Устройства для синхронизации генераторов

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

• главная
• инфо
• блог
• словарь электромеханика
• электроника
• крюинговые компании
  • Одесса/Odessa
  • Николаев/Nikolaev

• Обучение
  • Предметы по специальности
    • АГЭУ
    • АСЭЭС
    • Диагностика и обслуживание судовых технических средств
    • Мехатронные системы
    • Микропроцессоры
    • Моделирование электромеханических систем
    • МПСУ
    • САЭП
    • САЭЭС
    • СДВС
    • СИВС
    • Силовая электроника
    • Судовые компьютерные ceти
    • СУЭ и ОСУ
    • ТАУ
    • Технология судоремонта
    • ТЭП
    • ТЭЭО и АС
  • Общие предметы
    • Безопасность жизнедеятельности
    • Высшая математика
    • Ділова українська мова
    • Интеллектуальная собственность
    • Культурология
    • Материаловедение
    • Охрана труда
    • Политология
    • Системы технологий
    • Судовые вспомогательные механизмы
    • Судовые холодильные установки
  • I курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
  • II курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
  • III курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
  • IV курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
  • V курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
• Теория
  • английский
  • интернет-ресурсы
  • литература
  • тематические статьи
• Практика
  • типы судов
  • пиратство
  • видеоуроки
• мануалы
• морской словарь
• технический словарь
• история
• новости науки и техники
  • авиация
  • автомобили
  • военная техника
  • робототехника

04.10.2014

Синхронизация генераторов

В предыдущей статье были определены условия, необходимые для синхронизации генераторов. Разберем, какими средствами осуществляется выполнение этих условий.

Порядок чередования фаз обмоток статора проверяется при монтаже генераторов и их первоначальном подключении к шинам главного распределительного щита (так называемая «фазировка»); Все остальные условия надо контролировать при каждом включении генераторов на параллельную работу.

Совпадение напряжений подключаемого генератора и на шинах щита проверяется по вольтметру и достигается регулировкой возбуждения генератора. Эту проверку рекомендуется производить с помощью одного вольтметра, подключаемого через переключатель поочередно к генератору или к шинам щита.

Совпадение частот контролируется по частотомеру и осуществляется регулировкой скорости вращения первичного двигателя. Регулировка производится с главного распределительного щита посредством органов дистанционного управления подачей топлива или пара. Для удобства сравнения частот обычно применяется сдвоенный частотомер, имеющий две шкалы, расположенные непосредственно одна под другой. Одна из этих шкал включена на генератор, а вторая — на шины щита.

Равенство углов сдвига фаз между э. д. с. каждого генератора и напряжением на шинах будет иметь место при условии совпадения по фазе синусоидальных кривых напряжений обоих генераторов.

Проверка такого совпадения выполняется либо с помощью ламп синхронизации, либо с помощью синхроноскопа.

Различают два способа включения ламп синхронизации: на «темное» и на «светлое» включение.

При первом способе лампы синхронизации включаются на одноименные фазы шин распределительного щита и обмоток статора подключаемого генератора (рис. 1).

Если скорости вращения генераторов несколько отличаются, одна от другой, то сила света ламп будет периодически изменяться от погасания до максимальной. Эти изменения силы света происходят у всех ламп одновременно. Когда фазы синусоидальных кривых напряжений на клеммах генератора и на шинах распределительного щита совпадают, все лампы гаснут и автомат генератора может быть включен.

Этот способ включения неудобен тем, что нельзя определить, вращается ли подключаемый генератор быстрее или медленнее работающего.

При втором способе между одноименными фазами обмоток генераторов включается только одна лампа, две же другие включаются на разноименные фазы (рис. 2). В этом случае все лампы будут загораться и гаснуть в разное время.

Если такие лампы расположить в вершинах равностороннего треугольника, то по направлению вспышек ламп можно судить о необходимости увеличения или уменьшения скорости вращения подключаемого генератора. В момент совпадения синусоид напряжений, т. е. в момент синхронизации генераторов, лампа, включенная на одноименные фазы, погаснет, а две другие будут гореть с одинаковой силой света.

Более удобно определять момент синхронизации по стрелочному синхроноскопу. Один из способов синхронизации генераторов называется способом точной синхронизации.

Синхронизация по этому способу является достаточно сложной и ответственной операцией, требующей высокой квалификации обслуживающего персонала, а в некоторых случаях и длительного времени для ее осуществления.

Гораздо проще и быстрее включение генераторов на параллельную работу осуществляется по методу самосинхронизации.

При этом способе генератор в невозбужденном состоянии разворачивается первичным двигателем до скорости, при которой его частота отличается от частоты на шинах на 1—2 гц (эта скорость называется подсинхронной скоростью), затем подключают его к шинам и немедленно дают ему возбуждение.

