Параллельная работа синхронных генераторов

Объясните, как осуществить вручную распределение активной и реактивной мощностей между параллельно работающими синхронными генераторами (СГ).По каким приборам можно судить об активной и реактивной мощности работающих СГ? Каким требованиям должны удовлетворять статические характеристики первичных двигателей и СГ?

В СЭЭС предусматривают как ав­тономную, так и параллельную рабо­ту ГА.

При автономной работе генерато­ры работают на отдельные, не связан­ные между собой секции шин ГРЩ, от каждой из которых получает питание отдельная группа потребителей электроэнергии.

При параллельной работе ГА под­ключают к общим шинам ГРЩ, от ко­торых получают питание потребители электроэнергии.

При изменении суммарной нагруз­ки на шинах ГРЩ изменяют количест­во параллельно работающих генера­торов с тем, чтобы нагрузка каждого генератора составляла 60—90% номи­нальной.

Различают длительную и кратковременную параллельную работу гене­раторов. Последнюю предусматривают на время перевода нагрузки с одного генератора на другой.

Режим параллельной работы ГА обладает следующими достоинствами:

обеспечивается работа каждого ГА при наивысших значениях к. п. д.;

не допускается работа ДГ при на­грузках менее 30% номинальной для предотвращения чрезмерного изнаши­вания деталей и повышения удельного расхода топлива;

обеспечивайся большая надеж­ность СЭЭС, так как при дроблении установленной мощности между не­сколькими ГА уменьшается вероят­ность отказа всей системы электро­снабжения в целом;

возможен перевод нагрузки с одно­го генератора на другой без перерыва питания потребителей;

снижаются колебания напряжения и частоты судовой сети при изменении нагрузки потребителей электроэнер­гии;

обеспечивается возможность ремон­та или профилактики части ГА с со­хранением электроснабжения судна исправными агрегатами.

К основным недостаткам парал­лельной работы генераторных агрега­тов относят:

увеличение токов к. з. в СЭЭС и со­ответствующее повышение требований к разрывной способности коммутаци­онной и защитной аппаратуры, уста­новленной на ГРЩ;

необходимость решения задач, свя­занных с обеспечением соответствующего распределения нагрузки между генераторами и устойчивости их ра­боты.

Параллельная работа синхронных генераторов

Условия параллельной работы СГ отличаются от условий па­раллельной работы генераторов постоянного тока. У последних разность ЭДС вызывает появление уравнительного тока, в резуль­тате чего один генератор нагружается большим, а другой — мень­шим током нагрузки, а в соответствии с этим распределяются и мощности, развиваемые генераторами. У СГ разность ЭДС также вызывает появление уравнительных токов. Так, например, если Е1>Е2, где Е1 и Е2 — ЭДС соответственно первого и второго гене­раторов, то в замкнутом контуре, образованном обмотками стато­ров обоих генераторов, появится разностная ЭДС DЕ=Е1-Е2 (рис. 110),

вектор которой направлен в сторону вектора Е1. ЭДС DЕ вызовет уравнительный ток Iур. Если пренебречь активным сопротивлением обмоток статоров, которое значительно меньше индуктивного сопротивления, то

где X1 и Х2 — синхронные индуктивные сопротивления соответственно первого и второго генераторов.

Вектор тока Iур отстает по фазе от ЭДС DE и ЭДС E1 на 90° и опережает на тот же угол ЭДС E2.

Таким образом, ток Iур является индуктивным для генераторов с большей ЭДС и, создавая продольно-размагничивающую реак­цию статора, стремится уменьшить эту ЭДС. Наоборот, для гене­ратора с меньшей ЭДС ток Iур является емкостным и подмагничивает машину, увеличивая ее ЭДС. Тем самым ток Iур стре­мится выровнять ЭДС параллельно работающих генераторов.

Поскольку уравнительные токи СГ являются реактивными, то они практически не нагружают первичные двигатели и тем самым не влияют на активную мощность, развиваемую генераторами. Следовательно, воздействием на токи возбуждения генератора можно перераспределять лишь реактивную нагрузку.

Активные нагрузки распределяются между параллельно рабо­тающими ГА изменением подачи топлива или пара приводных двигателей. При этом изменяются момент на валу ГА и соответ­ственно частота вращения.

Достаточно точное распределение активных нагрузок достига­ется при совпадении скоростных характеристик w=f(P) привод­ных двигателей ГА. Добиться совпадения характеристик в точке, соответствующей данной нагрузке, можно либо изменением угла наклона характеристики, либо изменением уставки регулятора частоты вращения двигателя. В последнем случае характеристика перемещается параллельно самой себе. Полного совпадения ха­рактеристик практически добиться невозможно, поэтому при из­менении нагрузки для совпадения характеристик в точке, соответ­ствующей новой мощности, уставки регуляторов, как правило, при­ходится изменять.

Рассмотрим распределение активных нагрузок между парал­лельно работающими СГ с различным наклоном скоростных ха­рактеристик. Следует заметить, что неравномерность распределе­ния активной нагрузки между генераторами тем больше, чем меньше наклон их скоростных характеристик (рис. 111).

Однако значительно увеличить наклон характеристик нельзя, так как при этом возрастает зависимость частоты вращения ГА от нагрузки. Обычно частота вращения приводных двигателей ГА с ростом на­грузки от нуля до номинального значения снижается не более чем на 3—5 % поминального значения.

Как видно из рис. 111, скоростная характеристика генераторного агрегата ГА1 имеет меньший наклон, а характеристика ГА2— больший. При частоте вращения n1 обоих генераторных агрега­тов активная нагрузка одного равна Р1, другого — Р2. При изме­нении частоты вращения до значения n2 нагрузка генераторного агрегата ГА1 составит P1¢= Р1 + DР1, а ГА2—соответственно P2¢= Р2 + DР2.

