Parallelbedrijf van generatoren

In energiecentrales worden altijd meerdere turbo- of hydraulische units geïnstalleerd, die parallel samenwerken op de gemeenschappelijke stroomrails van de generator of surge.

Als gevolg hiervan wordt de elektriciteitsproductie in elektriciteitscentrales geproduceerd door meerdere generatoren die parallel werken, en deze samenwerking heeft veel waardevolle voordelen.

Parallelbedrijf van generatoren:

1. verhoogt de flexibiliteit van de werking van de apparatuur van energiecentrales en onderstations, vergemakkelijkt het preventieve onderhoud van de generatoren, de hoofdapparatuur en de bijbehorende distributieapparaten met een minimum aan noodzakelijke reserve.

2. verhoogt de efficiëntie van de werking van de energiecentrale, aangezien het de meest efficiënte verdeling van het dagelijkse belastingsschema tussen de eenheden mogelijk maakt, waardoor het beste gebruik van elektriciteit wordt bereikt en de efficiëntie wordt verhoogd; in waterkrachtcentrales maakt het het mogelijk om het vermogen van de waterstroom maximaal te benutten tijdens de overstromingsperiode en tijdens de zomer- en winterlaagwaterperiodes;

3.verhoogt de betrouwbaarheid en ononderbroken werking van elektriciteitscentrales en stroomvoorziening aan consumenten.

Rijst. 1. Schematisch diagram van parallelle werking van generatoren

Om de productie te verhogen en de stroomverdeling te verbeteren, worden veel energiecentrales gecombineerd om parallel te werken om krachtige energiesystemen te vormen.

Bij normaal bedrijf zijn de generatoren aangesloten op gemeenschappelijke bussen (generator of overspanning) en roteren ze synchroon. Hun rotoren draaien met dezelfde elektrische hoeksnelheid

Bij parallel bedrijf moeten de momentane spanningen aan de klemmen van de twee generatoren gelijk zijn in grootte en tegengesteld van teken.

Om de generator parallel te laten werken met een andere generator (of met het netwerk), is het noodzakelijk om deze te synchroniseren, d.w.z. regel de rotatiesnelheid en excitatie van de aangesloten generator in overeenstemming met de werkende.

Generatoren die parallel werken en parallel zijn aangesloten, moeten in fase zijn, dat wil zeggen dezelfde volgorde van faserotatie hebben.

Zoals te zien is op afb. 1, in parallel bedrijf, zijn de generatoren ten opzichte van elkaar met elkaar verbonden, d.w.z. hun spanningen U1 en U2 op de schakelaar zullen precies tegengesteld zijn. Met betrekking tot de belasting werken de generatoren in overeenstemming, dat wil zeggen dat hun spanningen U1 en U2 overeenkomen. Deze voorwaarden voor parallelle werking van de generatoren worden weerspiegeld in de diagrammen van Fig. 2.

Rijst. 2. Voorwaarden voor het inschakelen van generatoren voor parallel bedrijf. De generatorspanningen zijn gelijk in grootte en tegengesteld in fase.

Er zijn twee methoden om generatoren te synchroniseren: fijne synchronisatie en grove synchronisatie of zelfsynchronisatie.

Voorwaarden voor exacte synchronisatie van generatoren.

Met nauwkeurige synchronisatie wordt de opgewonden generator verbonden met het netwerk (bussen) via schakelaar B (Fig. 1) bij het bereiken van synchronisatievoorwaarden - gelijkheid van de momentane waarden van hun spanningen U1 = U2

Wanneer de generatoren afzonderlijk werken, zijn hun momentane fasespanningen respectievelijk gelijk:

Dit impliceert de voorwaarden die nodig zijn voor de parallelle aansluiting van de generatoren. Voor generatoren aan en draaiend, is het vereist:

1. gelijkheid van de effectieve spanningswaarden U1 = U2

2. gelijkheid van hoekfrequenties ω1 = ω2 of f1 = f2

3. aanpassing van spanningen in fase ψ1 = ψ2 of Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

De exacte vervulling van deze vereisten creëert ideale omstandigheden, die worden gekenmerkt door het feit dat op het moment van inschakelen van de generator de statorvereffeningsstroom nul zal zijn. Er moet echter worden opgemerkt dat het voldoen aan de voorwaarden voor exacte synchronisatie een zorgvuldige aanpassing vereist van de vergeleken waarden van de spanning, frequentie en fasehoeken van de spanning van de generatoren.

In dit opzicht is het praktisch onmogelijk om volledig aan de ideale voorwaarden voor synchronisatie te voldoen; ze worden bij benadering uitgevoerd, met enkele kleine afwijkingen. Als aan een van de bovenstaande voorwaarden niet wordt voldaan, zal bij U2 het spanningsverschil werken op de klemmen van de open communicatieschakelaar B:

Rijst. 3. Vectordiagrammen voor gevallen van afwijking van de voorwaarden voor exacte synchronisatie: a — De werkspanningen van de generatoren zijn niet gelijk; b — hoekfrequenties zijn niet gelijk.

Wanneer de schakelaar is ingeschakeld, zal onder invloed van dit potentiaalverschil in het circuit een egalisatiestroom vloeien, waarvan de periodieke component op het eerste moment zal zijn

Overweeg twee gevallen van afwijking van de exacte synchronisatiecondities weergegeven in het diagram (Fig. 3):

1. de bedrijfsspanningen van de generatoren U1 en U2 zijn niet gelijk, aan de overige voorwaarden is voldaan;

2. de generatoren hebben dezelfde spanning maar draaien met verschillende snelheden, dat wil zeggen, hun hoekfrequenties ω1 en ω2 zijn niet gelijk en er is een faseverschil tussen de spanningen.

