Условия успешной синхронизации генератора

Под синхронизацией понимается завершающая стадия пуска и подключения синхронной машины на параллельную работу с другими синхронными машинами в энергосистеме. Пуск и синхронизация могут производиться разными способами. Маломощные синхронные двигатели подключаются к электрической сети без дополнительных устройств и дополнительной подготовки, то есть для них осуществляется прямой пуск, завершающийся самосинхронизацией двигателя с электрической сетью. Для синхронных электродвигателей средней и большой мощности используется, как правило, асинхронный пуск, когда двигатель запускается без возбуждения, а в конечной стадии, когда подается напряжение возбуждения, осуществляется самосинхронизация двигателя с напряжением электрической сети. Такой же способ ввода в работу используется для некоторых газотурбинных генераторов небольшой мощности с той разницей, что в конечной стадии одновременно с напряжением возбуждения подается энергоноситель на лопатки турбины, и машина переходит в генераторный режим.

Синхронные генераторы средней и большой мощности подключаются к электрической сети в возбужденном состоянии в конечной ст адии процесса пуска. При этом выполняется ряд условий с целью ограничения электродинамических воздействий на обмотки генераторов и обеспечения их динамической устойчивости после подключения к электрической сети. Этот способ называется точной синхронизацией генератора.

При точной синхронизации модуль напряжения t/_r генератора к моменту его подключения к сети устанавливается приблизительно равным модулю напряжения U_c сети на шинах, к которым этот генератор подключается (рис. 2.22, а). В результате выполняется условие.

ограничивающее величину начального уравнительного тока и, следовательно, уменьшающее интенсивность электродинамического воздействия на фазные обмотки генератора.

Рис. 2.22. К обоснованию ограничения Д6 = 60° по углу при точной.

синхронизации

С этой же целью ограничивается угол Д8 = 8_Г — 8_С между векторами напряжения U_v и U_c. В общем случае ограничение вводится как условие.

с тем чтобы величина уравнительного тока, обусловленного разностью углов напряжений генератора и сети, не оказалась выше тока трехфазного короткого замыкания, на который рассчитана механическая прочность обмоток генератора. При значении угла Дб = 60° разность векторов ДU = U_r — U_c по модулю будет равна напряжению U_r (рис. 2.22, б) и, соответственно, уравнительный ток будет сопоставим с током трехфазного КЗ.

Если в момент включения векторы U_r и (У_с окажутся в противофазе (Дб = 180°), то величина уравнительного тока может вдвое превысить величину тока трехфазного КЗ.

Обеспечение динамической устойчивости генератора после его подключения к электрической сети осуществляется посредством выравнивания частоты ю_г вращения ротора генератора с частотой со_с напряжения на шинах электрической сети. При включении выключателя В (см. рис. 2.22, а) с ненулевой относительной скоростью и_ВКл^=а)г^_0)с ротор генератора в момент включения будет иметь некоторую дополнительную, по отношению к основной, кинетическую энергию К_В|С1 относительного движения:

которая, при большой ее величине, не позволит генератору войти в синхронный режим. Для успешности перехода к синхронной работе необходимо, чтобы кинетическая энергия К_вкл уже на первом цикле качаний ротора генератора полностью преобразовывалась в потенциальную энергию. Для этого требуются достаточные возможное™ для торможения (при и_вкл >0) или ускорения (при и_вкл <0) ротора генератора. Эти возможности удобно характеризовать с помощью площадок возможного торможения или ускорения. Для случая, когда и_вкл > 0, площадка возможного торможения показана па рис. 2.23.

Мощность турбины перед включением генераторного выключателя составляет несколько процентов от номинальной мощности генератора, и поэтому можно принять Р_{) = Ру = 0. С учетом этого допущения площадь возможного торможения F_B,_{озм торм} определится как.

где б_вкл — угол между вектором синхронной ЭДС и вектором напряжения электрической сети в момент включения выключателя генератора.

Рис. 2.23. Площадка возможного торможения при синхронизации генератора с сетью

В предельном случае, когда дополнительная кинетическая энергия точно соответствует площадке возможного торможения, относительная скорость ротора при включении генератора является предельно допустимой. Эта энергия К_{вкл пр} и, соответственно, предельная относительная скорость и_{вкл пр} при заданном значении угла 6_ВКЛ определяются из равенств:

Из последнего равенства следует, что.

а условие обеспечения динамической устойчивости синхронного генератора при подключении его к электрической сети может быть представлено как.

Как видно из рис. 2.23 и следует из условия (2.65), при увеличении угла 5_ВКЛ предельная относительная скорость о_{вкл пр} уменьшается, и при включении генератора в противофазе, когда 8_ВКЛ = 180°, эта скорость становится нулевой.