Режимы работы синхронных генераторов (синхронных компенсаторов)
Режимы работы синхронных генераторов (синхронных компенсаторов) Пусковые режимы 1. Начальный разворот ротора 2. Синхронизация 3. Набор нагрузки 4. Особенности пуска СМ различного назначения Рабочие режимы 1. Номинальный режим 2. Нормальный режим 3. Допустимые перегрузки 4. Асинхронный режим 5. Двигательный режим 6. Несимметричная нагрузка 7. Несинусоидальная нагрузка
Пусковые режимы 1. Начальный разворот ротора 2. Синхронизация 3. Набор нагрузки 4. Особенности пуска СМ различного назначения
1. Начальный разворот ротора Прямой механический разгон от турбины возможен: • СТГ на АЭС; • СТГ на ТЭС с циклом ПТУ; • СГГ на ГЭС; • СМ на ГАЭС в турбинном режиме. Прямой механический разгон от турбины невозможен: • СТГ на ТЭС с циклом ГТУ; • СМ на ГАЭС в насосном режиме; • синхронный компенсатор.
Сложность пуска синхронных машин в двигательном режиме • При подаче трехфазного переменного тока в обмотку статора возбужденного СД с покоящимся ротором, не возникает разгоняющего момента сил.
Синхронный двигатель. Вращающееся магнитное поле статора А В С В В А С 6
Синхронный двигатель. Действие сил Ампера на обмотку ротора А В С В FA В А С 7
Синхронный двигатель. Вращение ротора А В С В А С 8
Пуск асинхронных машин в двигательном режиме проще • При подаче трехфазного переменного тока в обмотку статора АЭД с покоящимся ротором, возникает разгоняющий момент сил.
Асинхронный двигатель. Вращающееся магнитное поле статора А В С В В А С 10
Асинхронный двигатель. Возникновение тока в обмотке ротора А В С В FA В А С 11
Асинхронный двигатель. Действие сил Ампера на обмотку ротора А В С В FA В А С 12
Асинхронный двигатель. Вращение ротора А В С В А С 13
Способы начального разгона ротора синхронной машины • • • Механический пуск от АЭД с ФР Асинхронный пуск Частотный пуск от СПЧР Частотный пуск от соседней СМ Комбинированный пуск (асинхронный + частотный)
Начальный разворот ротора А. Механический А 1. От турбины А 2. От вспомогательного электродвигателя Б. Электрический Б 1. Асинхронный Б 2. Частотный Б 2. 1. От статического ПЧ Б 3. Комбинированный Б 2. 2. От динамического ПЧ
2. Синхронизация • Способ точной синхронизации: генератор сначала возбуждают, затем включают в сеть. • Способ самосинхронизации: генератор сначала включают в сеть, затем возбуждают.
2. Синхронизация ПТЭ, п. 5. 1. 19. • Генераторы, как правило, должны включаться в сеть способом точной синхронизации. • При использовании точной синхронизации должна быть введена блокировка от несинхронного включения. • Допускается использование при включении в сеть способа самосинхронизации, если это предусмотрено техническими условиями на поставку или специально согласовано с заводомизготовителем.
2. Синхронизация • При ликвидации аварий в энергосистеме турбогенераторы мощностью до 220 МВт включительно и все гидрогенераторы разрешается включать на параллельную работу способом самосинхронизации. • Турбогенераторы большей мощности разрешается включать этим способом при условии, что кратность сверхпереходного тока к номинальному, определенная с учетом индуктивных сопротивлений блочных трансформаторов и сети, не превышает 3, 0.
Способ точной синхронизации Сначала генератор возбуждают, а затем включают в сеть: Uг ≈ Uс (ΔUдоп = 1 %) fг ≈ fс (Δfдоп = 0, 1 %) ϕг ≈ ϕс (Δϕдоп = 10⁰)
Способ точной синхронизации Преимущества: • малый уравнительный ток при правильном включении • незначительное воздействие на сеть Недостатки: • сложность • длительность • большой уравнительный ток при неправильном включении
Способ самосинхронизации Сначала генератор включают в сеть, а затем возбуждают. Включение производится при вращении ротора с частотой, близкой к синхронной (в пределах 2%). Обмотка ротора при этом замкнута на гасительное сопротивление при отключённом АГП. Возбуждение подаётся сразу же после включения в сеть. В течение 1 -3 с машина втягивает в синхронизм.
