Что такое синхронность напряжений

Проверка совпадения фаз, синхронизация и набор нагрузки

После окончания монтажа или работ в первичной цепи генератора, которые могли нарушить чередование фаз, не­обходимо проверить, совпадают ли фазы генератора и сети.

Для проверки совпадения фаз к трансформатору напря­жения резервной системы шин присоединяется фазоуказа-тель. Какой зажим фазоуказателя к какой фазе трансфор­матора напряжения будет подключен, существенного значения не имеет. Важно лишь сохранить порядок подклю­чения неизменным до конца проверки. Затем на резервную систему шин подается поочередно напряжение от рабочей системы шин и от генератора. Если в обоих случаях диск фазоуказателя будет вращаться в одном и том же направ­лении, то порядок следования фаз генератора и системы одинаков. Если же направление вращения диска изменяет­ся, то включать генератор в сеть, не поменяв местами две фазы на ошиновке, соединяющей генератор с сетью, недо­пустимо.

При отсутствии резервной системы шин или блочном со­единении генератора с трансформатором фазоуказатель присоединяется к трансформатору напряжения генератора. От выводов статора отсоединяются компенсаторы и на шинный мост, и трансформатор напряжения генератора по­дается напряжение от системы включением выключателя силового трансформатора. Фиксируется направление вра­щения диска фазоуказателя. Затем, после присоединения компенсаторов к выводам статора и пуска генератора, напряжение на шинный мост подается от генератора. При совпадении фаз направление вращения диска фазоуказателя должно сохраниться. Если между генератором и его трансформатором имеются разъединители, то отсоединять компенсаторы от выводов статора не требуется. В этом слу­чае перед подачей напряжения на шинный мост от сети достаточно отключить разъединители.

По окончании монтажа или работ в цепях синхрониза­ции и связанных с ними трансформаторах напряжения дол­жны быть проверены исправность и правильность схемы синхронизации. Для этого нужно после достижения гене­ратором частоты вращения, близкой к номинальной, возбу­дить генератор (т. е. включить его автомат гашения поля АГП, подать в ротор ток возбуждения и поднять напряже­ние на выводах статора до номинального). Ток возбужде­ния регулируют с помощью регулировочного реостата, дви­жок которого вручную перемещается в положение «хо­лостого хода», или с помощью установочного автотран­сформатора УАТ, воздействующего на автоматический ре­гулятор возбуждения АРВ генератора. Далее, установив ключ синхронизации на пульте управления генератором в положение «Включено», следует подать на колонку синхро­низации заведомо несинхронные напряжения (от генерато­ра и сети).

Проверить вращение стрелки синхроноскопа и подож­дать, пока она сделает один или несколько полных оборо­тов. Это укажет на исправность синхроноскопа и наличие на нем напряжения как от генератора, так и от сети. Од­новременно нужно убедиться в работе вольтметров и часто­томеров на колонке синхронизации. Пока стрелка синхро­носкопа не совершит полного оборота, нельзя считать синхроноскоп и его цепи исправными. Колебания стрелки в одну и другую сторону от красной черты могут быть вы­званы не только неудовлетворительной работой регулиро­вания турбины, но и обрывом в одной из фаз напряжения, подводимого к синхроноскопу или неисправностью самого синхроноскопа; возбужденный до номинального напряже­ния генератор включается на резервную систему шин, на­ходящуюся без напряжения. Включается колонка синхро­низации. Поскольку на синхроноскоп при этом будет подано заведомо синхронное напряжение, стрелка синхро­носкопа должна остановиться в вертикальном положении, на красной черте, если же она остановится в другом поло­жении, то, значит, синхронизирующее устройство работает неправильно и до устранения дефекта включать в работу генератор недопустимо.

При отсутствии резервной системы шин или при блоч­ном соединении генератора с трансформатором правиль­ность работы схемы синхронизации проверяется подачей напряжения на шинный мост генератора от сети при отсое­диненных от выводов генератора компенсаторах.

Включение генератора в сеть может быть выполнено по способу точной синхронизации или самосинхронизации.

