Funzionamento in parallelo di generatori

Nelle centrali elettriche sono sempre installate più unità turbo o idrauliche, che lavorano insieme in parallelo sulle sbarre comuni del generatore o dell'impulso.

Di conseguenza, la produzione di elettricità nelle centrali elettriche è prodotta da diversi generatori che lavorano in parallelo e questa cooperazione presenta molti vantaggi preziosi.

Funzionamento in parallelo dei generatori:

1. aumenta la flessibilità del funzionamento delle apparecchiature di centrali elettriche e sottostazioni, facilita la manutenzione preventiva dei generatori, delle apparecchiature principali e dei corrispondenti dispositivi di distribuzione con un minimo della riserva necessaria.

2. aumenta l'efficienza del funzionamento della centrale, in quanto consente la distribuzione più efficiente del programma di carico giornaliero tra le unità, ottenendo così il miglior utilizzo dell'energia elettrica e aumentando l'efficienza; nelle centrali idroelettriche consente di sfruttare al massimo la potenza della portata idrica durante il periodo di piena e durante i periodi di magra estiva ed invernale;

3.aumenta l'affidabilità e il funzionamento ininterrotto delle centrali elettriche e l'alimentazione dei consumatori.

Riso. 1. Schema schematico del funzionamento in parallelo dei generatori

Per aumentare la produzione e migliorare la distribuzione dell'energia, molte centrali elettriche vengono combinate per funzionare in parallelo per formare potenti sistemi di alimentazione.

Nel funzionamento normale, i generatori sono collegati a bus comuni (generatore o sovratensione) e ruotano in modo sincrono. I loro rotori ruotano alla stessa velocità elettrica angolare

Nel funzionamento in parallelo, le tensioni istantanee ai capi dei due generatori devono essere uguali in grandezza e di segno opposto.

Per collegare il generatore per il funzionamento in parallelo con un altro generatore (o con la rete), è necessario sincronizzarlo, ad es. regolare la velocità di rotazione e l'eccitazione del generatore collegato in base a quella operativa.

I generatori funzionanti e collegati in parallelo devono essere in fase, cioè avere lo stesso ordine di rotazione delle fasi.

Come si può vedere dalla figura. 1, nel funzionamento in parallelo, i generatori sono collegati l'uno rispetto all'altro, ad es. le loro tensioni U1 e U2 sull'interruttore saranno esattamente opposte. Per quanto riguarda il carico, i generatori lavorano in accordo, cioè le loro tensioni U1 e U2 coincidono. Queste condizioni di funzionamento in parallelo dei generatori si riflettono nei diagrammi di fig. 2.

Riso. 2. Condizioni per l'accensione dei generatori per il funzionamento in parallelo. Le tensioni del generatore sono uguali in grandezza e opposte in fase.

Esistono due metodi per sincronizzare i generatori: sincronizzazione fine e sincronizzazione grossolana o auto-sincronizzazione.

Condizioni per l'esatta sincronizzazione dei generatori.

Con una sincronizzazione precisa, il generatore eccitato è collegato alla rete (bus) tramite l'interruttore B (Fig. 1) al raggiungimento delle condizioni di sincronizzazione: uguaglianza dei valori istantanei delle loro tensioni U1 = U2

Quando i generatori funzionano separatamente, le loro tensioni di fase istantanee saranno uguali, rispettivamente:

Ciò implica le condizioni necessarie per il collegamento in parallelo dei generatori. Per generatori accesi e funzionanti è necessario:

1. uguaglianza dei valori di tensione efficace U1 = U2

2. uguaglianza delle frequenze angolari ω1 = ω2 o f1 = f2

3. corrispondenza delle tensioni nella fase ψ1 = ψ2 o Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

L'esatto soddisfacimento di questi requisiti crea condizioni ideali, caratterizzate dal fatto che al momento dell'accensione del generatore, la corrente di equalizzazione dello statore sarà zero. Va notato, tuttavia, che il rispetto delle condizioni per l'esatta sincronizzazione richiede un'attenta regolazione dei valori confrontati della tensione, della frequenza e degli angoli di fase della tensione dei generatori.

A questo proposito, è praticamente impossibile soddisfare pienamente le condizioni ideali per la sincronizzazione; sono eseguiti approssimativamente, con alcune lievi deviazioni. Se una delle condizioni di cui sopra non è soddisfatta, quando U2, la differenza di tensione agirà sui terminali dell'interruttore di comunicazione aperto B:

Riso. 3. Diagrammi vettoriali per i casi di deviazione dalle condizioni di sincronizzazione esatta: a — Le tensioni di lavoro dei generatori non sono uguali; b — le frequenze angolari non sono uguali.

Quando l'interruttore è acceso, sotto l'azione di questa differenza di potenziale nel circuito scorrerà una corrente di equalizzazione, la cui componente periodica al momento iniziale sarà

Si considerino due casi di deviazione dalle esatte condizioni di sincronizzazione mostrate nel diagramma (Fig. 3):

1. le tensioni di esercizio dei generatori U1 e U2 non sono uguali, le altre condizioni sono soddisfatte;

2. i generatori hanno la stessa tensione ma ruotano a velocità diverse, cioè le loro frequenze angolari ω1 e ω2 non sono uguali e c'è uno sfasamento tra le tensioni.

