Funcionamiento en paralelo de generadores.

En las centrales siempre se instalan varias unidades turbo o hidráulicas, que trabajan juntas en paralelo sobre los embarrados comunes del generador o sobretensión.

Como resultado, la producción de electricidad en las plantas de energía es producida por varios generadores trabajando en paralelo, y esta cooperación tiene muchas ventajas valiosas.

Operación en paralelo de generadores:

1. aumenta la flexibilidad de la operación de los equipos de centrales y subestaciones eléctricas, facilita el mantenimiento preventivo de los generadores, los equipos principales y los correspondientes dispositivos de distribución con un mínimo de la reserva necesaria.

2. aumenta la eficiencia de la operación de la central, ya que permite la distribución más eficiente del horario de carga diario entre las unidades, logrando así el mejor uso de la energía eléctrica y aumentando la eficiencia; en las centrales hidroeléctricas, permite aprovechar al máximo la potencia del caudal de agua durante la época de crecidas y durante las épocas de estiaje estival e invernal;

3.aumenta la confiabilidad y el funcionamiento ininterrumpido de las centrales eléctricas y el suministro de energía a los consumidores.

Arroz. 1. Diagrama esquemático de funcionamiento en paralelo de generadores.

Para aumentar la producción y mejorar la distribución de energía, muchas plantas de energía se combinan para operar en paralelo para formar poderosos sistemas de energía.

En operación normal, los generadores están conectados a barras comunes (generador o sobrevoltaje) y giran sincrónicamente. Sus rotores giran a la misma velocidad eléctrica angular

En operación en paralelo, los voltajes instantáneos en las terminales de los dos generadores deben ser iguales en magnitud y de signo opuesto.

Para conectar el generador para el funcionamiento en paralelo con otro generador (o con la red), es necesario sincronizarlo, es decir, regular la velocidad de rotación y excitación del generador conectado de acuerdo con el funcionamiento.

Los generadores que funcionan y se conectan en paralelo deben estar en fase, es decir, tener el mismo orden de rotación de fase.

Como puede verse en la fig. 1, en funcionamiento en paralelo, los generadores están conectados entre sí, es decir, sus voltajes U1 y U2 en el interruptor serán exactamente opuestos. Con respecto a la carga, los generadores funcionan de acuerdo, es decir, sus voltajes U1 y U2 coinciden. Estas condiciones de funcionamiento en paralelo de los generadores se reflejan en los diagramas de la fig. 2.

Arroz. 2. Condiciones para encender generadores para operación en paralelo. Los voltajes del generador son iguales en magnitud y opuestos en fase.

Hay dos métodos para sincronizar generadores: sincronización fina y sincronización gruesa o autosincronización.

Condiciones para la sincronización exacta de los generadores.

Con sincronización precisa, el generador excitado se conecta a la red (buses) a través del interruptor B (Fig. 1) al alcanzar las condiciones de sincronización: igualdad de los valores instantáneos de sus voltajes U1 = U2

Cuando los generadores operen por separado, sus voltajes instantáneos de fase serán iguales, respectivamente:

Esto implica las condiciones necesarias para la conexión en paralelo de los generadores. Para generadores encendidos y funcionando, se requiere:

1. igualdad de los valores de voltaje efectivo U1 = U2

2. igualdad de frecuencias angulares ω1 = ω2 o f1 = f2

3. adaptación de tensiones en fase ψ1 = ψ2 o Θ = ψ1 -ψ2 = 0.

El cumplimiento exacto de estos requisitos crea condiciones ideales, que se caracterizan por el hecho de que en el momento de encender el generador, la corriente de compensación del estator será cero. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el cumplimiento de las condiciones para una sincronización exacta requiere un ajuste cuidadoso de los valores comparados de voltaje, frecuencia y ángulos de fase del voltaje de los generadores.

En este sentido, es prácticamente imposible cumplir plenamente con las condiciones ideales para la sincronización; se realizan aproximadamente, con algunas ligeras desviaciones. Si una de las condiciones anteriores no se cumple, cuando U2, la diferencia de voltaje actuará en las terminales del interruptor de comunicación abierto B:

Arroz. 3. Diagramas vectoriales para casos de desviación de las condiciones de sincronización exacta: a — Las tensiones de trabajo de los generadores no son iguales; b — las frecuencias angulares no son iguales.

Cuando se enciende el interruptor, bajo la acción de esta diferencia de potencial en el circuito fluirá una corriente de compensación, cuyo componente periódico en el momento inicial será

Considere dos casos de desviación de las condiciones de sincronización exactas que se muestran en el diagrama (Fig. 3):

1. las tensiones de funcionamiento de los generadores U1 y U2 no son iguales, se cumplen las demás condiciones;

2. los generadores tienen el mismo voltaje pero giran a diferentes velocidades, es decir, sus frecuencias angulares ω1 y ω2 no son iguales y hay un desajuste de fase entre los voltajes.