Для проверки частоты синхронизируемого генератора (при отсутствии специального частотомера, который может работать на напряжении, развиваемом генератором при остаточном магнетизме) его до подключения к шинам возбуждают, при достижении подсинхронной частоты быстро снимают возбуждение, не изменяя положения маховика регулятора возбуждения, затем включают автомат генератора и снова дают возбуждение.

Включение методом самосинхронизации сопровождается возникновением кратковременного броска тока, не превышающего обычно трехкратного значения номинального тока (при низкой величине коэффициента мощности) и поэтому безопасного для генератора.

С целью уменьшить бросок тока, возникающий при включении генератора, за последнее время стали применять метод грубой синхронизации генераторов через реактор.

При этом методе генератор, возбужденный до номинального напряжения так же, как и при методе самосинхронизации, доводится до подсинхронной скорости вращения. После этого включают генератор на шины сначала через реактор, а затем (через несколько секунд) на прямую. После включения генератора на шины реактор выключают. Соответствующим подбором сопротивления реактора можно достигнуть того, что ток включения генератора не будет превышать его номинального тока.

На рис. 3 дана схема автоматизированного включения генератора на параллельную работу методом грубой синхронизации. При нажатии кнопки «Вкл.» катушка контактора К, получив питание включает генератор Г на шины через реактор Р. Одновременно контактор подает питание на катушку реле времени РВ. Через 6—8 сек после включения контактора реле времени срабатывает и подает питание на катушку электромагнитного привода автомата генератора А. После включения автомата кнопка «Вкл». отпускается. Контактор К, лишившись питания, отключает реактор и катушку реле времени. Чтобы избежать одновременного включения двух генераторов, цепи питания катушек контакторов К1 и К2 сблокированы с помощью блок-контактов этих же контакторов.

Включение на параллельную работу методом грубой синхронизации через реактор является наиболее простым, удобным и надежным, в связи с чем получает все большее распространение на судах.

Отключение работающего генератора осуществляется нажатием кнопки «Откл.», которая прерывает питание катушки автомата генератора А.

Синхронизация генераторов: способы и их преимущества

Электростанции средней и высокой мощности состоят из нескольких синхронных генераторов с параллельным подключением к сети переменного тока. Это предотвращает полное отключение потребителей при неисправностях оборудования. Для запуска машин необходима процедура безопасного включения. От ее продолжительности и условий протекания во многом зависит работоспособность оборудования станции.

Особенность работы синхронных ГУ состоит в том, что при запуске из состояния покоя ротор не может начать самостоятельное движение и нуждается в принудительном раскручивании до скорости вращения электромагнитного поля статора. При включении электромашин возникают пусковые токи, которые нередко сравнимы с показателями короткого замыкания, что может привести к снижению сетевого напряжения. При затяжном пуске резко возрастает риск перегрева рабочих узлов. Все эти нюансы учитывают при разгоне ротора до подсинхронной скорости, после чего генераторная установка включается в сеть с соблюдением ряда условий. Этот процесс и называется синхронизацией генератора с сетью.

Для чего нужна синхронизация генераторов и что это такое?

В перечень условий входят:

• соблюдение идентичности чередования фаз электрической сети и машины;
• равенство напряжений и частот:
• совпадение по фазе векторов напряжений.

Перечисленные операции проводятся вручную или специальными автоматическими устройствами. Промежуточный вариант: часть операций выполняет персонал, а часть — автоматически. В современных системах электроснабжения предпочтение отдается автоматике. Для выполнения этой сложной и ответственной процедуры электростанции оборудуются автосинхронизаторами.

Способы синхронизации

Применение одного из перечисленных методов позволяет предотвратить обесточивание шин, повреждение коммутационного оборудования и электрогенератора.

Синхронизация генераторов на параллельную работу осуществляется тремя способами:

• точной синхронизации с выравниванием напряжения и частоты машины и сети с включением в момент совпадения фаз;
• самосинхронизацией с замыканием обмотки возбуждения ГУ, приблизительно равных частотах и включении с последующим возбуждением;
• синхронизацией через индуктивное сопротивление с включением при близких значениях напряжения и частоты (применяется в автономных электростанциях).

Перечисленные методы имеют достоинства и недостатки. Их выбор зависит от вида и назначения ГУ, ее мощности, требований к параметрам напряжения и частоты.

Точная синхронизация электростанций

Для выполнения всех ее условий требуется несколько минут времени и наличие особого навыка у персонала. Операция не опасна для оборудования, так как номинальное значение тока не превышается. Она используется на генераторных установках большой мощности, где время опережения задается автоматикой. Это позволяет предотвратить возникновение сверхтоков при включении.

При выполнении соблюдаются следующие критерии:

• различие напряжений сети и генераторной установки не более 1 % при наличии АВР с функцией автоматической подгонки, а при его отсутствии или ручном регулировании — 5 %;
• угол напряжений не более 10 градусов;
• отклонение частот не более 0,1 %.

