Operasi paralel generator

Di pembangkit listrik, beberapa unit turbo atau hidrolik selalu dipasang, yang bekerja bersama secara paralel pada busbar umum generator atau lonjakan.

Akibatnya, produksi listrik di pembangkit listrik dihasilkan oleh beberapa generator yang bekerja secara paralel, dan kerja sama ini memiliki banyak keuntungan yang berharga.

Operasi paralel generator:

1. meningkatkan fleksibilitas pengoperasian peralatan pembangkit listrik dan gardu induk, memfasilitasi pemeliharaan preventif generator, peralatan utama, dan perangkat distribusi yang sesuai dengan cadangan minimum yang diperlukan.

2. meningkatkan efisiensi pengoperasian pembangkit listrik, karena memungkinkan distribusi jadwal beban harian yang paling efisien antar unit, sehingga mencapai penggunaan listrik terbaik dan meningkatkan efisiensi; di pembangkit listrik tenaga air, memungkinkan untuk menggunakan kekuatan aliran air secara maksimal selama periode banjir dan selama periode air rendah musim panas dan musim dingin;

3.meningkatkan keandalan dan pengoperasian pembangkit listrik tanpa gangguan dan pasokan listrik ke konsumen.

Beras. 1. Skema diagram operasi paralel generator

Untuk meningkatkan produksi dan memperbaiki distribusi daya, banyak pembangkit listrik digabungkan untuk beroperasi secara paralel untuk membentuk sistem tenaga yang kuat.

Dalam operasi normal, generator terhubung ke bus umum (generator atau kelebihan tegangan) dan berputar secara serempak. Rotor mereka berputar pada kecepatan listrik sudut yang sama

Dalam operasi paralel, tegangan sesaat pada terminal kedua generator harus sama besarnya dan berlawanan tanda.

Untuk menghubungkan generator untuk operasi paralel dengan generator lain (atau dengan jaringan), perlu dilakukan sinkronisasi, yaitu mengatur kecepatan putaran dan eksitasi generator yang terhubung sesuai dengan operasinya.

Generator yang beroperasi dan dihubungkan secara paralel harus sefasa, yaitu memiliki urutan putaran fasa yang sama.

Seperti dapat dilihat dari gambar. 1, dalam operasi paralel, generator terhubung satu sama lain relatif satu sama lain, mis. tegangannya U1 dan U2 pada sakelar akan persis berlawanan. Sehubungan dengan beban, generator bekerja sesuai, yaitu tegangan U1 dan U2 cocok. Kondisi operasi paralel generator ini tercermin dalam diagram pada gambar. 2.

Beras. 2. Kondisi menyalakan generator untuk operasi paralel. Tegangan generator besarnya sama dan berlawanan fase.

Ada dua metode sinkronisasi generator: sinkronisasi halus dan sinkronisasi kasar atau sinkronisasi mandiri.

Kondisi untuk sinkronisasi generator yang tepat.

Dengan sinkronisasi yang tepat, generator tereksitasi terhubung ke jaringan (bus) melalui sakelar B (Gbr. 1) setelah mencapai kondisi sinkronisasi - persamaan nilai tegangan sesaat U1 = U2

Ketika generator beroperasi secara terpisah, tegangan fasa sesaatnya masing-masing akan sama:

Ini menyiratkan kondisi yang diperlukan untuk koneksi paralel generator. Untuk generator hidup dan berjalan, diperlukan:

1. persamaan nilai tegangan efektif U1 = U2

2. persamaan frekuensi sudut ω1 = ω2 atau f1 = f2

3. pencocokan tegangan dalam fasa ψ1 = ψ2 atau Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

Pemenuhan yang tepat dari persyaratan ini menciptakan kondisi ideal, yang dicirikan oleh fakta bahwa pada saat penyalaan generator, arus pemerataan stator akan menjadi nol. Perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa pemenuhan kondisi untuk sinkronisasi yang tepat memerlukan penyesuaian yang hati-hati dari nilai perbandingan tegangan, frekuensi dan sudut fasa dari tegangan generator.

Dalam hal ini, secara praktis tidak mungkin untuk sepenuhnya memenuhi kondisi ideal untuk sinkronisasi; mereka dilakukan kira-kira, dengan sedikit penyimpangan. Jika salah satu dari kondisi di atas tidak terpenuhi, ketika U2, perbedaan tegangan akan bekerja pada terminal saklar komunikasi terbuka B:

Beras. 3. Diagram vektor untuk kasus penyimpangan dari kondisi sinkronisasi yang tepat: a — Tegangan kerja generator tidak sama; b — frekuensi sudut tidak sama.

Ketika sakelar dihidupkan, di bawah aksi perbedaan potensial ini dalam rangkaian akan mengalir arus penyeimbang, komponen periodik yang pada saat awal akan menjadi

Pertimbangkan dua kasus penyimpangan dari kondisi sinkronisasi yang tepat yang ditunjukkan pada diagram (Gbr. 3):

1. tegangan operasi generator U1 dan U2 tidak sama, kondisi lainnya terpenuhi;

2. generator memiliki tegangan yang sama tetapi berputar pada kecepatan yang berbeda, yaitu frekuensi sudut ω1 dan ω2 tidak sama dan ada ketidaksesuaian fasa antara tegangan.

