Шкаф синхронизации генератора и сети

Шкаф синхронизации генератора и сети

Включение генератора в сеть может сопровождаться толчками урав нительного тока и активной мощности на вал генератора, а также более или менее длительными качаниями. Указанные нежелательные явления возникают вследствие того, что частота вращения включаемого генера тора отличается от синхронной частоты вращения генераторов энерго системы, а напряжение на выводах возбужденного генератора — от на пряжения на шинах электростанции. Поэтому для включения синхронного генератора на параллельную работу с другими работающими генераторами электростанции или энергосистемы его предварительно нужно синхронизировать. Синхронизацией называется процесс урав нивания частоты вращения и напряжения включаемого генератора с частотой вращения работающих генераторов и напряжением на электростанции, а также выбор соответствующего момента времени для подача импульса на включение выключателя генератора.

На практике широкое применение получили два способа синхронизации точная синхронизация и самосинхронизация.

Точная синхронизация

При включении генератора способом точной синхронизации необходимо выполнение следующих условий:

равенство по абсолютному значению напряжения включаемого генератора и напряжения сети равенство угловой скорости вращения включаемого генератора частоты и угловой скорости вращения генераторов энергосистемы (или частоты );

совпадение по фазе векторов напряжения генератора и напряжения сети в момент включения выключателя.

Выполнение указанных условий обеспечивает включение генераторе в сеть без броска уравнительного тока, без толчка активной мощности на вал генератора, без глубоких качаний.

Однако практически затруднительно выполнить точно указанные условия. Включение генератора допускается производить в условиях, когда существуют некоторая разность частот генератора и сети и раз ность абсолютных значений напряжения генератора и напряжения сети. Допустимое значение разности частот составляет 0,1-0,2 Гц, разности напряжений генератора и сети — 5—10% номинального.

Разность напряжений генератора и сети, в случае когда их частоты неодинаковы, периодически изменяется от нуля до максимального значения.

Эта разность получила название напряжения биений, или напряжения скольжения . Изменение напряжения биений иллюстрируется векторной диаграммой (рис. 6.1, а) и графиком изменения напряжения во времени (рис. 6.1, б). Огибающая напряжения биений изменяется от нуля до максимального значения, равного двойной амплитуде , и вновь уменьшается до нуля.

Действующее значение йапряжения биений изменяется по закону

где — угол между векторами и — угловая скорость скольжения.

Время полного цикла изменения напряжения биений называется периодом скольжения :

Чем больше скорость скольжения, тем меньше период . На рис. 6.1, в показаны два цикла изменения напряжения биений, соответствующие двум значениям угловой скорости скольжения , при этом .

Рис. 6.1. Напряжение биений: а — векторная диаграмма; б — изменение мгновенных значений напряжения биений; в — изменение действующих значений напряжения биений

Параллельная работа ДГУ, ГПУ (синхронизация дизель-генераторов) с выездом по Москве и Московской области

Синхронная (параллельная) работа генераторов – современный способ наращивания мощности и повышения надежности электросистемы за счет одновременной работы нескольких дизель-генераторных установок ДГУ. Метод синхронизации ДГУ часто используется во время больших строек (например, строительство знаменитого Керченского моста или космодрома Восточный) как основной или резервный источник электроснабжения.

Способы синхронизации дизель-генераторов

1. Точная синхронизация. В этом режиме необходимо добиться равного значения уровня напряжения, частоты тока и фазировки на каждом генераторе. При выходе параметров напряжения и тока на заданные значения происходит коммутация нагрузки на общую шину. Для правильной работы ДГУ в режиме точной синхронизации они должен быть оснащены специальными контроллерами (например DSE8610 Deepsea или D-700 DATAKOM).
2. Грубая синхронизация. При этом способе не требуется точного равенств напряжения, частоты и совпадения фаз на генераторах. Коммутация нагрузки каждого из генераторов будет вызывать снижение напряжения, скачки тока и дополнительный износ системы.
3. Самосинхронизация. При самосинхронизации двигатель дизель-генератора раскручивается до номинальной частоты вращения и подается ток возбуждения. Благодаря этому ДГУ сама синхронизируется с сетью.