Для включения генератора по способу точной синхрони­зации без броска тока в статоре и без резкого изменения вращающего момента ротора должны быть соблюдены три условия: равенство значений напряжения генератора и се­ти; совпадение этих напряжений по фазе; равенство частот генератора и сети.

Включение генератора в сеть при значительном нера­венстве напряжений по значению и при большом угле рас­хождения по фазе вызовет появление в генераторе уравни­тельного тока и связанных с ним последствий. Особенно опасно включение генератора при несовпадении напряже­ний по фазе. В наиболее тяжелом случае, когда напряжения генератора и сети сдвинуты по фазе на 180°, а мощность системы во много раз превышает мощность генератора, уравнительный ток в момент включения в 2 раза превысит ток трехфазного КЗ на выводах генератора. От такого тока могут разрушиться лобовые части обмотки статора или об­мотки трансформатора. При значительной разности частот трудно безошибочно выбрать момент для включения гене­ратора.

Однако точное соблюдение трех вышеуказанных усло­вий, особенно двух последних, замедлило бы процесс син­хронизации. Поэтому практически допускается возможность появления незначительных, неопасных толчков при вклю­чении генератора и синхронизация/с соблюдением следую­щих, несколько отличающихся от указанных выше идеаль­ных условий:

напряжение генератора должно быть выше напряжения сети, но не более чем на 5 %, с тем чтобы он после включе­ния принял на себя реактивную нагрузку;

импульс на включение выключателя должен подаваться до подхода стрелки синхроноскопа к красной черте на угол, соответствующий времени включения выключателя с рас­ хождением не более 8—12°; ‘

частота вращения генератора должна быть близкой к частоте сети, чтобы стрелка синхроноскопа вращалась с частотой не более 2—3 об/мин.

Точная синхронизация проводится при помощи автома­тического синхронизатора, а там где его нет — вручную. Схема ручной синхронизации дополняется блокировкой от несинхронного включения, разрешающей включение гене­ратора только при допустимых разности частот вращения и угле расхождения между фазами напряжений генератора и сети. Ручная синхронизация при отключенной блокиров­ке от несинхронного включения запрещается.

По способу самосинхронизации генератор включается в сеть без возбуждения при частоте вращения, близкой к синхронной (скольжение ±2%), после чего включается АГП, генератор возбуждается и в течение 1—2 с втягива­ется в синхронизм. Регулировочный реостат перед включе­нием генератора должен быть установлен в положение XX. Во избежание пробоя изоляции обмотки ротора из-за по­явления перенапряжений она должна быть замкнута до включения АГП на резистор самосинхронизации.

Если при неудачной точной синхронизации механичес­кие усилия на вал ротора, обусловленные так называемым синхронным моментом, могут в несколько раз превысить усилия от номинального момента, то при самосинхрониза­ции синхронный момент отсутствует, так как генератор включается невозбужденным. Кроме того, достоинство спо­соба самосинхронизации состоит в простоте, позволяющей полностью автоматизировать включение генератора в сеть, в быстроте включения.

Включение турбогенераторов, имеющих косвенное ох­лаждение обмоток и работающих на шины генераторного напряжения, а также генераторов с непосредственным ох­лаждением обмоток в нормальных условиях должно осуще­ствляться, как правило, способом точной синхронизации. Для турбогенераторов, работающих на шины генератор­ного напряжения, это связано с нежелательностью значи­тельного понижения напряжения у потребителей в момент включения генератора из-за броска тока, превышающего 3,5 номинального значения.

Для турбогенераторов с непосредственным охлаждени­ем, несмотря на то что симметричная составляющая тока в начальный момент их самосинхронизации обычно не пре­вышает трехкратного номинального значения, ограничения по применению способа самосинхронизации вызваны мень­шей стойкостью этих генераторов и блочных трансформаторов большой мощности к динамическим воздействиям по сравнению со стойкостью турбогенераторов с косвенным охлаждением и трансформаторов меньшей мощности.

