Vận hành song song các máy phát điện

Trong các nhà máy điện, một số bộ tăng áp hoặc thủy lực luôn được lắp đặt, chúng hoạt động song song cùng nhau trên các thanh cái chung của máy phát hoặc bộ tăng áp.

Do đó, việc sản xuất điện trong các nhà máy điện được sản xuất bởi một số máy phát điện hoạt động song song và sự hợp tác này có nhiều lợi thế quý giá.

Vận hành song song các máy phát điện:

1. tăng tính linh hoạt trong vận hành thiết bị của nhà máy điện và trạm biến áp, tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo dưỡng phòng ngừa máy phát điện, thiết bị chính và thiết bị phân phối tương ứng với mức dự trữ tối thiểu cần thiết.

2. tăng hiệu quả vận hành của nhà máy điện, vì nó cho phép phân phối lịch trình phụ tải hàng ngày giữa các tổ máy một cách hiệu quả nhất, nhờ đó đạt được hiệu suất sử dụng điện tốt nhất và tăng hiệu suất; trong các nhà máy thủy điện, cho phép sử dụng tối đa sức mạnh của dòng nước trong thời kỳ lũ lụt và trong thời kỳ nước thấp mùa hè và mùa đông;

3.nâng cao độ tin cậy vận hành liên tục của các nhà máy điện và cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.

Cơm. 1. Sơ đồ vận hành song song các máy phát điện

Để tăng sản lượng và cải thiện phân phối điện, nhiều nhà máy điện được kết hợp để vận hành song song để tạo thành hệ thống điện mạnh mẽ.

Trong hoạt động bình thường, các máy phát điện được kết nối với các thanh cái chung (máy phát điện hoặc quá áp) và quay đồng bộ. Rôto của chúng quay với cùng tốc độ góc

Khi làm việc song song, hiệu điện thế tức thời ở hai đầu của hai máy phát điện phải bằng nhau về độ lớn và ngược dấu.

Để kết nối máy phát để vận hành song song với một máy phát khác (hoặc với mạng), cần phải đồng bộ hóa nó, tức là điều chỉnh tốc độ quay và kích thích của máy phát được kết nối phù hợp với máy phát đang hoạt động.

Các máy phát điện hoạt động và kết nối song song phải cùng pha, nghĩa là có cùng thứ tự quay pha.

Như có thể thấy từ hình. 1, trong hoạt động song song, các máy phát được kết nối với nhau tương đối với nhau, tức là điện áp U1 và U2 của chúng trên công tắc sẽ hoàn toàn ngược lại. Đối với tải, các máy phát hoạt động phù hợp, tức là điện áp U1 và U2 của chúng khớp với nhau. Các điều kiện hoạt động song song của máy phát điện được phản ánh trong các sơ đồ của hình. 2.

Cơm. 2. Điều kiện bật máy phát điện để vận hành song song. Các hiệu điện thế của máy phát điện có độ lớn bằng nhau và ngược pha nhau.

Có hai phương pháp đồng bộ hóa máy phát điện: đồng bộ hóa tốt và đồng bộ hóa thô hoặc tự đồng bộ hóa.

Điều kiện hòa đồng bộ chính xác các máy phát điện.

Với sự đồng bộ hóa chính xác, máy phát kích thích được kết nối với mạng (xe buýt) thông qua công tắc B (Hình 1) khi đạt đến các điều kiện đồng bộ hóa — sự bằng nhau của các giá trị tức thời của điện áp U1 = U2 của chúng

Khi các máy phát hoạt động độc lập, điện áp pha tức thời của chúng sẽ bằng nhau, tương ứng:

Điều này ngụ ý các điều kiện cần thiết cho kết nối song song của các máy phát. Để bật và chạy máy phát điện, yêu cầu:

1. Sự bằng nhau của các giá trị điện áp hiệu dụng U1 = U2

2. sự bằng nhau của tần số góc ω1 = ω2 hoặc f1 = f2

3. điện áp trùng pha ψ1 = ψ2 hoặc Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Việc đáp ứng chính xác các yêu cầu này tạo ra các điều kiện lý tưởng, được đặc trưng bởi thực tế là tại thời điểm bật máy phát, dòng cân bằng stato sẽ bằng không. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc đáp ứng các điều kiện để đồng bộ hóa chính xác đòi hỏi phải điều chỉnh cẩn thận các giá trị so sánh của điện áp, tần số và góc pha của điện áp của máy phát.

Về vấn đề này, thực tế không thể đáp ứng đầy đủ các điều kiện lý tưởng để đồng bộ hóa; chúng được thực hiện xấp xỉ, với một số sai lệch nhỏ. Nếu không thỏa mãn một trong các điều kiện trên thì khi U2 hiệu điện thế tác dụng lên các cực của công tắc giao tiếp B mở:

Cơm. 3. Giản đồ véc tơ đối với các trường hợp sai lệch so với điều kiện hòa đồng bộ chính xác: a — Điện áp làm việc của các máy phát điện không bằng nhau; b — tần số góc không bằng nhau.

Khi bật công tắc, dưới tác động của sự chênh lệch điện thế này, một dòng điện cân bằng sẽ chạy trong mạch, thành phần tuần hoàn của nó tại thời điểm ban đầu sẽ là

Xem xét hai trường hợp sai lệch so với các điều kiện đồng bộ hóa chính xác được hiển thị trong sơ đồ (Hình 3):

1. điện áp hoạt động của máy phát U1 và U2 không bằng nhau, các điều kiện khác được đáp ứng;

2. Các máy phát điện có cùng hiệu điện thế nhưng quay khác tốc độ, tức là tần số góc ω1 và ω2 của chúng không bằng nhau và có sự lệch pha giữa các điện áp.

