§ 7.3. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
Параллельная работа СГ отличается от параллельной работы генераторов постоянного тока. Если у генераторов постоянного тока разность электродвижущих сил вызывает появление уравнительного тока, в результате которого один генератор нагружается большим, а другой меньшим током нагрузки, то в соответствии с распределением токов распределяются и мощности, развиваемые генераторами. У синхронных генераторов, как известно, алгебраическая разность электродвижущих сил также вызывает появление уравнительных токов. Однако благодаря тому, что индуктивное сопротивление статоров СГ значительно превосходит их активное сопротивление, эти токи оказываются сдвинутыми относительно разности электродвижущих сил на углы, близкие к 90°. Уравнительные токи СГ, вызванные алгебраической разностью их электродвижущих сил, являются реактивными и практически не сказываются на активной мощности, развиваемой генераторами. Следовательно, воздействием на токи возбуждения генераторов нельзя осуществить перераспределение активной нагрузки между ними — этим способом можно лишь перераспределять их реактивную нагрузку. Для перераспределения же активной нагрузки между СГ приходится воздействовать на крутящий момент, развиваемый приводными двигателями.
Из сказанного следует, что для обеспечения равномерного распределения нагрузки между параллельно работающими СГ без подрегулировки необходимо полное соответствие как внешних характеристик генераторов для обеспечения равномерного распределения реактивной нагрузки между генераторами, так и соответствие скоростных характеристик приводных двигателей для обеспечения равномерного распределения активной мощности между генераторами и, соответственно, равномерной загрузки приводных двигателей.
На рис. 7.10, а приведены для двух дизель-генераторов. 1 и 2 зависимости (I и II) частоты вращения от активной нагрузки; эти зависимости различны для обоих генераторов при автономной работе каждого из них. При параллельной работе этих генераторов и синхронном ходе их частота вращения будет одинаковой, но активные мощности генераторов окажутся разными из-за различия их характеристик. Так, например, при частоте вращения п'1 активная мощность первого генератора будет составлять Р1акт, а второго генератора Р2акт.
На рис. 7.10, б приведены для каждого из двух генераторов 1 и 2 зависимости (I и II) напряжений на зажимах от реактивных токов при автономной работе каждого генератора. При параллельной работе обоих генераторов напряжения на их зажимах будут одинаковыми, но реактивные токи генераторов откажутся разными благодаря различию их характеристик. Так, например, при напряжении реактивные токи генераторов окажутся различными и будут составлять I1реакт для первого генератора и I2реакт — для второго.
Для уменьшения величины реактивных уравнительных токов при параллельной работе СГ применяют различные средства. Рассмотрим некоторые из них.
Рис. 7.11. Принципиальная схема параллельной работы СГ с самовозбуждением и компаундированием при наличии уравнительных соединений между кольцами машин
Синхронные генераторы с самовозбуждением и прямым компаундированием без корректоров напряжения.
При отсутствии корректоров напряжения у СГ с прямым амплитудно-фазовым компаундированием обычно вводятся уравнительные соединения в цепи возбуждения СГ. На рис. 7.11 приведена принципиальная схема параллельного соединения двух одинаковых СГ с самовозбуждением и компаундированием.
Рис. 7.12. Принципиальная схема параллельной работы СГ с самовозбуждением и компаундированием при наличии уравнительных соединений на стороне переменного тока
Рис. 7.13. Принципиальная схема включения корректора напряжения системы самовозбуждения и компаундирования СГ для увеличения статизма характеристик
Как видно из этого рисунка, уравнительные соединения введены между кольцами роторов машин, благодаря чему выравнивается напряжение на кольцах роторов. Составляющая тока нагрузки генераторов, таким образом, повышает напряжение на кольцах не одного, а всех параллельно работающих генераторов. Увеличение тока возбуждения при увеличении тока нагрузки происходит у всех генераторов на одну и ту же величину. Подобные схемы применимы лишь в тех случаях, когда напряжение возбуждения у всех генераторов одинаково, что обычно имеет место при параллельной работе генераторов равной мощности с идентичными внешними характеристиками. Генераторы разной мощности чаще всего имеют и разные напряжения возбуждения.