В аварийных условиях, когда напряжение и частота в сети могут сильно колебаться, операция по включению ге­нератора способом точной синхронизации может затянуть­ся на продолжительное время или сопровождаться вклю­чением с большим углом расхождения векторов напряже­ния генератора и сети. В этих условиях турбогенераторы мощностью до 200 МВт включительно и гидрогенераторы мощностью до 500 МВт включительно разрешается вклю­чать на параллельную работу способом самосинхрониза­ции. Генераторы большей мощности разрешается включать этим способом при условии, что кратность симметричной составляющей тока самосинхронизации к номинальному то­ку не превышает 3,0.

Скорость подъема активной нагрузки после включения турбогенератора в сеть определяется допустимой скоро­стью набора нагрузки на турбину и котлоагрегат. Наруше­ние этого требования недопустимо. Например, чрезмерно быстрый набор нагрузки может привести к большему уд­линению ротора турбины по сравнению с удлинением кор­пуса турбины и отключению ее защитой от осевого сдвига, а в худшем случае и к задеванию лопаток ротора за диа­фрагмы. Поэтому скорость подъема нагрузки должна быть указана в местных инструкциях для каждого типа турбо­генератора.

Скорость набора реактивной нагрузки генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением об­моток, а также гидрогенераторов с непосредственным ох­лаждением обмоток не ограничивается. У турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток скорость набора реактивной нагрузки в нормальных условиях не должна превышать скорости набора активной нагрузки, а в аварий­ных условиях не ограничивается. Ограничение скорости на­бора реактивной нагрузки (скорости повышения токов статора и ротора) в турбогенераторах с непосредственным охлаждением вызвано тем, что обмотки в них достигают установившейся температуры в 10—15 раз быстрее, чем сердечник. Без ограничения скорости повышения тока разность температур в стали и меди обмотки ротора может стать весьма большой, что при значительной длине ак­тивных частей турбогенераторов приведет к значительной разнице в тепловом расширении обмоток и стальных частей и как следствие к перемещению обмоток относительно сердечников, к появлению механических напряжений в ме­ди обмотки ротора, превышающих предел ее текучести. Перемещения обмоток или чрезмерные усилия в меди при частых повторениях могут вызвать повреждение изоляции или деформацию меди.

Вторичные схемы ЭС и ПС — Схемы синхронизации

Включение генераторов на параллельную работу с сетью может производиться двумя способами: способом самосинхронизации, когда невозбужденный генератор включается в сеть при подсинхронных оборотах и втягивается в синхронизм после подачи возбуждения (при включении АГП), и способом точной синхронизации, когда возбужденный генератор включается в сеть в однозначно выбранный момент, при совладении фаз, равенстве частот и напряжений генератора и сети.
Для ознакомления с особенностями схем синхронизации остановимся на схемах точной синхронизации, наиболее сложных и требующих чрезвычайно внимательного отношения к их выполнению, так как ошибка в них может привести к тяжелой аварии. Эти схемы имеют ряд -особенностей, которые определяются их особой ответственностью и излагаются ниже применительно к схемам точной ручной синхронизации (рассмотрение схем точной автоматической синхронизации не входит в задачу данной работы).
На рис. 2-16 показана примерная схема синхронизации при двух системах шин. Схема обеспечивает точную ручную синхронизацию генератора с выбранной системой шин, а также позволяет синхронизировать две системы шин через шиносоединительный выключатель.
Момент включения выключателя синхронизируемого присоединения определяется одним центральным аппаратом ЩСХ (колонкой синхронизации), подключенным к общим шинкам синхронизации ШСХа, ШСХс, ШСХа’ с помощью специального переключателя ПРС. Этот переключатель нормально отключен, включается только на время синхронизации и имеет три положения: «Г» — грубая синхронизация, «Т» — точная синхронизация, «О» — отключено.
Для исключения возможности одновременного подключения к шинкам аппаратуры различных способов синхронизации переключатели центральных аппаратов синхронизации имеют общую съемную рукоятку, снятие которой возможно лишь при установке переключателя в положение «Отключено». Схема включения центральных аппаратов синхронизации показана на рис. 2-17.
Выбор напряжений синхронизируемых систем производится блок- контактами разъединителей (или реле положения разъединителей РПР) синхронизируемого присоединения, что обеспечивает подачу к приборам синхронизации напряжений рабочей и подключаемой систем в полном соответствии с первичной схемой.

