Файл: Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник.pdf

возбуждения у работающих генераторов. Контроль за распределе­ нием нагрузки ведется по амперметрам.

Параллельная работа генераторов со смешанным возбуждением невозможна при отсутствии уравнительного соединения СУ (рис. 78). Если ток, например, генератора Г1 по какой-либо причине не­ сколько уменьшится, а у генератора Г2 соответственно увеличит­ ся, то, благодаря действию последовательных обмоток ОВ21 и ОВ22, уменьшится поток возбуждения и э. д. с. у первого генера­ тора и увеличатся у второго. Из формулы (44) видно, что это при­ ведет к дальнейшему уменьшению тока у первого генератора и со­ ответственно увеличению у второго. Генератор Г2 примет на себя всю нагрузку, а генератор Г1 разгрузится и даже может перейти в двигательный режим.

Уравнительное соединение, обладающее ничтожно малым соп­ ротивлением, соединяет последовательные обмотки между собой параллельно. При одинаковом сопротивлении последовательных обмоток ток между ними всегда будет распределяться поровну, и тогда исчезнет причина, вызывающая самопроизвольное перерас­ пределение нагрузки между генераторами.

Равномерное распределение нагрузки между генераторами во многом определяется характеристиками регуляторов частоты вра­ щения первичных двигателей. По Правилам Регистра СССР эти ре­ гуляторы должны иметь такие характеристики, чтобы нагрузка от­ дельных генераторов не отличалась от величины пропорциональной мощности данного генератора больше, чем на 12% мощности наи­ большего или 20% мощности наименьшего из генераторов, рабо­ тающих параллельно.

§ 28. Включение генераторов переменного тока на параллельную работу

Процесс включения генераторов переменного тока на парал­ лельную работу значительно сложнее включения генераторов по­ стоянного тока и требует определенных навыков и внимания.

При неправильном включении генератора могут возникнуть броски тока как у включаемого, так и у работающего генераторов, в два раза превышающие ток короткого замыкания. У генераторов могут возникнуть толчки моментов, опасные, например, для под­ шипников первичных двигателей, и т. д.

Во время монтажа электроустановки или после ремонта необхо­ димо проверить порядок чередования фаз у всех генераторов, предназначенных для параллельной работы, и включить их кабе­ ли на общие шины ГРЩ так, чтобы порядок чередования фаз у всех генераторов был одинаков.

Чередование фаз зависит от расположения фазных обмоток в пазах статора и от направления вращения ротора генератора. Та­ ким образом, если у одного из генераторов порядок чередования фаз отличается, то следует поменять направление вращения его

124

тыми ‘контактами ВГ1 будет меняться от нуля до удвоенного значе­ ния с частотой, равной разности частот включаемого и работающе­ го генераторов. Значит, надо выполнить второе условие, т. е. выров­ нять частоту включаемого генератора с частотой работающего, воздействуя на регулятор частоты вращения первичного двигате­ ля. Чем ближе будут совпадать частоты генераторов, тем медлен-

нее будет изменяться напряжение на контактах выключателя. По второму закону Кирхгофа это напряжение равно геометрической сумме э. д. с. и напряжений, действующих в контуре, образованном нулевым проводам и соответствующей фазой. Совершенно очевид­ но, что напряжение на разомкнутых контактах выключателя будет равно нулю, когда векторы э. д. с. включаемого генератора будут находиться в противофазе с векторами напряжений соответствую­ щих фаз работающего генератора. Этому случаю соответствует векторная диаграмма напряжений на ри;с. 79, б. Такой момент пе­ риодически наступает и достаточно хорошо фиксируется специаль­ ным прибором при близком совпадении частот генераторов и -на­ зывается моментом синхронизации. Прибор, определяющий момент синхронизации, называется синхроноскопом. На -судах отечествен­

жением.

Если к моменту включения генератора на шины он вращался не­ много быстрее работающих, то после включения генератор сразу примет на себя небольшую нагрузку, а если он вращался медлен­ нее, то окажется в двигательном режиме и тем самым увеличит нагрузку работающих генераторов.

На многих судах иностранной постройки для определения мо­ мента синхронизации применяются электрические лампы накали­ вания ЛС, включенные, как показано на рис. 79, а. При наступле­ нии момента синхронизации лампы гаснут. Строго говоря, они гас­ нут при напряжении около 30% Uн, т. е. несколько раньше.

Метод точной синхронизации позволяет ввести генератор в ра­ боту при наиболее благоприятных условиях для генераторных аг­ регатов и не отражается на работе потребителей. Однако уверен­ ное выполнение его требует достаточно высокой квалификации оператора, определенных навыков и внимания. В противном случае может произойти ошибка, которая приведет к аварии генераторно­

го агрегата.

Успешное включение генераторов переменного тока на парал­ лельную работу методом точной синхронизации во многом зависит от качества работы автоматических регуляторов скорости враще­ ния первичных двигателей генераторов.

При плохой работе регуляторов очень трудно выровнять часто­ ты и уловить момент синхронизации.

Относительная сложность метода точной синхронизации, воз­ можность ошибки и увеличение времени ввода генератора в рабо­ ту при плохой работе регуляторов скорости потребовали разработ­ ки более простых методов включения генераторов на параллель­ ную работу.