Способ самосинхронизации Преимущества: • простота • быстрота Недостатки: • большой уравнительный ток • сильные провалы напряжения в сети (особенно когда генераторы включены непосредственно на шины без БПТ)
3. Набор нагрузки ПТЭ 5. 1. 21. • Скорость повышения напряжения на генераторах и синхронных компенсаторах не ограничивается. • Скорость набора и изменения активной нагрузки для всех генераторов определяется условиями работы турбины или котла.
3. Набор нагрузки • Скорость изменения реактивной нагрузки генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток, турбогенераторов ГТУ, а также гидрогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток не ограничивается; • на турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток эта скорость в нормальных режимах должна быть не выше скорости набора активной нагрузки, а в аварийных условиях - не ограничивается.
Простейшая тепловая схема ГТУ
Сравнение ГТУ и ПТУ ГТУ Малое давление рабочего тела (газа). Р = 13… 17 атм Корпус сделан из тонкой стали Маневренная. Набор нагрузки - минуты Обычный механический разгон ротора невозможен ПТУ Большое давление рабочего тела (пара) Р = 140… 220 атм Корпус сделан из толстой стали Низкоманевренная. Набор нагрузки – часы Обычный механический разгон ротора
4. Особенности пуска СМ различного назначения • • СТГ на АЭС и ТЭС с циклом ПТУ СТГ на ТЭС с циклом ГТУ СГГ на ГЭС СГГ на ГАЭС в насосном режиме СК СТГ в режиме СК СГГ в режиме СК
Рабочие режимы 1. Номинальный режим 2. Нормальный режим 3. Допустимые перегрузки 4. Асинхронный режим 5. Двигательный режим 6. Несимметричная нагрузка 7. Несинусоидальная нагрузка
1. Номинальный режим Sном Uном (± 3%) Iном nном (± 1%) cosφ Iв. ном (± 1%) θмеди, стали (1°С / час) θохл. газа (1°С / час) θохл. жидк. (0, 5°С / час)
Диаграмма мощностей Р -Q +Q
Q P ~ iв
2. Нормальный режим 1. Отклонение напряжения вверх: увеличиваются потери в стали вниз: увеличивается ток статора (при прочих равных); снижается устойчивость 2. Отклонение частоты вверх: увеличивается ЭДС вниз: ухудшается охлаждение
Диаграмма продолжительной работы. Допустимые напряжения и частоты.
3. Допустимые перегрузки t 2 доп = t 1 доп * (К 21 доп – 1) / (К 22 доп – 1) К 1 доп = 1, 5 – для перегрузок статора t 1 доп = 120 с – для СГ с косвенным охлаждением; t 1 доп = 60 с – для СГ с непосредственным охлаждением;
3. Допустимые перегрузки t 2 доп = t 1 доп * (К 21 доп – 1) / (К 22 доп – 1) К 1 доп = 2 – для перегрузок ротора t 1 доп = 50 с – для СГ с косвенным охлаждением; t 1 доп = 20 с – для ТГ < 800 МВт и для ГГ с непосредственным охлаждением; t 1 доп = 15 с – для ТГ ≥ 800 МВт
4. Асинхронный режим Возникает при полной или частичной потере возбуждения: - обрыв в цепи ротора; - КЗ в обмотке ротора; - ложное или самопроизвольное срабатывание АГП.
Асинхронный генераторный режим Q P ~ iв=0
Асинхронный ход – это параллельная несинхронная работы возбужденных генераторов Асинхронный режим Асинхронный ход Нет возбуждения Есть возбуждение СМ работает в режиме асинхронного генератора СМ работает то в генераторном, то в двигательном режиме Режим устойчивый Режим неустойчивый Режим кратковременно разрешён Режим запрещен
ПТЭ 5. 1. 27 • Допускается кратковременная работа турбогенераторов в асинхронном режиме без возбуждения при сниженной нагрузке. • Для турбогенераторов с косвенным охлаждением обмоток допустима нагрузка в указанном режиме до 60% номинальной, а продолжительность работы при этом не более 30 мин.
