3.2. Перевірка співпадання фаз, синхронізація і набирання навантаження

Після закінчення монтажу або робіт в первинному колі генератора, які могли порушити чергування фаз, необхідно перевірити, чи співпадають фази генератора і мережі.

Для перевірки співпадання фаз до трансформатора напруги резервної системи шин приєднується фазопоказчик. Який затискач фазопоказчика до якої фази трансформатора напруги буде підключений, істотного значення не має. Важливо лише зберегти порядок підключення незмінним до кінця перевірки. Потім на резервну систему шин подається по черзі напруга від робочої системи шин і від генератора. Якщо в обох випадках диск фазопокажчика обертатиметься в одному і тому ж напрямі, то порядок чергування фаз генератора і системи однаковий. Якщо ж напрям обертання диска змінюється, то включати генератор в мережу, не помінявши місцями дві фази на ошиновці , яка з’єднує генератор з мережею, неприпустимо.

За відсутності резервної системи шин або блочному з'єднанні генератора з трансформатором фазопоказчик приєднується до трансформатора напруги генератора. Від виводів статора від'єднуються компенсатори і на шинний міст, і трансформатор напруги генератора подається напруга від системи включенням вимикача силового трансформатора.

Фіксується напрям обертання диска фазопоказчика. Потім, після приєднання компенсаторів до виводів статора і пуску генератора, напруга на шинний міст подається від генератора. При співпаданні фаз напрям обертання диска фазопоказчика повинен зберегтися. Якщо між генератором і його трансформатором є роз'єднувачі, то від'єднувати компенсатори від виводів статора не потрібно. В цьому випадку перед подачею напруги на шинний міст від мережі достатньо відключити роз'єднувачі.

Після закінчення монтажу або робіт в колах синхронізації і пов'язаних з ними трансформаторах напруги повинні бути перевірені справність і правильність схеми синхронізації. Для цього потрібно після досягнення генератором швидкості обертання, близької до номінальної, збудити генератор (тобто включити його автомат гасіння поля АГП, подати в ротор струм збудження і підняти напругу на виводах статора до номінального). Струм збудження регулюють за допомогою регулювального реостата, повзунок якого вручну переміщається в положення «холостого ходу», або за допомогою установочного автотрансформатора УАТ, що впливає на автоматичний регулятор збудження АРЗ генератора. Далі, встановивши ключ синхронізації на пульті управління генератором в положення «Включено», слід подати на колонку синхронізації явно несинхронні напруги (від генератора і мережі).

Перевірити обертання стрілки синхроноскопа і почекати, поки вона зробить один або декілька повних обертів. Це вкаже на справність синхроноскопа і наявність на ньому напруги як від генератора, так і від мережі. Одночасно потрібно переконатися в роботі вольтметрів і частотомірів на колонці синхронізації. Поки стрілка синхроноскопа не зробить повного оберту, не можна вважати синхроноскоп і його кола справними. Коливання стрілки в одну і іншу сторону від червоної межі можуть бути викликані не тільки незадовільною роботою регулювання турбіни, але і обривом в одній з фаз напруги, що підводиться до синхроноскопу або несправністю самого синхроноскопа; збуджений до номінальної напруги генератор включається на резервну систему шин, що знаходиться без напруги. Включається колонка синхронізації. Оскільки на синхроноскоп при цьому буде подана явно синхронна напруга, стрілка синхроноскопа повинна зупинитися у вертикальному положенні, на червоній межі, якщо ж вона зупиниться в іншому положенні, то, значить, синхронізуючий пристрій працює неправильно і до усунення дефекту включати в роботу генератор неприпустимо.

За відсутності резервної системи шин або при блочному з'єднанні генератора з трансформатором правильність роботи схеми синхронізації перевіряється подачею напруги на шинний міст генератора від мережі при від'єднаних від виводів генератора компенсаторах.

Включення генератора в мережу може бути виконане за способом точної синхронізації або самосинхронізації.

Для включення генератора за способом точної синхронізації без кидка струму в статорі і без різкої зміни обертаючого моменту ротора повинні бути дотримані три умови: рівність значень напруги генератора і мережі; співпадання цих напруг по фазі; рівність частот генератора і мережі.

Включення генератора в мережу при значній нерівності напруг по значенню і при великому куті розбіжності по фазі викличе появу в генераторі зрівняльного струму і пов'язаних з ним наслідків. Особливо небезпечне включення генератора при неспівпаданні напруг по фазі. У найважчому випадку, коли напруги генератора і мережі зсунуті по фазі на 180°, а потужність системи у багато разів перевищує потужність генератора, зрівняльний струм у момент включення в 2 рази перевищить струм трифазного КЗ на виводах генератора. Від такого струму можуть руйнуватися лобові частини обмотки статора або обмотки трансформатора. При значній різниці частот важко безпомилково вибрати момент для включення генератора.