Соблюдение условий достигается с помощью регулировки тока возбуждения машины и изменения вращающего момента вала. Контроль параметров производится по расположенным на пульте управления вольтметрам, частотометрам и синхроноскопу, которые подключают к трансформатору.

Недостатки точной синхронизации:

• сложность подгонки всех параметров;
• большой временной интервал, поскольку при авариях в системе может занимать несколько десятков минут, а важно обеспечить быстрое включение;
• высокая вероятность механических повреждений при большом угле напряжений;
• возможность использования только на высокомощных электростанциях с турбинами.

Преимущества способа заключаются в том, что при избежании ошибок переходные процессы при параллельном соединении генераторов очень незначительны и кратковременны.

Способ самосинхронизации

Этот метод позволяет значительно сократить продолжительность подготовительных процедур и имеет единственное условие включения: разница скорости вращения генераторов должна быть не более 2-3 Гц. Точная подгонка остальных величин на производится.

При включении ГУ этим способом стремятся минимизировать время входа в синхронизм и изменения напряжения и тока. Для этого подключаемой машине дается перевозбуждение. Разность скоростей агрегатов должна быть не более 3-5 % их синхронной скорости вращения, а ускорение составляет не более 1 Гц/с. Лучше всего производить параллельное подключение генераторов при уменьшении разности их скоростей вращения. Сокращение процесса происходит при более высокой скорости подключаемой ГУ. В этом случае агрегат сразу берет на себя нагрузку и производит генерирование.

Недостаток самосинхронизации — снижение напряжения на шинах станции и броски тока в цепи генератора. Если мощность подключаемого дизельного агрегата равна общей мощности станции падение напряжения порой достигает 40 %, а броски тока в 2-4 раза превышают номинал.

Синхронизация дизель-генераторов и газовых электростанций через индуктивное сопротивление

Метод через сопротивление часто называют грубой синхронизацией. Его достоинства заключаются в простоте операций и высокой вероятности безаварийного включения.

Его используют в автономных системах энергоснабжения.

Последовательность действий состоит в приведении Гу во вращение, возбуждении и последующем подключении на шины при достижении околосинхронных значений напряжения и частоты. Окончательная синхронизация происходит через сопротивление после возникновения электрической связи с сетью.

Недостаток способа — большие толки и качания. По этой причине он применяется в автономных системах, мощность которых значительно уступает станциям централизованного энергоснабжения.

Особенности автоматических синхронизаторов (АС)

Современные АС выполняют точную автоматическую синхронизацию с помощью микропроцессора. Они имеют соответствующее климатическое исполнение и выполняют:

• регулирование частоты ГУ импульсами противоположных знаков для достижения оптимального значения;
• регулирование напряжения с заданной точностью;
• выбор установки времени опережения;
• индикацию состояния АС и ГУ;
• контроль и диагностику отказов с распознаванием неисправностей и недостоверности данных;
• передачу информации по сети;
• сохранение данных.

Устройства оснащаются программным обеспечением с моделью объекта регулирования для выбора предварительных настроек и обучения персонала. В них предусмотрены режимы ручного и автоматического тестирования. Оборудование выпускается в виде отдельного модуля, устанавливается в шкаф автоматики или предлагается как панель синхронизации. При этом функции у всех разновидностей одинаковые.

Основные положения правил технической эксплуатации

Синхронизация генераторов производится в соответствии с правилами технической эксплуатации и устройства электроустановок. Согласно стандартам РФ способ точной автоматической синхронизации предусматривается для турбогенераторов мощностью более 3 МВт и гидрогенераторов от 50 МВт. В аварийных ситуациях используется самосинхронизация без учета системы охлаждения и технических характеристик агрегатов.

Самосинхронизация допустима для турбогенераторов мощностью до 3 МВт и для установок этого типа с косвенным охлаждением, оснащенных трансформаторами. А также для гидрогенераторов мощностью до 50 МВт.

Ручные настройки применяются для генераторов до 15 МВт, а при работе двух и более параллельно подключенных ГУ используется автоматическое и полуавтоматическое оборудование. При ручном методе обязательна блокировка от несинхронного включения.

Соответствующие устройства размещаются на центральном или местном пульте управления, главном или блочном щите. Помимо автоматики все ГУ должны быть оборудованы ручными настройками с блокировкой от несинхронного включения.

При введении в сеть двух генераторов с общим выключателем их необходимо синхронизировать между собой самосинхронизацией, а затем с сетью точной настройкой.

Самосинхронизация обязательна при ликвидации аварий. При этом соблюдается правило, что сверхпереходный ток не превышает номинальный в 3 раза.

Процесс синхронизации может осуществляться только специально обученным персоналом. Для точной ручной настройки параметров необходимы специалисты высокой квалификации. Алгоритмы этого процесса постоянно совершенствуются, внедряются новые цифровые технологии, устройства управления. Важно выбрать правильный вариант оборудования.