ПТЭ 5. 1. 27 • Допустимая нагрузка и продолжительность работы в асинхронном режиме без возбуждения асинхронизированных турбогенераторов и турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток должны быть установлены на основании указаний заводских инструкций, а при их отсутствии - на основании результатов специальных испытаний или положений нормативных документов.
ПТЭ 5. 1. 27 • Допустимость асинхронных режимов турбогенераторов по их воздействию на сеть должна быть установлена расчетами или испытаниями. • Работа гидрогенераторов и турбогенераторов с наборными зубцами ротора в асинхронном режиме без возбуждения не допускается. • Несинхронная работа отдельного возбужденного генератора любого типа относительно других генераторов электростанции не допускается.
Турбогенераторы Мас Гидрогенераторы Мт Мт Мас Мт Мт s s
5. Двигательный режим Возникает при отсутствии пара (газа, воды) на турбину. Если есть ток возбуждения, то режим СД. Если нет тока возбуждения, то режим АЭД.
Режим синхронного двигателя Q P ~ iв
Как СГ переходит в режим СД?
В режиме СГ угол δ > 0. То есть ротор генератора «тянет» за собой энергосистему Uс Uг δ
В режиме СД угол δ < 0. То есть энергосистема «тянет» за собой ротор электродвигателя Uс δ Uд
Теперь пояснение на языке II закона Ньютона. Ниже показано, почему тормозящая сила Ампера (в режиме генератора) становится ускоряющей (в режиме электродвигателя).
Генераторный режим FА Х ∙ dс δ>0 Х Х ∙ Х dр ∙ ∙ FА Х ∙
Переходный режим δ>0 Х ∙ dс Х Х ∙ ∙ Х ∙
Двигательный режим δ<0 Х ∙ dс Х FА ∙ ∙ dр Х FА ∙ Х
Было: Fтурбины – FАмпера – Fтрения = 0 Стало: 0 – FАмпера – Fтрения = ma < 0 Ротор тормозится. Угол δ меняет знак. Сила Ампера меняет знак: FАмпера – Fтрения = 0
ПТЭ 5. 1. 28. Допустимость и продолжительность работы генератора в режиме электродвигателя ограничиваются условиями работы турбины и определяются заводом-изготовителем турбины или нормативными документами.
Режим асинхронного двигателя Q P ~ iв=0
Режим асинхронного двигателя Из-за большого потребления реактивного тока: 1) Снижается напряжение на шинах РУ; 2) Снижается напряжение на шинах СН; 3) Возникают недопустимые нагревы в роторе => такой режим должен быть немедленно прекращен
Р АГ СГ Q СК недовозбужд. АЭД СК перевозбужд. СД
6. Несимметричная нагрузка Причины: • несимметричные КЗ; • обрыв фазы; • неполнофазное отключение или включение выключателей. Опасность для генератора: • электромагнитное поле обратной последовательности вращается с двойной частотой относительно ротора; • в толще ротора наводятся токи частотой 100 Гц в тонком поверхностном слое; • большие нагревы, старение изоляции, размягчение клиньев.
«Инструкция по переключениям в электроустановках» , п. 3. 5. 14. • В случае неполнофазного отключения выключателя генератора развозбуждение генератора не допускается; • АГП может быть отключен только после устранения неполнофазного режима.
6. Несимметричная нагрузка ПТЭ 5. 1. 26 Допускается длительная работа с разностью токов в фазах, не превышающей: • 12% номинального для турбогенераторов и • 20% для синхронных компенсаторов и дизель-генераторов. Для гидрогенераторов с системой косвенного воздушного охлаждения обмотки статора допускается разность токов в фазах: • 20% при мощности 125 МВ х А и ниже, • 15% - при мощности свыше 125 МВ х А. Для гидрогенераторов с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора допускается разность токов в фазах 10%. Во всех случаях ни в одной из фаз ток не должен быть выше номинального.
