Generaattorien rinnakkaistoiminta

Voimalaitoksiin asennetaan aina useita turbo- tai hydrauliyksiköitä, jotka toimivat rinnakkain generaattorin tai aaltovirran yhteisillä kiskoilla.

Tämän seurauksena voimalaitosten sähköntuotantoa tuottavat useat rinnakkain toimivat generaattorit, ja tästä yhteistyöstä on monia arvokkaita etuja.

Generaattorien rinnakkaistoiminta:

1. lisää voimalaitosten ja sähköasemien laitteiden toiminnan joustavuutta, helpottaa generaattoreiden, päälaitteiden ja vastaavien jakelulaitteiden ennaltaehkäisevää huoltoa minimireservillä.

2. lisää voimalaitoksen toiminnan tehokkuutta, koska se mahdollistaa vuorokautisen kuormitusaikataulun mahdollisimman tehokkaan jakautumisen yksiköiden välillä, jolloin saavutetaan paras sähkön käyttö ja hyötysuhde; vesivoimalaitoksissa se mahdollistaa vesivirtauksen tehon maksimaalisen käytön tulvakaudella sekä kesän ja talven matalavesijaksojen aikana;

3.lisää voimalaitosten ja kuluttajien sähkönsyötön luotettavuutta ja keskeytymätöntä toimintaa.

Riisi. 1. Generaattorien rinnakkaistoiminnan kaavio

Tuotannon lisäämiseksi ja sähkönjakelun parantamiseksi monet voimalaitokset yhdistetään toimimaan rinnakkain tehokkaiksi voimajärjestelmiksi.

Normaalikäytössä generaattorit on kytketty yhteisiin väyliin (generaattori tai ylijännite) ja pyörivät synkronisesti. Niiden roottorit pyörivät samalla sähköisellä kulmanopeudella

Rinnakkaiskäytössä hetkellisten jännitteiden tulee olla molempien generaattoreiden navoissa yhtä suuria ja vastakkaisia ​​etumerkillä.

Generaattorin kytkemiseksi rinnakkaiskäyttöön toiseen generaattoriin (tai verkkoon) on tarpeen synkronoida se, eli säädellä kytketyn generaattorin pyörimisnopeutta ja viritystä toimintatavan mukaisesti.

Rinnakkain toimivien ja kytkettyjen generaattoreiden tulee olla samassa vaiheessa, eli niillä on oltava sama vaihekiertojärjestys.

Kuten kuvasta voidaan nähdä. 1, rinnakkaiskäytössä generaattorit on kytketty toisiinsa suhteessa toisiinsa, eli niiden jännitteet U1 ja U2 kytkimessä ovat täsmälleen vastakkaiset. Kuorman suhteen generaattorit toimivat mukaisesti, eli niiden jännitteet U1 ja U2 täsmäävät. Nämä generaattoreiden rinnakkaistoiminnan olosuhteet näkyvät kuvan 1 kaavioissa. 2.

Riisi. 2. Generaattorien käynnistämisen edellytykset rinnakkaiskäyttöä varten. Generaattorin jännitteet ovat suuruudeltaan samansuuruisia ja vastakkaisia ​​vaiheiltaan.

Generaattorien synkronoimiseen on kaksi tapaa: hieno synkronointi ja karkea synkronointi tai itsesynkronointi.

Generaattorien tarkan synkronoinnin ehdot.

Tarkalla synkronoinnilla viritetty generaattori kytketään verkkoon (väyliin) kytkimen B kautta (kuva 1), kun synkronointiolosuhteet saavutetaan - niiden jännitteiden hetkellisten arvojen yhtäläisyys U1 = U2

Kun generaattorit toimivat erikseen, niiden hetkelliset vaihejännitteet ovat vastaavasti yhtä suuret:

Tämä edellyttää generaattoreiden rinnakkaisliitännälle välttämättömiä ehtoja. Jotta generaattorit ovat käynnissä ja käynnissä, se vaaditaan:

1. tehollisten jännitearvojen yhtäläisyys U1 = U2

2. kulmataajuuksien yhtäläisyys ω1 = ω2 tai f1 = f2

3. jännitteiden sovitus vaiheessa ψ1 = ψ2 tai Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Näiden vaatimusten tarkka täyttyminen luo ihanteelliset olosuhteet, joille on tunnusomaista se, että generaattoria kytkettäessä staattorin tasausvirta on nolla. On kuitenkin huomattava, että tarkan synkronoinnin ehtojen täyttyminen edellyttää generaattoreiden jännitteen, taajuuden ja vaihekulmien vertailuarvojen huolellista säätöä.

Tässä suhteessa on käytännössä mahdotonta täyttää täysin ihanteelliset synkronoinnin ehdot; ne suoritetaan suunnilleen, pienin poikkeavin. Jos jokin yllä olevista ehdoista ei täyty, kun U2, jännite-ero vaikuttaa avoimen tietoliikennekytkimen B liittimiin:

Riisi. 3. Vektorikaaviot tapauksille, joissa poikkeamat tarkan synkronoinnin ehdoista: a — Generaattorien käyttöjännitteet eivät ole yhtä suuret; b — kulmataajuudet eivät ole samat.

Kun kytkin kytketään päälle, tämän potentiaalieron vaikutuksesta piirissä virtaa tasausvirta, jonka jaksollinen komponentti on alkuhetkellä

Harkitse kahta tapausta, joissa poikkeama kaaviossa esitetyistä täsmällisistä synkronointiehdoista (kuva 3):

1. generaattoreiden U1 ja U2 käyttöjännitteet eivät ole samat, muut ehdot täyttyvät;

2. generaattoreissa on sama jännite, mutta ne pyörivät eri nopeuksilla, eli niiden kulmataajuudet ω1 ja ω2 eivät ole samat ja jännitteiden välillä on vaiheepäsopivuus.

