Автоматическое включение по способу самосинхронизации

Автоматическое включение по способу самосинхронизации

При этом способе генератор невозбуждённым раскручивается до подсинхронной скорости (скольжение составляет ±2–3%) и включается на параллельную работу, то есть включается генераторный выключатель и на обмотку статора подаётся напряжение. Затем, устройством АГП включается возбуждение, появляется синхронный момент и генератор втягивается в синхронизм. При аварийной ситуации указанная величина скольжения может быть превышена. В практике отмечены случаи, когда методом самосинхронизации включались на параллельную работу турбогенераторы со скольжением +20% и гидрогенераторы с демпферными обмотками со скольжением ±15% (скольжение считается положительным, если частота вращения ротора включаемого генератора меньше частоты уже работающих генераторов системы). Время переходных процессов при включении генераторов методом самосинхронизации обычно не превосходит 1–2 с.

После включения генератора с ω_S в обмотке возбуждения наводится ЭДС, пропорциональная ω_S. Обмотка возбуждения должна быть замкнута на гасительное сопротивление (чтобы не было пробоя изоляции) либо на якорь возбудителя.

Сразу после включения выключателя на ротор будут воздействовать следующие моменты (до подачи возбуждения):

·  Избыточный механический момент турбины М_Т;

·  Средний асинхронный момент М_АС;

·  Момент явнополюсности (момент реакции) М_ЯП, обусловленный магнитной несимметрией ротора генератора по продольной и поперечной осям;

·  Синхронный момент, развиваемый генератором в результате взаимодействия поля ротора, возникшего под воздействием тока возбуждения и поля статора.

Асинхронный момент всегда действует в сторону снижения угловой частоты скольжения, т.е. в сторону втягивания генератора в синхронизм.

Для ТГ М_АС больше, чем для ГГ, но в области малых скольжений и для ТГ и для ГГ .

В области больших скольжений относительно небольшой М_Т легко подавляет М_АС и генератор входит в синхронизм. При равенстве –М_Т=М_АС наступает установившийся режим. Частота вращения генератора не будет меняться, но он будет вращаться с частотой меньше синхронной, т.е. со скольжением S_y.

М_ЯП изменяется с двойной частотой скольжения и он электрически независим. При малых скольжениях М_ЯП может превысить М_АС.

Процесс втягивания генератора в синхронизм происходит следующим образом. При вращении генератора с частотой, меньшей синхронной, после включения обмотки статора под напряжение сети возникает асинхронный момент, который подтягивает генератор до малых значений скольжений. (С остановленного состояния при закрытом направляющем аппарате под влиянием асинхронного момента к подсинхронной скорости могут быть подтянуты гидрогенераторы с демпферными обмотками; время разворота гидрогенератора составляет 8–12 с.) Когда скольжение станет небольшим, включается возбуждение генартора и возникает синхронный момент, который обеспечивает втягивание генератора в синхронизм после нескольких качаний. Влияние реактивного момента (момента явнополюсности) при этом сказывается незначительно, поскольку за период изменения угла δ от 0 до 180° его среднее значение равно нулю.

В точках 1 и 1` возможно наступление синхронного режима, т.е. в этих точках возможна синхронизация. Если синхронизм наступил в точке 1 – это хорошо, если в точке 1` – это плохо (проворот ротора на 180⁰), чтобы этого не допустить одновременно с включением выключателя включается АГП.

Благоприятными частотами скольжения являются f_S=1–1.5 Гц (частота, при которой происходит включение выключателя). Чем больше f_S, тем больше вероятность наступления асинхронного режима после подачи тока возбуждения.

Чем выше скорость нарастания тока в обмотке возбуждения, тем выше вероятность возникновения асинхронного режима, поэтому при самосинхронизации АРВ сильного действия и форсировку возбуждения (ФВ) выводят из действия на 1–2 с.

 При включении генератора методом самосинхронизации, генератор испытывает толчок тока включения, эквивалентного току КЗ за сопротивлением генератора. Эти сопротивления лежат в пределах: . Схема замещения генератора с ротором, замкнутым на гасительное сопротивление, эквивалентна схеме замещения трансформатора, первичная обмотка которого включается под напряжение, а вторичная замкнута на активное сопротивление.

В первый момент времени эквивалентное индуктивное сопротивление генератора имеет наименьшее значение и определяется значением  (сопротивление ветви намагничивания Х_μ мало). С течением времени свободные токи уменьшаются и уменьшается их размагничивающее действие; значение Х_μ схемы замещения увеличивается. Эквивалентное индуктивное сопротивление генератора возрастает.

После затухания свободного тока в успокоительной обмотке ротора эквивалентное индуктивное сопротивление машины оценивается приблизительно переходным индуктивным сопротивлением по продольной оси Х_d’.

Свободный ток обмотки статора, вызванный им апериодический ток в контурах ротора и свободный ток в демпферной обмотке затухают примерно через 0,04–0,06 с, так что наибольшее действующее значение тока статора при включении под напряжение сети U_C  невозбуждённого генератора может определяться выражением

,     (7.18)

поэтому и момент при включении будет меньше, чем при КЗ. Уравнительный ток при самосинхронизации будет также меньше уравнительного тока при точной синхронизации, если генератор включится при угле δ=180º. Это объясняется тем, что при самосинхронизации ЭДС генератора отсутствует (т.е. числитель в формуле 7.18 при точной синхронизации в 2 раза больше, а ещё X_d” < X_d’).

Таким методом генератор можно включать, если:

.

Включение генераторов методом самосинхронизация всегда сопровождается понижением напряжения на зажимах статора и в сети, соединяющей синхронизируемый генератор с энергосистемой.

Напряжение на зажимах синхронизируемого генератора (напряжение на шинах U_Ш, рис. 7.10) может быть определено выражением

                           (7.20)

С другой стороны, для каждого момента времени ток генератора рассчитывается по (7.18). Тогда

                (7.22)

где Х_Г — расчетное индуктивное сопротивление генератора.

Если в первый момент времени Х_Г=Хс, напряжение на шинах понизится до 50% номинального. По мере втягивания генератора в синхронизм напряжение восстанавливается, с одной стороны, из-за возрастания сопротивления генератора (например, для гидрогенераторов) и, c другой стороны, вследствие работы устройств форсировки и регуляторов возбуждения.

Для генераторов мощностью до 3 МВт этот метод является основным. Этот метод рекомендуется использовать для ТГ и ГГ с косвенным охлаждением, если выполняется условие  (для блока это условие выполняется). Включение этим методом генератора большой мощности с непосредственным охлаждением допускается только в аварийных режимах.

Достоинства метода:

·  Простота операций при выполнении самосинхронизации, поэтому этот процесс легко автоматизируем;

·  Высокая скорость выполнения этой операции;

·  Возможность включения на параллельную работу при глубоких снижениях частоты и напряжения;

·  Невозможность появления I_ВКЛ, превышающего допустимое значение для генератора.