Рис. 2-16. Принципиальная схема синхронизации.

Выбор выключателя, на котором должно производиться объединение синхронизируемых систем, осуществляется при помощи индивидуальных переключателей ПСХ, через контакты которых подаются на шинки синхронизации сравниваемые напряжения, а также проходят оперативные цепи включения синхронизируемого присоединения. Одновременное включение нескольких переключателей ПСХ может привести к ошибкам при синхронизации или к включению на шинки синхронизации нескольких напряжений, что равносильно короткому замыканию во вторичных цепях напряжения. Поэтому все переключатели ПСХ имеют общую съемную рукоятку, снятие которой возможно лишь при установке переключателя в положение «отключено».
Фаза b всех трансформаторов напряжения заземляется и подводится к центральному аппарату синхронизации через общую шинку ШНb помимо индивидуальных переключателей синхронизации. Это дает возможность, выполняя требования правил техники безопасности об обязательном заземлении вторичных обмоток измерительных трансформаторов, одновременно сократить количество контактов ключей и блок-контактов в схеме синхронизации. Кроме того, наличие шинки ШНb создает на всех трансформаторах напряжения общую точку, без чего невозможно сравнение синхронизируемых напряжений.
Заземление фазы b на вторичной стороне трансформаторов напряжения, используемых для синхронизации, соблюдается независимо от их схемы соединения (звезда, открытый треугольник). Только при соблюдении этого условия возможно правильное сравнение напряжений.
Так, при одном и том же первичном напряжении и при соединении трансформаторов напряжения по схемам Υ/Υ и V/V вторичные напряжения также будут одинаковыми по величине и совпадающими по

фазе при условии, что во вторичных цепях заземлена одноименная фаза (обычно фаза b). Подобный вариант показан на рис. 2-15.
Для устранения возможности несинхронных включений при ошибочных действиях персонала в схеме точной ручной синхронизации предусматривается релейная блокировка от несинхронных включений, обычно выполняемая с помощью реле РБС типа ЭН-535/200. К обмоткам реле подводятся одноименные линейные напряжения рабочей и подключаемой систем.

Рис. 2-17. Схема включения центральных аппаратов синхронизании.

Когда напряжения, поданные на реле блокировки, совпадают по фазе, контакты реле РБС замыкаются, что обеспечивает подачу оперативного «плюса» на контакты ключа управления через шинки 1ШИС и 2ШИС.
Если в этот момент подается команда на включение, то срабатывает реле РП с последовательной обмоткой, которое самоудерживается и обеспечивает завершение операции независимо от того, на какой угол разойдутся за это время векторы синхронизируемых напряжений. Такое закрепление сигнала позволяет избежать срыва включающего импульса при производстве синхронизации и обеспечить надежное включение выключателя. Схема предусматривает также возможность включения выключателя помимо реле блокировки от несинхронного включения, что может потребоваться при ремонтах выключателей или опробовании системы шин. Это достигается путем закорачивания контактов реле блокировки специально предусмотренной для этой цели накладкой Н. Схема оперативных цепей выключателя синхронизируемого присоединения показана на рис. 2-18.
При синхронизации на выключателях трансформаторов или блоков генератор—трансформатор, где сравниваются напряжения систем, разделенных трансформатором, необходима компенсация углового сдвига, определяемого группой соединения трансформатора. В этом случае подача напряжений на центральный аппарат синхронизации может производиться двумя способами. В системах с глухо заземленной нейтралью к устройству точной синхронизации со стороны высшего напряжения может быть подано напряжение третьей обмотки соответствующей фазы трансформатора напряжения, обычно используемой в схеме разомкнутого треугольника для получения напряжения нулевой последовательности.

Рис. 2-18. Схема оперативных цепей синхронизируемого присоединения.

