Для покрытия меняющейся во времени нагрузки на станциях устанавливают несколько генераторов, предусматривая их параллельную работу. Это дает возможность повысить надежность электроснабжения, улучшить эксплуатационные показатели установленного на станции оборудования и повысить качество отпускаемой электроэнергии.
Параллельная работа синхронных генераторов рассматривается в курсе «Электротехника», поэтому здесь рассмотрим лишь специальные схемы и аппаратуру, необходимую для включения генераторов станций на параллельную работу. Условиями для выполнения такого включения является равенство величины напряжения на зажимах генераторов, совпадение фаз этих напряжений и равенство частот подключаемого и работающего генераторов.
При соблюдении этих условий генератор может быть подключен к работающему генератору (или к сети) и будет вращаться вхолостую. Если указанные условия не соблюдаются, то между генераторами появляется уравнительный ток, опасный для их обмоток и для устойчивой работы ранее включенных генераторов.
До подключения генератора на параллельную работу его синхронизируют, т. е. изменяют скорость вращения первичного двигателя и величину тока возбуждения, добиваясь соответственно равенства частот и напряжений на зажимах генераторов. Перед выполнением этих операций проверяют фазировку (чередование фаз) подключаемого и работающих генераторов. Различают методы точной или ручной синхронизации, самосинхронизации и асинхронный пуск синхронных генераторов.
Для синхронизации применяют соответствующие приборы, соединяя их по заранее подготовленным схемам. Так, равенство напряжений проверяют по двум вольтметрам, один из которых показывает величину напряжения подключаемого генератора, а другой — напряжение работающего. Эти вольтметры могут быть заменены одной специальной конструкцией с двойной измерительной системой, каждая из которых включается на напряжение разных генераторов. Параллельно вольтметрам подключают два частотомера, по которым и проверяют равенство частот подключаемого и работающего генераторов. Взамен двух частотомеров удобнее пользоваться одним сдвоенным, с общей шкалой и двумя стрелками.
Для контроля сдвига фаз между напряжениями двух генераторов (или подключаемого генератора и шин) используют приборы, называемые синхроноскопами. По ним устанавливают момент, когда напряжение синхронизируемого и работающего генераторов направлены встречно, что указывает на полное совпадение фаз. Примером простейшего синхроноскопа может служить ламповый, с нулевым вольтметром, работающий на погасание ламп (рис. 20). Лампы включают на одноименные фазы генераторов (или шины), параллельно одной из ламп включают нулевой вольтметр. Когда достигается полный синхронизм работы генераторов, лампы гаснут, а стрелка вольтметра устанавливается на нуль. В этот момент генератор Г-2 необходимо подключить к шинам рубильником Р-2 для параллельной работы с генератором Г-1. Лампы и вольтметр обычно включают через трансформатор напряжения (на схеме рис. 20 он не показан).
При разнице частот генераторов Г-1 и Г-2 лампы будут то загораться, то гаснуть (тем чаще, чем больше не совпадают частоты), а стрелка вольтметра будет непрерывно колебаться. При малой разнице частот накал ламп и колебания стрелки вольтметра будут изменяться медленнее. Для включения рубильника Р-2 нужно уловить длительную паузу между погасанием ламп. Включают его с некоторым опережением, рассчитанным на время срабатывания включающего аппарата.
Точная синхронизация с помощью одних только ламп возможна лишь для маломощных низковольтных генераторов, так как лампы загораются только при напряжении 25—30% от номинального. Поэтому без вольтметра фактический сдвиг фаз при полном погасании ламп может достигать 20 — 25%, что вызовет появление уравнительных токов.
Рис. 20. Схема включения ламп и нулевого вольтметра при синхронизации генераторов
Рис. 21. Схема включения:
а— лампового синхроноскопа, б — внешний вид указателя
Для увеличения точности синхронизации ламповый синхроноскоп дополняется нулевым вольтметром, по которому и определяют, окончательный момент включения генераторов. На больших станциях применяют более сложные электромагнитные синхроноскопы, реагирующие на несовпадение частоты, начиная с 0,1 Гц.
