1. Включение судовых синхронных генераторов

на параллельную работу

Процесс включения СГ на параллельную работу требует от обслуживающего персонала определенных навыков и внимания. При неправильном включении генератора могут возникнуть броски тока как у включаемого, так и у работающего генераторов, что может вы­звать повреждение главных контактов ABB подключаемого гене­ратора, толчки моментов на валу, опасные, например, для подшип­ников ПД (дизелей, турбин).

Включение СГ на параллельную работу на судах может осуществ­ляться следующими способами:

• точной синхронизацией (ручной, полуавтоматической, автома­тической);

• грубой синхронизацией — через реактор (ручной, полуавтома­тической, автоматической)

Выбор способа синхронизации определяется с учетом техничес­кого состояния оборудования и условий эксплуатации.

Тренажер АСЭЭУ с системой управления "GENA-S" позволяет включать СГ на параллельную работу способом точной синхрониза­ции (ручной, полуавтоматической, автоматической).

1. Способ ручной точной синхронизации

Включение генераторов на параллельную работу способом ручной точной синхронизации должно производиться электро­механиками, электриками или лицами, заменяющими их по согла­сованию со старшим механиком [3].

Рис. 3. Схема включения лампового синхроноскопа (а) и векторные диаграммы напряжений сети и генератора в момент синхронизации (б) при различных частотах сети и генератора (в).

Для включения генераторов на параллельную работу этим спо­собом необходимо соблюдать следующие условия:

• порядок чередования фаз у генераторов должен быть одинаков;

• напряжения подключаемого генератора и уже работающего должны быть равны Ur=Uc;

• частоты напряжения подключаемого генераторов и работающего должны быть равны fr=fs;

• напряжения подключаемого и работающего генераторов должны совпадать по фазе.

Порядок чередования фаз определяется специальным прибо­ром - фазоуказателем у возбужденных генераторов, работающих на холостом ходу. Порядок чередования фаз проверяется обычно после монтажа или ремонта судового генератора.

Величина напряжения генератора (ЭДС) регулируется измене­нием тока возбуждения генератора.

Органы управления током возбуждения генераторов распола­гаются обычно на генераторной панели ГРЩ или, как это сделано в АСЭЭУ с системой управления "GENA-S" на ПУ. Выполнение условия равенства напряжений генераторов наблюдается по вольтметрам на ГРЩ.

Равенство частот напряжений работающего и подключаемого ге­нераторов достигается воздействием на регуляторы частоты вра­щения ПД. На каждой генераторной панели ГРЩ имеется тумблер «из­менение уставки скорости вращения» ПД, с помощью которого через регулятор частоты вращения осуществляется изменение подачи топлива в ПД, изменение его частоты вращения и частоты напряже­ния генератора. Выполнение условия наблюдается с помощью часто­томеров.

Совпадение по фазе напряжения подключаемого и работающего генераторов осуществляется с помощью специального устройства синхронизации — синхроноскопа, который может быть ламповым, стрелочным или комбинированным. В тренажере применен ламповый синхроноскоп с включением ламп на «вращение». Синхроноскоп рас­положен на генераторной панели (рис 3).

В ламповом синхроноскопе с включением ламп на «вращение огня» в момент синхронизации, когда напряжения работающего и подключаемого генератора совпадают по фазе, гаснет лампа С, так как находится под напряжением, равным разности фазных напря­жений U_RC и U_RГ т. е. нулю, а лампы Л и В горят одинаково ярко, так как находятся под междуфазным (линейным) напряжением фаз S и T (рис. 3, б).

При частоте синхронизируемого генератора отличной or час­тоты сети, лампы будут зажигаться и гаснуть в определенном поряд­ке («вращение огня»), показывая, как изменять частоту вращения первичного двигателя подключаемого генератора (рис. 3, в). Для по­лучения момента синхронизации необходимо изменить частоту вра­щения ПД и частоту напряжения подключаемого генератора так, чтобы в какой-то момент напряжения сети и подключаемого гене­ратора совпали по частоте и фазе Именно а этот момент генератор и подключается с помощью ABB QF в параллель с сетью.

Синхронизация с помощью ламп несовершенна, так как лампы на­каливания не дают видимого накала при напряжении (0,25—0,3) U_ном, что приводит к возможности включения генераторов при расхож­дении векторов напряжений на 15—20 эл. град.

