Параллельная работа генераторов
ООО «ЭК Прометей» предупреждает: Параллельная работа генераторов – не такое лёгкое решение, каким может показаться непросвещённым пользователям.
Казалось бы: мощности старого генератора недостаёт, подключи параллельно второй – и всё, проблема решена! Но не все так просто.
Грубо запараллелив два генератора, пользователь столкнется с тем, что напряжение в сети упадёт!
Никакой мистики: происходит это из-за несовпадения фаз переменного тока от двух миниэлектростанций. Вместо того, чтоб помогать друг другу, они взаимно будут мешать друг другу, если их правильно не синхронизировать.
Давайте разберем проблему пошагово
Конечно, чтобы просто увеличить мощность, можно купить более мощный генератор, и дело с концом. Но это не решит проблему форс-мажора при внезапном выходе из строя единственного безальтернативного источника питания.
Для решения проблем в комплексе может быть только один выход: синхронизировать синусоиды токов двух-трех генераторов так, чтобы они идеально совпадали.
Проще всего, когда все два-три генератора расположены на одном валу, но этот вариант придётся сразу отбросить: мы исходим из жизненных реалий, когда у нас есть 2-3 отдельных, самостоятельных, независимых генератора, причем разных: один бензиновый, другой дизельный, третий от ветряка – и т.д. Причем все разной мощности. Вот это задачка не для средних умов.
Получается, наша задача – создать энергокомплекс из нескольких генераторов, работающих синхронно на общую нагрузку.
ООО «ЭК Прометей» занимается продажей дизельных генераторов и оказанием сопутствующих услуг. Оформите заказ онлайн или по телефону:
Порядок работы
В зависимости от потребностей, второй генератор можно остановить (когда нагрузка уменьшается) или вновь запустить (при ее росте).
Преимущества комплексов с АСУ
Лучше всего работают АСУ на базе импортных контроллеров AGC от Deif, контакторов ABB и Sсhneider Electric. Они отслеживают рабочие характеристики, распределяют нагрузку, задают синхронизацию.
Почему энергокомплекс лучше, чем единичная электростанция?
Электроагрегаты небольшой мощности не требуют грузоподъемного оборудования при перевозке и монтаже.
Энергокомплекс в любой момент можно развернуть, подключив еще дизель-генераторов.
Синхронизированную группу генераторов можно разделять. Тогда каждый из генераторов будет работать самостоятельно, на разных объектах.
Работа энергосистемы не прекратится при отказе одной из станций.
Несколько небольших установок будут стоить дешевле, чем одна электростанция большой мощности. Цена получится ниже на всех этапах: от покупки, монтажа до эксплуатации, сервиса.
Ресурс каждого из генераторов увеличится, благодаря равномерному распределению нагрузки между станциями.
Поделитесь ссылкой со своими друзьями:
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам
04.10.2014
Параллельная работа генераторов переменного тока
Параллельная работа генераторов переменного тока требует соблюдения более сложных условий, чем параллельная работа генераторов постоянного тока.
Для включения синхронного генератора параллельно с другим необходимо:
1) равенство напряжений работающего и подключаемого генераторов;
2) равенство их частот;
3) совпадение порядка чередования фаз;
4) равенство углов сдвига между э. д. с. каждого генератору и напряжением на шинах.
Последнее условие сводится к геометрически одинаковому наложению роторов генераторов относительно обмоток своих статоров.
Процесс приведения генераторов в такое состояние, при котором все перечисленные условия будут выполнены, называется синхронизацией генераторов.
Если генераторы синхронизированы, то включение их на параллельную работу протекает спокойно, без появления в системе каких-либо дополнительных толчков тока. Если хотя бы одно из условий не выдержано, то между генераторами появляются значительные уравнительные токи, которые не позволяют осуществить параллельную работу генераторов, а в некоторых случаях могут даже вызвать их повреждение.
Рассмотрим параллельную работу двух синхронных генераторов.
Если генераторы одинаковы, электродвижущие силы и скорости вращения их равны, то при отсутствии внешней нагрузки (т. е. при холостом ходе) в цепи обмоток статоров генераторов тока не будет, так как э д. с. взаимно уравновешиваются.
