Parallelbetrieb von Generatoren

In Kraftwerken sind immer mehrere Turbo- oder Hydraulikaggregate verbaut, die parallel an den gemeinsamen Sammelschienen des Generators bzw. Überspannungsgenerators arbeiten.

Dadurch erfolgt die Stromerzeugung in Kraftwerken durch mehrere parallel arbeitende Generatoren, und diese Zusammenarbeit bringt viele wertvolle Vorteile mit sich.

Parallelbetrieb von Generatoren:

1. erhöht die Flexibilität des Betriebs der Ausrüstung von Kraftwerken und Umspannwerken, erleichtert die vorbeugende Wartung der Generatoren, der Hauptausrüstung und der entsprechenden Verteilungsgeräte mit einem Minimum an erforderlicher Reserve.

2. erhöht die Effizienz des Kraftwerksbetriebs, da es die effizienteste Verteilung des Tageslastplans zwischen den Blöcken ermöglicht und dadurch eine optimale Stromausnutzung und Effizienzsteigerung erreicht; In Wasserkraftwerken ist es möglich, die Kraft des Wasserflusses während der Hochwasserperiode sowie während der Niedrigwasserperioden im Sommer und Winter maximal zu nutzen.

3.erhöht die Zuverlässigkeit und den unterbrechungsfreien Betrieb von Kraftwerken und die Stromversorgung der Verbraucher.

Reis. 1. Schematische Darstellung des Parallelbetriebs von Generatoren

Um die Produktion zu steigern und die Stromverteilung zu verbessern, werden viele Kraftwerke im Parallelbetrieb zu leistungsstarken Stromsystemen zusammengefasst.

Im Normalbetrieb sind die Generatoren an gemeinsame Busse (Generator oder Überspannung) angeschlossen und drehen synchron. Ihre Rotoren drehen sich mit der gleichen elektrischen Winkelgeschwindigkeit

Im Parallelbetrieb müssen die Momentanspannungen an den Klemmen der beiden Generatoren gleich groß und entgegengesetztes Vorzeichen haben.

Um den Generator für den Parallelbetrieb mit einem anderen Generator (oder mit dem Netzwerk) zu verbinden, ist es notwendig, ihn zu synchronisieren, d.h. die Drehzahl und Erregung des angeschlossenen Generators entsprechend der Betriebsgeschwindigkeit zu regulieren.

Parallel betriebene und geschaltete Generatoren müssen phasengleich sein, also die gleiche Reihenfolge der Phasendrehung aufweisen.

Wie aus Abb. ersichtlich ist. Gemäß Fig. 1 sind im Parallelbetrieb die Generatoren zueinander geschaltet, d. h. ihre Spannungen U1 und U2 am Schalter sind genau entgegengesetzt. Bezüglich der Belastung arbeiten die Generatoren übereinstimmend, das heißt ihre Spannungen U1 und U2 stimmen überein. Diese Bedingungen des Parallelbetriebs der Generatoren spiegeln sich in den Diagrammen der Abb. wider. 2.

Reis. 2. Bedingungen zum Einschalten von Generatoren für den Parallelbetrieb. Die Generatorspannungen sind gleich groß und gegenphasig.

Es gibt zwei Methoden zur Synchronisierung von Generatoren: Feinsynchronisation und Grobsynchronisation bzw. Selbstsynchronisation.

Bedingungen für eine exakte Synchronisierung von Generatoren.