Come si può vedere dallo schema di fig. 3, a, la disuguaglianza dei valori effettivi delle tensioni U1 e U2 provoca la comparsa di una corrente di equalizzazione I ”ur, che sarà quasi puramente induttiva, poiché le resistenze attive dei generatori e dei fili di collegamento di la rete sono molto piccole e vengono trascurate. Questa corrente non crea sbalzi di potenza attiva e quindi nessuna sollecitazione meccanica nelle parti del generatore e della turbina. A questo proposito, quando i generatori sono accesi per il funzionamento in parallelo, la differenza di tensione può essere consentita fino al 5-10% e in casi di emergenza fino al 20%.

Quando i valori di tensione efficace U1 = U2 sono uguali, ma quando le frequenze angolari differiscono Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 o Δf = f1 — f2 ≠ 0, i vettori di tensione dei generatori e della rete (o del 2° generatore ) sono spostati di un certo angolo Θ che cambia nel tempo. Le tensioni dei generatori U1 e U2 in questo caso differiranno in fase non di un angolo di 180 °, ma di un angolo di 180 ° —Θ (Fig. 3, b).

Ai terminali dell'interruttore aperto B, tra i punti a e b, agirà la differenza di tensione ΔU. Come nel caso precedente, la presenza di tensione può essere rilevata tramite una lampadina, e il valore efficace di tale tensione può essere misurato con un voltmetro collegato tra i punti a e b.

Se l'interruttore B è chiuso, allora sotto l'azione della differenza di tensione ΔU, si verifica una corrente di equalizzazione I ”, che in relazione a U2 sarà quasi puramente attiva e, quando i generatori vengono accesi in parallelo, provocherà urti e danni meccanici sollecitazioni negli alberi e in altre parti del generatore e della turbina.

A ω1 ≠ ω2, la sincronizzazione è completamente soddisfacente se lo scorrimento è s0 <0, l% e l'angolo Θ ≥ 10 °.

A causa dell'inerzia dei regolatori della turbina, è impossibile ottenere un'uguaglianza a lungo termine delle frequenze angolari ω1 = ω2 e l'angolo Θ tra i vettori di tensione, che caratterizzano la posizione relativa degli avvolgimenti di statore e rotore dei generatori, non rimane costante, ma cambia continuamente; il suo valore istantaneo sarà Θ = Δωt.

Sul diagramma vettoriale (Fig. 4), l'ultima circostanza sarà espressa nel fatto che con una variazione dell'angolo di fase tra i vettori di tensione U1 e U2, cambierà anche ΔU. La differenza di tensione ΔU in questo caso è chiamata tensione d'urto.

Riso. 4. Diagramma vettoriale della sincronizzazione del generatore con disuguaglianza di frequenza.

Il valore istantaneo delle tensioni di clock Δu è la differenza tra i valori istantanei delle tensioni u1 e u2 dei generatori (Fig. 5).

Supponiamo che sia raggiunta l'uguaglianza dei valori effettivi U1 = U2, anche gli angoli di fase del tempo di riferimento ψ1 e ψ2 sono uguali.

Allora puoi scrivere

La curva della sollecitazione d'urto è mostrata in Fig. 5.

La tensione del ritmo cambia armonicamente con una frequenza pari alla metà della somma delle frequenze confrontate e con un'ampiezza che varia nel tempo in funzione dell'angolo di fase Θ:

Dal diagramma vettoriale di fig.4, per un certo valore specificato dell'angolo Θ, il valore effettivo della sollecitazione d'urto può essere trovato:

Riso. 5. Curve di superamento dello stress.

Tenendo conto della variazione dell'angolo Θ nel tempo, è possibile scrivere un'espressione per il guscio in termini di ampiezze della sollecitazione d'urto, che fornisce la variazione delle ampiezze della sollecitazione nel tempo (la curva tratteggiata in Fig. 5, b ):

Come si può vedere dal diagramma vettoriale di Fig. 4 e l'ultima equazione, l'ampiezza della sollecitazione d'urto ΔU varia da 0 a 2 Um. Il valore più grande di ΔU sarà nel momento in cui i vettori di tensione U1 e U2 (Fig. 4) coincidono in fase e angolo Θ = π, e il più piccolo - quando queste tensioni differiscono in fase di 180 ° e angolo Θ = 0. Il periodo della curva del ritmo è uguale a

Quando il generatore è collegato per il funzionamento in parallelo con un sistema potente, il valore di xc del sistema è piccolo e può essere trascurato (xc ≈ 0), quindi la corrente di equalizzazione

e la corrente di spunto

In caso di accensione sfavorevole alla corrente Θ = π, la corrente di picco nell'avvolgimento dello statore del generatore acceso può raggiungere il doppio del valore della tensione di picco di un cortocircuito trifase dei terminali del generatore.

La componente attiva della corrente di equalizzazione, come si può vedere dal diagramma vettoriale di Fig. 4 è uguale a