При включении внешней нагрузки оба генератора начнут отдавать одинаковую, мощность. При индуктивной нагрузке напряжение каждого уменьшится на одну и ту же величину, причем между э. д. с. генератора и его напряжением появится некоторый сдвиг, по фазе определяемый углом δ. Мощность, отдаваемая генератором во внешнюю цепь, пропорциональна этому углу.
Предположим, что мы увеличили возбуждение, а следовательно, и э. д. с. первого генератора и уменьшили возбуждение второго так, что общее напряжение генераторов осталось прежним.
Так как мощность, развиваемая первичными двигателями, осталась неизменной, то как общая мощность, так и мощности, отдаваемые каждым из генераторов, также не изменились. Не изменился и ток внешней нагрузки: I — общий и I/2 — для каждого генератора.
Вместе с тем, так как э. д. с. обоих генераторов уже не равны, то между генераторами появится уравнительный ток Iу, протекающий только по цепи генераторов. Распределение токов в этом случае показано на рис. 1.
Как видим, ток в первом генераторе будет равен геометрической сумме токов внешней нагрузки I/2 и уравнительного Iу, а во втором — геометрической их разности.
Индуктивные сопротивления обмоток статоров генераторов значительно больше их активных сопротивлений. В связи с этим уравнительный ток будет отставать от разности э. д. с. генераторов почти на 90°.
При этом условии при сложении токов в первом генераторе и вычитании их во втором результирующий ток будет отставать от напряжения в каждом генераторе на различный угол.
Иными словами, каждый из генераторов будет работать при своем коэффициенте мощности, отличном от коэффициента мощности внешней сети. Если активная мощность, потребляемая внешней нагрузкой, близка к суммарной мощности обоих генераторов, то у перевозбужденного генератора действующий ток превысит номинальный ток генератора, чего допускать нельзя (перегрузка по току).
Отсюда следует, что при параллельной работе синхронных генераторов необходимо стремиться к тому, чтобы все генераторы работали с одним и тем же коэффициентом мощности, равным коэффициенту мощности сети.
Предположим теперь, что не изменяя возбуждения воздействием на регулятор первичного двигателя первого генератора, мы увеличили ему подачу топлива. В этом случае первичный двигатель разовьет увеличенный вращающий момент, под влиянием которого ротор первого генератора забежит вперед относительно ротора второго генератора, вращаясь в дальнейшем с прежней синхронной скоростью. Вследствие расхождения по фазе электродвижущих сил генераторов в их цепи возникнет разность э. д. с., под влиянием которой появится уравнительный ток.
Но уравнительный ток по своей фазе будет почти совпадать с э. д. с. первого генератора, т. е. явится для него током нагрузки, и будет почти противоположным э. д. с. второго генератора (будет уменьшать его нагрузку). В этом случае каждый из генераторов будет нести нагрузку, пропорциональную вращающему моменту, развиваемую его первичным двигателем.
При этом полюса более нагруженного генератора будут в пространстве находиться впереди полюсов менее нагруженного. Последнее обстоятельство равносильно тому, что у более нагруженного генератора угол сдвига фаз между э. д. с. и напряжением δ1 больше, чем у менее нагруженного δ2.
Следует отметить, что параллельная работа синхронных генераторов проходит устойчиво только при определенных значениях угла δ. Наиболее устойчива она при угле δ, равном 0°, что соответствует холостой работе генераторов; при угле, равном 90°, генератор выпадает из синхронизма и параллельная работа становится невозможной.
Неизменность угла δ зависит от постоянства скорости вращения первичного двигателя. При колебании скорости вращения вследствие изменения нагрузки или по каким-либо другим причинам угол δ может измениться до недопустимой величины. Поэтому надежность и устойчивость параллельной работы синхронных генераторов в значительной мере зависит от качества работы регуляторов оборотов первичных двигателей.