Преимущества параллельной работы дизель-генераторов

Если общая электросеть оборудована единственной ДЭС, то нагрузка на нее значительно колеблется в зависимости от сезона и времени суток. При использовании нескольких машин появляется возможность их поочередного или одновременного включения при увеличении или уменьшении потребности пользователей в электроэнергии. Это позволяет поддерживать высокий ресурс дизелей в течение продолжительного времени, снизить потребление топлива, воды, расходных материалов.

К преимуществам параллельной работы нескольких ДГУ также относят:

• надежное снабжение потребителей в аварийных ситуациях, поскольку предусмотрены резервные агрегаты;
• возможность уменьшения мощности каждой отдельной ГУ, подключенной параллельно;
• совместная работа дизель-генераторов позволяет рационально распределять сезонные;
• нагрузки и объединять в единую систему разные станции;
• плавный перевод потребителей с одной ГУ на другую;
• повышение качества электроэнергии за счет предотвращения колебаний напряжения.

При этом нужно отметить, что параллельная работа дизельных генераторов отличается более сложной схемой включения. Еще один недостаток — при коротких замыканиях значительно увеличивается ток.

Варианты исполнения параллельных систем

• ДГУ – резервный источник питания. Самый простой способ. ДГУ с автоматическим запуском работает как резерв к основному вводу электроснабжения. При пропадании напряжения на основном вводе (электросеть) происходит автозапуск ДГУ, сопоставление параметров напряжения, синхронизация и дальнейшая коммутация нагрузки от дизель-генератора. Для управления переключением между основным и резервным вводом необходимо использовать щиты АВР ДГУ.
• Режим наращивания мощности. При нехватке мощности от основного ввода происходит запуск дизель-генераторов и их синхронизация с основной сетью. ДГУ коммутируют дополнительную мощность в нагрузку и при необходимости снижает ее.
• Основной источник питания (мобильные электростанции). Две или более дизель-генераторные установки работают параллельно как единственный источник электроэнергии. В таком режиме происходит автоматическое включение/отключение генераторов и взаимное резервирование при авариях.

Точная синхронизация электростанций

Для выполнения всех ее условий требуется несколько минут времени и наличие особого навыка у персонала. Операция не опасна для оборудования, так как номинальное значение тока не превышается. Она используется на генераторных установках большой мощности, где время опережения задается автоматикой. Это позволяет предотвратить возникновение сверхтоков при включении.

При выполнении соблюдаются следующие критерии:

• различие напряжений сети и генераторной установки не более 1 % при наличии АВР с функцией автоматической подгонки, а при его отсутствии или ручном регулировании — 5 %;
• угол напряжений не более 10 градусов;
• отклонение частот не более 0,1 %.

Соблюдение условий достигается с помощью регулировки тока возбуждения машины и изменения вращающего момента вала. Контроль параметров производится по расположенным на пульте управления вольтметрам, частотометрам и синхроноскопу, которые подключают к трансформатору.

Недостатки точной синхронизации:

• сложность подгонки всех параметров;
• большой временной интервал, поскольку при авариях в системе может занимать несколько десятков минут, а важно обеспечить быстрое включение;
• высокая вероятность механических повреждений при большом угле напряжений;
• возможность использования только на высокомощных электростанциях с турбинами.

Преимущества способа заключаются в том, что при избежании ошибок переходные процессы при параллельном соединении генераторов очень незначительны и кратковременны.

Шкафы управления с АВР для синхронизации ДГУ

Для управления работой дизель-генераторов по синхронной схеме необходимо использовать шкафы управления ДГУ АВР. Обычно шкафы управления электростанциями состоят из автоматических выключателей, контроллеров, источников бесперебойного питания, разнообразных систем анализа и передачи данных.

Наша компания специализируется на производстве шкафов АВР на 2, 3, 4 ввода (ШАВР, ЩАП, ЯАВР, УАВР, АВРП) различной степени сложности. Мы выпускаем шкафы управления дизель генераторами ДГУ с АВР, ГРЩ с АВР, АВР с секционированием как на релейной логике, так и на базе программируемых контроллеров.

