Системы регулирования частоты вращения генераторных агрегатов

При номинальной угловой скорости щкаждый генератор нагружен мощностью P.

Увеличение нагрузки СЭС до значения 2Р сопровождается снижением угловой скорости и возникновением токов в усилителях А1 и А2 (см. рис. 20, а). Включение серводвигателей М1 и М2 приведет к параллельному смещению регуляторных характеристик и восстановлению частоты. Работа серводвигателей прекратится в момент времени, когда характеристики пересекутся в точке В (рис. 21).

Подобное пропорциональное распределение активной мощности с сохранением частоты ранее выполняли устройства типа УРЧН (устройства автоматического регулирования частоты и распределения активной нагрузки), которые применялись совместно с датчиком частоты.

В связи с внедрением новых типов 2-импульсных регуляторов частоты вращения ПД задача поддержания частоты исключена из функций автоматизированных устройств СЭС.

В настоящее время распределение активных нагрузок выполняют устройство распределения мощности типа УРМ в системе "Ижора" (включено постоянно, пока работает генератор) и блок распределения нагрузок генератора типа БРНГ в системе "Ижора-М".

14. Распределение реактивной нагрузки

14.1 Основные сведения

Распределение реактивной нагрузки при параллельной работе СГ проводится путем изменения тока возбуждения генераторов: у перегруженного генератора ток возбуждения уменьшают, а у недогруженного - увеличивают.

При ручном перераспределении реактивных нагрузок (если нет АРН или он не работает) токи возбуждения изменяют при помощи ручных реостатов (регуляторов) возбуждения, маховички которых выведены на лицевую часть генераторной секции каждого генератора.

При наличии АРН распределение реактивных нагрузок осуществляется автоматически, при помощи компенсаторов реактивной нагрузки.

Равномерность распределения зависит от наклона внешних характеристик СГ, причем меньшему наклону характеристики соответствует больший ток нагрузки, что следует из сравнения внешних характеристик 1 и 2 (рис. 22).

Рис. 22. Внешние характеристики СГ при распределении реактивных нагрузок

Предположим, что для каждого из генераторов по отдельности были сняты внешние характеристики 1 и 2, которые изображены на рис. 22.

После включения генераторов на параллельную работу их угловые скорости должны быть одинаковы и равны, например, номинальной угловой скорости щном . Напомним, что если угловые скорости приводных двигателей неодинаковы, то, значит, неодинаковы частоты тока генераторов (например, f1 ? f 2, 49 ? 51 Гц), что недопустимо при параллельной работе.

Как следует из рис. 21, одинаковой угловой скорости щном соответствуют разные значения тока генераторов, а именно: для генератора с внешней характеристикой 1 это значение равно I, а для генератора с характеристикой 2 - I.

Чтобы найти эти значения токов, надо при значении скорости щ = щном провести вспомогательную горизонтальную прямую до ее пересечения с характеристиками 1 и 2. А затем эти точки пересечения спроектировать на горизонтальную полуось активных мощностей.

При этом меньшему наклону (меньшему статизму) характеристики соответствует больший ток нагрузки генератора, что следует из сравнения внешних характеристик 1 и 2.

При одинаковом номинальном напряжении Uток нагрузки 1-го генератора составляет I, а 2-го - I, причем I > I.

Для того чтобы распределить реактивные нагрузки и в то же время оставить напряжение СГ неизменным, надо увеличить ток возбуждения генератора с меньшим током нагрузки и одновременно уменьшить у генератора с большим током нагрузки.

При этом внешние характеристики СГ переместятся параллельно самим себе: характеристика 2 вверх, а характеристика 1 вниз. Изменение токов возбуждения надо прекратить в точке А (рис. 22), где реактивные нагрузки равны.

14.2. Автоматическое распределение реактивной нагрузки СГ

При параллельной работе СГ автоматическое распределение реактивной нагрузки обеспечивают реактивные компенсаторы (см. п. 4. Реактивные компенсаторы).

В отсутствие реактивных компенсаторов реактивную нагрузку распределяют при помощи т.н. уравнительных связей (рис. 23).

Рис. 23. Принципиальная схема различных способов подключения уравнительных связей между параллельно работающими СГ

Для однотипных генераторов с одинаковым номинальным напряжением возбуждения уравнительную связь устанавливают между обмотками возбуждения, т. е. на стороне постоянного тока. При замыкании контактов КМ1 обмотки возбуждения соединяются параллельно, поэтому любое изменение напряжения на одной из них автоматически приводит к такому же изменению напряжения на другой.

Уравнительные соединения применяют также на стороне переменного тока. Для СГ одинаковой мощности могут быть установлены уравнительные соединения между выходными обмотками L3 компаундирующих трансформаторов. При замыкании контактов КМ2 эти обмотки соединяются параллельно, поэтому изменение напряжения на одной из них вызовет такое же изменение напряжения на другой.

Для СГ разной мощности, имеющих разные напряжения возбуждения, применяют дополнительные обмотки L4 с одинаковыми выходными напряжениями. Если реактивные нагрузки СГ одинаковы, то в уравнительных проводах, соединяющих эти обмотки, токи не протекают. При изменении реактивной нагрузки одного из генераторов возникающие между обмотками L4 уравнительные токи будут подмагничивать магнитопровод одного из компаундирующих трансформаторов и размагничивать магнитопровод другого, что приведет к выравниванию реактивных нагрузок генераторов.

генератор автоматический синхронный

15. Параллельная работа генераторов постоянного тока

15.1 Условия включения генераторов постоянного тока на параллельную работу

Таких условий 2:

1) полярность напряжения на зажимах подключаемого генератора должна соответствовать полярности напряжения шин;

2) ЭДС подключаемого генератора должна равняться напряжению на шинах.