Выбор напряжения, снимаемого для синхронизации с обмотки трансформатора напряжения, соединенного в разомкнутый треугольник, определяется следующим требованием: при синхронных первичных напряжениях рабочей и подключаемой систем шин вторичные напряжения, используемые в схеме синхронизации, должны быть синхронны и равны по величине.
Для синхронизации с системами, имеющими изолированную нейтраль, этот способ неприменим, так как в зависимости от состояния изоляции фаз в системе величины фазовых напряжений могут меняться от нуля до линейного напряжения, в результате чего невозможно поддерживать напряжение неизменным во всех режимах.

Рис. 2-19. Принципиальная схема синхронизации на выключателях трехобмоточного трансформатора.

Рис. 2-20. Принципиальная схема синхронизации для двух систем шин на выключателе секционного реактора.
В этом случае компенсация углового сдвига производится с помощью фазоповоротного промежуточного трансформатора ФПТ с коэффициентом трансформации и группой соединения, повторяющей группу силового трансформатора (рис. 249).

Этот трансформатор является центральным аппаратом синхронизации и подключается одной обмоткой к шинкам синхронизации, а другой — к специальным вспомогательным шинкам ВШа и ВШс, на которые подаются напряжения, нуждающиеся в изменении фазы. Обычно принято изменять эту фазу напряжения от трансформаторов напряжения с низшей стороны силового трансформатора.
Подача напряжений на центральный аппарат синхронизации как при ручной, так и при автоматической синхронизации производится через один и те же блок- контакты разъединителей и контакты переключателей ПСХ.
Примеры подачи синхронизируемых напряжений на шинки синхронизации для различных случаев приведены на рис. 2-19, 2-20 и 2-21. Схемы выполнены в соответствии с описанными выше техническими условиями.
На рис. 2-19 приведена схема подачи синхронизируемых напряжений на трехоб моточном трансформаторе. В данной схеме синхронизация может производиться на всех трех выключателях, что обусловливает необходимость ряда блокировок. В основном схема не отличается от ранее описанных схем синхронизации генератора, секционного выключателя и блока. Разница заключается в том, что при наличии трех разных напряжений необходимо выполнять схему так, чтобы ошибочное включение одного из выключателей не привело к подаче на трансформатор двух несинхронных напряжений, что равносильно короткому замыканию. Во избежание этого одно из синхронизируемых напряжений подается на схему через замыкающий блок-контакт выключателя, включаемого перед производством синхронизации.
Одноименные фазы этих напряжений со стороны 110 и 220 кВ объединяются на переключателе ШСХ. Однако это не приводит к объединению двух несинхронных напряжений, так как эти напряжения поступают на Переключатель лишь при включенных выключателях 2В и ЗВ, т. е. тогда, когда они заведомо синхронны.
Компенсация углового сдвига в данной схеме выполнена с помощью фазоповоротного трансформатора ФПТ, напряжение на который подается через шинки ВШа и ВШс с низшей стороны силового трансформатора.
Схема оперативных цепей для всех выключателей как данной схемы, так и других схем синхронизации выполняется в соответствии с рис. 2-18.
На рис. 2-21 изображены схема и векторные диаграммы силового трансформатора и трансформаторов напряжения, участвующих в схеме синхронизации с использованием обмотки разомкнутого треугольника трансформатора напряжения.

Из схемы и векторной диаграммы видно, что правильное сравнение синхронизируемых напряжений ab и а’b’ возможно лишь тогда, когда схема разомкнутого треугольника трансформатора напряжения повторяет схему треугольника силового трансформатора и на вторичной стороне заземлены одноименные фазы, в данном случае фаза b. Для возможности правильного сравнения напряжений коэффициент трансформации трансформатора напряжении 1ТН должен быть
100, а трансформатора напряжения 2ТН Ur: 100. В обоих случаях под напряжениями Uc и Ur понимаются линейные напряжения. Если коэффициент трансформации обмотки разомкнутого треугольника имеет стандартную величину

то для выравнивания величин напряжения Uc и Ur первое из них должно быть подано на шинки синхронизации через промежуточный трансформатор с коэффициентом трансформации nт=1 :3.
Подобные векторные диаграммы могут быть построены и для схемы синхронизации с фазоповоротным трансформатором (рис. 2-19).