Рис. 7.14. Векторная диаграмма напряжений на зажимах измерительного элемента КН при введении искусственного статизма
В связи с этим при параллельной работе генераторов разных мощностей с различными напряжениями возбуждения применение схемы рис. 7.11 оказывается невозможным. В последнем случае для выравнивания нагрузки применяются дополнительные обмотки на компаундирующих трансформаторах с одинаковыми выходными напряжениями, соединяемые между собой УП (рис. 7.12). Уравнительные соединения между кольцами машин на стороне постоянного тока могут также быть заменены уравнительными соединениями между выходными обмотками компаундирующих трансформаторов на стороне переменного тока. Из схемы видно, что включение УП сблокировано с включением обмоток статоров генераторов. Отсутствие такой блокировки при работе одного генератора и включенных уравнительных проводах, соединяющих роторы обеих машин, привело бы к снижению напряжения работающего генератора на значительную величину. Кроме того, цепь возбуждения неработающего генератора находилась бы при этом под током.
Синхронные генераторы с прямым компаундированием и корректорами напряжения.
При наличии корректоров напряжения у генераторов с прямым компаундированием задача пропорционального распределения реактивных мощностей между параллельно работающими генераторами решается с помощью схем, воздействующих на э.д.с. генераторов через корректоры напряжения.
Уменьшение уравнительных токов возможно путем увеличения статизма внешних характеристик генераторов. На схеме рис. 7.13, в цепь, питающую корректор напряжения, включено сопротивление R, к зажимам которого подключена вторичная обмотка трансформатора тока ТТ, включенного в фазу С. Цепь корректора напряжения включена между фазами А и В на линейное напряжение Uab через сопротивление R.
Рис. 7.15. Принципиальная схема параллельной работы СГ с системой самовозбуждения и прямого компаундирования с корректором напряжения, обеспечивающая пропорциональное распределение нагрузки без увеличения статизма характеристик
При таком включении цепи корректора напряжения к его зажимам (рис. 7.14) подается сумма напряжений Uab+∆Ur. При активном токе в фазе С напряжение ∆Ur, совпадая по фазе с напряжением Uc, оказывается сдвинутым на угол, близкий к 90°, по отношению к линейному напряжению Uab. При этом результирующее напряжение Ua/b мало отличается от линейного напряжения Uab. Активная составляющая тока нагрузки генератора не оказывает влияния на напряжение, подводимое к корректору напряжения. Если ток нагрузки реактивный, то напряжение на зажимах сопротивления А оказывается сдвинутым на 90° относительно напряжения Uc и совпадает по фазе с линейным напряжением Uab. Результирующее напряжение UAВ оказывается равным арифметической сумме Uас + ΔUA. Благодаря этому реактивная составляющая тока нагрузки вызывает увеличение напряжения на зажимах корректора напряжения, что приводит к снижению напряжения на зажимах генератора, увеличению наклона его характеристики U=f(I), а это при параллельной работе машин уменьшает величину реактивных уравнительных токов.
Описанный метод приводит к увеличению отклонений напряжения генераторов от номинального их значения.
На рис. 7.15 приведена другая схема, обеспечивающая снижение уравнительных реактивных токов без увеличения отклонения напряжения генераторов от номинального значения. В ней имеется геометрическое суммирование составляющих напряжений и тока при активной нагрузке и арифметическое—при реактивной. Так как вторичные обмотки трансформаторов тока соединены друг с другом последовательно и замкнуты накоротко, то при одинаковых по величине токах нагрузки у каждого генератора напряжения на них равны нулю. Поэтому одинаковое изменение тока нагрузки генераторов не оказывает влияния на их напряжение. Напряжение на зажимах вторичных обмоток трансформаторов тока возникает лишь при разных по величине токах нагрузки генераторов. Это напряжение воздействует на корректор напряжения так, что последний, повышая или понижая напряжение своего генератора, выравнивает распределение реактивной нагрузки между машинами.