Проте точне дотримання трьох вищезгаданих умов, особливо двох останніх, уповільнило б процес синхронізації. Тому практично допускається можливість появи незначних, безпечних поштовхів при включенні генератора і синхронізація з дотриманням наступних, дещо відмінних від вказаних вище ідеальних умов:

напруга генератора повинна бути вищою за напругу мережі, але не більше ніж на 5 %, з тим щоб він після включення прийняв на себе реактивне навантаження;

імпульс на включення вимикача повинен подаватися до підходу стрілки синхроноскопа до червоної межі на кут, відповідний часу включення вимикача, з розбіжністю не більш 8—12°;

частота обертання генератора повинна бути близькою до частоти мережі, щоб стрілка синхроноскопа оберталася з частотою не більш 2—3 об/хв.

Точна синхронізація виконується за допомогою автоматичного синхронізатора, а там де його нема—вручну. Схема ручної синхронізації доповнюється блокуванням від несинхронного включення, що дозволяє включення генератора тільки при допустимих різниці частот обертання і куті розбіжності між фазами напруг генератора і мережі. Ручна синхронізація при відключеному блокуванні від несинхронного включення забороняється.

За способом самосинхронізації генератор включається в мережу без збудження при частоті обертання, близькій до синхронної (ковзання ±2%), після чого включається АГП, генератор збуджується і протягом 1—2 с втягується в синхронізм. Регулювальний реостат перед включенням генератора повинен бути встановлений в положення XX.

Щоб уникнути пробою ізоляції обмотки ротора через появу перенапруг вона повинна бути замкнута до включення АГП на резистор самосинхронізації.

Якщо при невдалій точній синхронізації механічні зусилля на вал ротора, обумовлені так званим синхронним моментом, можуть у декілька разів перевищити зусилля від номінального моменту, то при самосинхронізації синхронний момент відсутній, оскільки генератор включається незбудженим. Крім того, перевага способу самосинхронізації полягає в простоті, що дозволяє повністю автоматизувати включення генератора в мережу, в швидкості включення.

Включення турбогенераторів, що мають непряме охолоджування обмоток і працюють на шини генераторної напруги, а також генераторів з безпосереднім охолоджуванням обмоток в нормальних умовах повинне здійснюватися, як правило, способом точної синхронізації. Для турбогенераторів, що працюють на шини генераторної напруги, це пов'язано з небажаністю значного пониження напруги у споживачів у момент включення генератора через кидок струму, перевищуючого 3,5 номінальних значень.

Для турбогенераторів з безпосереднім охолоджуванням, не дивлячись на те що симетрична складова струму в початковий момент їх самосинхронізації звичайно не перевищує триразового номінального значення, обмеження по застосуванню способу самосинхронізації викликані меншою стійкістю цих генераторів і блочних трансформаторів великої потужності до динамічних впливів в порівнянні із стійкістю турбогенераторів з непрямим охолоджуванням і трансформаторів меншої потужності.

В аварійних умовах, коли напруга і частота в мережі можуть сильно коливатися, операція по включенню генератора способом точної синхронізації може затягнутися на тривалий час або супроводжуватися включенням з великим кутом розбіжності векторів напруги генератора і мережі. У цих умовах турбогенератори потужністю до 200 МВт включно і гідрогенератори потужністю до 500 МВт включно дозволяється включати на паралельну роботу способом самосинхронізації. Генератори більшої потужності дозволяється включати цим способом за умови, що кратність симетричної складової струму самосинхронізації до номінального струму не перевищує 3,0.

Швидкість піднімання активного навантаження після включення турбогенератора в мережу визначається допустимою швидкістю набирання навантаження на турбіну і котлоагрегат. Порушення цієї вимоги неприпустимо. Наприклад, надмірно швидкий набір навантаження може привести до більшого подовження ротора турбіни в порівнянні з подовженням корпусу турбіни і відключення її захистом від осьового зрушення, а у гіршому разі і до зачіпання лопаток ротора за діафрагми. Тому швидкість підйому навантаження повинна бути вказана в місцевих інструкціях для кожного типу турбогенератора.

Швидкість набирання реактивного навантаження генераторів і синхронних компенсаторів з непрямим охолоджуванням обмоток, а також гідрогенераторів з безпосереднім охолоджуванням обмоток не обмежується. У турбогенераторів з безпосереднім охолоджуванням обмоток швидкість набирання реактивного навантаження в нормальних умовах не повинна перевищувати швидкості набирання активного навантаження, а в аварійних умовах не обмежується. Обмеження швидкості набирання реактивного навантаження (швидкості підвищення струмів статора і ротора) в турбогенераторах з безпосереднім охолоджуванням викликане тим, що обмотки в них досягають сталої температури в 10—15 разів швидше, ніж осердя. Без обмеження швидкості підвищення струму різниця температур в сталі і міді обмотки ротора може стати вельми великою, що при значній довжині активних частин турбогенераторів приведе до значної різниці в тепловому розширенні обмоток і сталевих частин і як наслідок до переміщення обмоток щодо осердь, до появи механічних напруг в міді обмотки ротора, що перевищують межу її текучості. Переміщення обмоток або надмірні зусилля в міді при частих повтореннях можуть викликати пошкодження ізоляції або деформацію міді.