Специалисты ГК «ЭнергоПроф» предоставляют комплексные услуги по оснащению систем автономного энергоснабжения блоками АВР с функцией блокировки и устройств АС. Мы производим синхронизацию ГУ с последующим техническим обслуживанием и обучаем персонал станции.

DKG-727 Модуль синхронизации сети и генераторов

Cинхронизация генераторов

• Описание
• Возможности
• Документы

DKG-727 комплексный контроллер автоматического ввода в параллельную работу с основной сетью, для систем с несколькими генераторами работающими в режиме синхронизации, с возможностью ручного и автоматического перераспределения нагрузки между сетью и несколькими генераторными установками, работающими параллельно.

В автоматическом режиме, DKG-727 отслеживает фазные напряжения питающей сети и управляет автоматическим запуском, остановкой и распределение нагрузки между генераторными установками в случае сбоя электросети.

В случае сбоя сетевого питания DKG-727 подает сигнал на удаленный запуск системы, пока достаточное количество генераторов для питания нагрузки запустятся, синхронизируются и подключатся к шине. После того, как получен сигнал готовности ввода, DKG-727 подключает нагрузку к шине.

После того, как получен сигнал о подключении и готовности шины, прибор отслеживает внутренние защиты и внешние входы ошибок. При возникновении неисправности устройство открывает выключатели нагрузки немедленно и останавливает несколько генераторных установок автоматически, указывает на источник сбоя на ЖК-дисплее и аварийным светодиодом.

До 7 электростанции, может работать параллельно с сетью с помощью DKG-727 без необходимости дополнительных модулей. Связь между модулями производится с помощью Datalink связи.

DKG-727 устройство может передавать нагрузки между сетью и несколькими электрогенераторми 3ммя различными способами:

1. Передача с перерывами (Transfer with interruption): припереключении будет перерыв в электроснабжении на периодпередачи.

2. Без перерыва передачи (No break transfer): передача будет производиться без перерыва в электроснабжении. Устройство отправляет команду на генераторные установки для синхронизации и ждет пока фазы сети и общей шины не выйдут в пределы лимитов для синхронизации и делает быстрый перевод нагрузки.

3. Мягкая передача (Soft transfer) будет производиться без перерыва в электроснабжении: Устройство отправляет команду на генераторные установки для синхронизации и ждет пока фазы сети и общей шины не выйдут в пределы лимитов для синхронизации и делает плавный перевода нагрузки.

DKG-727 позволяет запускать несколько генераторных установок, параллельно с сетью 2мя различными способами:

1 Снижение максимума нагрузки (Peak Lopping): Если эта функция включена, в режиме «AUTO» когда активная мощность в сети доходит до запрограммированного лимита, DKG-727 запускает несколько генераторных установок, затем когда максимальная активная мощность в сети достигнута, DKG-727 синхронизирует несколько генераторных установок с электрической сетью и дизель агрегаты питают оставшуюся активную нагрузку.

2. Экспорт электроэнергии в сеть (Power Export To Mains): Если эта функция включена в автоматическом режиме, DKG-727 запускает несколько электроагрегатов для синхронизации их с сетью, определяется мощность с программируемым коэффициентом мощности и экспортируется в сеть.

Работа установки контролируются с помощью кнопок на передней панели. TEST(тест), OFF(выкл.), AUTO(авто) и MAN(ручной) кнопки для выбора режима работы. Другие кнопки запуска и останова генератора вручную, контролировать выключатель нагрузки, сетевой выключатель, входа в режим программирования, прокрутки экрана параметров, отключение сигнализации и теста светодиодных ламп. Также все основные операции, перечисленные выше, могут быть сделаны с помощью программируемых цифровых входов. Кнопки на передней панели может быть заблокированы с помощью программируемого входа от несанкционированных вмешательств.

DKG-727 включает в себя необходимый набор цифровых таймеров, пороговых уровней конфигурации входов и выходов, операционных последовательностей и поддерживаемых типов двигателей. Несанкционированный доступ к параметрам защищен паролями 3х уровней. Все программы могут быть изменены с помощью кнопок на передней панели, и не требует внешнего блока. Изменение параметров дополнительно могут быть отключены входом блокировки.

Неисправности условия рассматриваются в 2-х уровнях, в качестве Предупреждения и Тревоги. Измеренные значения имеют отдельные программируемые пределы предупреждения и тревоги.

Синхронизация

Устройство обеспечивает синхронизацию согласно схеме на рисунке выше. Схема реализована с стандартными контроллерами и ПО, без дополнительных затрат.

Основные функции приведены ниже:

-Простое и экономически эффективное применение

-Автоматический и ручной старт/останов, синхронизация и перенос нагрузки сети между несколькими генераторными установками.