Kuten kuvion kaaviosta voidaan nähdä. 3, a, jännitteiden U1 ja U2 tehollisten arvojen epäyhtenäisyys aiheuttaa tasausvirran I ”ur ilmestymisen, joka on lähes puhtaasti induktiivinen, koska generaattoreiden ja liitäntäjohtojen aktiiviset resistanssit verkostot ovat hyvin pieniä ja laiminlyötyjä. Tämä virta ei aiheuta aktiivisia tehopiikkejä eikä siten mekaanisia rasituksia generaattorin ja turbiinin osiin. Tässä suhteessa, kun generaattorit kytketään päälle rinnakkaiskäyttöön, jännite-ero voidaan sallia jopa 5-10% ja hätätapauksissa jopa 20%.

Kun tehollisjännitearvot U1 = U2 ovat yhtä suuret, mutta kun kulmataajuudet eroavat Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 tai Δf = f1 — f2 ≠ 0, generaattoreiden ja verkon (tai 2. generaattorin) jännitevektorit ) ovat siirtyneet tietyllä kulmalla Θ, joka muuttuu ajan myötä. Generaattorien U1 ja U2 jännitteet eroavat tässä tapauksessa vaiheittain ei 180 °:n kulman, vaan 180 ° -Θ:n kulman verran (kuva 3, b).

Avoimen kytkimen B liittimissä pisteiden a ja b välissä vaikuttaa jännite-ero ΔU. Kuten edellisessä tapauksessa, jännitteen olemassaolo voidaan havaita hehkulampun avulla ja tämän jännitteen rms-arvo voidaan mitata pisteiden a ja b väliin kytketyllä volttimittarilla.

Jos kytkin B on kiinni, syntyy jännite-eron ΔU vaikutuksesta tasausvirta I ”, joka suhteessa U2:een on lähes puhtaasti aktiivinen ja generaattorien rinnakkain kytkettynä aiheuttaa iskuja ja mekaanisia jännitykset akseleissa ja muissa generaattorin ja turbiinin osissa.

Kohdassa ω1 ≠ ω2 synkronointi on täysin tyydyttävä, jos luisto on s0 <0, l% ja kulma Θ ≥ 10°.

Turbiinin säätimien hitaudesta johtuen on mahdotonta saavuttaa pitkän aikavälin yhtäläisyyttä kulmataajuuksille ω1 = ω2 ja jännitevektorien väliselle kulmalle Θ, joka luonnehtii generaattoreiden staattorin ja roottorikäämien suhteellista sijaintia, ei pysy vakiona, vaan muuttuu jatkuvasti; sen hetkellinen arvo on Θ = Δωt.

Vektorikaaviossa (kuva 4) viimeinen seikka ilmaistaan ​​siinä, että jännitevektorien U1 ja U2 välisen vaihekulman muuttuessa myös ΔU muuttuu. Jännite-eroa ΔU kutsutaan tässä tapauksessa iskujännitteeksi.

Riisi. 4. Vektorikaavio generaattorin synkronoinnista taajuusepäyhtälön kanssa.

Kellojännitteiden Δu hetkellinen arvo on generaattoreiden jännitteiden u1 ja u2 hetkellisten arvojen erotus (kuva 5).

Oletetaan, että tehollisten arvojen U1 = U2 yhtäläisyys saavutetaan, myös viiteajan ψ1 ja ψ2 vaihekulmat ovat yhtä suuret.

Sitten voit kirjoittaa

Iskujännityskäyrä on esitetty kuvassa. 5.

Rytmijännite muuttuu harmonisesti taajuudella, joka on puolet verrattujen taajuuksien summasta ja amplitudilla, joka vaihtelee ajan myötä riippuen vaihekulmasta Θ:

Kuvan vektorikaaviosta.4, tietylle kulman Θ määritetylle arvolle iskujännityksen tehollinen arvo löytyy:

Riisi. 5. Stressin voittamisen käyrät.

Kun otetaan huomioon kulman Θ muutos ajan myötä, on mahdollista kirjoittaa kuorelle iskujännityksen amplitudien lauseke, joka antaa jännitysamplitudien muutoksen ajan kuluessa (katkoviiva kuviossa 5, b). ):

Kuten kuvion vektorikaaviosta voidaan nähdä. Kuviossa 4 ja viimeisessä yhtälössä iskujännityksen amplitudi ΔU vaihtelee välillä 0 - 2 Um. Suurin ΔU:n arvo on hetkellä, jolloin jännitevektorit U1 ja U2 (kuva 4) osuvat yhteen vaiheen ja kulman suhteen Θ = π, ja pienin - kun nämä jännitteet eroavat vaiheestaan ​​180° ja kulma Θ = 0. Rytmikäyrän jakso on yhtä suuri kuin

Kun generaattori on kytketty rinnakkaiskäyttöön tehokkaan järjestelmän kanssa, järjestelmän xc:n arvo on pieni ja voidaan jättää huomiotta (xc ≈ 0), jolloin tasausvirta

ja käynnistysvirta

Epäedullisen päällekytkennän tapauksessa virralla Θ = π päällekytketyn generaattorin staattorikäämin aaltovirta voi saavuttaa kaksinkertaisen arvon generaattorin napojen kolmivaiheisen oikosulun jännitteen arvon.

Tasoitusvirran aktiivinen komponentti, kuten voidaan nähdä kuvan 1 vektorikaaviosta. 4 on yhtä suuri kuin