2. Способ полуавтоматической точной синхронизации

При автоматической точной синхронизации, так же как и при ручной, оператору необходимо выполнить вручную операции согласования напряжения и частот сети и подключаемого генератора. Основное отличие полуавтоматической точной синх­ронизации от ручной заключается в том, что оператору не нужно до­биваться момента синхронизации, манипулируя тумблером «из­менение уставки скорости вращения» и наблюдая за синхроноскопом. Эти функции берет на себя синхронизатор RRYGIA-3, который в мо­мент синхронизации автоматически включает генераторный автомат. Синхронизатор расположен в блоке защиты генератора на панели ГРЩ.

Рис. 4. Включение синхронного генератора на параллельную ра­боту с сетью с помощью синхронизатора:

С1, C2 - генераторы; QF1, QF2 - ABB; TV1, TV2 - трансформаторы напряжения; SA —

выключатель синхронизационной аппаратуры; YA — электромагнит; KV1 — контакты

реле напряжения синхронизатора.

На синхронизатор через трансформаторы напряжения сети TV1 и генератора TV2. подаются напряжения (рис. 4), мгновенные значения которых сравниваются. Когда разность мгновенных напряжений стремится к нулю с достаточно малой скоростью, замыкается контакт синхронизатора KV1 и напряжение подается на электромагнит YA, который включает генераторный автомат QF2. Зона действия синх­ронизатора определяется допустимой разностью частот напряжений Δf=0,2—0,4 Гц и максимально допустимой разностью фаз - 10 эл. град.

Синхронизатор включается в работу с помощью тумблера SA «синхронизационная аппаратура», расположенного на генераторной панели ГРЩ. Там же расположена сигнальная лампа «вкл» синх­ронизатора.

3. Способ автоматической точной синхронизации.

Автоматическая точная синхронизация осуществляется на тре­нажере с помощью системы управления "GENA-S". Устройство синхронизации размещено в двух блоках. Блок синхронизации и рас­пределения нагрузки QHFG 102 производит подгонку совпадения напряжения подключаемого генератора и сети по фазе и частоте. Частота генератора непрерывно сравнивается с частотой сети, в ре­зультате чего подается сигнал на серводвигатель (СД) автома­тического регулятора частоты вращения Woodward типа UG-8, уве­личивающий или уменьшающий обороты ПД. Другой блок, основной блок QHFG 101, определяет момент синхронизации при соот­ветствующем совпадении фаз и частот и подает сигнал на срабаты­вание генераторного выключателя, подключающего генератор к сети. Допустимая для момента синхронизации разность фаз может регулироваться в пределах 8—20 эл. град, а разность частот 0,1—0,5 Гц.

При автоматической точной синхронизации оператор никаких действий на генераторной панели ГРЩ не производит. ПД под­ключаемого генератора запускается автоматически.

2. Распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами.

Синхронный генератор может генерировать в сеть как активную, так и реактивную мощности

При подключении генератора на параллельную работу с соблю­дением всех условий синхронизации магнитное поле обмотки ста­тора и ротор будут вращаться с одинаковой частотой, причем угол 0 между осью вращения поля и осью ротора равен нулю. Если теперь увеличить ЭДС у вновь включенного генератора с помощью тока возбуждения, то в обмотках статора потечет ток, но это будет чисто реактивный ток, и генератор будет вырабатывать только реактивную мощность. Реактивная мощность не создает тормозного момента, и ПД работает вхолостую. Таким образом, при увеличении тока воз­буждения генератор принимает на себя реактивную нагрузку, раз­гружая от нее другие генераторы Если ток возбуждения генератора уменьшать, то он сам становится реактивной нагрузкой для других генераторов. Для того чтобы вновь включаемый генератор принял на себя активную нагрузку, необходимо увеличивать вращающий момент ПД, увеличивая подачу топлива или пара путем воздействия на СД регулятора частоты вращения ПД. При этом ротор под действием воз­росшего вращающего момента попытается уходить вперед от вра­щающегося поля статора. В обмотках статора увеличится активный ток, под действием которого возрастут силы электромагнитного взаимодействия и уравновесят вращающий момент ПД

Скорости вращения ротора и поля статора останутся равными, но угол θ увеличится.

Если увеличивать вращающий момент ПД, то угол θ увеличи­вается и генератор будет принимать на себя нагрузку до тех пор, пока угол θ < 90 эл. град. При дальнейшем увеличении угла θ гене­ратор выпадает из синхронизма. Обычно при номинальной нагрузке угол θ лежит в пределах 20—30 эл. град.

