Параллельная работа синхронных генераторов.
На электростанциях, вырабатывающих электроэнергию для компрессорных станций с газомоторными компрессорами, потребность в параллельной работе двух и более генераторов в основном определяется нагрузкой на шины станции. Перерыв в электроснабжении станции при подключении к шинам резервного генератора хотя и нежелателен, но все же допустим, так как газомоторные компрессоры имеют небольшую производительность, сравнительно быстро после остановки могут быть пущены в работу, не влияя существенно на подачу газа по газопроводу.
Совершенно иные требования предъявляются к работе электростанции газопровода, обеспечивающей электроэнергией систему охлаждения центробежных турбокомпрессоров, приводимых во вращение газовыми турбинами. На этих КС каждый агрегат компримирует не менее 13 млн. м3 газа в сутки, запуск в работу газовой турбины требует сравнительно большого времени (2—4 ч). Такая длительная остановка КС недопустима из-за снижения подачи газа по газопроводу. Поэтому обслуживающий персонал должен обеспечивать устойчивую параллельную работу синхронных агрегатов, а также вывод из работы и подключение к шинам станции резерва, поддерживая уровень изменения напряжения не более ±10% от номинального.
Для включения синхронного генератора на параллельную работу с другим агрегатом станции или с энергосистемой его необходимо синхронизировать. На стационарных электростанциях газопроводов с приводом от газовых двигателей применяют точную и грубую синхронизацию (самосинхронизация).
Синхронизация генераторов.
Параллельное включение в работу генераторов требует от дежурного персонала электростанции большого опыта. Газовые двигатели с недостаточной устойчивостью оборотов (до 5% от номинальных), например импортные двигатели КЛАРК, синхронизировать вручную нецелесообразно. Поэтому даже на неавтоматизированных электростанциях рекомендуется применять автоматическую синхронизацию генераторов.
Перед включением генератора на параллельную работу его раскручивают, и он возбуждается. В момент подключения его к шинам станции должно быть равенство частот генератора и сети 
и совпадение напряжения по фазам и величине.
Практически абсолютная подгонка этих трех величин невозможна, поэтому синхронизация производится при приближенном совпадении напряжения, частот и фаз, что вызывает уравнительные токи в цепи параллельно включенного генератора и сети в момент подключения и продолжается до тех пор, пока присоединенный генератор не начнет работать синхронно. Эти толчки вызывают опасные перегрузки агрегата.
Ручная синхронизация ламповым синхроноскопом.
На рис. 15 приведена наиболее распространенная схема лампового синхроноскопа. Если система векторов (фаз) А, В, С вращается с другой скоростью по сравнению с системой А', В', С', то при совпадении направлений векторов напряжений обеих систем (рис. 16) лампа Л1 не будет гореть, а лампы Л2 и Л3 будут под линейным напряжением 380 В. При повороте системы А', В', С' на угол в 60° по отношению к системе А, В, С лампы Л1 и Л3 будут находиться под фазовым напряжением 230 В, а лампа Л2 — под двойным фазовым напряжением.
В табл. 5 даны напряжения, под которыми будут лампы Л1, Л2, Л3 при разных углах поворота системы А', В', С' по отношению к системе А, В, С. Из табл. 5 видно, что все три лампы будут в определенном последовательном порядке, через 60°, то загораться, то гаснуть. Если лампы встроить в круглый металлический кожух и разместить по вершинам равностороннего треугольника, прикрыв их матовым стеклом, то от загорания и погасания лампы на стекле будет виден бегающий по окружности свет. Направление его вращения зависит от частоты вращения ротора синхронизируемого генератора но отношению к скорости работающей машины. Скорость перемещения света будет уменьшаться по мере снижения разности скоростей синхронизируемого и работающего генераторов. Когда скорости и фазы совпадут, вращение света прекратится. При этом лампа Л1 будет погашена, а лампы Л2 и Л3 будут гореть под напряжением 380 В. В этот момент и необходимо подключить генератор к сети. Недостатком лампового синхроноскопа является сложность улавливания момента синхронизма машин, в результате чего часто бывают ошибочные включения, что приводит к прекращению подачи электроэнергии. Кроме того, лампы накаливания при снижении напряжения до 25% от номинального не дают видимого для глаза человека света.
Таблица 5
Напряжения ламп при разных углах поворота системы А', В', С'
Ручная синхронизация нулевым вольтметром.