Рис. 22. Схема для синхронизации двух генераторов с использованием колонки и шинок синхронизации
Для большего удобства выполнения синхронизации все приборы объединяют в одну колонку синхронизации. При наличии на станции двух и более генераторов колонку оборудуют или двумя комплектами приборов, или двойными вольтметрами и частотомерами, дополняя их контрольной лампой и нулевым вольтметром. Эти приборы, так же как и вспомогательные однофазные трансформаторы напряжения каждого генератора, подключают к шинам синхронизации, оборудованным штепсельными вилками. Схема для станций с двумя генераторами Г1 и Г2, колонкой синхронизации КС и шинами синхронизации ШС показана на рис. 22. Верхняя шина ШС в целях безопасности соединяется в землей, чем достигается заземление вторичных обмоток трансформаторов напряжения. На станции имеются две штепсельные вилки ШВ с узко и широко закрепленными контактами. Включением вилок можно получить соединение трансформатора напряжения первогο генератора через блок-контакты разъединителя с верхней и средней шинами синхронизации ШС, а второго трансформатора напряжения — с верхней и нижней шинами (см. рис. 22). Тогда приборы, установленные на левой стороне колонки КС, будут характеризовать работу генератора Г1, и справа — генератора Г2. Лампа и нулевой вольтметр включены независимо, на напряжения обоих генераторов.
Наличие шин значительно облегчает проведение синхронизации, позволяя проводить ее между двумя любыми генераторами станции.
Перейдем к рассмотрению основных положений метода самосинхронизации, наиболее распространенному в последнее время. При самосинхронизации невозбужденный подключаемый генератор разгоняют первичным двигателем до скорости, близкой к синхронной (меньшей на 1—2 Гц при скольжении ±5—10%). Затем генератор подключают к работающему генератору или шинам станции с одновременной подачей на него возбуждения. После этого генератор за 1—2 с втягивается в синхронизм за счет действия электромагнитного поля и работает вхолостую параллельно с другими генераторами.
По степени ответственности потребители собственных нужд можно разделить на три группы.
К первой группе относятся наиболее ответственные механизмы, перерыв в работе которых свыше 1 мин грозит нарушению работы всей электростанции. На тепловых станциях к ним относятся циркуляционные п питательные насосы, конденсатные насосы, приводы к задвижкам и шиберам, аварийное освещение, дежурное освещение, сигнализация и связь. Для гидростанций это возбудители гидрогенераторов, компрессоры и масляные насосы регуляторов скорости гидротурбин, подъемные лебедки щитовых затворов и насосы для смазки подшипников гидротурбин.
Ко второй группе относятся менее ответственные механизмы, остановка которых (до 3 мин) приводит лишь к недоотпуску электроэнергии пли снижению мощности станции. На тепловых станциях это механизмы привода вентиляторов генераторов, очистки охлаждающей воды, питательных насосов и колосниковых решеток, насосов сырой воды и охлаждения трансформаторов, кранов, подъемников и пожарных насосов. Н 1 гидростанциях это вентиляция генераторов, затворы шлюзов, освещение, подъемные краны и пожарные насосы.
Τаблица 3
Расход энергии и мощности на собственные нужды станций различного типа, %
К третьей группе относятся механизмы, допускающие перерыв в работе до 15 мин. На ТЭС это в основном транспортеры угля, двигатели мельниц и пылеприготовительного отделения, золоудаления, мастерских, водопровода и др. На ГЭС это устройство для очистки решеток, маслоочистительные устройства, отопление и водопровод,
В зависимости от типа и назначения электрической станции количество потребляемой энергии и мощность приемников собственных нужд будет различной. В табл. 3 приведены средние показатели от общей выработанной энергии и максимальной мощности станции.
В приведенной таблице меньшие цифры расхода мощности и энергии относятся к более крупным станциям, а большие — к станциям меньшей мощности.
Кроме шин генераторного напряжения, для независимого питания цепей управления, автоматики и релейной защиты на станциях в качестве источника собственных нужд (или оперативного тока) используют аккумуляторные батареи. От них питается также и аварийное освещение. Аккумуляторные батареи удобны при авариях, поэтому их всегда поддерживают в заряженном состоянии. Для зарядки батарей используют двигатели-генераторы постоянного тока и различные по конструкции выпрямители.
На крупных станциях применяют свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, положительные пластины которых выполнены из свинца, а отрицательные — из его окислов. Они заливаются раствором серной кислоты в дистиллированной воде. Полностью заряженный элемент такой батареи должен иметь напряжение 2,05 В. Разряд таких батарей ниже 1,8—1,75 В на один элемент не допускается.
На электростанциях сельскохозяйственного назначения применяются также и щелочные железо-никелевые аккумуляторные батареи. Положительные и отрицательные пластины у них выполнены из стальных никелированных рамок с запрессованной в них активной массой. Электролитом для них служит раствор едкого калия с примесями лития. Напряжение полностью заряженного элемента составляет 1,2—1,3 В, а разряженного 0,8—1 В.