Необходимое для перераспределения нагрузок генераторов дистанционное управление подачей топлива первичным двигателям обеспечивается применением регуляторов с серводвигателем или с электромагнитным приводом клапанов подачи топлива. При включении напряжения серводвигатель или соленоид открывает клапан подачи топлива или пара. Степень открытия клапана, а следовательно, и количество подаваемого топлива регулируется продолжительностью включения серводвигателя или числом включенных соленоидов.
У синхронных генераторов с самовозбуждением и саморегулированием напряжения величина тока возбуждения, зависит от тока в цепи статора. В свою очередь при параллельной работе синхронных генераторов изменение тока возбуждения генератора влияет на величину его реактивного тока. Отсюда вытекает, что при параллельной работе синхронных генераторов с самовозбуждением и саморегулированием напряжения необходимо принимать специальные меры для обеспечения правильного распределения реактивного тока между ними.
В качестве такого мероприятия у генераторов одинаковой мощности предусматривают уравнительное соединение между их обмотками возбуждения (на стороне постоянного тока), как это изображено на рис. 2.
При замыкании автоматов генераторов подается ток на катушки контакторов К1 и К2, подключающих обмотки возбуждения к уравнительным шинам.
В результате параллельного соединения обмоток возбуждения любое изменение возбуждения одного генератора отражается и на величине возбуждения второго. Поэтому распределение реактивного тока между ними сохраняется правильным.
При параллельной работе генераторов разной мощности, уравнительное соединение выполняется в цепях схемы регулирования напряжения на стороне переменного тока (рис. 3).
Параллельная работа генераторов
На электрических станциях всегда устанавливают несколько турбо- или гидроагрегатов, которые работают совместно в параллельном соединении на общие шины генераторного или повышенного напряжения.
В результате этого выработка электроэнергии на электростанциях производится несколькими параллельно работающими генераторами и такая совместная их работа имеет много ценных преимуществ.
Параллельная работа генераторов:
1. повышает гибкость эксплуатации оборудования электростанций и подстанций, облегчает проведение планово-предупредительных ремонтов генераторов, основного оборудования и соответствующих РУ при минимуме необходимого резерва.
2. повышает экономичность работы электростанции, так как дает возможность распределять наиболее рационально суточный график нагрузки между агрегатами, чем достигается наилучшее использование мощности и повышается к. п. д.; на ГЭС дает возможность наиболее полно использовать мощность водяного потока в период паводков и летней и зимней межени;
3. повышает надежность и бесперебойность работы электростанций и электроснабжения потребителей.
Рис. 1. Принципиальная схема параллельной работы генераторов
Для увеличения производства и улучшения распределения электроэнергии многие электростанции объединяются для параллельной работы в мощные энергетические системы.
В нормальном режиме эксплуатации генераторы присоединены на общие шины (генераторного или повышенного напряжения) и вращаются синхронно. Их роторы вращаются с одинаковой угловой электрической скоростью
При параллельной работе мгновенные значения напряжений на выводах обоих генераторов должны быть равны по величине и обратны по знаку.
Для подключения генератора на параллельную работу с другим генератором (или с сетью) нужно произвести его синхронизацию, т. е. отрегулировать скорость вращения и возбуждение подключаемого генератора в соответствии с работающим.
Генераторы, работающий и включаемый на параллельную работу, должны быть сфазированы, т. е. иметь одинаковый порядок чередования фаз.
Как видно из рис. 1, при параллельной работе генераторы по отношению друг к другу включены навстречу, т. е. их напряжения U1 и U2 на выключателе будут прямо противоположны. По отношению же к нагрузке генераторы работают согласно, т. е. их напряжения U1 и U2 совпадают. Эти условия параллельной работы генераторов отражены на диаграммах рис. 2.
Рис. 2. Условия включения генераторов на параллельную работу. Напряжения генераторов равны по величине и противоположны по фазе.
Существуют два метода синхронизации генераторов: точная синхронизация и грубая синхронизация, или самосинхронизация.
Условия точной синхронизации генераторов.