При этом способе совпадение фаз определяют нулевым вольтметром. Колонка синхронизации состоит из двух вольтметров V, двух частотомеров F и нулевого вольтметра V0 (рис. 17).
Синхронизация генератора 6 кВ производится следующим образом. Возбужденный генератор по щитовым приборам доводят до номинальных оборотов, напряжения и частоты. Затем включают разъединитель, присоединяющий к сети масляный выключатель.
Рис. 17. Синхронизация нулевым вольтметром;
Г1 и Г2 — синхронизируемые генераторы; 1, 2, 3 — гнезда вилки; 4 — выключатель; А, В, С — шины распределительного устройства; а,b,c— шины синхроноскопа
При этом вводится блокировка, позволяющая подать напряжение на трансформатор п присоединить его на шинки синхронизации. Этой блокировкой исключается ошибочная синхронизация при отключенном сетевом разъединителе. Затем при помощи вилок 1, 2, 3 подводят напряжение к приборам колонки синхронизации.
Вилки соответствуют гнездам штепсельной розетки приборов генератора. Таким образом, приборы синхронизируемого и работающего генераторов легко различить на колонке синхронизации. Затем подгоняют по приборам колонки частоту и напряжение обоих генераторов, после чего включают нулевой вольтметр выключателем 4.
Генератор включают в сеть в тот момент, когда стрелка нулевого вольтметра приближается к нулю по шкале. При включении генератора в момент, когда стрелка точно устанавливается в нулевое положение, возможны ошибки, поэтому для контроля работы нулевого вольтметра параллельно к нему присоединяют лампу.
Ручная синхронизация стрелочным синхроноскопом.
Стрелочный синхроноскоп состоит из трех катушек, внутри одной из них помещается Т-образный сердечник, укрепленный вместе с указательной стрелкой на одной оси. Катушка, сердечник и стрелка составляют подвижную часть прибора. Остальные две катушки неподвижно размещены под углом 120° одна относительно другой. Прибор имеет пять клемм: две — начало и конец передвижной катушки и три вывода от неподвижных катушек.
Для синхронизации к подвижной катушке подводят напряжение сети фаз А и В, к неподвижным катушкам присоединяют три фазы А, В, С синхронизируемого генератора.
Прибор действует следующим образом. Токи в трех катушках создают три переменных магнитных потока, сдвинутых относительно друг друга на 120°. Результирующий поток устанавливает Т-образный сердечник со стрелкой по оси магнитного потока.
На шкале прибора в центре имеется красная черта, влево от нее вниз находится надпись «медленнее», вправо от черты вверх — надпись «быстрее». Первая означает, что синхронизируемый генератор вращается медленнее работающего, вторая — что его обороты велики.
Порядок синхронизации генератора.
Для синхронизации пускают возбужденный генератор и по частотомеру подгоняют его частоту примерно к частоте сети. Затем включают синхроноскоп. При равенстве частот, но несовпадении фаз стрелка отклоняется от среднего положения. Если же частоты различны, стрелка будет вращаться. При вращении ее в сторону надписи «медленнее» синхронизируемый генератор вращается с меньшей скоростью, чем работающий, а в сторону надписи «быстрее» — наоборот. При совпадении частот и фаз стрелка устанавливается на красной черте. В этот момент синхронизируемый генератор подключают к сети. Схема синхронизационной колонки показана на рис. 18.
Самосинхронизация генераторов на электростанциях газопроводов.
Метод включения на параллельную работу сравнительно небольших по мощности генераторов стационарных электростанций газопроводов, имеющих в качестве привода газовый двигатель, применим в тех случаях, когда двигатель имеет хорошо отрегулированный
регулятор скорости, обеспечивающий постоянство числа оборотов агрегата. В этом случае переходный процесс бывает кратковременным почти без падения напряжения в сети.
При грубой синхронизации (самосинхронизации) упрощаются и ускоряются операции и процесс автоматического включения генератора на синхронную работу; сокращаются, а при некоторых схемах исключаются ошибочные действия персонала.
Способ самосинхронизации предусматривает включение в сеть невозбужденного генератора, вращающегося с несинхронной (но близкой к синхронной) скоростью, с подачей возбуждения в цепь ротора в момент присоединений его к шинам станции. После этого синхронизируемый генератор втягивается в синхронизм без других воздействий на его рабочие параметры.
Условия для самосинхронизации.