Seperti dapat dilihat dari diagram pada gambar. 3, a, ketidaksetaraan nilai efektif tegangan U1 dan U2 menyebabkan munculnya arus penyeimbang I ”ur, yang hampir murni induktif, karena resistansi aktif generator dan kabel penghubung dari jaringan sangat kecil dan diabaikan. Arus ini tidak menimbulkan lonjakan daya aktif dan karenanya tidak ada tekanan mekanis pada bagian generator dan turbin. Dalam hal ini, ketika generator dinyalakan untuk operasi paralel, perbedaan voltase dapat dibiarkan hingga 5-10%, dan dalam keadaan darurat - hingga 20%.

Ketika nilai tegangan rms U1 = U2 sama, tetapi ketika frekuensi sudut berbeda Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 atau Δf = f1 — f2 ≠ 0, vektor tegangan generator dan jaringan (atau generator ke-2 ) digeser dengan sudut tertentu Θ yang berubah terhadap waktu. Tegangan generator U1 dan U2 dalam hal ini akan berbeda fase bukan dengan sudut 180 °, tetapi dengan sudut 180 ° —Θ (Gbr. 3, b).

Di terminal sakelar terbuka B, antara titik a dan b, perbedaan tegangan ΔU akan bekerja. Seperti pada kasus sebelumnya, keberadaan tegangan dapat dideteksi dengan menggunakan bola lampu, dan nilai rms dari tegangan ini dapat diukur dengan voltmeter yang dihubungkan antara titik a dan b.

Jika sakelar B ditutup, maka di bawah pengaruh perbedaan tegangan ΔU, arus penyama I ” terjadi, yang dalam hubungannya dengan U2 akan hampir murni aktif dan, ketika generator dihidupkan secara paralel, akan menyebabkan guncangan dan mekanis tekanan pada poros dan bagian lain dari generator dan turbin.

Pada ω1 ≠ ω2, sinkronisasi benar-benar memuaskan jika slip s0 <0, l% dan sudut Θ ≥ 10 °.

Karena inersia pengatur turbin, tidak mungkin untuk mencapai persamaan frekuensi sudut jangka panjang ω1 = ω2, dan sudut Θ antara vektor tegangan, yang mencirikan posisi relatif belitan stator dan rotor generator, tidak tetap konstan, tetapi terus berubah; nilai sesaatnya adalah Θ = Δωt.

Pada diagram vektor (Gbr. 4), keadaan terakhir akan dinyatakan dalam kenyataan bahwa dengan perubahan sudut fasa antara vektor tegangan U1 dan U2, ΔU juga akan berubah. Perbedaan tegangan ΔU dalam hal ini disebut tegangan kejut.

Beras. 4. Diagram vektor sinkronisasi generator dengan pertidaksamaan frekuensi.

Nilai sesaat dari tegangan jam Δu adalah perbedaan antara nilai sesaat dari tegangan u1 dan u2 dari generator (Gbr. 5).

Misalkan persamaan nilai efektif U1 = U2 tercapai, sudut fase waktu referensi ψ1 dan ψ2 juga sama.

Kemudian Anda bisa menulis

Kurva tegangan kejut ditunjukkan pada Gambar. 5.

Tegangan ritme berubah secara harmonis dengan frekuensi yang sama dengan setengah jumlah frekuensi yang dibandingkan dan dengan amplitudo yang bervariasi terhadap waktu tergantung pada sudut fase Θ:

Dari diagram vektor pada gambar.4, untuk nilai tertentu dari sudut Θ, nilai efektif dari tegangan tumbukan dapat ditemukan:

Beras. 5. Kurva mengatasi stres.

Mempertimbangkan perubahan sudut Θ dari waktu ke waktu, dimungkinkan untuk menulis ekspresi untuk shell dalam hal amplitudo tegangan kejut, yang memberikan perubahan amplitudo tegangan dari waktu ke waktu (kurva putus-putus pada Gambar 5, b ):

Seperti yang dapat dilihat dari diagram vektor pada Gambar. 4 dan persamaan terakhir, amplitudo tegangan kejut ΔU bervariasi dari 0 hingga 2 Um. Nilai ΔU terbesar adalah pada saat vektor tegangan U1 dan U2 (Gbr. 4) bertepatan dalam fase dan sudut Θ = π, dan terkecil - ketika tegangan ini berbeda fase sebesar 180 ° dan sudut Θ = 0. Periode kurva ritme sama dengan

Ketika generator dihubungkan untuk operasi paralel dengan sistem yang kuat, nilai xc sistem kecil dan dapat diabaikan (xc ≈ 0), maka arus penyeimbang

dan arus masuk

Dalam kasus penyalaan yang tidak menguntungkan pada arus Θ = π, arus lonjakan pada belitan stator dari generator yang dihidupkan dapat mencapai dua kali nilai tegangan lonjakan dari hubung singkat tiga fase dari terminal generator.

Komponen aktif arus penyeimbang, seperti dapat dilihat dari diagram vektor pada Gambar. 4 sama dengan