Включение сихронного генератора параллельно с сетью

Синхронные генераторы электрических станций обычно работают параллельно на общую сеть и очень редко автономно. Включение генератора на общую сеть требует особой его подготовки, предварительного соблюдения ряда условий. Процесс подготовки генератора к параллельному включению в сеть называется с и нхронизацией. Некоторые условия синхронизации генератора с сетью соответствуют условиям параллельного соединения источников постоянного тока. Известно, что источники постоянного тока соединяют одноименными зажимами (обладающими одинаковыми потенциалами) при условии равенства их ЭДС (?, = Е₂). Это делается для того, чтобы в контуре двух источников (гальванических элементов, аккумуляторов или машин постоянного тока) не возникал уравнительный ток (рис. 6.22.1), так как он снижает КПД источников.

Рис. 6.22.1.

Действительно, применяя второй закон Кирхгофа к изображенному внешнему контуру, можно написать:

откуда.

Следовательно, в контуре двух источников их ЭДС действуют в противоположных направлениях и уравновешивают друг друга, поэтому ток в цепи источников не возникает. Однако относительно нагрузки эти ЭДС будут действовать согласованно в направлении протекающего через нее тока.

Если требование к параллельному соединению источников постоянного тока (отсутствие уравнительного тока) перенести на источники переменного однофазного тока (рис. 6.22.2), то необходимо обеспечить равенство ЭДС источников по величине и знаку в каждое мгновение (т.е. мгновенных ЭДС).

Рис. 6.22.2.

А это будет возможно, если равны действующие (или амплитудные) значения ЭДС, а их текущие фазы совпадают неограниченно долгое время (Е_} =Е₂), что имеет место при совпадении частот электродвижущих сил (/;=?).

Учитывая, что при параллельном соединении источников потенциалы их зажимов должны быть равны по величине и одинаковы по знаку в любой момент времени, на топографической диаграмме (см. гл.1) потенциалы зажимов одного и другого источников будут характеризоваться одними и теми же точками, т. е. условия параллельного соединения двух источников переменного тока могут быть представлены в виде двух совпадающих векторов ?, и Ё₂ (рис. 6.22.3).

Рис. 6.22.3.

Для большей наглядности эти векторы часто рисуют расположенными рядом.

Каким же образом осуществляется проверка условий перед включением генератора на параллельную работу? Это проще всего сделать при помощи вольтметров и лампового синхроноскопа. На рисунке 6.22.4,а.

Рис. 6.22.4.

Рис. 6.22.5.

показано, что генератор Г, питает сеть, а генератор Г, требуется подключить параллельно к генератору Г,. Вольтметр К, измеряет ЭДС Е, первого генератора (допустим, что нагрузка к сети не подключена), а вольтметр У₂ измеряет ЭДС Е_г второго генератора. Лампы, включенные в разрыв каждого провода второго генератора, будут реагировать на разность потенциалов зажимов каждой фазы рубильника (рис. 6.22.4, 6). Если лампы при разомкнутом рубильнике не горят, а показания обоих вольтметров одинаковы, то потенциалы зажимов каждой фазы рубильника в любой момент времени равны по величине и знаку, а это возможно, если ?, =Е₂ и f, =/₂. Поэтому при замыкании рубильника в цепи генераторов не возникает уравнительного тока и генератор Г₂ при включении по-прежнему будет работать в режиме холостого хода. Однако практически лампы погаснут задолго до того, как уравняются потенциалы на зажимах рубильника.

Более чувствительная схема синхронизации представлена на рисунке 6.22.5. В момент синхронизации лампы окажутся под удвоенным напряжением и будут гореть ярко. Первая схема включения ламп получила название включение на погасание, а вторая —- включение на свет.

При параллельном соединении трехфазных генераторов необходимо, чтобы вышеуказанные условия синхронизации для однофазных генераторов выполнялись во всех трех фазах. Поэтому первая фаза трехфазного генератора Г, должна соединяться с первой фазой генератора Г₂, вторая фаза — со второй, а третья — с третьей, т. е., как говорят, порядок следования (чередования) фаз у генераторов должен быть один и тот же (рис. 6.22.6).

Рис. 6.22.6.