Когда вновь включенный генератор принимает на себя нагрузку, другие генераторы разгружаются, при этом скорость вращения ге­нераторных агрегатов несколько повышается, а значит, и повышается частота тока. Для того чтобы частота тока оставалась постоянной, необходимо у ПД разгружаемых генераторов несколько уменьшить подачу топлива или пара

Таким образом, распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами зависит от работы автоматических ре­гуляторов частоты вращения ПД. Во-первых, регуляторы должны обеспечивать минимальный статизм (0—6%) нагрузочных харак­теристик ПД, т. е. незначительное уменьшение частоты вращения при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. Кроме того, регуляторы должны обеспечивать идентичность нагрузочных ха­рактеристик, чтобы генераторы загружались активной нагрузкой пропорционально их мощностям.

По Правилам Регистра СССР активные нагрузки параллельно ра­ботающих генераторов переменного тока не должны отличаться бо­лее чем на 10% активной мощности наибольшего работающего гене­ратора.

Распределение активной нагрузки между параллельно рабо­тающими генераторами контролируется только по ваттметрам Если ваттметры показывают одинаковую мощность, а амперметры при этом показывают различный ток, то это означает, что реактивная мощность распределена между генераторами не поровну. В последнее время на генераторных панелях ГРЩ для измерения реактивной мощности ус­танавливаются варметры. Распределение реактивной нагрузки между генераторами зависит от характеристик автоматических регуля­торов напряжения.

По Правилам Регистра СССР реактивная нагрузка не должна от­личаться более чем на 10% номинальной реактивной нагрузки наи­большего генератора.

1. Распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами ручным способом.

После подключения СГ к шинам ГРЩ ручным способом или по­луавтоматически он не может принять на себя активную нагрузку, так как его нагрузочная характеристика 2 проходит параллельно и ниже характеристики 1 ранее подключенного и нагруженного гене­ратора (рис. 5).

При этом следует отметить, что амперметр генератора 2 покажет некоторое значение тока.

Рис. 5. Нагрузочные характеристики.

Это объясняется тем, что хотя генератор 2 не принял на себя активной нагрузки, он все-таки направляет в сеть реактивную мощность. Для того чтобы вновь включенный генератор принял на себя часть нагрузки, необходимо разгрузить уже рабо­тавший генератор 1, уменьшив подачу топлива или пара в его ПД, воздействуя с помощью тумблера «изменение уставки ско­рости вращения» на СД автома­тического регулятора частоты вращения. Наблюдения за раз­грузкой генератора активной мощностью необходимо вести по ваттметру. Когда генератор 2 возьмет на себя половину первоначальной нагрузки гене­ратора 1, т. е. когда нагрузка будет распределена поровну между генераторами (Р₁ =Р₂), уменьшение подачи топлива или пара в ранее работавшем агрегате нужно прекратить. Ра­бочей точкой системы в этом случае будет точка. В на харак­теристике 2. Вновь включенный генератор 2 можно нагружать активной на­грузкой, увеличив подачу топлива или пара, в его ПД, воздействуя с помощью тумблера «изменение уставки скорости вращения» на СД ав­томатического регулятора частоты вращения. В этом случае ранее работавший генератор 1 разгружается. Когда нагрузка между ге­нераторами будет распределена поровну, подачу топлива или пара во второй агрегат нужно прекратить Рабочей точкой системы будет точка А на характеристике 1.

Первый способ распределения нагрузки целесообразно приме­нять, когда в составе электростанции 2 генераторных агрегата, вто­рой способ - когда электростанция имеет 3 и более генераторных агрегата.

После распределения нагрузки между генераторами частота сети либо падает (точка В), либо возрастает (точка А). Для приведения ее к норме (50 Гц) необходимо снова очень осторожно воздейст­вовать на тумблеры «изменение уставки скорости вращения» обоих генераторов.

При достаточном опыте персонала распределение активной на­грузки между генераторами можно быстро и четко произвести одно­временным воздействием на тумблеры «изменение уставки скорости вращения» обоих агрегатов У разгружаемого агрегата нужно умень­шать подачу топлива или пара, у нагружаемого - наоборот, увели­чивать, следуя при этом за показаниями ваттметров. Рабочей точкой системы может стать точка С.

Для распределения реактивной мощности между генераторами необходимо воздействовать на потенциометры в цепи тока возбуж­дения АРН, которые расположены на ПУ. Для увеличения реактивной мощности, отправляемой в сеть генератором, нужно увеличит его ток возбуждения.