Como puede verse en el diagrama de la fig. 3, a, la desigualdad de los valores efectivos de los voltajes U1 y U2 provoca la aparición de una corriente de compensación I ”ur, que será casi puramente inductiva, ya que las resistencias activas de los generadores y los cables de conexión de la red son muy pequeños y están descuidados. Esta corriente no crea sobretensiones de potencia activa y, por lo tanto, no genera tensiones mecánicas en las partes del generador y la turbina. En este sentido, cuando los generadores se encienden para operar en paralelo, la diferencia de voltaje puede permitirse hasta un 5-10%, y en casos de emergencia, hasta un 20%.

Cuando los valores de tensión rms U1 = U2 son iguales, pero cuando las frecuencias angulares difieren Δω = ω1 — ω2 ≠ 0 o Δf = f1 — f2 ≠ 0, los vectores de tensión de los generadores y de la red (o del segundo generador ) se desplazan con un cierto ángulo Θ que cambia con el tiempo. Los voltajes de los generadores U1 y U2 en este caso diferirán en fase no en un ángulo de 180 °, sino en un ángulo de 180 ° —Θ (Fig. 3, b).

En los terminales del interruptor abierto B, entre los puntos a y b, actuará la diferencia de tensión ΔU. Como en el caso anterior, la presencia de voltaje se puede detectar con una bombilla, y el valor rms de este voltaje se puede medir con un voltímetro conectado entre los puntos a y b.

Si el interruptor B está cerrado, entonces, bajo la acción de la diferencia de voltaje ΔU, se produce una corriente de compensación I ", que en relación con U2 será casi puramente activa y, cuando los generadores se encienden en paralelo, provocará choques y mecánica tensiones en los ejes y otras partes del generador y la turbina.

En ω1 ≠ ω2, la sincronización es completamente satisfactoria si el deslizamiento es s0 <0, l% y el ángulo Θ ≥ 10°.

Debido a la inercia de los reguladores de turbina, es imposible lograr una igualdad a largo plazo de las frecuencias angulares ω1 = ω2, y el ángulo Θ entre los vectores de voltaje, que caracterizan la posición relativa de los devanados del estator y del rotor de los generadores, no permanece constante, sino que cambia continuamente; su valor instantáneo será Θ = Δωt.

En el diagrama vectorial (Fig. 4), la última circunstancia se expresará en el hecho de que con un cambio en el ángulo de fase entre los vectores de voltaje U1 y U2, ΔU también cambiará. La diferencia de voltaje ΔU en este caso se llama voltaje de choque.

Arroz. 4. Diagrama vectorial de sincronización del generador con desigualdad de frecuencia.

El valor instantáneo de los voltajes de reloj Δu es la diferencia entre los valores instantáneos de los voltajes u1 y u2 de los generadores (Fig. 5).

Supongamos que se logra la igualdad de valores efectivos U1 = U2, los ángulos de fase del tiempo de referencia ψ1 y ψ2 también son iguales.

Entonces puedes escribir

La curva de tensión de choque se muestra en la Fig. 5.

La tensión de ritmo cambia armónicamente con una frecuencia igual a la mitad de la suma de las frecuencias comparadas y con una amplitud que varía con el tiempo dependiendo del ángulo de fase Θ:

Del diagrama vectorial en la fig.4, para un cierto valor especificado del ángulo Θ, el valor efectivo de la tensión de impacto se puede encontrar:

Arroz. 5. Curvas de superación del estrés.

Teniendo en cuenta el cambio del ángulo Θ a lo largo del tiempo, es posible escribir una expresión para la carcasa en términos de las amplitudes de las tensiones de choque, lo que da el cambio en las amplitudes de las tensiones a lo largo del tiempo (la curva punteada en la Fig. 5, b ):

Como puede verse en el diagrama vectorial de la Fig. 4 y la última ecuación, la amplitud de la tensión de choque ΔU varía de 0 a 2 Um. El mayor valor de ΔU será en el momento en que los vectores de voltaje U1 y U2 (Fig. 4) coincidan en fase y ángulo Θ = π, y el más pequeño, cuando estos voltajes difieran en fase en 180 ° y ángulo Θ = 0. El período de la curva de ritmo es igual a

Cuando el generador está conectado para operación en paralelo con un sistema potente, el valor de xc del sistema es pequeño y puede despreciarse (xc ≈ 0), entonces la corriente de compensación

y la corriente de irrupción

En el caso de un encendido desfavorable con la corriente Θ = π, la sobrecorriente en el devanado del estator del generador encendido puede alcanzar el doble del valor de la sobretensión de un cortocircuito trifásico de los terminales del generador.

El componente activo de la corriente de ecualización, como se puede ver en el diagrama vectorial de la Fig. 4 es igual a