Zoals te zien is in het diagram in Fig. 3, a, de ongelijkheid van de effectieve waarden van de spanningen U1 en U2 veroorzaakt het verschijnen van een egalisatiestroom I "ur, die bijna puur inductief zal zijn, aangezien de actieve weerstanden van de generatoren en verbindingsdraden van het netwerk is erg klein en wordt verwaarloosd. Deze stroom veroorzaakt geen actieve stroompieken en dus geen mechanische spanningen in de generator- en turbineonderdelen. In dit opzicht, wanneer de generatoren worden ingeschakeld voor parallel bedrijf, kan het verschil in spanning worden toegestaan ​​tot 5-10%, en in noodgevallen - tot 20%.

Wanneer de rms-spanningswaarden U1 = U2 gelijk zijn, maar wanneer de hoekfrequenties verschillen Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 of Δf = f1 — f2 ≠ 0, worden de spanningsvectoren van de generatoren en het netwerk (of van de 2e generator ) worden verschoven met een bepaalde hoek Θ die in de loop van de tijd verandert. De spanningen van de generatoren U1 en U2 zullen in dit geval niet in fase verschillen met een hoek van 180 °, maar met een hoek van 180 ° -Θ (Fig. 3, b).

Op de klemmen van de open schakelaar B, tussen de punten a en b, zal het spanningsverschil ΔU werken. Net als in het vorige geval kan de aanwezigheid van spanning worden gedetecteerd met behulp van een gloeilamp, en de rms-waarde van deze spanning kan worden gemeten met een voltmeter die is aangesloten tussen de punten a en b.

Als schakelaar B gesloten is, treedt onder invloed van het spanningsverschil ΔU een egalisatiestroom I ” op, die ten opzichte van U2 bijna puur actief zal zijn en, wanneer de generatoren parallel worden ingeschakeld, schokken en mechanische schokken zal veroorzaken spanningen in de assen en andere delen van de generator en de turbine.

Bij ω1 ≠ ω2 is de synchronisatie volledig bevredigend als de slip s0 <0, l% is en de hoek Θ ≥ 10 °.

Vanwege de traagheid van de turbineregelaars is het onmogelijk om op lange termijn gelijkheid te bereiken van de hoekfrequenties ω1 = ω2, en de hoek Θ tussen de spanningsvectoren, die de relatieve positie van de stator- en rotorwikkelingen van de generatoren karakteriseren, blijft niet constant, maar verandert continu; de momentane waarde is Θ = Δωt.

Op het vectordiagram (Fig. 4) zal de laatste omstandigheid worden uitgedrukt in het feit dat met een verandering in de fasehoek tussen de spanningsvectoren U1 en U2, ΔU ook zal veranderen. Het spanningsverschil ΔU wordt in dit geval de schokspanning genoemd.

Rijst. 4. Vectordiagram van generatorsynchronisatie met frequentie-ongelijkheid.

De momentane waarde van de klokspanningen Δu is het verschil tussen de momentane waarden van de spanningen u1 en u2 van de generatoren (fig. 5).

Stel dat de gelijkheid van effectieve waarden U1 = U2 wordt bereikt, dan zijn de fasehoeken van de referentietijd ψ1 en ψ2 ook gelijk.

Dan kun je schrijven

De schokbelastingcurve wordt getoond in Fig. 5.

De ritmespanning verandert harmonisch met een frequentie die gelijk is aan de helft van de som van de vergeleken frequenties en met een amplitude die in de tijd varieert, afhankelijk van de fasehoek Θ:

Uit het vectordiagram in Fig.4, voor een bepaalde gespecificeerde waarde van de hoek Θ, kan de effectieve waarde van de impactspanning worden gevonden:

Rijst. 5. Curven van het overwinnen van stress.

Rekening houdend met de verandering van de hoek Θ in de loop van de tijd, is het mogelijk om een ​​uitdrukking voor de schaal te schrijven in termen van de schokspanningsamplitudes, die de verandering in de spanningsamplitudes in de loop van de tijd geeft (de gestippelde curve in Fig. 5, b ):

Zoals blijkt uit het vectordiagram in Fig. 4 en de laatste vergelijking varieert de schokspanningsamplitude ΔU van 0 tot 2 Um. De grootste waarde van ΔU zal zijn op het moment dat de spanningsvectoren U1 en U2 (Fig. 4) samenvallen in fase en hoek Θ = π, en de kleinste - wanneer deze spanningen in fase verschillen met 180 ° en hoek Θ = 0. De periode van de ritmecurve is gelijk aan

Als de generator parallel is aangesloten op een krachtig systeem, is de waarde van xc van het systeem klein en kan worden verwaarloosd (xc ≈ 0), dan is de egalisatiestroom

en de inschakelstroom

Bij ongunstig inschakelen bij stroom Θ = π kan de stootstroom in de statorwikkeling van de ingeschakelde generator de dubbele waarde van de stootspanning van een driefasige kortsluiting van de generatorklemmen bereiken.

De actieve component van de egalisatiestroom, zoals te zien is in het vectordiagram in Fig. 4 is gelijk aan