Funcionament paral·lel dels generadors

A les centrals elèctriques, sempre s'instal·len diverses unitats turbo o hidràuliques, que treballen conjuntament en paral·lel sobre les barres comunes del generador o sobretensió.

Com a resultat, la producció d'electricitat a les centrals elèctriques la produeixen diversos generadors que treballen en paral·lel, i aquesta cooperació té molts avantatges valuosos.

Funcionament paral·lel dels generadors:

1. augmenta la flexibilitat de funcionament dels equips de centrals i subestacions elèctriques, facilita el manteniment preventiu dels generadors, dels equips principals i dels dispositius de distribució corresponents amb un mínim de la reserva necessària.

2. augmenta l'eficiència del funcionament de la central, ja que permet la distribució més eficient de l'horari diari de càrrega entre les unitats, aconseguint així el millor ús de l'electricitat i augmentant l'eficiència; a les centrals hidroelèctriques, permet aprofitar al màxim la potència del cabal d'aigua durant el període d'inundació i durant els períodes d'aigua baixa d'estiu i hivern;

3.augmenta la fiabilitat i el funcionament ininterromput de les centrals elèctriques i el subministrament d'energia als consumidors.

Arròs. 1. Esquema del funcionament en paral·lel dels generadors

Per augmentar la producció i millorar la distribució d'energia, moltes centrals elèctriques es combinen per funcionar en paral·lel per formar potents sistemes d'energia.

En funcionament normal, els generadors estan connectats a busos comuns (generador o sobretensió) i giren de manera sincrònica. Els seus rotors giren a la mateixa velocitat elèctrica angular

En funcionament en paral·lel, les tensions instantànies als terminals dels dos generadors han de ser iguals en magnitud i oposades en signe.

Per connectar el generador per al funcionament en paral·lel amb un altre generador (o amb la xarxa), cal sincronitzar-lo, és a dir, regular la velocitat de gir i excitació del generador connectat d'acord amb el que funciona.

Els generadors que funcionin i connectats en paral·lel han d'estar en fase, és a dir, tenir el mateix ordre de rotació de fase.

Com es pot veure a la fig. 1, en funcionament en paral·lel, els generadors estan connectats entre si, és a dir, les seves tensions U1 i U2 a l'interruptor seran exactament oposades. Pel que fa a la càrrega, els generadors funcionen d'acord, és a dir, les seves tensions U1 i U2 coincideixen. Aquestes condicions de funcionament paral·lel dels generadors es reflecteixen en els esquemes de la fig. 2.

Arròs. 2. Condicions d'encesa dels generadors per al funcionament en paral·lel. Les tensions del generador són iguals en magnitud i oposades en fase.

Hi ha dos mètodes de sincronització de generadors: sincronització fina i sincronització gruixuda o autosincronització.

Condicions per a la sincronització exacta dels generadors.

Amb una sincronització precisa, el generador excitat es connecta a la xarxa (busos) mitjançant l'interruptor B (Fig. 1) en arribar a les condicions de sincronització: igualtat dels valors instantanis de les seves tensions U1 = U2

Quan els generadors funcionen per separat, les seves tensions de fase instantànies seran iguals, respectivament:

Això implica les condicions necessàries per a la connexió en paral·lel dels generadors. Per als generadors en marxa i en funcionament, es requereix:

1. Igualtat dels valors de voltatge efectiu U1 = U2

2. igualtat de freqüències angulars ω1 = ω2 o f1 = f2

3. concordança de tensions en fase ψ1 = ψ2 o Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

El compliment exacte d'aquests requisits crea condicions ideals, que es caracteritzen pel fet que en el moment d'encendre el generador, el corrent d'equalització de l'estator serà zero. Cal assenyalar, però, que el compliment de les condicions per a la sincronització exacta requereix un ajust acurat dels valors comparats de la tensió, la freqüència i els angles de fase de la tensió dels generadors.

En aquest sentit, és pràcticament impossible complir completament les condicions ideals per a la sincronització; es realitzen aproximadament, amb algunes lleugeres desviacions. Si no es compleix una de les condicions anteriors, quan U2, la diferència de tensió actuarà sobre els terminals de l'interruptor de comunicació obert B:

Arròs. 3. Esquemes vectorials per als casos de desviació de les condicions de sincronització exacta: a — Les tensions de treball dels generadors no són iguals; b — les freqüències angulars no són iguals.

Quan l'interruptor s'encén, sota l'acció d'aquesta diferència de potencial en el circuit fluirà un corrent d'equalització, el component periòdic del qual en el moment inicial serà

Considereu dos casos de desviació de les condicions exactes de sincronització que es mostren al diagrama (Fig. 3):

1. les tensions de funcionament dels generadors U1 i U2 no són iguals, es compleixen les altres condicions;

2. els generadors tenen la mateixa tensió però giren a diferents velocitats, és a dir, les seves freqüències angulars ω1 i ω2 no són iguals i hi ha un desajust de fase entre les tensions.