При точной синхронизации возбужденный генератор подключают к сети (шинам) выключателем В (рис. 1) при достижении условий синхронизма — равенства мгновенных значений их напряжений U1 = U2
При раздельной работе генераторов их мгновенные фазные напряжения будут соответственно равны:
Отсюда вытекают условия, необходимые для параллельного включения генераторов. Для включаемого и работающего генераторов требуется:
1. равенство действующих значений напряжений U1 = U2
2. равенство угловых частот ω1 = ω2 или f1 = f2
Точное выполнение этих требований создает идеальные условия, которые характеризуются тем, что в момент включения генератора уравнительный ток статора будет равен нулю. Однако следует отметить, что выполнение условий точной синхронизации требует тщательной подгонки сравниваемых величин напряжения частоты и фазных углов напряжения генераторов.
В связи с этим на практике невозможно полностью выполнить идеальные условия синхронизации; они выполняются приближенно, с некоторыми небольшими отклонениями. При невыполнении одного из указанных выше условий, когда U2, на выводах разомкнутого выключателя связи В будет действовать разность напряжений:
Рис. 3. Векторные диаграммы для случаев отклонения от условий точной синхронизации: а — Действующие напряжения генераторов не равны; б — угловые частоты не равны.
При включении выключателя под действием этой разности потенциалов в цепи потечет уравнительный ток, периодическая составляющая которого в начальный момент будет
Рассмотрим два случая отклонения от условий точной синхронизации, показанные на диаграмме (рис. 3):
1. действующие напряжения генераторов U1 и U2 не равны, остальные условия соблюдаются;
2. генераторы имеют одинаковые напряжения, но вращаются с разными скоростями, т. е. их угловые частоты ω1 и ω2 не равны, и имеет место несовпадение напряжений по фазе.
Как видно из диаграммы на рис. 3, а, неравенство действующих значений напряжений U1 и U2 обусловливает возникновение уравнительного тока I”ур, который будет почти чисто индуктивным, так как активные сопротивления генераторов и соединительных проводников сети весьма малы и ими пренебрегают. Этот ток не создает толчков активной мощности, а, следовательно, и механических напряжений в деталях генератора и турбины. В связи с этим при включении генераторов на параллельную работу разность напряжений может быть допущена до 5—10%, а в аварийных случаях — до 20%.
При равенстве действующих значений напряжений U1 = U2, но при расхождении угловых частот Δω=ω1 – ω2 ≠ 0 или Δf=f1 – f2 ≠ 0 происходит смещение векторов напряжений генераторов и сети (или 2-го генератора) на некоторый угол Θ, меняющийся во времени. Напряжения генераторов U1 и U2 в рассматриваемом случае будут отличаться по фазе не на угол 180°, а на угол 180°—Θ (рис. 3, б).
На выводах разомкнутого выключателя В, между точками а и б, будет действовать разность напряжений ΔU. Как и в предыдущем случае, наличие напряжения может быть установлено при помощи электрической лампочки, а действующую величину этого напряжения можно измерить вольтметром, включенным между точками а и б.
Если замкнуть выключатель В, то под действием разности напряжений ΔU возникает уравнительный ток I”ур, который в отношении U2 будет почти чисто активным и при включении генераторов на параллельную работу вызовет сотрясения и механические напряжения в валах и других деталях генератора и турбины.
При ω1 ≠ ω2 синхронизация получается вполне удовлетворительной, если скольжение s0
Вследствие инерционности регуляторов турбины нельзя осуществить длительное равенство угловых частот ω1 = ω2, и угол Θ между векторами напряжений, характеризующий относительное положение обмоток статора и ротора генераторов, не остается постоянным, а непрерывно меняется; его мгновенное значение будет Θ=Δωt.
На векторной диаграмме (рис. 4) последнее обстоятельство выразится в том, что с изменением угла сдвига фаз в между векторами напряжений U1 и U2 будет также изменяться ΔU. Разность напряжений при этом ΔU называется напряжением биений.
Рис. 4. Векторная диаграмма синхронизации генераторов при неравенстве частот.
Мгновенное значение напряжений биений Δu представляет собой разность мгновенных значений напряжений u1 и u2 генераторов (рис. 5).