Приращение мощности DР определяется из треугольников авс, a'в'c':

.

Коэффициент статизма kc находится по выражению

,

где nхх и nном—частоты вращения ГА соответственно при холостом ходе и номинальной нагрузке.

Таким образом, неравномерность распределения активной на­грузки обусловлена разностью частот вращения генераторов и коэффициентов статизма скоростных характеристик. Для дости­жения равномерного распределения активных нагрузок на ГРЩ или ПУ предусмотрен переключатель, воздействующий на серво­двигатель регулятора частоты вращения, который обеспечивает изменение подачи топлива или пара; для более нагруженного ГА необходимо уменьшить подачу топлива, а для менее нагружен­ного — увеличить.

Регуляторы частоты вращения должны поддерживать частоту вращения ГА: в установившихся режимах ±2,5—3 % номиналь­ной при изменении нагрузки от 0 до 100 %; в переходных режимах ±5—6% при внезапном включении 100% нагрузки с восстанов­лением ее через 5 с. Неравномерность распределения нагрузок не должна превышать ±10% номинальной мощности генератора при изменении суммарной нагрузки от 0 до 100 %.

Равномерное распределение нагрузки между параллельно ра­ботающими СГ без подрегулировки осуществимо только при пол­ном соответствии как внешних характеристик генераторов, так и скоростных характеристик первичных двигателей.

Рассмотрим, как можно улучшить распределение токов при параллельной работе генераторов с системами прямого компаундирования. СГ с прямым компаундированием по своим свойствам близки к компаундным генераторам постоянного тока. У послед­них, как уже отмечалось, для уменьшения уравнительных токов при параллельной работе применяют уравнительные соединения, обеспечивающие пропорциональное распределение тока нагрузки, проходящего по компаундным обмоткам, независимо от распреде­ления его между роторами машин. Для пропорционального рас­пределения тока нагрузки, проходящего через токовые обмотки трансформаторов, в системах компаундирования СГ можно ис­пользовать аналогичные схемы. При этом уравнительные соедине­ния вводятся между обмотками статоров СГ и последовательными обмотками трехобмоточных трансформаторов. В этом случае обес­печивается вполне удовлетворительное распределение реактивной нагрузки между генераторами. Однако такая схема применима только для однотипных систем компаундирования с одинаковыми параметрами и внешними характеристиками, кроме того, она тре­бует дополнительных контактов у коммутационных аппаратов в цепи уравнительных соединений.

Практическое распространение для распределения реактивных токов имеют схемы с уравнительными соединениями в роторных цепях СГ и схемы с дополнительными устройствами, воздействую­щими на корректоры напряжения, если они предусмотрены в си­стеме.

В первом случае уравнительные соединения вводятся между кольцами роторов машин (рис. 112), благодаря чему выравниваются напряжения на кольцах. Составляющая тока нагрузки генераторов, та­ким образом, повышает напряжение на кольцах не одного, а всех параллельно работающих генераторов на одну и ту же величину. Подобная схема применима лишь в том случае, когда напряжение возбуждения у всех генераторов одинаково, что обычно имеет место при параллельной работе генераторов равной мощности с идентичными внешними характеристиками. Уравнительные сое­динения между кольцами машин (на стороне постоянного тока) могут быть заменены уравнительными соединениями между вы­ходными обмотками компаундирующих трансформаторов (на сто­роне переменного тока).

Генераторы разной мощности чаще всего имеют и различные напряжения возбуждения. В этом случае для правильного распре­деления нагрузки применяются дополнительные обмотки L4 (рис. 113) на компаундирующих трансформаторах с одинаковыми выходными напряжениями, соединяемые между собой уравни­тельными проводами.

В системах компаундирования СГ, имеющих корректоры на­пряжения, нагрузки выравниваются путем воздействия на по­следние.

Например, уменьшение уравни­тельных реактивных токов возможно путем некоторого увеличения статизма внешних характеристик генерато­ров (рис. 114). При включении допол­нительного сопротивления R в цепь, питающую корректор напряжения КН, напряжение на зажимах корректора будет равно геометрической сумме напряжений DUAB и DUR .

При активном токе в фазе С на­пряжение DUR совпадает по фазе с напряжением Uс и оказывается сдвину­тым на угол, близкий к 90°, по отно­шению к напряжению DUAB (рис. 114). Результирующее напряжение DUA1B ма­ло отличается от напряжения DUAB и поэтому активная составляющая тока нагрузки практически не влияет на напряжение, подводимое к корректору напряжения.

При реактивном токе нагрузки напряжение DUR будет сдвинуто на 900 относительно напряжения Uс и совпадает по фазе с линейным напряжем UАВ. Результирующее напряжение UА2В будет равно алгебраической сумме напряжений UАВ и DUR т.е. напряжение на зажимах корректора КН возрастет. Это приведет к подмагничиванию трансформатора возбуждения, снижению напряжения на зажимах генератора, увеличению наклона его внешней характеристики, что в свою очередь приведет к уменьшению реактивных уравнительных токов. К недостатку этой схемы можно отнести увеличение отклонений напряжений генераторов от их номинального значения.

На рис. 115 приведена схема не имеющая данного недостатка. В этой схеме вторичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно и замкнуты накоротко при параллельной работе генераторов. Поэтому при одинаковых токах нагрузки у каждого генератора напряжения на этих обмотках равны нулю. а при разных токах нагрузки не равны нулю и воздействуют на корректоры напряжения своих генераторов, способствуя выравниванию реактивной нагрузки между генераторами.