Com es pot veure al diagrama de la fig. 3, a, la desigualtat dels valors efectius de les tensions U1 i U2 provoca l'aparició d'un corrent d'igualització I ”ur, que serà gairebé purament inductiu, ja que les resistències actives dels generadors i cables de connexió de les xarxes són molt petites i estan descuidades. Aquest corrent no crea sobretensió de potència activa i, per tant, no genera tensions mecàniques a les parts del generador i de la turbina. En aquest sentit, quan els generadors s'encenen per al funcionament en paral·lel, la diferència de tensió es pot permetre fins a un 5-10% i, en casos d'emergència, fins a un 20%.

Quan els valors rms de tensió U1 = U2 són iguals, però quan les freqüències angulars difereixen Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 o Δf = f1 — f2 ≠ 0, els vectors de tensió dels generadors i la xarxa (o del 2n generador ) es desplacen amb un cert angle Θ que canvia amb el temps. Les tensions dels generadors U1 i U2 en aquest cas diferiran en fase no per un angle de 180 °, sinó per un angle de 180 ° —Θ (Fig. 3, b).

Als borns de l'interruptor obert B, entre els punts a i b, actuarà la diferència de tensió ΔU. Com en el cas anterior, la presència de tensió es pot detectar mitjançant una bombeta, i el valor rms d'aquesta tensió es pot mesurar amb un voltímetre connectat entre els punts a i b.

Si l'interruptor B està tancat, sota l'acció de la diferència de tensió ΔU, es produeix un corrent d'igualització I ", que en relació amb U2 serà gairebé purament actiu i, quan els generadors s'encenen en paral·lel, provocarà xocs i descàrregues mecàniques. esforços en els eixos i altres parts del generador i la turbina.

A ω1 ≠ ω2, la sincronització és completament satisfactòria si el lliscament és s0 <0, l% i l'angle Θ ≥ 10 °.

A causa de la inèrcia dels reguladors de la turbina, és impossible aconseguir una igualtat a llarg termini de les freqüències angulars ω1 = ω2 i l'angle Θ entre els vectors de tensió, caracteritzant la posició relativa dels bobinatges de l'estator i del rotor dels generadors, no es manté constant, sinó que canvia contínuament; el seu valor instantani serà Θ = Δωt.

En el diagrama vectorial (Fig. 4), l'última circumstància s'expressarà en el fet que amb un canvi en l'angle de fase entre els vectors de tensió U1 i U2, també canviarà ΔU. La diferència de tensió ΔU en aquest cas s'anomena tensió de xoc.

Arròs. 4. Diagrama vectorial de sincronització del generador amb desigualtat de freqüències.

El valor instantani de les tensions de rellotge Δu és la diferència entre els valors instantanis de les tensions u1 i u2 dels generadors (Fig. 5).

Suposem que s'aconsegueix la igualtat dels valors efectius U1 = U2, els angles de fase del temps de referència ψ1 i ψ2 també són iguals.

Llavors pots escriure

La corba de tensió de xoc es mostra a la Fig. 5.

La tensió del ritme canvia harmònicament amb una freqüència igual a la meitat de la suma de les freqüències comparades i amb una amplitud que varia amb el temps en funció de l'angle de fase Θ:

A partir del diagrama vectorial de la fig.4, per a un determinat valor especificat de l'angle Θ, es pot trobar el valor efectiu de la tensió d'impacte:

Arròs. 5. Corbes de superació de l'estrès.

Tenint en compte el canvi de l'angle Θ al llarg del temps, és possible escriure una expressió per a la closca en termes d'amplituds de tensió de xoc, que dóna el canvi en les amplituds de tensió al llarg del temps (la corba de punts de la figura 5, b). ):

Com es pot veure al diagrama vectorial de la Fig. 4 i l'última equació, l'amplitud de la tensió de xoc ΔU varia de 0 a 2 Um. El valor més gran de ΔU serà en el moment en què els vectors de tensió U1 i U2 (Fig. 4) coincideixen en fase i angle Θ = π, i el més petit, quan aquestes tensions difereixen en fase en 180 ° i en angle Θ = 0. El període de la corba del ritme és igual a

Quan el generador està connectat per funcionar en paral·lel amb un sistema potent, el valor de xc del sistema és petit i es pot descuidar (xc ≈ 0), llavors el corrent d'igualització

i el corrent d'entrada

En cas d'encesa desfavorable al corrent Θ = π, el corrent de sobretensió al bobinat de l'estator del generador encès pot arribar al doble del valor de la tensió de sobretensió d'un curtcircuit trifàsic dels terminals del generador.

El component actiu del corrent d'equalització, tal com es pot veure al diagrama vectorial de la Fig. 4 és igual a