Funcionamento paralelo de geradores

Nas usinas sempre são instaladas várias unidades turbo ou hidráulicas, que trabalham juntas em paralelo nos barramentos comuns do gerador ou surto.

Como resultado, a produção de eletricidade nas usinas é produzida por vários geradores trabalhando em paralelo, e essa cooperação tem muitas vantagens valiosas.

Funcionamento paralelo de geradores:

1. aumenta a flexibilidade da operação dos equipamentos das usinas e subestações, facilita a manutenção preventiva dos geradores, dos equipamentos principais e dos correspondentes dispositivos de distribuição com um mínimo da reserva necessária.

2. aumenta a eficiência da operação da usina, pois permite a distribuição mais eficiente da carga horária diária entre as unidades, obtendo o melhor aproveitamento da energia elétrica e aumentando a eficiência; em usinas hidrelétricas, permite aproveitar ao máximo a potência da vazão de água no período de cheia e nas secas de verão e inverno;

3.aumenta a confiabilidade e a operação ininterrupta das usinas e do fornecimento de energia aos consumidores.

Arroz. 1. Diagrama esquemático de operação paralela de geradores

Para aumentar a produção e melhorar a distribuição de energia, muitas usinas são combinadas para operar em paralelo para formar poderosos sistemas de energia.

Em operação normal, os geradores são conectados a barramentos comuns (gerador ou sobretensão) e giram de forma síncrona. Seus rotores giram na mesma velocidade elétrica angular

Na operação em paralelo, as tensões instantâneas nos terminais dos dois geradores devem ser iguais em magnitude e opostas em sinal.

Para conectar o gerador para operação em paralelo com outro gerador (ou com a rede), é necessário sincronizá-lo, ou seja, regular a velocidade de rotação e excitação do gerador conectado de acordo com o operacional.

Geradores operando e conectados em paralelo devem estar em fase, ou seja, ter a mesma ordem de rotação de fase.

Como pode ser visto a partir da fig. 1, na operação em paralelo, os geradores são conectados entre si, ou seja, suas tensões U1 e U2 na chave serão exatamente opostas. Com relação à carga, os geradores trabalham de acordo, ou seja, suas tensões U1 e U2 coincidem. Essas condições de operação em paralelo dos geradores são refletidas nos diagramas da fig. 2.

Arroz. 2. Condições para ligar geradores para operação em paralelo. As tensões do gerador são iguais em magnitude e opostas em fase.

Existem dois métodos de sincronização de geradores: sincronização fina e sincronização grosseira ou auto-sincronização.

Condições para sincronização exata de geradores.

Com sincronização precisa, o gerador excitado é conectado à rede (barras) através da chave B (Fig. 1) ao atingir as condições de sincronização - igualdade dos valores instantâneos de suas tensões U1 = U2

Quando os geradores operam separadamente, suas tensões instantâneas de fase serão iguais, respectivamente:

Isso implica as condições necessárias para a conexão em paralelo dos geradores. Para geradores ligados e funcionando, é necessário:

1. igualdade dos valores de tensão efetiva U1 = U2

2. igualdade de frequências angulares ω1 = ω2 ou f1 = f2

3. casamento de tensões na fase ψ1 = ψ2 ou Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

O cumprimento exato desses requisitos cria condições ideais, que se caracterizam pelo fato de que, no momento de ligar o gerador, a corrente de equalização do estator será zero. Deve-se notar, no entanto, que o cumprimento das condições para sincronização exata requer um ajuste cuidadoso dos valores comparados da tensão, frequência e ângulos de fase da tensão dos geradores.

Nesse sentido, é praticamente impossível cumprir plenamente as condições ideais de sincronização; eles são executados aproximadamente, com alguns pequenos desvios. Se uma das condições acima não for atendida, quando U2, a diferença de tensão atuará nos terminais da chave de comunicação aberta B:

Arroz. 3. Diagramas vetoriais para casos de desvio das condições de sincronização exata: a — As tensões de trabalho dos geradores não são iguais; b — frequências angulares não são iguais.

Quando o interruptor é ligado, sob a ação dessa diferença de potencial no circuito fluirá uma corrente de equalização, cujo componente periódico no momento inicial será

Considere dois casos de desvio das condições exatas de sincronização mostradas no diagrama (Fig. 3):

1. as tensões de operação dos geradores U1 e U2 não são iguais, as outras condições são atendidas;

2. os geradores têm a mesma tensão, mas giram em velocidades diferentes, ou seja, suas frequências angulares ω1 e ω2 não são iguais e há um descasamento de fase entre as tensões.