Предположим, что достигнуто равенство действующих значений U1=U2, фазные углы начала отсчета времени ψ1 и ψ2 тоже равны.
Тогда можно написать
Кривая изменения напряжения биений показана на рис.5.
Напряжение биений гармонически изменяется с частотой, равной полусумме сравниваемых частот, и с амплитудой, изменяющейся во времени в зависимости от угла сдвига фаз Θ:
Из векторной диаграммы рис. 4 для некоторого определенного значения угла Θ можно найти действующее значение напряжения биений:
Рис. 5. Кривые напряжения биений.
Учитывая изменение угла Θ с течением времени, можно написать выражение для огибающей по амплитудам напряжения биений, которое дает изменение амплитуд напряжения во времени (пунктирная кривая на рис. 5, б):
Как видно из векторной диаграммы на рис. 4 и последнего уравнения, амплитуда напряжения биений ΔU изменяется от 0 до 2Um. Наибольшая величина ΔU будет в тот момент, когда векторы напряжения U1 и U2 (рис. 4) совпадут по фазе и угол Θ = π, а наименьшая — когда эти напряжения будут отличаться по фазе на 180° и угол Θ = 0. Период кривой биений равен
При включении генератора на параллельную работу с мощной системой значение хс системы мало и им можно пренебречь (хс ≈ 0), тогда уравнительный ток
В случае неблагоприятного включения в момент Θ = π ударный ток в обмотке статора включаемого генератора может достигнуть двойного значения ударного тока трехфазного короткого замыкания на выводах генератора.
Активная составляющая уравнительного тока, как видно из векторной диаграммы на рис. 4, равна
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Можно ли соединить два генератора параллельно
Точно! А чтоб синхронизировать нужно держать одинаковые обороты на обоих с офигенной точностью. А как обороты выровняются по синхроскопу то тут же поставить их в параллельную работу. И следить чтоб не было рассинхронизации. 🙂
А с двух ТП запараллелить фидеры не пробовали?:D
Тут то проблем нет, у нас ЕЭС, все синхронно от Смоленска и до Владивостока. 🙂
Точно! А чтоб синхронизировать нужно держать одинаковые обороты на обоих с офигенной точностью. А как обороты выровняются по синхроскопу то тут же поставить их в параллельную работу. И следить чтоб не было рассинхронизации. 🙂
я еще что подумал: а точно ли это относится к однофазным генераторам.
скорей всего нет.
я еще что подумал: а точно ли это относится к однофазным генераторам.
скорей всего нет.
Это относится ко всем генераторам переменного тока, потому что при сдвиге на полпериода один из них превратится в нагрузку. 🙂
Тут то проблем нет, у нас ЕЭС, все синхронно от Смоленска и до Владивостока. 🙂
А про встречное напряжение слышал? У нас щитовая сгорела, когда один умелец соединил два объекта в параллель.:D
А про встречное напряжение слышал? У нас щитовая сгорела, когда один умелец соединил два объекта в параллель.:D
Это он межфазное устроил. Фазы попутал товарищ. Порядок и чередование нужно проверять перед включением. Никакого отношения к синхронности не имеет. Хоть пять щитовых соединяей.
Не упрощайте. Параллельное соединение разных источников, например трансформаторов, имеет ряд условий. Начиная от одинаковой ступени регулирования, одной группы, близких значений мощности и тока ХХ и пр. Чтобы этим не заниматься городские сети в ТУ прописывают однозначный запрет на параллельное включение трансформаторов у потребителя. Только не надо мне писать:»сходи на ближайшую стройку и прсмотри, как дураки работают»:D:D:D
При разных значениях напряжения на выходе с гененраторов даже на 5В по обмоткам потечет высокий уравнивающий ток. В лучшем случае сработает токовая защита.
Если очень хочется запараллелить 2 генератора, делать это надо через диодную развязку и звено постоянного тока с инвертором. Но в таком случае проще их продать и купить один большой:).
Ладно, всё понял. Короче бредовая затея. Просто попались два дешевых генератора, взяли с братом на двоих, а потом возникла идея, но не прокатило. Будем использовать по назначению по отдельности.