Для правильного включения в параллельную работу нескольких генераторов необходимо соблюдение определенных условий. Номинальное или частичное напряжение на клеммах статора не должно превышать остаточного напряжения. Практически это достигается снятием возбуждения с подключаемого генератора путем шунтирования обмотки ротора на сопротивление гашения ноля.
Для генераторов, в схеме которых гашение поля отсутствует, вводится сопротивление шунтового реостата. Разность частот пли синхронного числа оборотов подключаемых генераторов и сети не должна превышать ±5% для машин мощностью до 3000 кВт. Величина скольжения влияет лишь на продолжительность времени входа генератора в синхронизм с сетью и не имеет значения для начальной периодической составляющей силы тока, возникающей в статоре. Поэтому включение при скольжении не более не представляет опасности для генератора.
Периодическая составляющая тока статора при нормальном включении генератора не должна превышать более чем в 3,5 раза силу номинального тока. При аварийных режимах работы допускается пятикратность периодической составляющей по отношению к номинальному току.
При включении в сеть генератора начальное значение периодической составляющей определяется реактивным сопротивлением генератора и сети, а также взаимным расположением магнитных полей статора и ротора. Это требует быстрого возбуждения генератора. Если возбуждение будет подано с опозданием, это вызовет продолжительные «качания» тока.
Максимальная сила тока к моменту включения генератора в расчет не принимается. При измерении силы тока статора лучше пользоваться осциллографом, который дает более точные показания, чем приборы, установленные на щите. Подключаемый к сети генератор входит в синхронизм автоматически, главным образом за счет асинхронного момента.
Во избежание полного размыкания цени возбуждения генератора и появления в обмотке статора опасных перенапряжений
необходимо переключатель для сопротивления в обмотке ротора монтировать так, чтобы он мог действовать без разрыва цепи.
В схеме подключаемого генератора или первичного двигателя должен быть чувствительный прибор (частотомер на остаточное напряжение статора или тахометр) для определения величины скольжения.
Включение генераторов в сеть методом самосинхронизации.
Для включения генераторов в сеть методом самосинхронизации снимается возбуждение с генератора при помощи шунтирования обмотки ротора сопротивлением гашения доля. При этом шунтовой реостат остается в положении холостого хода. Для генераторов, у которых отсутствует сопротивление гашения поля, возбуждение снимается введением шунтового реостата. Если в цепи имеется автоматический регулятор возбуждения, его отключают и оставляют в рабочем положении.
Невозбужденный генератор, вернее его ротор, разворачивается до синхронной скорости, при этом величина скольжения допускается в пределах ±3—5%.
При помощи автоматического выключателя к сети подключается генератор и одновременно из цепи возбуждения выводится сопротивление поля или шунтовой реостат, тем самым напряжение генератора поднимается до номинального. При этом, чем меньше промежуток времени, затраченного на возбуждение подключаемого к сети генератора, тем быстрее он будет входить в синхронизм.
Установлено, что при возбуждении генератора через 0,5— 2 с падение напряжения в сети не превышает 20%. Такое падение не опасно для потребителей газопровода, так как напряжение восстанавливается через 1—2 с.
При аварийных режимах допустимо падение напряжения до 30—40% от номинального. При этом возможна остановка электродвигателей, которые имеют защитные устройства, отключающие двигатели при падении напряжения на 40%. Такие двигатели должны иметь самозапуск.
При достижении в сети напряжения номинальной величины на генератор дается нагрузка и регулируется его возбуждение. Включение генераторов на параллельную работу способом самосинхронизации позволяет автоматизировать пуск генераторов и эффективно использовать их мощности.
К общим шинам распределительного устройства электростанции можно подключать любое число генераторов независимо от их мощности, числа оборотов и расположения.
При монтаже схемы самосинхронизации необходима блокировка для одновременного включения в сеть главного автомата генератора и отключения сопротивления гашения поля. Рекомендуется метод самосинхронизации применять на КС в качестве основного способа включения генераторов на параллельную работу. Его можно применять при любом соотношении мощностей электрических машин без предварительной проверки возможных толчков тока и понижения напряжения.
Для включения генератора в параллельную работу методом автоматической самосинхронизации в схему включается реле разности частот ИРЧ. Это реле при достижении генератором, включенным в сеть, частоты тока, равной частоте сети, своим контактом замкнет контактор (или автоматический выключатель) в цепи возбуждения и автоматический регулятор напряжения этого генератора. Для электростанций с двигателями внутреннего сгорания, которые обслуживаются дежурным персоналом, применяют схему полуавтоматической синхронизации генераторов.