Como pode ser visto no diagrama da fig. 3, a, a desigualdade dos valores efetivos das tensões U1 e U2 causa o aparecimento de uma corrente de equalização I ”ur, que será quase puramente indutiva, pois as resistências ativas dos geradores e fios de conexão de da rede são muito pequenos e são negligenciados. Esta corrente não cria surtos de energia ativa e, portanto, não há tensões mecânicas nas peças do gerador e da turbina. A este respeito, quando os geradores são ligados para operação paralela, a diferença de tensão pode ser permitida até 5-10% e em casos de emergência - até 20%.

Quando os valores de tensão eficaz U1 = U2 são iguais, mas quando as frequências angulares diferem Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 ou Δf = f1 — f2 ≠ 0, os vetores de tensão dos geradores e da rede (ou do 2º gerador ) são deslocadas com um certo ângulo Θ que muda ao longo do tempo. As tensões dos geradores U1 e U2, neste caso, diferirão em fase não por um ângulo de 180 °, mas por um ângulo de 180 ° -Θ (Fig. 3, b).

Nos terminais da chave aberta B, entre os pontos a e b, atuará a diferença de tensão ΔU. Como no caso anterior, a presença de tensão pode ser detectada por meio de uma lâmpada, e o valor eficaz dessa tensão pode ser medido com um voltímetro conectado entre os pontos a e b.

Se a chave B estiver fechada, sob a ação da diferença de tensão ΔU, ocorre uma corrente de equalização I ” que em relação a U2 será quase puramente ativa e, quando os geradores forem ligados em paralelo, causará choques e choques mecânicos tensões nos eixos e outras partes do gerador e da turbina.

Em ω1 ≠ ω2, a sincronização é completamente satisfatória se o escorregamento for s0 <0, l% e o ângulo Θ ≥ 10°.

Devido à inércia dos reguladores da turbina, é impossível alcançar uma igualdade de longo prazo das frequências angulares ω1 = ω2 e do ângulo Θ entre os vetores de tensão, caracterizando a posição relativa dos enrolamentos do estator e do rotor dos geradores, não permanece constante, mas muda continuamente; seu valor instantâneo será Θ = Δωt.

No diagrama vetorial (Fig. 4), a última circunstância será expressa no fato de que com uma mudança no ângulo de fase entre os vetores de tensão U1 e U2, ΔU também mudará. A diferença de tensão ΔU neste caso é chamada de tensão de choque.

Arroz. 4. Diagrama vetorial de sincronização do gerador com desigualdade de frequência.

O valor instantâneo das tensões de clock Δu é a diferença entre os valores instantâneos das tensões u1 e u2 dos geradores (Fig. 5).

Suponha que a igualdade dos valores efetivos U1 = U2 seja alcançada, os ângulos de fase do tempo de referência ψ1 e ψ2 também são iguais.

Então você pode escrever

A curva de tensão de choque é mostrada na Fig. 5.

A tensão do ritmo muda harmonicamente com uma frequência igual à metade da soma das frequências comparadas e com uma amplitude que varia com o tempo dependendo do ângulo de fase Θ:

A partir do diagrama vetorial na fig.4, para um determinado valor especificado do ângulo Θ, o valor efetivo da tensão de impacto pode ser encontrado:

Arroz. 5. Curvas de superação do estresse.

Levando em consideração a mudança do ângulo Θ ao longo do tempo, é possível escrever uma expressão para a casca em termos das amplitudes de tensão de choque, que dá a mudança nas amplitudes de tensão ao longo do tempo (a curva pontilhada na Fig. 5, b ):

Como pode ser visto no diagrama vetorial da Fig. 4 e a última equação, a amplitude da tensão de choque ΔU varia de 0 a 2 Um. O maior valor de ΔU será no momento em que os vetores de tensão U1 e U2 (Fig. 4) coincidirem em fase e ângulo Θ = π, e o menor - quando essas tensões diferirem em fase em 180 ° e ângulo Θ = 0. O período da curva rítmica é igual a

Quando o gerador é conectado para operação em paralelo com um sistema potente, o valor de xc do sistema é pequeno e pode ser desprezado (xc ≈ 0), então a corrente de equalização

e a corrente de inrush

No caso de ativação desfavorável na corrente Θ = π, a corrente de surto no enrolamento do estator do gerador ligado pode atingir o dobro do valor da tensão de surto de um curto-circuito trifásico dos terminais do gerador.

O componente ativo da corrente de equalização, como pode ser visto no diagrama vetorial da Fig. 4 é igual a