Bei präziser Synchronisation wird der erregte Generator bei Erreichen der Synchronisationsbedingungen – Gleichheit der Momentanwerte seiner Spannungen U1 = U2 – über Schalter B (Abb. 1) mit dem Netzwerk (Bussen) verbunden

Wenn die Generatoren getrennt betrieben werden, sind ihre momentanen Phasenspannungen jeweils gleich:

Damit sind die Voraussetzungen für die Parallelschaltung der Generatoren gegeben. Für eingeschaltete und laufende Generatoren ist Folgendes erforderlich:

1. Gleichheit der effektiven Spannungswerte U1 = U2

2. Gleichheit der Kreisfrequenzen ω1 = ω2 oder f1 = f2

3. Anpassung der Spannungen in der Phase ψ1 = ψ2 oder Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Durch die genaue Erfüllung dieser Anforderungen werden ideale Bedingungen geschaffen, die sich dadurch auszeichnen, dass im Moment des Einschaltens des Generators der Statorausgleichsstrom Null ist. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erfüllung der Bedingungen für eine exakte Synchronisierung eine sorgfältige Anpassung der verglichenen Werte von Spannung, Frequenz und Phasenwinkel der Spannung der Generatoren erfordert.

In dieser Hinsicht ist es praktisch unmöglich, die idealen Bedingungen für die Synchronisation vollständig zu erfüllen; Sie werden mit einigen geringfügigen Abweichungen annähernd ausgeführt. Wenn eine der oben genannten Bedingungen nicht erfüllt ist, wirkt sich bei U2 die Spannungsdifferenz auf die Klemmen des offenen Kommunikationsschalters B aus:

Reis. 3. Vektordiagramme für Fälle von Abweichungen von den Bedingungen der exakten Synchronisierung: a – Die Arbeitsspannungen der Generatoren sind nicht gleich; b – Winkelfrequenzen sind nicht gleich.

Wenn der Schalter eingeschaltet ist, fließt unter der Wirkung dieser Potentialdifferenz im Stromkreis ein Ausgleichsstrom, dessen periodische Komponente im Anfangsmoment vorhanden ist

Betrachten Sie zwei Fälle von Abweichungen von den genauen Synchronisationsbedingungen, die im Diagramm (Abb. 3) dargestellt sind:

1. Die Betriebsspannungen der Generatoren U1 und U2 sind ungleich, die übrigen Bedingungen sind erfüllt;

2. Die Generatoren haben die gleiche Spannung, drehen sich aber mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, das heißt, ihre Kreisfrequenzen ω1 und ω2 sind nicht gleich und es besteht eine Phasenfehlanpassung zwischen den Spannungen.

Wie aus dem Diagramm in Abb. ersichtlich ist. 3, a, die Ungleichheit der Effektivwerte der Spannungen U1 und U2 führt zum Auftreten eines Ausgleichsstroms I ur, der nahezu rein induktiv ist, da die aktiven Widerstände der Generatoren und Verbindungsdrähte von Das Netzwerk ist sehr klein und wird vernachlässigt. Dieser Strom erzeugt keine Wirkleistungsstöße und somit keine mechanischen Spannungen in den Generator- und Turbinenteilen. In diesem Zusammenhang kann beim Einschalten der Generatoren für den Parallelbetrieb der Spannungsunterschied bis zu 5-10 % und in Notfällen bis zu 20 % zugelassen werden.

Wenn die Effektivspannungswerte U1 = U2 gleich sind, aber die Kreisfrequenzen unterschiedlich sind Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 oder Δf = f1 — f2 ≠ 0, die Spannungsvektoren der Generatoren und des Netzes (bzw. des 2. Generators). ) werden um einen bestimmten Winkel Θ verschoben, der sich mit der Zeit ändert. Die Spannungen der Generatoren U1 und U2 unterscheiden sich in diesem Fall in der Phase nicht um einen Winkel von 180°, sondern um einen Winkel von 180° —Θ (Abb. 3, b).

An den Anschlüssen des offenen Schalters B, zwischen den Punkten a und b, wirkt die Spannungsdifferenz ΔU. Wie im vorherigen Fall kann das Vorhandensein einer Spannung mithilfe einer Glühbirne erkannt und der Effektivwert dieser Spannung mit einem zwischen den Punkten a und b angeschlossenen Voltmeter gemessen werden.