Цифровой пульт управления ДЭС с функцией параллельной работы ДЭС (автоматическая синхронизация, разделение нагрузки)

Пульт управления ДЭС для работы в параллели представляет собой герметизированный металлический шкаф для электрооборудования, устанавливаемый на единую раму дизель-генераторной установки, ДГУ (опционально возможно дистанционное расположение). В переднюю дверцу шкафа герметично встроен микропроцессорный контроллер управления ComAp InteliCompactNT MINT, выключатель питания пульта управления и кнопка аварийного останова ДЭС с фиксатором. Класс защиты пульта управления: IP 54.

Каждый пульт управления проходит испытание на специальном стенде и последующий выходной контроль качества в составе готового дизель-генераторной установки.

Преимущества системы управления на основе микропроцессорных контроллеров ComAp InteliCompact NT MINT:

• многофункциональный ЖК-дисплей с защитным покрытием (8 строк информации, графическое отображение информации)
• светодиодные индикаторы:
  — готовность генератора к приему нагрузки,
  — процесс (состояние) синхронизации,
  — главная шина под напряжением,
  — аварийный индикатор
• мембранные влагозащищенные кнопки обеспечивают простое и удобное управление всеми функциями
• полностью русифицированный интерфейс
• защита доступа с помощью пароля
• возможность ввода на экран пользовательского текста (например, название компании)
• 3 конфигурируемых аналоговых входа
• 9 / 8 программируемых дискретных входов / выходов
• энергонезависимые часы реального времени
• системный журнал на 200 сообщений и архив изменений настроек контроллера на основе реального времени с возможностью просмотра данных на экране контроллера (причина, дата, время и значения важных параметров в момент события)
• возможность подключения систем удаленного мониторинга и управления
• возможность интеграции ДЭС с источником бесперебойного питания – ИБП
• широкий выбор модулей расширения ComAp
• температура эксплуатации от –20°С до +70°С
• класс защиты лицевой панели — IP 6

Функции управления:

Работа ДГУ в параллели:

• автоматическая синхронизация ДГУ (подстройка частоты, выходного напряжения)
• интеллектуальная система управления мощностью (поддержка до 32 ДГУ в параллель):
  — запуск / остановка ДГУ в зависимости от потребляемой мощности
  — разделение нагрузки между ДГУ (активной и реактивной),
  — оптимизация количества работающих ДГУ в зависимости от потребляемой мощности
  — программируемое чередование запуска генераторных установок для выравнивания наработки моточасов каждым ДГУ
• островной режим работы параллельных ДГУ (нет основной сети)
• режим параллели с основной сетью (при наличии шкафа АВР / контроллера MainsCompactNT)
• режим наращивания мощности основной сети / срез пиков потребления, включая работу по расписанию (при наличии контроллера MainsCompactNT)

Работа ДГУ в одиночном режиме:

• автоматический и ручной запуск / остановка ДГУ, в том числе при отклонении параметров основной сети — по сигналам шкафа АВР*
• два независимых программируемых таймера с заданием точного времени, периодичности и длительности автоматического запуска/остановки ДЭС с регулируемым числом попыток пуска – для тестирования, поддержания постоянной готовности ДГУ
• автоматическая задержка отключения ДЭС с регулируемым периодом охлаждения
• автоматическая регулировка частоты вращения двигателя в рабочем и холостом режиме режимах
• ограничение максимальной мощности ДГУ (ручной режим)
• автоматическое управление дополнительным оборудованием и системами ДЭС*:
  — предпусковой подогрев двигателя
  — система дозаправки топлива
  — подзарядка АКБ от сети 220 В
  — открытие / закрытие клапанов притока и оттока воздуха с электроприводом

Параллельное подключение и работа дизельных генераторов

Порядок параллельного (синхронного) подключения и функционирования дизельно-генераторных установок требуется при существенной изменчивости среднего количества используемой мощности. Такой вариант повышает безопасность электроснабжения и экономичность использования ДЭС, снижает отклонения по частоте и напряжению при пульсациях нагрузки. Допускает перераспределение подключенной нагрузки без блокировки потребителей от внезапной остановки.

Какие задачи решает параллельная работа ДГУ?