Như có thể thấy từ sơ đồ trong hình. 3, a, sự bất bình đẳng về giá trị hiệu dụng của điện áp U1 và U2 gây ra sự xuất hiện của dòng điện cân bằng I ”ur, dòng điện này sẽ gần như thuần túy cảm ứng, do điện trở hoạt động của máy phát và dây nối của mạng rất nhỏ và bị bỏ quên. Dòng điện này không tạo ra xung công suất tác dụng và do đó không có ứng suất cơ học trong các bộ phận của máy phát và tuabin. Về vấn đề này, khi các máy phát được bật để vận hành song song, chênh lệch điện áp có thể được cho phép lên tới 5-10% và trong trường hợp khẩn cấp - lên tới 20%.

Khi các giá trị điện áp hiệu dụng U1 = U2 bằng nhau, nhưng khi tần số góc khác nhau Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 hoặc Δf = f1 — f2 ≠ 0, thì các vectơ điện áp của máy phát và mạng (hoặc của máy phát thứ 2 ) bị dịch chuyển với một góc Θ nào đó thay đổi theo thời gian. Điện áp của các máy phát U1 và U2 trong trường hợp này sẽ lệch pha không phải theo góc 180 °, mà theo góc 180 ° —Θ (Hình 3, b).

Tại các cực của công tắc mở B, giữa các điểm a và b, hiệu điện thế ΔU sẽ tác động. Như trong trường hợp trước, sự hiện diện của điện áp có thể được phát hiện bằng cách sử dụng bóng đèn và giá trị hiệu dụng của điện áp này có thể được đo bằng một vôn kế được nối giữa các điểm a và b.

Nếu công tắc B được đóng, thì dưới tác động của chênh lệch điện áp ΔU, dòng điện cân bằng I ” xảy ra, dòng điện này liên quan đến U2 sẽ hoạt động gần như hoàn toàn và khi các máy phát được bật song song, sẽ gây ra các cú sốc và cơ học. ứng suất trong các trục và các bộ phận khác của máy phát điện và tuabin.

Tại ω1 ≠ ω2, sự đồng bộ hoàn toàn đạt yêu cầu nếu độ trượt s0 < 0, l% và góc Θ ≥ 10°.

Do quán tính của bộ điều chỉnh tuabin, không thể đạt được sự bằng nhau trong thời gian dài của tần số góc ω1 = ω2 và góc Θ giữa các vectơ điện áp, đặc trưng cho vị trí tương đối của cuộn dây stato và rôto của máy phát điện, không cố định mà thay đổi liên tục; giá trị tức thời của nó sẽ là Θ = Δωt.

Trên sơ đồ vectơ (Hình 4), tình huống cuối cùng sẽ được thể hiện ở chỗ với sự thay đổi góc pha giữa các vectơ điện áp U1 và U2, ΔU cũng sẽ thay đổi. Hiệu điện thế ΔU trong trường hợp này được gọi là hiệu điện thế xung kích.

Cơm. 4. Sơ đồ véc tơ hòa đồng bộ máy phát có bất đẳng thức tần số.

Giá trị tức thời của điện áp đồng hồ Δu là hiệu giữa giá trị tức thời của điện áp u1 và u2 của máy phát (Hình 5).

Giả sử đạt được sự bằng nhau của các giá trị hiệu dụng U1 = U2 thì các góc pha của thời gian quy chiếu ψ1 và ψ2 cũng bằng nhau.

Sau đó, bạn có thể viết

Đường cong ứng suất sốc được thể hiện trong Hình. 5.

Điện áp nhịp biến đổi điều hòa với tần số bằng nửa tổng các tần số so sánh và có biên độ biến thiên theo thời gian phụ thuộc vào góc pha Θ:

Từ sơ đồ vectơ trong hình.4, đối với một giá trị xác định nhất định của góc Θ, giá trị hiệu quả của ứng suất tác động có thể được tìm thấy:

Cơm. 5. Đường cong vượt ứng suất.

Có tính đến sự thay đổi của góc Θ theo thời gian, có thể viết một biểu thức cho vỏ dưới dạng biên độ ứng suất va đập, biểu thức này cho thấy sự thay đổi biên độ ứng suất theo thời gian (đường cong chấm trong Hình 5, b ):

Như có thể thấy từ biểu đồ vectơ trong Hình. 4 và phương trình cuối cùng, biên độ ứng suất xung kích ΔU thay đổi từ 0 đến 2 Um. Giá trị lớn nhất của ΔU sẽ là tại thời điểm khi các vectơ điện áp U1 và U2 (Hình 4) trùng pha và góc Θ = π, và giá trị nhỏ nhất - khi các điện áp này lệch pha 180 ° và góc Θ = 0. Chu kỳ của đường cong nhịp điệu bằng

Khi nối máy phát để vận hành song song với một hệ thống mạnh, giá trị xc của hệ thống nhỏ và có thể bỏ qua (xc ≈ 0) thì dòng điện cân bằng

và dòng vào

Trong trường hợp bật không thuận lợi ở dòng điện Θ = π, dòng điện đột biến trong cuộn dây stato của máy phát đang bật có thể đạt gấp đôi giá trị điện áp đột biến khi ngắn mạch ba pha ở các cực của máy phát.

Thành phần tích cực của dòng điện cân bằng, như có thể thấy từ biểu đồ véc tơ trong Hình. 4 bằng