Ist der Schalter B geschlossen, so entsteht unter Einwirkung der Spannungsdifferenz ΔU ein Ausgleichsstrom I“, der im Verhältnis zu U2 nahezu rein aktiv ist und beim Parallelschalten der Generatoren Stöße und mechanische Beanspruchung verursacht Spannungen in den Wellen und anderen Teilen des Generators und der Turbine.

Bei ω1 ≠ ω2 ist die Synchronisation völlig zufriedenstellend, wenn der Schlupf s0 <0, l% und der Winkel Θ ≥ 10° ist.

Aufgrund der Trägheit der Turbinenregler ist es unmöglich, auf Dauer eine Gleichheit der Kreisfrequenzen ω1 = ω2 und des Winkels Θ zwischen den Spannungsvektoren zu erreichen, die die relative Lage der Stator- und Rotorwicklungen der Generatoren charakterisieren. bleibt nicht konstant, sondern verändert sich kontinuierlich; sein Momentanwert wird Θ = Δωt sein.

Im Vektordiagramm (Abb. 4) drückt sich der letzte Umstand darin aus, dass sich bei einer Änderung des Phasenwinkels zwischen den Spannungsvektoren U1 und U2 auch ΔU ändert. Die Spannungsdifferenz ΔU wird in diesem Fall Stoßspannung genannt.

Reis. 4. Vektordiagramm der Generatorsynchronisation mit Frequenzungleichheit.

Der Momentanwert der Taktspannungen Δu ist die Differenz zwischen den Momentanwerten der Spannungen u1 und u2 der Generatoren (Abb. 5).

Angenommen, die Gleichheit der Effektivwerte U1 = U2 ist erreicht, dann sind auch die Phasenwinkel der Referenzzeit ψ1 und ψ2 gleich.

Dann kannst du schreiben

Die Stoßspannungskurve ist in Abb. dargestellt. 5.

Die Rhythmusspannung ändert sich harmonisch mit einer Frequenz, die der halben Summe der verglichenen Frequenzen entspricht, und mit einer Amplitude, die sich mit der Zeit in Abhängigkeit vom Phasenwinkel Θ ändert:

Aus dem Vektordiagramm in Abb.4, für einen bestimmten angegebenen Wert des Winkels Θ, kann der effektive Wert der Stoßspannung ermittelt werden:

Reis. 5. Kurven zur Stressbewältigung.

Unter Berücksichtigung der Änderung des Winkels Θ über die Zeit ist es möglich, einen Ausdruck für die Schale in Form der Stoßspannungsamplituden zu schreiben, der die Änderung der Spannungsamplituden über die Zeit angibt (die gestrichelte Kurve in Abb. 5, b ):

Wie aus dem Vektordiagramm in Abb. ersichtlich ist. 4 und der letzten Gleichung variiert die Stoßspannungsamplitude ΔU von 0 bis 2 Um. Der größte Wert von ΔU liegt in dem Moment vor, in dem die Spannungsvektoren U1 und U2 (Abb. 4) in Phase und Winkel Θ = π zusammenfallen, und der kleinste – wenn sich diese Spannungen in Phase um 180 ° und Winkel Θ = 0 unterscheiden. Die Periode der Rhythmuskurve ist gleich

Wenn der Generator für den Parallelbetrieb mit einem leistungsstarken System verbunden ist, ist der Wert von xc des Systems klein und kann vernachlässigt werden (xc ≈ 0), dann der Ausgleichsstrom

und der Einschaltstrom

Bei ungünstigem Einschalten mit dem Strom Θ = π kann der Stoßstrom in der Statorwicklung des eingeschalteten Generators den doppelten Wert der Stoßspannung eines dreiphasigen Kurzschlusses der Generatorklemmen erreichen.

Der Wirkanteil des Ausgleichsstroms, wie aus dem Vektordiagramm in Abb. 4 ist gleich