Обычно генератор подключается к сети, уже работающей на некоторую нагрузку. В этом случае сеть со множеством питающих ее генераторов может быть заменена одним эквивалентным генератором, напряжение на зажимах которого равно напряжению U_c сети. Подключаемый генератор будет работать параллельно с сетью, и условия синхронизации, которые должны быть выполнены до его включения, следующие:

• 1) равенство фазного напряжения сети и напряжения на зажимах генератора по величине и совпадение их по фазе (l/_c = U_T);
• 2) равенство частот напряжения сети и ЭДС генератора (? = f_r);
• 3) одинаковый порядок чередования фаз сети и генератора (Д.-Б_с-С_с) и (Д.-В_г-С_г) —условная запись.

Нарушение перечисленных условий в момент включения второго генератора может повести к возникновению столь большого уравнительного тока, что создаст опасность возникновения аварийной ситуации для машин.

Проверку условий синхронизации трехфазного генератора также можно выполнить с помощью вольтметров и лампового синхроноскопа. Если лампы включены «на погасание» по схеме рисунка 6.22.6, то при выполнении условий синхронизации они окажутся включенными между точками с одинаковыми потенциалами и гореть не будут. На рисунке 6.22.7.

Рис. 6.22.7.

показаны векторные диаграммы напряжения сети и ЭДС генератора, когда их начала совмещены (векторная диаграмма напряжения сети выполнена сплошными линиями, а для генератора — пунктиром). Напряжение на каждой лампе, равное разности соответствующих потенциалов, в момент синхронизации будет равно нулю.

При включении ламп синхроноскопа мы не знаем разметки фаз. Если спутаны все три зажима генератора, но сохранен порядок следования фаз, то эффект синхронизации будет прежним (лампы погаснут), так как совершенно безразлично, какую фазу генератора считать первой (они все равноправны). Если спутаны концы двух фаз генератора (рис. 6.22.8),.

Рис. 6.22.8.

т.е. нарушен порядок чередования фаз, то лампы окажутся под различными напряжениями. На рисунке 6.22.9

Рис. 6.22.9.

показана векторная диаграмма фазных напряжений сети и генератора для данного случая. Условно показано включение ламп между отдельными точками электрической цепи. Отрезок, соединяющий концы соответствующих векторов, определяет величину напряжений на лампах, включенных по схеме рисунка 6.22.8. Если векторы

Uci и Еri совпадают, то лампа Л, погаснет, а лампы Л₂ и Л₃ будут гореть с одинаковым накалом. Для устранения нарушения порядка чередования фаз достаточно поменять местами включение двух любых проводов, идущих от генератора или от сети к рубильнику.

Таким образом, правильному порядку чередования фаз соответствует одинаковое горение (или погасание) всех ламп одновременно, если они включены по схеме на погасание.

Ошибочная схема включения ламп «на погасание», которая представлена на рисунке 6.22.8, может явиться основой для новой схемы включения ламп синхроноскопа. Если заведомо поменять местами концы включения двух любых ламп (рис. 6.22.10),.

Рис. 6.22.10.

то в момент синхронизации одна лампа погаснет, а две другие будут гореть с равным накалом. Такая схема включения ламп синхроноскопа называется схемой включения на свет.

При включении ламп на свет одновременное их горение и погасание говорит о нарушении порядка чередования фаз. Для создания правильного порядка чередования фаз необходимо, как и прежде, поменять места включения двух проводов, идущих от генератора или от сети.

Какие же действия необходимо выполнить, чтобы генератор синхронизировать с сетью?

1. Равенство напряжения сети и ЭДС на зажимах генератора осуществляется путем изменения тока возбуждения генератора.

• 2. Равенства частот добиваются путем изменения скорости вращения двигателя (f_c=f_r). При равенстве частот лампы, включенные на погасание, будут гореть с одинаковым и постоянным накалом.
• 3. Правильный порядок чередования фаз осуществляется путем перемены мест включения двух проводов, идущих от генератора или от сети.
• 4. Для установления нужного фазового соотношения необходимо доворачивать ротор генератора (с сохранением его синхронной скорости) путем изменения вращающего момента приводного двигателя до тех пор, пока лампы, включенные на погасание не погаснут. Если лампы включены на свет, то вращающий момент надо изменять до тех пор, пока одна лампа не погаснет, а две другие станут гореть с одинаковым накалом.

Генератор, включенный в сеть, будет работать в режиме холостого хода, а лампы синхроноскопа гореть не будут.