Синхронизация (переменный ток) — Synchronization (alternating current)

В переменный ток электроэнергетическая система, синхронизация это процесс согласования скорости и частоты генератора или другого источника с работающей сетью. Генератор переменного тока не может подавать мощность в электрическую сеть, если он не работает в том же частота как сеть. Если два сегмента сети отключены, они не могут снова обмениваться энергией переменного тока, пока не будут возвращены в точную синхронизацию.

А постоянный ток Генератор постоянного тока может быть подключен к электросети, регулируя его напряжение на клеммах холостого хода в соответствии с напряжением сети, регулируя его скорость или возбуждение поля. Точные обороты двигателя не важны. Однако генератор переменного тока должен согласовывать как амплитуду, так и синхронизацию сетевого напряжения, что требует систематического управления скоростью и возбуждением для синхронизации. Эта дополнительная сложность была одним из аргументов против работы переменного тока во время война токов в 1880-х гг. В современных сетях синхронизация генераторов осуществляется автоматическими системами.

Содержание

Условия

Перед тем, как начнется процесс синхронизации, необходимо выполнить пять условий. Источник (генератор или подсеть) должен иметь равные линейное напряжение, частота, последовательность фаз, угол фазы, и форма волны системе, с которой он синхронизируется. [1] .

Форма волны и последовательность фаз фиксируются конструкцией генератора и его подключениями к системе. Во время установки генератора выполняются тщательные проверки, чтобы убедиться, что клеммы генератора и вся управляющая проводка правильные, чтобы порядок фаз (последовательность фаз) соответствовал системе. Подключение генератора с неправильной последовательностью фаз приведет к короткому замыканию, поскольку напряжения в системе противоположны напряжениям на клеммах генератора. [2]

Напряжение, частоту и фазовый угол необходимо контролировать каждый раз, когда генератор должен быть подключен к сети. [1]

Электроагрегаты для подключения к электросети имеют свой контроль скорости падения что позволяет им распределять нагрузку пропорционально их рейтингу. Некоторые генераторные установки, особенно в изолированных системах, работают с изохронным управлением частотой, поддерживая постоянную частоту системы независимо от нагрузки.

Процесс

Последовательность событий аналогична для ручной или автоматической синхронизации. Генератор доводится до примерно синхронной скорости за счет подачи большей энергии на его вал — например, открывая клапаны на паровая турбина, открывая ворота на гидротурбина, или увеличивая топливный бак установка на дизель. В поле генератора подается напряжение, и напряжение на выводах генератора отслеживается и сравнивается с системой. Величина напряжения должна быть такой же, как напряжение в системе.

Если одна машина немного не совпадает по фазе, она будет синхронизироваться с другими, но, если разность фаз большая, возникнут большие перекрестные токи, которые могут вызвать колебания напряжения и, в крайних случаях, повредить машины.

Синхронизирующие лампы

Раньше три лампочки были подключены между клеммами генератора и клеммами системы (или, в более общем смысле, к клеммам прибора трансформаторы подключен к генератору и системе). При изменении скорости генератора огни будут мигать на частота биений пропорционально разнице между частотой генератора и частотой системы. Когда напряжение на генераторе противоположно напряжению системы (впереди или сзади в фаза ) лампы будут яркими. Когда напряжение на генераторе совпадает с напряжением системы, индикаторы погаснут. В тот момент автоматический выключатель подключение генератора к системе может быть замкнуто, и тогда генератор будет оставаться в синхронизме с системой. [3]

В альтернативном методе использовалась схема, аналогичная описанной выше, за исключением того, что соединения двух ламп были поменяны местами либо на клеммах генератора, либо на клеммах системы. В этой схеме, когда генератор синхронизирован с системой, одна лампа будет темной, но две с переставленными соединениями будут иметь одинаковую яркость. Синхронизация на «темных» лампах предпочтительнее «ярких», потому что на ней легче различить минимальную яркость. Однако перегорание лампы может привести к ложному срабатыванию успешной синхронизации.