-Работа параллельно с сетью (Снижение максимума нагрузки, экспорт электроэнергии в сеть и т.д.)

Программирование логических функций

DKG-727 позволяет пользователю использование программируемых логических функций. Функция может быть выбрана из списка, включающего 196 записей. OR, AND, XOR, NOT, NAND и NOR логические операции могут быть установлены, и результат может быть назначен любой из цифровой или светодиодный выход с программируемой задержкой.

Телеметрия и удаленное программирование

Для подключения к ПК необходим дополнительный USB-адаптер. Один модуль позволяет передавать данные со всех подключенных устройств на одном канале передачи данных. Контроллер DKG-727 предоставляет пользователю большие количество объектов телеметрии с помощью дополнительного интерфейсного модуля USB. ПК программа используется для следующих целей:

-загрузки программного обеспечения: программное обеспечение для DKG-727 блока можно скачать. Это предоставляет пользователю возможность модернизации контроллера на новые версии.

-загрузки/выгрузки параметров: параметры программы могут быть сохранены на компьютер или загружены с ПК. Это предоставляет пользователю возможность подготовки стандартных конфигураций для различных задач и сохранять резервные копии настроек параметров.

-удаленный мониторинг: полная система генератора отображается в виде мнемосхемы на экране компьютера. Измеренные значения визуализируются как открытые окна.

-Установка логотипа компании поставщика: можно закачать в блок логотип компании осуществляющей монтаж и поставку оборудования, он будет отображаться на ЖК-дисплее.

MODBUS коммуникация

Дополнительный блок DKG-707-MODBUS поддерживает протокол MODBUS для связи с PLCs и систем управления зданием. Протокол MODBUS также поддерживается через GSM и PSTN модем.

Параллельная работа (синхронизация) дизельных генераторов

Содержание:

Как в технической литературе, так и на производстве под параллельной работой дизельных генераторов (ДГУ) понимают их одновременную работу на одну и ту же нагрузку.

Необходимым условием включения в такую работу является обеспечение синхронности (совпадения частот), синфазности (совпадения фаз) и равенства э.д.с. включаемого генератора напряжению сети (или уже включенных генераторов).

Процесс, в ходе которого синхронный генератор включается в синхронную и синфазную работу с другими, механически не связанными с ним синхронными генераторами или электросетью, носит название синхронизация.

Задачи параллельной работы (синхронизации) дизельных генераторов.

Организация бесперебойного энергоснабжения на предприятии, как и создание автономной системы электропитания, требует принятия решения о выборе типа источника. Выбор в качестве источника электропитания нескольких дизельных генераторов, включенных в параллельную работу, определяется соответствием задач, которые решает такая система, конкретными производственными потребностями.

Использование параллельного соединения ДГУ позволяет решать следующие задачи:

1. Задача обеспечения надежности:
   в аварийных ситуациях выход из строя одного генератора не приводит к перебоям в питании потребителей.
2. Оптимизация работы в условиях, меняющейся в течение суток или в зависимости от сезона нагрузки:
   подключение дополнительной мощности в период пиковых нагрузок и отключение избыточной при спаде потребления.
3. Кратковременная компенсация недостающей мощности основного источника электропитания, например, при подключении нагрузки с большими пусковыми токами.

Преимущества использования параллельной работы генераторов

С учетом перечисленных возможностей, использование параллельной работы генераторов дает неоспоримые преимущества в сравнении с источниками на базе одиночного генератора большой мощности. К ним можно отнести:

• лучшие экономические показатели: стоимость нескольких небольших генераторов может быть существенно (до 30%) ниже стоимости одного равного им по суммарной мощности;
• возможность и простота наращивания мощности: за счет подключения других ДЭС;
• оптимизация коэффициента нагрузки генераторов с выходом на оптимальную мощность (загрузка не менее 70%);
• экономное расходование ресурса генераторов: возможность отключения лишних генераторов в период спада потребления снижает расход топлива и сберегает моторесурс;
• удобство эксплуатации и снижение затрат на обслуживание: за счет возможности вывода из эксплуатации отдельных ДГУ без отключения потребителей от электропитания;
• экономия ресурса коммутационного оборудования: за счет работы с небольшими токами.

Виды (способы) синхронизации

На сегодняшний день практическое применение находят три способа включения дизельных генераторов в синхронную работу. Поскольку последствия неправильного включения достаточно серьезны: от обесточивания системы электроснабжения до повреждения самого генератора и устройств коммутации, каждый из способов в первую очередь ориентирован на обеспечение надежности и безопасности процесса.

Точная синхронизация

Обеспечить точное выполнение условий синхронизации – задача нетривиальная, однако, именно такой способ гарантирует безопасное включение генератора в параллельную работу.