6. Несимметричная нагрузка I 22 t ≤ Вдоп • Вдоп = 30 с – косвенное охлаждение • Вдоп = 15 с – ТВФ • Вдоп = 8 с – ТВВ, ТГВ, ТВМ
Обмотка статора Косвенное воздушное Система охлаждения Сердечник статора Непосредственное воздушное Обмотка ротора Косвенное воздушное Косвенное водородом Непосредственное водой Непосредственное водородом Косвенное водородом Непосредственное водой ТГВ-200 -2; ТГВ-200 -2 Д; ТГВ-200 - Непосредственное МТ; ТГВ-200 -2 М; ТГВ-300 -2; ТГВ- водородом, для ТГВводородом 500 -2 500, 800, ТГВ-200 -2 М — водой Непосредственное водородом, для ТГВ-500, 800 — водой Наименование серии Т 2 -2, 5 -2; Т 2 -4 -2; Т 2 -6 -2; Т 2 -12 -2; Т-2, 5 -2 УЗ; Т-4 -2 УЗ; Т 6 -2 УЗ; Т-122 УЗ ТВ 2 -30 -2; ТВ 2 -100 -2; ТВ 2 - 150 -2 ТВФ-63 -2 ЕУЗ; ТВФ-110 -2 ЕУЗ ТВВ-160 -2 ЕУЗ; ТВВ-220 -2 ЕУЗ; ТВВ-320 -2 ЕУЗ; ТВВ-500 -2 ЕУЗ; ТВВ-800 -2 ЕУЗ; ТВВ-1000 -2 УЗ; ТВВ-1200 -УУЗ ТЗВ-800 -2 УЗ ТВМ-300, ТВМ-500 Непосредственное маслом Непосредственное водой
7. Несинусоидальная нагрузка Гармоники: 1 – основная гармоника 2, 4, 6, … - очень малы в связи с симметрией ротора и статора 3, 6, 9, … - не могут существовать в обмотке статора Наиболее опасны: 5, 11, 17, … - подобны обратной последовательности 7, 13, 19, … - подобны прямой последовательности
О высших гармониках • Требования по синусоидальности напряжения включены в ГОСТ 13109 -97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» . • Нормируются: - коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения - коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения (гармоники от 2 -й до 40 -й включительно) 64
Несинусоидальность напряжения 65
Требования ГОСТ 13109 -87 66
Допустимые значения коэффициента несинусоидальности КU Нормально допустимое значение при Uном, к. В Предельно допустимое значение при Uном, к. В 0, 38 6 -20 35 110 -330 8% 5% 4% 2% 12% 8% 6% 3% 67
Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования 1. Появляется ток в нейтральном проводе. 2. В трансформаторах не уравновешены магнитные потоки. 3. Во вращающихся машинах возникают добавочные потери. Торможение и вибрация ротора. 4. В конденсаторах - добавочные потери и дополнительный нагрев. 5. Резонанс емкостей и индуктивностей на высоких частотах. 6. Отклонение напряжения. См. ГОСТ 13109 -87. 7. Нарушение работы УРЗи. А. Наиболее распространены ложные срабатывания защит, основанных на измерении сопротивлений. 8. Нарушение работы индукционных приборов измерения мощности и учета электроэнергии. 9. Искажение сигналов в линиях связи. 68
Глубина проникновения тока гармоники номер v в толщу проводника тем меньше, чем больше номер v гармоники
Режимы работы синхронных генераторов (синхронных компенсаторов) Пусковые режимы 1. Начальный разворот ротора 2. Синхронизация 3. Набор нагрузки 4. Особенности пуска СМ различного назначения Рабочие режимы 1. Номинальный режим 2. Нормальный режим 3. Допустимые перегрузки 4. Асинхронный режим 5. Двигательный режим 6. Несимметричная нагрузка 7. Несинусоидальная нагрузка
Скачать презентацию Режимы работы синхронных генераторов синхронных компенсаторов Режимы
РР генераторов.pptx