Синхроскоп

Другой ручной метод синхронизации основан на наблюдении прибора, называемого «синхроскоп», который отображает относительные частоты системы и генератора. Стрелка синхроскопа покажет «быструю» или «медленную» скорость генератора по отношению к системе. Чтобы свести к минимуму переходной ток при включении автоматического выключателя генератора, обычно включается включение, когда стрелка медленно приближается к синфазной точке. Ошибка в несколько электрических градусов между системой и генератором приведет к мгновенному броску тока и резкому изменению скорости генератора.

Реле синхронизации

Синхронизация реле разрешить автоматическую синхронизацию машины с системой. Сегодня это цифровые микропроцессорные приборы, но раньше применялись электромеханические релейные системы. Реле синхронизации полезно для исключения времени реакции человека из процесса или когда человек недоступен, например, на электростанции с дистанционным управлением. Синхроскопы или лампы иногда устанавливаются в качестве дополнения к автоматическим реле, для возможного использования вручную или для наблюдения за генераторной установкой.

Иногда в качестве меры предосторожности против асинхронного подключения машины к системе устанавливается реле «проверки синхронизма», предотвращающее включение генератора. автоматический выключатель если только машина не находится в пределах нескольких электрических градусов синфазности с системой. Реле контроля синхронизма также применяются в местах, где могут быть подключены несколько источников питания, и где важно, чтобы источники сбоя в работе не были случайно подключены параллельно.

Синхронная работа

Пока генератор синхронизирован, частота системы будет меняться в зависимости от нагрузки и средних характеристик всех энергоблоков, подключенных к сети. [1] Сильные изменения частоты системы могут вызвать рассинхронизацию генератора с системой. Защитные устройства на генераторе сработают и отключат его автоматически.

Синхронные скорости

Синхронные скорости синхронных двигателей и генераторов переменного тока зависят от количества полюсов машины и частоты источника питания.

Соотношение между частотой питания, ж, количество полюсов, п, и синхронная скорость (скорость вращения поля), п_s дан кем-то:

В следующей таблице частоты показаны в герц (Гц) и скорости вращения в оборотах в минуту (об / мин):

Синхронизация (переменный ток) — Synchronization (alternating current)

В системе электроснабжения переменного тока синхронизация — это процесс согласования частоты генератора или другого источника с работающей сетью. Генератор переменного тока не может подавать энергию в электрическую сеть, если он не работает на той же частоте, что и сеть. Если два неподключенных сегмента сети должны быть соединены друг с другом, они не могут обмениваться мощностью переменного тока, пока они не будут возвращены в точную синхронизацию.

Постоянный ток генератор (DC) , может быть подключен к электрической сети, регулируя ее терминальное напряжение холостого хода , чтобы соответствовать напряжению сети, либо путем регулирования скорости его или ее поле возбуждения. Точная частота вращения двигателя не имеет значения. Однако генератор переменного тока должен согласовывать как амплитуду, так и синхронизацию сетевого напряжения, что требует систематического управления скоростью и возбуждением для синхронизации. Эта дополнительная сложность была одним из аргументов против использования переменного тока во время войны токов в 1880-х годах. В современных сетях синхронизация генераторов осуществляется автоматическими системами.

СОДЕРЖАНИЕ

Условия

Перед началом синхронизации необходимо выполнить пять условий. Источник (генератор или подсеть) должен иметь такое же линейное напряжение , частоту , последовательность фаз , фазовый угол и форму волны, что и в системе, с которой он синхронизируется.

Форма волны и последовательность фаз фиксируются конструкцией генератора и его подключениями к системе. Во время установки генератора выполняются тщательные проверки, чтобы убедиться, что клеммы генератора и вся управляющая проводка правильны, чтобы порядок фаз (последовательность фаз) соответствовал системе. Подключение генератора с неправильной последовательностью фаз приведет к короткому замыканию, поскольку напряжения в системе противоположны напряжениям на клеммах генератора.

Напряжение, частота и фазовый угол необходимо контролировать каждый раз, когда генератор должен быть подключен к сети.

Генерирующие агрегаты для подключения к электросети имеют встроенный регулятор скорости спада, который позволяет им распределять нагрузку пропорционально их номинальной мощности . Некоторые блоки генератора, особенно в изолированных системах, работают с изохронным управлением частотой, поддерживая постоянную частоту системы независимо от нагрузки.