126

Метод грубой синхронизации. При этом методе выполняются два условия, т. е. выравнивается э. д. с. включаемого генератора с напряжением работающих и частота. После этого генератор вклю­ чается на шины ГРЩ без определения момента синхронизации. Следовательно, в момент замыкания генераторного выключателя на его контактах может быть напряжение, в самом неблагоприят­ ном случае достигающее удвоенного фазного напряжения генерато­ ра. Как уже отмечалось выше, в этом случае могут возникнуть бро­ ски тока, превышающие ток короткого за(мыкания.

При грубой синхронизации для ограничения бросков тока после­ довательно в каждую фазу включается индуктивное сопротивле­ ние (реактор). Генератор постепенно (3-М О с) втягивается в син­ хронизм, после чего реактор шунтируется специальным контактором и исключается из схемы. Индуктивное сопротивление реактора вы­ бирается таким, чтобы при самом неблагоприятном моменте вклю­ чения ограничить бросок тока до величины, которая не вызовет про­ вала напряжения на шинах электростанции более, чем допускает­ ся по Правилам Регистра СССР. С другой стороны, увеличение индуктивного сопротивления реактора приводит к увеличению вре­ мени втягивания генератора в синхронизм и, более того, генератор в некоторых случаях может вообще не войти в синхронизм.

На современных судах грубая синхронизация начинает нахо­ дить широкое применение, так как процесс включения генератора упрощается.

Метод самосинхронизации. Этот метод разработан в Советском Союзе и применяется на береговых электростанциях.

Когда скорость вращения первичного двигателя достигнет но­ минального значения, невоэбужденный генератор включается на шины ГРЩ. Одновременно с замыканием генераторного выключа­ теля включается ток в обмотку возбуждения, и далее ротор генера­ тора постепенно входит в синхронизм.

Метод самосинхронизации чрезвычайно -прост, однако в момент включения генератора происходит бросок тока, который вызывает провал напряжения до 30—35% от номинального, что выходит да­ леко за пределы допустимого значения. По этой причине на судах такой метод включения генераторов не применяется.

Наряду с ручными способами синхронизации на многих судах применяется полуавтоматическая и автоматическая синхронизация генераторов. При полуавтоматической чаще всего используется ме­ тод грубой синхронизации.. После приближенного выполнения пер­ вых двух условий (выравнивание напряжения и частоты) включа­ ется генераторный выключатель и одновременно с ним запускается реле времени. Через 5—7 с реле времени срабатывает и включает контактор, который шунтирует сопротивление реактора.

При автоматической синхронизации чаще используется метод точной синхронизации. Устройство состоит обычно из двух блоков. Одни блок осуществляет подгонку частоты включаемого генерато­ ра, которая непрерывно сравнивается с частотой работающих гене­ раторов. и подается сигнал на серводвигатель, увеличивающий или

127

уменьшающий обороты первичного двигателя. Другой блок опре­ деляет момент синхронизации при соответствующем совпадении частот и подает сигнал на срабатывание генераторного выключате­ ля. При автоматической синхронизации требуется только запу­ стить первичный двигатель и возбудить генератор. .

Плохая работа регуляторов частоты вращения первичных дви­ гателей затягивает процесс автоматической синхронизации, а иног­ да делает ее вообще невозможной.

Распределение нагрузки. Из курса «Общая электротехника» известно, что трехфазная обмотка статора, подключенная к трех­ фазной сети переменного тока, создает вращающееся магнитное поле. При подключении генератора на параллельную работу с со­ блюдением всех условий синхронизации поле и ротор будут вра­ щаться с одинаковой скоростью, причем угол © между осью вра­ щающегося поля и осью ротора равен нулю. Если теперь попытать­ ся увеличить э. д. с. у вновь включенного генератора, увеличивая ток возбуждения его, то в обмотках статора потечет ток. Это будет чисто реактивный ток, и генератор будет вырабатывать только ре­ активную мощность. Реактивный ток отстает от э. д. с. генератора на четверть периода и в каждый данный момент времени протека­ ет в тех проводниках обмотки статора, с которыми в это время маг­ нитное поле ротора не взаимодействует. Следовательно, реактивная мощность, вырабатываемая генератором, не создает тормозного момента, и первичный двигатель работает вхолостую. Из всего ска­ занного видно, что при увеличении тока возбуждения генератор принимает на себя реактивную нагрузку, разгружая от нее другие генераторы. Интересно отметить, что, если ток возбуждения у гене­ ратора не увеличивать, а уменьшать, то он сам становится индук­ тивной нагрузкой для других генераторов. Таким образом, изме­ нением тока возбуждения активную мощность между генераторами перераспределить нельзя.

Для того чтобы вновь включенный генератор принял на себя активную нагрузку, необходимо увеличить вращающий момент пер­ вичного двигателя, увеличивая подачу топлива или пара. При этом ротор под действием возросшего вращающего момента попы­ тается уходить вперед от вращающегося поля. В обмотках стато­ ра увеличится активный ток, под действием которого возрастут си­ лы электромагнитного взаимодействия и уравновесят вращающий момент первичного двигателя. Скорости вращения поля и ротора останутся равными, но угол 0 увеличится. Здесь следует отметить, что при увеличении вращающего момента первичного двигателя угол 0 будет увеличиваться, и генератор будет принимать на себя активную нагрузку до тех пор, пока угол 0<9О ° эл. При дальней­ шем увеличении угла 0 генератор выпадет из синхронизма. При номинальной нагрузке угол 0 у различных генераторов лежит в

пределах 20—30° эл.

Когда вновь включенный генератор принимает на себя нагруз­ ку, другие генераторы разгружаются, при этом скорость вращения всех генераторных агрегатов несколько повышается, а значит, по­

128