3. Автоматическое включение по способу точной синхронизации

При точной синхронизации, как указывалось, генератор включает­ся в возбужденном состоянии при ЭДС холостого хода Е_{г х}. Спокой­ное — без динамических воздействий на обмотки и вал — и успешное включение синхронного генератора на параллельную работу обеспечи­вается при следующих условиях точной синхронизации:

Р ис. 2-4■ Схема синхроноскопа (а), векторная диаграмма электрических величин в момент включения синхронного генератора (б)

• равенство амплитуд ЭДС Д_{г х} и напряжения U_m на шинах элек­тростанции (вторичных напряжений первичных измерительных трансформаторов напряжения TV1 и TV2 (см. рис. 2.1), установ­ленных на выводах генератора и шинах электростанции);

• близкая к синхронной и_с частота вращения генератора и_г;

• совпадение по фазе ЭДС Е__{г х} и напряжения Ц__ш в момент включе­ния (соединения контактов) выключателя Q синхронного генера­тора (с учетом сдвига по фазе, создаваемого трансформатором блока).

Первое условие очевидно и его выполнение не вызывает затрудне­ний. Третье обусловливается неизбежным отличием частоты вращения генератора при подготовке его к включению от синхронной: происхо­дит относительное вращение векторов Д_{г х} и Д_ш с разностью частот

= ш_с — ш_т и необходимостью us_s ф 0 для функционирования автома­тики синхронизации. При этом угол сдвига фаз между ними S — u_st непрерывно изменяется. На щите управления электростанцией он ото­бражается синхроноскопом с круговой шкалой и вращающейся с часто­той u_s стрелкой (рис. 2.4,а).

Обеспечение совпадения векторов Е__{х г} и Ц__ш в момент включения вы­ключателя достигается упреждающим включением привода при нали­чии уменьшающегося угла сдвига фаз — угла опережения 5_оп — с таким расчетом, чтобы за время действия привода — время t_B включения вы­

ключателя — угол S сдвига фаз уменьшился до <5 = 0. Например, при равномерном вращении генератора (w_s = const) угол S_on должен быть равен

$оп ⁼ • (2.3)

Операция выбора момента включения привода выключателя явля­ется основной и крайне ответственной, что и обусловило исторически раннюю автоматизацию включения синхронных генераторов на парал­лельную работу.

Ограничение разности частот сд, < u_sa связано с выбором угла опе­режения. Однако значения допустимой сд,_л ограничиваются и услови­ем успешности синхронизации, т.е. устойчивой параллельной работой синхронного генератора после его включения. Ротор генератора в мо­мент включения обладает избыточной кинетической энергией. Поэтому после включения начинаются затухающие колебания ротора (качания) синхронного генератора, интенсивность которых не должна привести к выпадению генератора из синхронизма в первый их полупериод.

Воздействия на генератор при точной синхронизации. В ре­альных условиях включение генератора на параллельную работу прак­тически всегда происходит при некотором угле сдвига фаз между ЭДС Е__{г х} и напряжением Ц_ш — угле включения 8_В. Даже современные доста­точно совершенные автоматические устройства точной синхронизации полностью не исключают его. Поэтому синхронный генератор подвер­гается менее или более интенсивным динамическим воздействиям и при точной автоматической синхронизации.

Напряжение ДД (рис. 2.4,6), обусловленное углом S_B и равное при Дг.х = и_ш = Е

AU = 2Е sin(S_B/2), (2.4)

в

I"

AU

2 Esin — 2

X'J + X_{CB лd}

ха + х_с

(2.5)

ызывает начальный периодический ток включения генератора, огра­ниченный его сверхпереходным сопротивлением X" и сопротивлением связи А'_св с источником эквивалентной ЭДС электроэнергетической сис­темы

Как и при самосинхронизации, ток /_в оказывает динамическое воз­действие на обмотки статора синхронного генератора. При этом воз­никает ударный электромагнитный синхронный вращающий момент на

в алу генератора, равный в относительных единицах мощности, созда­ваемой активной составляющей тока включения /_в._а (рис. 2.4,6):

Свободные апериодические токи в обмотках статора, создавая не­подвижное в пространстве магнитное поле, взаимодействующее с маг­нитным полем вращающегося ротора, создают свободную затухающую составляющую электромагнитного момента, изменяющуюся в функции, в частности, косинуса угла 5_Г = ui_rt вращения неявнополюсного турбо­генератора, равную при неучете затухания

( 2.7)

Опасным для генератора является максимальный результирующий вращающий момент М_втах = М_с+М_свтаХ) возникающий при угле вклю­чения 5_Ь & 27г/3 и ui_Tt — тг — (£_в/2). Однако угол включения, обеспечивае­мый автоматическим устройством точной синхронизации, относительно небольшой, и поэтому синхронный генератор при его включении на па­раллельную работу по способу точной автоматической синхронизации подвергается менее интенсивным динамическим воздействиям, чем при самосинхронизации. Они показательны лишь с точки зрения недопус­тимости ошибочных включений при больших углах 5_В и учитываются как условия допустимости противоаварийных несинхронных включений электропередач [2].

Что касается качаний синхронного генератора после его включения, то, при ограниченной принципом действия или техническими возмож­ностями автоматического устройства точной синхронизации разности частот и_8Л, они обычно не вызывают опасности выпадения ненагружен- ного генератора из синхронизма.