Процесс

Последовательность событий аналогична для ручной или автоматической синхронизации. Генератор доводится до приблизительно синхронной скорости за счет подачи большего количества энергии на его вал — например, открывая клапаны паровой турбины , открывая заслонки гидравлической турбины или увеличивая настройку топливной рейки на дизельном двигателе . В поле генератора подается напряжение, и напряжение на выводах генератора отслеживается и сравнивается с системой. Величина напряжения должна быть такой же, как напряжение в системе.

Если одна машина немного не совпадает по фазе, она будет синхронизироваться с другими, но, если разность фаз велика, возникнут большие перекрестные токи, которые могут вызвать колебания напряжения и, в крайних случаях, повредить машины.

Синхронизирующие лампы

Раньше три лампочки были подключены между клеммами генератора и клеммами системы (или, в более общем смысле, к клеммам измерительных трансформаторов, подключенных к генератору и системе). При изменении скорости генератора индикаторы будут мигать с частотой биений, пропорциональной разнице между частотой генератора и частотой системы. Когда напряжение на генераторе противоположно напряжению системы (вперед или назад по фазе ), лампы будут яркими. Когда напряжение на генераторе совпадает с напряжением системы, индикаторы погаснут. В этот момент выключатель, соединяющий генератор с системой, может быть замкнут, и тогда генератор останется в синхронизме с системой.

В альтернативном методе использовалась схема, аналогичная описанной выше, за исключением того, что соединения двух ламп менялись местами либо на клеммах генератора, либо на клеммах системы. В этой схеме, когда генератор синхронизирован с системой, одна лампа будет темной, но две с переставленными соединениями будут иметь одинаковую яркость. Синхронизация на «темных» лампах была предпочтительнее «ярких», потому что на ней было легче различить минимальную яркость. Однако перегорание лампы может привести к ложному срабатыванию успешной синхронизации.

Синхроскоп

Другой ручной метод синхронизации основан на наблюдении инструмента, называемого «синхроскоп», который отображает относительные частоты системы и генератора. Стрелка синхроскопа укажет «быструю» или «медленную» скорость генератора по отношению к системе. Чтобы свести к минимуму переходной ток при включении автоматического выключателя генератора, обычно включается включение, когда стрелка медленно приближается к синфазной точке. Ошибка в несколько электрических градусов между системой и генератором приведет к мгновенному броску тока и резкому изменению скорости генератора.

Реле синхронизации

Реле синхронизации позволяют синхронизировать машину с системой без участия оператора. Сегодня это цифровые микропроцессорные приборы, но раньше применялись электромеханические релейные системы. Реле синхронизации полезно для исключения времени реакции человека из процесса или когда человек недоступен, например, на электростанции с дистанционным управлением. Синхроскопы или лампы иногда устанавливаются в качестве дополнения к автоматическим реле, для возможного использования вручную или для наблюдения за генераторной установкой.

Иногда в качестве меры предосторожности против асинхронного подключения машины к системе устанавливается реле «проверки синхронизма», которое предотвращает включение выключателя генератора, если только машина не находится в пределах нескольких электрических градусов синфазности с системой. . Реле контроля синхронизма также применяются в местах, где могут быть подключены несколько источников питания, и где важно, чтобы неупорядоченные источники случайно не подключились параллельно.

Синхронная работа

Пока генератор синхронизирован, частота системы будет меняться в зависимости от нагрузки и средних характеристик всех энергоблоков, подключенных к сети. Сильные изменения частоты системы могут вызвать рассинхронизацию генератора с системой. Защитные устройства на генераторе сработают и отключат его автоматически.

Синхронные скорости

Синхронные скорости синхронных двигателей и генераторов переменного тока зависят от числа полюсов машины и частоты источника питания.

Связь между частотой питания f , числом полюсов p и синхронной скоростью (скоростью вращающегося поля) n _s определяется следующим образом:

В следующей таблице частоты указаны в герцах (Гц), а скорости вращения — в оборотах в минуту (об / мин):