Для ее решения в ручном режиме потребуется высокоточное измерительное оборудование и обученный персонал. Поскольку с большой точностью уравнять частоты вращения, выходные напряжения и обеспечить совпадение векторов фазных напряжений совсем непросто.

На практике для осуществления точной синхронизации используются специализированные автоматические устройства. Их задача – подать сигнал на включение генератора в синхронную работу в момент прохождения угла сдвига фаз через нулевое значение, что обеспечивает отсутствие бросков уравнительных токов.

Поскольку включение генератора не происходит мгновенно, импульс включения должен поступать с некоторым опережением. В зависимости от выбранного способа создания опережения, различают синхронизаторы двух типов:

• с заданным временем опережения;
• с заданным углом опережения.

Первые обеспечивают более точную синхронизацию и широко используются в системах с параллельно работающими генераторами.

Самосинхронизация

Применение этого способа включения генератора в параллельную работу предполагает:

• предварительное уравнивание скорости вращения с точностью в пределах 3-5% от синхронной;
• включение в работу с отключенной обмоткой возбуждения;
• возбуждение генератора;
• вхождение в синхронизм.

Преимущества такого способа – простая схема включения, отсутствие необходимости в сложной аппаратуре, быстрое вхождение в синхронизацию и, как следствие, надежность работы.

Из недостатков – существенное влияние на сеть переходных процессов, вызванных подключением невозбужденного генератора, которые сопровождаются значительными бросками тока в статоре и провалами напряжения. При этом величина тока никак не зависит от точности выполнения самой операции синхронизации, а определяется лишь параметрами генератора.

Однако, если понизить величину тока не представляется возможным, то сократить время протекания переходного процесса вполне реально. Так установлено, что для уменьшения времени действия броска уравнительного тока при самосинхронизации, достаточно немедленно дать перевозбуждение подключаемому дизель-генератору.

Грубая синхронизация (через индуктивное сопротивление)

Способ используется преимущественно в системах автономного типа не критичных к качеству электропитания. Является разновидностью самосинхронизации и позволяет обеспечить вполне приемлемый уровень безаварийного включения.

Отличие заключается в том, что после запуска генератора и достижения примерного равенства параметров (попадания в «окно синхронизации») подключении к шинам производится через индуктивное сопротивление (реактор). Это позволяет существенно снизить пиковое значение уравнительного тока и избежать существенного провала напряжения. После полного вхождения генераторов в синхронную работу индуктивность исключается из схемы с помощью переключателя.

Известны усовершенствованные способы грубой синхронизации, например, использование дополнительной управляющей обмотки статора генератора, подключенной к источнику постоянного тока. Ее отключение перед синхронизацией значительно увеличивает индуктивное сопротивление генератора, превращая его самого в реактор. Такое решение позволяет исключить из традиционной схемы дополнительные коммутаторы и индуктивное сопротивление.

Варианты исполнения параллельных систем

Как уже было отмечено, выбор источника определяется конкретными производственными потребностями: характером и мощностью нагрузки, наличием/отсутствием суточных или сезонных колебаний и другими параметрами. В то же время, практическое применение находит небольшое число параллельных систем. Приведем здесь наиболее распространенные варианты использования.

• Система из нескольких ДГУ, синхронизируемая с сетью.

Используется для обеспечения безразрывного перехода на питание от генераторов во время действия пиковых нагрузок или высоких тарифов. Одновременно выступает в качестве резервного источника при отключении сети.

• ДЭС с регулируемой в зависимости от нагрузки мощностью.

Работает в автоматическом режиме под управлением контроллера. Обеспечивает запуск и остановку генераторов в зависимости от изменения нагрузки, заданного приоритета и ресурса каждой установки.

• Мобильные электростанции.

Модульная конструкция (например, контейнер) используется в аварийных ситуациях, для обеспечения бесперебойного питания потребителей при проведении ремонтных работ. Позволяет легко наращивать мощность путем параллельного подключения нужного количества ДГУ и запуска их в синхронную работу.

• Параллельный резервный источник с функцией сброса избыточной нагрузки.

Схема применяется для электропитания потребителей первой категории. По мере роста нагрузки происходит запуск генератора, синхронизация его с сетью и плавный прием нагрузки. При необходимости включаются дополнительные генераторы.

• Параллельная схема с высокой скоростью синхронизации.

Используется для резервного питания. Обеспечивает одновременный запуск всех ДГУ в режиме самосинхронизации. Зарекомендовала себя в системах, где используются источники бесперебойного питания.

Параллельная работа (синхронизация) дизель-генераторов

Дизельные электростанции широко используются для обеспечения резервными мощностями крупных и средних потребителей.

Также они находят применение в электроснабжении предприятий, находящихся в удалении от централизованных сетей. Такие установки комплектуются как минимум двумя агрегатами. Следовательно, должна быть обеспечена безаварийная параллельная работа этих дизель генераторов.

