В эксплуатации относительно часто возникает необходимость включения синхронных генераторов на параллельную работу после очередных отключений, обусловленных эксплуатационным графиком их работы или выводом агрегатов в ремонт. Процесс подготовки и включение генераторов на параллельную работу называют синхронизацией.
В практике эксплуатации используют два метода синхронизации; а) метод точной синхронизации и б) метод самосинхронизации.
В некоторых случаях допустимо несинхронное включение на параллельную работу двух частей энергосистемы. Так, например, в настоящее время в ряде систем применяют несинхронные автоматические повторные включения линий, связывающих части системы. Максимальные уравнительные токи, которые при этом могут появиться, не должны превышать допустимых для генераторов.
При точной синхронизации генератор возбуждают и включают в сеть после достижения следующих условий синхронизма: 1) равенства напряжений по величине ; 2) совпадения напряжений по фазе; 3) равенства частот генератора и сети.
Несоблюдение любого из этих условий при включении может привести к серьезным повреждениям генератора.
Допустим, что необходимо подключить генератор Г на параллельную работу к системе С (рис. 13-19,й). Примем, что система (сеть) обладает большой мощностью и напряжение ис на шинах системы остается примерно неизменным во всех режимах. Сопротивление системы до сборных шин установки обозначим хс. Возможны три режима, предшествующих моменту включения генератора:
1. Векторы фазных напряжений генератора Ur и системы Uc не равны по величине, но совпадают по фазе и изменяются во времени с одинаковой частотой
2. Векторы фазных напряжений разошлисьпо фазе на некоторый угол
3. Генераторы вращаются с разными угловыми скоростями
В первом из рассматриваемых случаев уравнительный ток получается индуктивным и существенной опасности для машин не представляет. Поэтому разность напряжений при включении машин можно допускать до 5—10%.
Во втором случае
уравнительный ток имеет значительную активную составляющую. Вектор напряжения U$.T генератора отстает, поэтому активная составляющая /а.г его уравнительного тока создает момент, направленный на ускорение ротора.
Если бы вектор напряжения £/ф.г опережал вектор 0фшС, то активная составляющая его тока создавала бы момент, тормозящий ротор. В обоих случаях включение генератора сопровождается значительными толчками нагрузки на его вал, что может повлечь за собой серьезные механические повреждения агрегата. Во избежание этого угол расхождения векторов напряжений синхронизируемых источников в момент включения не должен превышать 10 эл. град.
Наконец, в третьем случае, когда угол между напряжениями генератора и системы все время меняется, непрерывно изменяется и величина разности напряжений Д«ф, которую называют напряжением биения.
Напряжение биения изменяется во времени с частотой, равной полусумме частот синхронизируемых источников, а его амплитуда колеблется в пределах от 0 до 2£/ф.м
Таким образом, при неравенстве частот всегда существует опасность включения в неблагоприятный момент значительного расхождения векторов напряжений. Кроме того, при большой разности частот машина может не войти в синхронизм. Все это заставляет ограничивать разность частот при включении величиной 0,1%.
Наибольший уравнительный ток возникает при включении в момент, когда ip=180°.
Итак, включение возбужденного генератора на параллельную работу с другими генераторами при произвольном соотношении частот и напряжений может повлечь за собой тяжелые повреждения машины, обусловленные сильными механическими толчками и электродинамическими силами от больших уравнительных токов.
Процесс синхронизации состоит в регулировании напряжения и частоты включаемого генератора в соответствии с условиями синхронизма и включении генераторного выключателя в правильно выбранный момент. При синхронизации используют комплект измерительных приборов (рис. 13-20): два частотомера и два вольтметра, контролирующих соответственно частоту и напряжение на зажимах синхронизируемого генератора и сети (системы), и синхроноскоп 5—прибор, позволяющий судить о взаимном перемещении векторов напряжений синхронизируемых источников. Все эти приборы монтируют на одной колонке синхронизации.
Равенства напряжений добиваются изменением возбуждения синхронизируемого генератора. Частоту регулируют, изменяя посредством сервомотора пуск рабочего вещества (пара, воды, топлива) в первичный двигатель
подключаемого генератора.
В реальных условиях невозможно добиться устойчивого равенства частот у синхронизируемого генератора и сети. Выключатель генератора следует включить в тот момент, когда вектор напряжения синхронизируемого генератора медленно подходит к вектору напряжения сети.
Момент включения улавливают по стрелке синхроноскопа, которая вращается с угловой скоростью скольжения. На шкале прибора нанесена черта, соответствующая совпадению напряжений по фазе. При дистанционном управлении выключатель следует включать в момент, когда стрелка синхроноскопа немного не дошла до черты, так как необходимо учесть время дистанционного включения выключателя.
Недостатки способа точной синхронизации: сложность и длительность процесса, особенно в условиях аварийного режима системы, сопровождающегося колебаниями частоты и напряжения, необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала, сложность автоматизации процесса, возможность тяжелых аварий при нарушении условий синхронизации.