Vzporedno delovanje generatorjev

V elektrarnah je vedno vgrajenih več turbo ali hidravličnih agregatov, ki skupaj vzporedno delujejo na skupnih zbiralkah generatorja ali prenapetosti.

Posledično proizvodnjo električne energije v elektrarnah proizvaja več vzporedno delujočih generatorjev, to sodelovanje pa ima številne dragocene prednosti.

Vzporedno delovanje generatorjev:

1. poveča fleksibilnost delovanja opreme elektrarn in razdelilnih postaj, olajša preventivno vzdrževanje generatorjev, glavne opreme in pripadajočih razdelilnih naprav z minimalno potrebno rezervo.

2. povečuje učinkovitost obratovanja elektrarne, saj omogoča najučinkovitejšo razporeditev dnevnega razporeda obremenitev med agregati, s čimer se doseže najboljši izkoristek električne energije in poveča učinkovitost; v hidroelektrarnah omogoča maksimalno izrabo moči vodnega toka v poplavnem obdobju ter v poletnem in zimskem nizkem obdobju;

3.povečuje zanesljivost in nemoteno delovanje elektrarn in oskrbe porabnikov z električno energijo.

riž. 1. Shematski diagram vzporednega delovanja generatorjev

Da bi povečali proizvodnjo in izboljšali distribucijo električne energije, se številne elektrarne združijo, da delujejo vzporedno in tvorijo močne energetske sisteme.

Pri normalnem delovanju so generatorji povezani na skupna vodila (generator ali prenapetost) in se sinhrono vrtijo. Njihovi rotorji se vrtijo z enako kotno električno hitrostjo

Pri vzporednem delovanju morata biti trenutni napetosti na sponkah obeh generatorjev enaki po velikosti in nasprotnega predznaka.

Za povezavo generatorja za vzporedno delovanje z drugim generatorjem (ali z omrežjem) ga je potrebno sinhronizirati, to je regulirati hitrost vrtenja in vzbujanja priključenega generatorja glede na delovno.

Generatorji, ki delujejo in so povezani vzporedno, morajo biti v fazi, to pomeni, da imajo enak vrstni red faznega vrtenja.

Kot je razvidno iz sl. 1, pri vzporednem delovanju sta generatorja povezana drug z drugim relativno drug proti drugemu, to pomeni, da sta njuni napetosti U1 in U2 na stikalu ravno nasprotni. Generatorja glede na obremenitev delujeta skladno, to pomeni, da se njuni napetosti U1 in U2 ujemata. Ti pogoji vzporednega delovanja generatorjev se odražajo v diagramih na sl. 2.

riž. 2. Pogoji za vklop generatorjev za vzporedno delovanje. Napetosti generatorja so enake po velikosti in nasprotne po fazi.

Obstajata dva načina sinhronizacije generatorjev: fina sinhronizacija in groba sinhronizacija ali samosinhronizacija.

Pogoji za natančno sinhronizacijo generatorjev.

Z natančno sinhronizacijo se vzbujeni generator poveže z omrežjem (avtobusi) preko stikala B (slika 1), ko doseže pogoje sinhronizacije - enakost trenutnih vrednosti njihovih napetosti U1 = U2

Ko generatorji delujejo ločeno, bodo njihove trenutne fazne napetosti enake:

To pomeni pogoje, potrebne za vzporedno povezavo generatorjev. Za vklopljene in delujoče generatorje je potrebno:

1. enakost efektivnih vrednosti napetosti U1 = U2

2. enakost kotnih frekvenc ω1 = ω2 ali f1 = f2

3. ujemanje napetosti v fazi ψ1 = ψ2 ali Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Natančna izpolnitev teh zahtev ustvarja idealne pogoje, za katere je značilno, da bo v trenutku vklopa generatorja izravnalni tok statorja enak nič. Opozoriti pa je treba, da izpolnjevanje pogojev za natančno sinhronizacijo zahteva skrbno prilagajanje primerjanih vrednosti napetosti, frekvence in faznih kotov napetosti generatorjev.

V tem pogledu je praktično nemogoče v celoti izpolniti idealne pogoje za sinhronizacijo; izvajajo se približno, z manjšimi odstopanji. Če eden od zgornjih pogojev ni izpolnjen, bo pri U2 napetostna razlika delovala na sponkah odprtega komunikacijskega stikala B:

riž. 3. Vektorski diagrami za primere odstopanja od pogojev natančne sinhronizacije: a — delovne napetosti generatorjev niso enake; b — kotne frekvence niso enake.

Ko je stikalo vklopljeno, bo pod delovanjem te potencialne razlike v tokokrogu tekel izravnalni tok, katerega periodična komponenta bo v začetnem trenutku

Razmislite o dveh primerih odstopanja od natančnih pogojev sinhronizacije, prikazanih na diagramu (slika 3):

1. delovni napetosti generatorjev U1 in U2 nista enaki, ostali pogoji so izpolnjeni;

2. generatorja imata enako napetost, vendar se vrtita z različnimi hitrostmi, to pomeni, da njuni kotni frekvenci ω1 in ω2 nista enaki in prihaja do faznega neusklajenosti napetosti.