Производители предлагают к продаже большой ассортимент различных электромашин. Возникает вопрос, почему нельзя выбрать один агрегат и ограничиться этим? Дело в том, что набор требуемой мощности с помощью нескольких ДГУ имеет существенные преимущества:

• Несколько небольших дизель-генераторов дешевле, чем одна крупная установка равной мощности.
• Нагрузка предприятий очень редко является постоянной величиной. Чаще всего, ее значение меняется в два-три раза, в зависимости от того, ночь это или день. Поэтому, нерационально вырабатывать ресурс крупного (и дорогого) дизель-генератора, используя его то на треть от номинальной нагрузки, то загружая его на полную мощность.
• Схема с несколькими агрегатами значительно надежнее, чем применение одного генератора. В случае выхода из строя одной из машин электростанции, потребители не останутся полностью без электроснабжения, чего нельзя сказать про одиночную ДГУ.
• Если в составе нагрузки есть один или несколько больших двигателей со значительными пусковыми токами, без нескольких генераторов тоже не обойтись. При пуске обычно работают они все, а затем ненужная мощность отключается.

Одним словом, дизель-генераторная электростанция — это дешевле, надежнее и удобнее, чем одиночный агрегат.

Распространенные схемы работы

Разумеется, каждая электростанция на основе ДГУ разрабатывается и комплектуется исходя из конкретных параметров нагрузки, которую нужно обеспечивать питанием:

1. Максимальная мощность потребителей.
2. Средняя мощность.
3. Постоянная нагрузка или работа в резерве.
4. Колебания нагрузки в течение суток.
5. Величина пусковых токов оборудования.

Несмотря на это, существуют наиболее распространенные схемы построения станций, которые, в зависимости от типа требуемого электропитания делятся на следующие группы:

• ДГУ автоматического ввода резерва (АВР). Вводится в строй в случае, если пропадает напряжение в централизованной сети электроснабжения.
• Основной источник электроэнергии — мобильная установка или подстанция в удаленной местности.
• Станция с периодическим наращиванием мощности — агрегаты включаются в случае недостачи электроэнергии или для обеспечения пусков больших двигателей.

Обеспечение синхронизации дизель генераторов

В теории, для того, чтобы несколько агрегатов работали одновременно (параллельно) на одну и ту же нагрузку, нужно обеспечить следующие условия:

1. Одинаковая частота.
2. Равные напряжения.
3. Совпадает порядок чередования фаз.

Таким образом, нужно на выходных клеммах каждого генератора получить идеально совпадающие параметры напряжения, и только после этого запускать их параллельную работу.

Задача выглядит достаточно сложной, особенно учитывая тот факт, что необходимость включать агрегат в общую сеть может возникать до десятка раз в день, в зависимости от нужд потребителей.

Синхронизация может быть осуществлена двумя способами:

• самосинхронизация;
• точная синхронизация.

Рассмотрим оба способа, так как они практически одинаково часто применяются в обеспечении работы электростанций.

Самосинхронизация

«Холодный» генератор раскручивается двигателем до достижения номинальной частоты вращения. После этого агрегат подключается к сети и на обмотку возбуждения подается напряжение. Сеть сама «втягивает» агрегат в синхронную работу. Бросок тока в статоре, конечно, возникнет, но он будет небольшим, так как до включения в сеть в магнитной системе существует лишь остаточный магнетизм, который нарастает относительно медленно.

Этот способ достаточно несложен и позволяет без проблем автоматизировать процесс синхронизации. Разработано большое количество схем и устройств, в которых реализован именно этот метод.

Таким способом можно включать в сеть даже генераторы, мощность которых больше, чем мощность всех уже работающих агрегатов. Провал напряжения в сети невелик и не влияет на снабжение потребителей.

Точная синхронизация

Этот способ максимально приближен к теоретическому «идеальному» : генератор синхронизируется без малейших провалов напряжения в сети и бросков тока в обмотках агрегата. Подключиться таким образом к сети вручную — сложный технологический процесс, требующих точного измерительного оборудования. Последовательность действий должна быть следующей:

1. Фазировка. Обычно выполняется в процессе монтажа генератора с помощью фазоуказателя.
2. Обеспечение нужной частоты вращения. Проверяется с помощью частотомера.
3. Достижение агрегатом действующего значения напряжения, совпадающего с напряжением сети. Контролируется вольтметром.
4. Обеспечение полного совпадения векторов фазных напряжений агрегата с сетью с помощью синхроноскопа
5. Включение генератора в сеть.

На современной дизель-генераторной электростанции синхронизировать агрегат вручную, конечно, нерационально. Поэтому применяют специальные контроллеры, которые после достижения генератором параметров, точно совпадающих с параметрами сети, подают сигнал на включение.

Параллельная работа в составе электростанции и распределение нагрузки дизель генераторов

После того, как генератор включен в общую сеть, он принимает на себя часть общей нагрузки. В случае, если электростанция состоит из нескольких одинаковых агрегатов, нагрузка делится между ними равномерно.