Синхронизацию применяют в многоагрегатных ДЭС для существенного повышения рабочих показателей. Это способствует:

оптимизации нагрузки для отдельного генератора;

росту резерва единичной мощности;

увеличению долговечности сходных по типу генераторов;

улучшению эффективности циклов сброса-набора нагрузки.

Такая синхронизация ДГУ снижает наработку моторесурса каждого агрегата, тем самым уменьшая расходы на ТО. При этом уменьшается потребление масла, топлива и других материалов. При резервировании мощностей происходит повышение суммарного ресурса установок, увеличивается надежность и отдача вложений в энергоснабжение.

Параллельное соединение дизельных генераторов создает универсальную систему, работающую как в комплексе, так и самостоятельно. При этом запитанные в систему агрегаты могут находиться на удалении друг от друга. Синхронизация дизель генераторов повышает надежность работы агрегатов за счет равномерного распределения нагрузки. И даже поломка одной из ДГУ позволяет полноценно работать остальным.

Какие условия нужно соблюдать при синхронизации ДГУ

Параллельное соединение дизельных генераторов диктует выполнение условий, требуемых для безотказного подключения генераторов на синхронные действия, и уверенной работы при эксплуатации. Для этого используют либо ручное, либо электроавтоматическое регулирование. Синхронизация ДГУ требует соответствия по:

совпадению режимов ротации фаз.

При эксплуатации систем, которые состоят из некоторого количества ДГУ, применяют программаторы-контроллеры, созданные для синхронизации, контролирующие процесс при включении и отключении в привязке от загрузки. Чтобы получить близкие показатели по току, напряжению и частоте регулируют ток возбуждения и обороты ротора. Специальным прибором — фазоуказателем, упорядочивают совпадение фаз.

Виды синхронизации

Синхронная работа ДГУ осуществляется несколькими путями. Каждому из них присущи свои преимущества и слабые места, которые учитываются при выборе оптимального варианта.

Точная синхронизация

Этот процесс не занимает много времени и не оказывает негативного воздействия на оборудование, потому что не превышаются необходимые показания токов. Для этого соблюдают критерии:

угол векторов напряжения и тока не превосходит 10 градусов;

фазовая разность частот — не более 0,1%;

разница по напряжению между сетью и ДГУ — не превышает 1 -5% от способа регулирования.

Соблюсти условия можно настройкой токов возбуждения машины и за счет преобразования момента вращения вала. Преимущество этого способа в том, что при отсутствии ошибок промежуточные процедуры параллельного соединения ДГУ скоротечны. Недостатками такой синхронизации могут быть:

сложность настройки и согласования параметров;

большой промежуток времени в десятки минут при необходимости быстрого включения в случае аварии;

возможность неполадок при наличии большого угла напряжения;

допустимость применения лишь на мощных электроагрегатах.

Самосинхронизация

Такой вариант не является сложным, дает возможность без проблем автоматизировать процесс. Существует достаточное количество схем и устройств, в которых реализован этот метод. Он позволяет уменьшить время подготовительных операций и обладает одним условием для подключения: различие скоростей вращения валов генераторов не должно превышать 2-3 Гц. Строгой настройки иных параметров в этом случае не производится.

Схема параллельной работы дизель-генераторов выглядит следующим образом:

Применение контроллеров гарантирует:

• ручное, автоматическое и дистанционное управление ДЭС, работающей в параллели с другими, либо в одиночном режиме;
• автоматическую синхронизацию и разделение нагрузки;
• полный контроль параметров и защиту систем дизель электростанции.

Недостатками самосинхронизации являются: пониженное напряжение на шинах электростанции и рывки тока в цепях. Снижение может достигать 40 %, а срывы по току в 2-4 раза перекрывать номинальный.

Синхронизация через индуктивное сопротивление

Такой способ еще именуют грубой синхронизацией. Он достаточно простой, удобный и быстрый, с большой вероятностью безопасного подключения. При запуске ДГУ возникает возбуждение и последующее подключение на шину во время выхода на околосинхронные величины напряжения и частоты. Конечная самосинхронизация произойдет благодаря сопротивлению по прошествии образования электросвязи с сетью.

К недостаткам этого способа относят сильные вибрации. Его применяют на установках, у которых мощность проигрывает станциям централизованного энергоснабжения.