Тогда ещё один маленький вопросик, по-проще.
На генераторах есть выход постоянного тока 12В 8.3А, а их параллелить можно? Вопрос, чисто, в образовательных целях.
Есть риск сжечь выпрямители.
На генераторах есть выход постоянного тока 12В 8.3А, а их параллелить можно? Вопрос, чисто, в образовательных целях.
Теоретически можно, а практически лучше не надо. 🙂 Потому что если один генератор будет выдавать 12,5 вольт, а второй 11,5 то при попытке нагрузить на 16 ампер просто сгорит тот что выдает больше напругу, так как диоды в мосте второго просто не откроются, ток не может течь «в гору». 🙂
Просто что мешает включить автомобильный зарядник в 220 вольт и получить сколько надо, хоть 20 ампер? 🙂
Просто что мешает включить автомобильный зарядник в 220 вольт и получить сколько надо, хоть 20 ампер? 🙂
Логично, как сам не допер!:)
Всем спасибо!
Не упрощайте. Параллельное соединение разных источников, например трансформаторов, имеет ряд условий. Начиная от одинаковой ступени регулирования, одной группы, близких значений мощности и тока ХХ и пр. Чтобы этим не заниматься городские сети в ТУ прописывают однозначный запрет на параллельное включение трансформаторов у потребителя. Только не надо мне писать:»сходи на ближайшую стройку и прсмотри, как дураки работают»:D:D:D
При разных значениях напряжения на выходе с гененраторов даже на 5В по обмоткам потечет высокий уравнивающий ток. В лучшем случае сработает токовая защита.
Если очень хочется запараллелить 2 генератора, делать это надо через диодную развязку и звено постоянного тока с инвертором. Но в таком случае проще их продать и купить один большой:).
В вооружённых силах руководил дизельэлектростанцией, запроектированой годах так в 50-х, если не раньше. Два генератора по 150 КВт запускались в синхронизм только в путь. Как раз в момент погашения лампы. Сильно сомневаюсь, что в те времена существовал инвертор. Схему не помню, но всё было предельно просто.
В нашем случае всё печально: как минимум нужен автоматический регулятор частоты.
В вооружённых силах руководил дизельэлектростанцией, запроектированой годах так в 50-х, если не раньше. Два генератора по 150 КВт запускались в синхронизм только в путь. Как раз в момент погашения лампы. Сильно сомневаюсь, что в те времена существовал инвертор. Схему не помню, но всё было предельно просто.
В вооружённых силах руководил дизельэлектростанцией, запроектированой годах так в 50-х, если не раньше. Два генератора по 150 КВт запускались в синхронизм только в путь. Как раз в момент погашения лампы. Сильно сомневаюсь, что в те времена существовал инвертор. Схему не помню, но всё было предельно просто.
В нашем случае всё печально: как минимум нужен автоматический регулятор частоты.
Для 150киловатных генераторов и сейчас есть специальные панели автоматики позволяющие их синхронизировать. При заказе генератора это условие оговаривается отдельно и они будут работать в паре. Для малышей это по простому невозможно.
вижу большой теоретический спор, теоретики сдвига фаз в общем правы.
А что будет если напряжения каждого 1,5 квт генератора выпрямить, выпрямленные напряжения соединить в параллель и подключить к коллекторной электропиле 2 квт? Или к чайнику 2,2 квт? Фишка в том что многим нагрузкам пофиг 50 гц, можно постоянный ток (слегка импульсный 🙂 ), а его можно параллелить.
вижу большой теоретический спор, теоретики сдвига фаз в общем правы.
А что будет если напряжения каждого 1,5 квт генератора выпрямить, выпрямленные напряжения соединить в параллель и подключить к коллекторной электропиле 2 квт? Или к чайнику 2,2 квт? Фишка в том что многим нагрузкам пофиг 50 гц, можно постоянный ток (слегка импульсный 🙂 ), а его можно параллелить.
Нечто похожее предлагал в 13 посте, думаю будет работать, но нагрузка все равно не распределится между генераторами поровну.
