7. Суть способа точной синхронизации генераторов.

Поскольку при точной синхронизации генератор включается в сеть уже возбуждённым, то на его выводах имеется напряжение. Следовательно, процесс точной синхронизации подразумевает процесс уравнивания частоты вращения и напряжения включаемого генератора с частотой вращения работающих генераторов и напряжением сети, а также выбор соответствующего момента времени для подачи импульса на включение выключателя, когда направления векторов синхронизируемых напряжений совпадают.

Условия точной синхронизации. При точной синхронизации необходимо соблюсти ряд условий:

1. необходимо выровнять напряжения генератора и системы;

2. необходимо выровнять частоты генератора и системы;

3. необходимо подать команду на включение выключателя генератора таким образом, чтобы в момент замыкания его контактов угол между векторами напряжений (ЭДС) генератора и сети был равен нулю (δ=0).

В реальных условиях на практике невозможно идеальное соблюдение всех этих условий, поэтому синхронизация генераторов сопровождается толчками уравнительного тока включения и вызванного им электромагнитного момента на валу (активной мощности), воздействие которых на генератор может оказаться недопустимым. После включения могут возникнуть качания или кратковременный асинхронный режим. Поэтому предварительно необходимо определить, а затем на практике обеспечить допустимые отклонения от условий синхронизации.

Процесс синхронизации относится к нормальным рабочим процессам, поэтому быстрота включения не имеет первостепенного значения, что позволяет ограничить воздействия на генератор. И лишь в редких ненормальных режимах, сопровождающихся снижением частоты и напряжения или разделением ЭЭС на несинхронно работающие части, быстрота включения оказывается очень важной, вследствие чего допускаются повышенные воздействия на включаемый генератор.

8. Опасности при невыполнении условий точной синхронизации генераторов.

Рассмотрим последствия при несоблюдении условий точной синхронизации.

Первый случай: величины ЭДС, а также частот включаемого генератора и эквивалентной системы равны, но между ними есть угол δ≠0, что является причиной возникновения уравнительного тока.

Согласно рисунку начальное действующее значение периодической слагающей тока включения в относительных единицах будет определяться по формуле:

. (1)

В данном случае I_УР будет содержать активную и реактивную составляющие.

Наличие активной составляющей меняет ситуацию, поскольку активная составляющая влечёт появление механического момента на валу генератора. Возникает переток активной мощности (Р_УР):

С максимальным Р_УР возможно механическое повреждение оборудования блока.

С учётом формулы (1):

Второй случай. Пусть Е₁≠Е₂, а остальные условия выполняются: f₁=f₂, δ=0.

При неравенстве Е₁ и Е₂ возникает I_УР, который носит чисто реактивный характер. Механического воздействия этот ток на ротор и вал турбины не оказывает, но это может привести к снижению напряжения в точке параллельной работы генераторов. Неравенство напряжений приводит к повышению погрешности синхронизатора (погрешность в задании времени опережения).

Третий случай. f₁ ≠f₂, δ=0, Е₁=Е₂.

В момент замыкания контактов выключателя I_УР=0, но если f_Г>f_С, то после замыкания контактов выключателя появится I_УР, т. к. вектор Е_Г опережает Е_С, появляется δ. Запасённая активная энергия ротора генератора и турбины будет отдаваться в энергосистему. Ротор генератора будет тормозиться.

Если f_Г<f_С, то всё будет происходить наоборот, что приведёт к ускорению ротора генератора.

Успешность синхронизации, в этом случае, будет зависеть от величины ω_S. Если эта величина будет не велика, то генератор не выйдет за предел статической устойчивости и после колебательного процесса будет нормально работать. Если ω_S велика, то генератор выйдет за предел статической устойчивости, что влечёт за собой длительный асинхронный режим.

Δf_ПР, δ_ПР – предельные значения, которые зависят от:

• мощности энергосистемы;

• длины ЛЭП, связывающей систему;

• тип регуляторов напряжения, установленных на генераторе;

и др.

В целом допустимыми являются: Δf=0.5Гц, δ_ПР=45-50⁰.

Чем мощнее система, тем меньше допустимые значения Δf и δ_ПР. (4-я зависимость соответствует случаю, когда передаваемая мощность по линиям связи равна половине предельной мощности по условиям динамической устойчивости согласно синусоидальной зависимости от угла.)

Вывод:

1. наиболее опасным при синхронизации является невыполнение условия δ=0, так как возникает толчок, обусловленный моментом, вследствие появления активной составляющей в уравнительном токе. Этот момент создаёт ударные воздействия на обмотки и на вал ротора генератора, что может привести к механическим повреждениям.

2. при f₁ ≠f₂ после включения выключателя появляется I_УР.А, который не влечёт за собой опасного механического воздействия, но при больших ω_S влечёт за собой возникновения асинхронного режима, что также недопустимо.