svladavanja stresa.

Uzimajući u obzir promjenu kuta Θ tijekom vremena, moguće je napisati izraz za ljusku u smislu amplituda udarnog naprezanja, što daje promjenu amplituda naprezanja tijekom vremena (točkasta krivulja na sl. 5, b ):

Kao što se može vidjeti iz vektorskog dijagrama na Sl. 4 i posljednjoj jednadžbi, amplituda udarnog naprezanja ΔU varira od 0 do 2 Um. Najveća vrijednost ΔU bit će u trenutku kada se vektori napona U1 i U2 (slika 4) podudaraju u fazi i kutu Θ = π, a najmanji - kada se ti naponi razlikuju u fazi za 180 ° i kutu Θ = 0. Period krivulje ritma jednak je

Kada je generator spojen za paralelni rad sa snažnim sustavom, vrijednost xc sustava je mala i može se zanemariti (xc ≈ 0), tada struja izjednačenja

i udarnu struju

U slučaju nepovoljnog uključivanja pri struji Θ = π, udarna struja u namotu statora uključenog generatora može doseći dvostruku vrijednost udarnog napona trofaznog kratkog spoja stezaljki generatora.

Aktivna komponenta struje izjednačenja, kao što se može vidjeti iz vektorskog dijagrama na Sl. 4 je jednako