Пример работы двух резервных дизель-генераторов:

Если в параллельном режиме работают разные генераторы, необходимо, чтобы мощность, отдаваемая ими в сеть распределялась пропорционально их номинальным мощностям, иначе синхронизация дизель генераторов может быть нарушена. Увеличение или уменьшение части нагрузки, воспринимаемой конкретным агрегатом регулируется увеличением или уменьшением подачи топлива на соответствующий дизельный двигатель.

Устойчивость синхронной работы ДГУ

Самое главное требование к работе дизель-генераторной электростанции — параллельная работа агрегатов должна быть устойчивой. Общая устойчивость складывается из двух составляющих:

• Статическая устойчивость. При небольших возмущениях в сети факторы, которые стремятся не допустить изменения синхронного режима, действуют сильнее, чем факторы, приводящие к возмущениям.
• Динамическая устойчивость. При значительных отклонениях параметров сети от синхронных (вызванных внешним влиянием) система стремится к прежнему, синхронному состоянию, после окончания действия внешних факторов.

Оба составляющих устойчивой работы очень важны для стабильной работы электростанции. Современные системы синхронизации обычно автоматически отслеживают случаи выпадения из синхронизма агрегатов, производят восстановление режима работы, а если, по каким-то причинам это невозможно, аварийный генератор отключается.

Параллельная работа генераторов, способы синхронизации

Под параллельной работой двух или более генераторов подразумевается их параллельное подключение между собой — объединение в единую автономную сеть для постоянного электроснабжения потребителей электроэнергии.

Данный способ в электроснабжении нередко используется для организации электропитания ответственных потребителей. Помимо очевидного увеличения надежности и бесперебойности электроснабжения можно отметить следующие преимущества его применения:

— возможность компенсации роста мощности в часы с наибольшим потреблением электроэнергии; — более равномерное распределение нагрузки на генераторы (особенно актуально для часов пик); — бесперебойность электроснабжения при необходимости проведения плановых и аварийных ремонтов оборудования.

Параллельное включение генератора в сеть предполагает, как и в случае параллельной работе трансформаторов обязательное выполнение определенных условий:

Равенство частот напряжения сети и подключаемого к ней генератора; зависит от частоты вращения электрической машины. Большая разность определяет больший избыток кинетической энергии при включении его в сеть.

При недопустимо большой разнице значений частот (более 0,2 Гц) успешная синхронизация может быть не достигнута; подключаемый генератор может не втянуться в синхронизм.

Равенство напряжений включаемого и работающего генератора (или сети). Успешная синхронизация может быть выполнена при расхождении значений в 5-10%. Регулируется изменением тока в обмотке возбуждения.

Соответствие порядка следования фаз (“фазировка”) включаемого генератора и сети (или рабочего генератора).

Способы синхронизации. Выполнение перечисленных условий может быть реализовано точной синхронизацией или самосинхронизацией.

Первый способ как правило, выполняется в автоматическом или полуавтоматическом режиме — с использованием специальной аппаратуры — синхроскопа. определяющего необходимый момент для параллельного включения добавочного генератора, находящегося в рабочем состоянии.

Высокая точность соответствия состояния параметров подключаемого генератора перечисленным выше требованиям в момент его включения в сеть делает этот способ наиболее предпочтительным в использовании.

Синхронизация генераторов мощностью до 15 МВт может быть выполнена и в ручном режиме; в этом случае должна быть предусмотрена блокировка от несинхронного включения.

К серьезным недостаткам данного способа синхронизации можно отнести относительную его сложность; поэтому, ввод генератора в работу в этом случае должен производиться только высококвалифицированным персоналом. Кроме того, нельзя не учитывать длительность процесса; в аварийных ситуациях, отличающихся нестабильностью частоты, он может занять несколько десятков минут.

Самосинхронизация — способ заключается в использовании невозбужденного вспомогательного генератора с включенным автоматом гашения поля с частотой вращения близкой к частоте вращения генератора сети.

При скольжении в 2-3% производится включение генератора с одновременной подачей возбуждения, после чего происходит постепенное втягивание генератора в синхронизм. Во избежание возникновения недопустимых толчков тока, остаточное напряжение на выводах статорной обмотки должно быть не более 0,3Uном.

Главное преимущество включения генератора без возбуждения в сеть — отсутствие необходимости подгонки рабочих параметров как при описанном выше способе точной синхронизации.

Однако, необходимо учесть и недостаток данного способа: процесс сопровождается снижением напряжения на выводах, что в некоторых случаях может стать причиной нарушения нормального режима работы оборудования.

Кроме того, нельзя не отметить некоторые ограничения использования метода — невозможности использования параллельной работы генератора в качестве источника резервного электроснабжения.