Пусть на шины включен генератор G1, а генератор G2 вводится в работу (рис. 24, а).

Рис. 24. Принципиальная схема параллельной работы генераторов постоянного тока смешанного возбуждения (а), схемы замещения цепей обмоток якорей при соответствии (б) и несоответствии (в) полярности шин и генератора

Если оба условия выполнены, то после включения генератора G2 на шины в цепи, образованной последовательно соединенными обмотками якорей генераторов, ЭДС Е и напряжение U действуют встречно и взаимно компенсируются (рис. 24, б).

Поэтому ток якоря подключенного генератора:

1= (Е - U)/ R = 0.

Это означает, что после включения генератор G2 останется работать в режиме холостого хода.

15.2 Последствия нарушения условий включения ГПТ на параллельную работу

При нарушении 1-го условия положительный вывод генератора G2 соединяется с отрицательной шиной, а отрицательный зажим -с положительной (рис. 24, в).

При этом в цепи обмоток якорей генераторов ЭДС Е и напряжение U действуют согласно, следствие чего в указанной цепи возникнет результирующая ЭДС:

ДЕ = Е+ U ? 2 U.

Под действием этой ЭДС через обмотки якорей, имеющие небольшое сопротивление, потечет ток КЗ.

Соответствие полярности зажимов генератора и полярности шин обеспечивается при монтаже генератора во время постройки судна и в дальнейшем не проверяется.

Последствия нарушения 2-го условия зависят от соотношения ЭДС генератора и напряжения на шинах.

При Е> U ток якоря подключенного генератора:

1= (Е - U)/ R > 0.

Это означает, что включенный генератор перейдет из режима холостого хода в генераторный и примет на себя часть нагрузки работающего генератора.

Включение на шины сопровождается толчком на валу включенного генератора тормозного характера, что объясняется действием электромагнитного момента генератора:

М = k1Ф,

где k - конструктивный коэффициент; Ф - магнитный поток.

В то же время на работающем генераторе нагрузка спадет, поэтому на его валу возникнет ускоряющий динамический момент, на что отреагирует регулятор частоты вращения дизеля, который уменьшит подачу топлива, скорость стабилизируется.

При Е< U ток якоря генератора:

1= (Е - U)/ R < 0.

Это означает, что после включения генератор станет работать в двигательном режиме и создаст дополнительную нагрузку на работающий генератор.

Электромагнитный момент включенного генератора:

М = k(-) 1

Ф < 0, т. е. совпадает по направлению с моментом ПД, который вследствие этого может пойти "вразнос". Для отключения генератора, перешедшего в такой режим, применяют реле обратного тока (РОТ).

Выполнение 2-го условия проверяется при помощи вольтметра, поочередно подключаемого к шинам и выводам включаемого генератора.

Включение генератора на шины проводится в следующем порядке:

1. генератор G2 приводится во вращение с номинальной частотой;

2. при помощи регулировочного реостата Rустанавливают на зажимах генератора ЭДС: Е= U.

3. подключают генератор на шины при помощи автоматического выключателя QF2.

После включения на шины генератор G2 нагружают, распределяя нагрузку между генераторами пропорционально номинальной мощности каждого из них.

15.3 Перевод и распределение нагрузки

Воздействуя на регуляторы возбуждения генераторов R и Rв цепях параллельных обмоток возбуждения L2, осуществляют распределение нагрузки.

При этом увеличивают ток возбуждения у генератора G2 и уменьшают у генератора G1. Такое одновременное и противоположное по характеру изменение токов возбуждения не только обеспечивает распределение нагрузки, но позволяет сохранить постоянство напряжения на шинах:

U = ? const,

где Е, Е- ЭДС генераторов; g, g, g- проводимости ветвей с генераторами G1, G2 и ветви с эквивалентным сопротивлением нагрузки Rсети.

При переводе нагрузки с одного генератора на другой поступают так же, как и при распределении нагрузки, т.е. увеличивают ток возбуждения включенного генератора и уменьшают ток возбуждения работающего генератора.

Отличие перевода от распределения нагрузки состоит в том, что при переводе нагрузки с одного генератора на другой надо прекратить изменять токи возбуждения в тот момент, когда ток нагрузки разгружаемого уменьшится до нуля. После этого разгруженный генератор отключают от шин. Для контроля токов нагрузки обоих генераторов служат щитовые амперметры.

Перевод нагрузки применяют в случае, если работающий генератор надо отключить от шин с целью профилактики самого генератора или его ПД.

15.4 Уравнительная шина

Для обеспечения устойчивой параллельной работы генераторов смешанного возбуждения последовательные обмотки L1 соединяют параллельно при помощи уравнительной шины УШ.

Уравнительная шина действует так.

Если ЭДС одного из генераторов возрастет (например, вследствие увеличения частоты вращения ПД), то увеличится ток нагрузки этого генератора. Часть этого тока пойдет по последовательной обмотке другого генератора. Магнитный поток этого генератора возрастет, его ЭДС также увеличится, и поэтому увеличится его ток нагрузки.

В результате нагрузка автоматически распределится между генераторами пропорционально номинальной мощности каждого из них.

При обрыве уравнительной шины случайное увеличение ЭДС любого генератора приведет к увеличению его тока нагрузки. Этот ток, протекая по последовательной обмотке, еще больше увеличит ЭДС этого генератора, что, в свою очередь, приведет к дальнейшему увеличению тока нагрузки. Второй генератор при этом будет разгружаться.

Из приведенного примера следует, что устойчивая параллельная работа генераторов смешанного возбуждения без уравнительной шины невозможна.

Размещено на Allbest.ru