Kot je razvidno iz diagrama na sl. 3, a, neenakost efektivnih vrednosti napetosti U1 in U2 povzroči pojav izenačevalnega toka I ”ur, ki bo skoraj čisto induktiven, saj aktivni upori generatorjev in povezovalnih žic omrežja so zelo majhna in zanemarjena. Ta tok ne povzroča sunkov aktivne moči in s tem nobenih mehanskih obremenitev v delih generatorja in turbine. V zvezi s tem, ko so generatorji vklopljeni za vzporedno delovanje, se lahko dovoli razlika v napetosti do 5-10%, v nujnih primerih pa do 20%.

Ko so efektivne vrednosti napetosti U1 = U2 enake, vendar ko se kotne frekvence razlikujejo Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 ali Δf = f1 — f2 ≠ 0, so vektorji napetosti generatorjev in omrežja (ali 2. generatorja ) se premaknejo z določenim kotom Θ, ki se s časom spreminja. Napetosti generatorjev U1 in U2 se bodo v tem primeru v fazi razlikovale ne za kot 180 °, temveč za kot 180 ° —Θ (slika 3, b).

Na sponkah odprtega stikala B, med točkama a in b, bo delovala napetostna razlika ΔU. Tako kot v prejšnjem primeru lahko prisotnost napetosti zaznamo z žarnico, efektivno vrednost te napetosti pa lahko izmerimo z voltmetrom, priključenim med točkama a in b.

Če je stikalo B zaprto, se pod delovanjem napetostne razlike ΔU pojavi izravnalni tok I ”, ki bo glede na U2 skoraj čisto aktiven in bo ob vzporednem vklopu generatorjev povzročil udarce in mehanske napetosti v gredi in drugih delih generatorja in turbine.

Pri ω1 ≠ ω2 je sinhronizacija povsem zadovoljiva, če je zdrs s0 <0, l% in kot Θ ≥ 10 °.

Zaradi vztrajnosti turbinskih regulatorjev ni mogoče doseči dolgoročne enakosti kotnih frekvenc ω1 = ω2 in kota Θ med napetostnimi vektorji, ki označujejo relativni položaj navitij statorja in rotorja generatorjev, ne ostaja konstanten, ampak se nenehno spreminja; njegova trenutna vrednost bo Θ = Δωt.

Na vektorskem diagramu (slika 4) bo zadnja okoliščina izražena v dejstvu, da se bo s spremembo faznega kota med napetostnima vektorjema U1 in U2 spremenil tudi ΔU. Napetostna razlika ΔU se v tem primeru imenuje udarna napetost.

riž. 4. Vektorski diagram sinhronizacije generatorja s frekvenčno neenakostjo.

Trenutna vrednost urnih napetosti Δu je razlika med trenutnimi vrednostmi napetosti u1 in u2 generatorjev (slika 5).

Predpostavimo, da je dosežena enakost efektivnih vrednosti U1 = U2, fazni koti referenčnega časa ψ1 in ψ2 so prav tako enaki.

Potem lahko pišete

Krivulja udarne napetosti je prikazana na sl. 5.

Napetost ritma se harmonično spreminja s frekvenco, ki je enaka polovici vsote primerjanih frekvenc in z amplitudo, ki se s časom spreminja glede na fazni kot Θ:

Iz vektorskega diagrama na sl.4, za določeno določeno vrednost kota Θ je mogoče najti efektivno vrednost udarne napetosti:

riž. 5. Krivulje premagovanja stresa.

Ob upoštevanju spremembe kota Θ skozi čas je mogoče zapisati izraz za lupino v smislu amplitud udarne napetosti, ki podaja spremembo amplitud napetosti skozi čas (črtkana krivulja na sliki 5, b ):

Kot je razvidno iz vektorskega diagrama na sl. 4 in zadnji enačbi se amplituda udarne napetosti ΔU spreminja od 0 do 2 Um. Največja vrednost ΔU bo v trenutku, ko napetostni vektorji U1 in U2 (slika 4) sovpadata v fazi in kotu Θ = π, najmanjša pa - ko se te napetosti razlikujejo v fazi za 180 ° in kot Θ = 0. Perioda krivulje ritma je enaka

Ko je generator povezan za vzporedno delovanje z močnim sistemom, je vrednost xc sistema majhna in jo lahko zanemarimo (xc ≈ 0), potem je izravnalni tok

in zagonski tok

Pri neugodnem vklopu pri toku Θ = π lahko udarni tok v statorskem navitju vklopljenega generatorja doseže dvojno vrednost udarne napetosti trifaznega kratkega stika generatorskih sponk.

Aktivna komponenta izravnalnega toka, kot je razvidno iz vektorskega diagrama na sl. 4 je enako