Проверка совпадения чередования фаз, синхронизация и набор нагрузки
После окончания монтажа или ремонтных работ в первичной цепи генератора, которые могли нарушить чередование фаз, необходимо проверить совпадение чередования фаз генератора и сети. Включение в сеть генератора, имеющего обратное чередование фаз, и, следовательно, противоположный момент вращения по сравнению с системным, приведет к более тяжелым последствиям, чем несинхронное включение.
Для проверки совпадения фаз к трансформатору напряжения резервной системы шин присоединяют фазоуказатель. При этом порядок подключения зажимов фазоуказателя к фазам трансформатора напряжения, существенного значения не имеет. Следует лишь сохранить его неизменным до конца проверки. Затем на резервную систему шин поочередно подают напряжение от рабочей системы шин и от генератора. Если в обоих случаях диск фазоуказателя будет вращаться в одном направлении, то порядок чередо вания фаз генератора и системы одинаков. Если же направление вращения диска изменяется, то включать генератор, не поменяв местами две фазы на ошиновке, соединяющей генератор с сетью, не допускается.
При отсутствии резервной системы шин или блочном соединении генератора с трансформатором фазоуказатель присоединяют к трансформатору напряжения генератора. От выводов статора отсоединяют компенсаторы, на шинный мост и трансформатор напряжения генератора подают напряжение от системы включением силового трансформатора. При этом фиксируется направление вращения диска фазоуказателя. Затем, после присоединения компенсаторов к выводам статора и пуска генератора, напряжение на шинный мост подают от генератора. При совпадении фаз направление вращения диска фазоуказателя должно сохраниться. Если между генератором и его трансформатором имеются разъединители, то отсоединять компенсаторы от выводов статора не требуется. В этом случае перед подачей напряжения на шинный мост от сети достаточно отключить разъединители.
По окончании монтажа или работ в цепях синхронизации и связанных с ними трансформаторах напряжения должны быть проверены исправность и правильность схемы синхронизации. Для этого после достижения генератором частоты вращения, близкой к номинальной, необходимо возбудить генератор (включить его автомат гашения поля АГП, подать в ротор ток возбуждения и поднять напряжение на выводах статора до номинального). Ток возбуждения регулируют с помощью реостата, движок которого вручную перемещают в положение холостого хода, или с помощью установочного автотрансформатора (УАТ), воздействующего на автоматический регулятор возбуждения (АРВ) генератора. Установив ключ синхронизации на пульте управления генератором в положение «Включено», следует подать на колонку синхронизации заведомо несинхронные напряжения (от генератора и сети).
Далее необходимо проверить вращение стрелки синхроноскопа и подождать, пока она сделает один или несколько полных оборотов. Это укажет на исправность синхроноскопа и наличие на нем напряжения как от генератора, так и от сети. Одновременно следует убедиться в исправности вольтметров и частотомеров на колонке синхронизации. Пока стрелка синхроноскопа не совершит полный оборот, нельзя считать синхроноскоп и его цепи исправными. Колебания стрелки в одну и другую сторону от красной черты могут быть вызваны не только неудовлетворительной работой регулирования турбины, но и обрывом в одной из фаз напряжения, подводимого к синхроноскопу, или неисправностью самого синхроноскопа. Возбужденный до номинального напряжения генератор включают на резервную систему шин, находящуюся без напряжения. При этом включается колонка синхронизации. Поскольку на синхроноскоп при этом будет подано заведомо синхронное напряжение, стрелка синхроноскопа должна остановиться в вертикальном положении, на красной черте. Если она остановится в другом положении, значит синхронизирующее устройство работает неправильно и до устранения дефекта включать в работу генератор не допускается.
При отсутствии резервной системы шин или при блочном соединении генератора с трансформатором правильность работы схемы синхронизации проверяют подачей напряжения на шинный мост генератора от сети при отсоединенных от выводов генератора компенсаторах или разъединителях.
Схему синхронизации выполняют по окончании монтажа генератора и совмещают ее с проверкой чередования фаз. Если проверка схемы синхронизации выполнялась с использованием резервной системы шин, то и синхронизация генератора с сетью должна быть выполнена также. После этого генератор переводят на резервную систему шин и правильность работы схемы синхронизации проверяют вновь.
Включение генератора в сеть может быть выполнено способом точной синхронизации или самосинхронизации. Для включения генератора по этому способу без резкого изменения силы тока в статоре и вращающего момента ротора должны быть соблюдены три условия: равенство значений напряжений генератора и сети, совпадение этих напряжений по фазе, равенство частот генератора и сети.
Включение генератора в сеть при существенном расхождении в значениях напряжения и при большом угле расхождения по фазе вызовет появление в генераторе уравнительного тока и связанных с ним последствий. Особенно опасно включение генератора при несовпадении напряжений по фазе. В наиболее тяжелом случае, когда напряжение генератора и сети сдвинуто по фазе на 180°, а мощность системы во много раз превышает мощность генератора, уравнительный ток в момент включения в 2 раза превысит ток трехфазного КЗ на выводах генератора. От такого тока могут разрушиться лобовые части обмотки статора или обмотки повышающего трансформатора. При значительной разности частот трудно безошибочно выбрать момент для включения генератора. Кроме того, если момент включения будет выбран удачно, то из-за большой начальной разности между частотой вращения ротора и синхронной частотой внешней сети ротор синхронизируемого генератора не успеет затормозиться и не удержится в синхронном положении, что вызовет появление больших колебаний значений силы тока статора и вращающего момента ротора. Поэтому при большой частоте вращения, а также при резких качаниях стрелки синхроноскопа включать генератор не допускается.
Однако точное соблюдение указанных условий, особенно двух последних, замедлило бы процесс синхронизации. Трудно достигнуть такого условия, чтобы частота генератора и сети уравнялась именно в тот момент, когда напряжение совпадет по фазе (стрелка синхроноскопа остановится точно на вертикальной красной черте). Чаще всего стрелка синхроноскопа, если и останавливается, то не на красной черте, и приходится преднамеренно нарушать равенство частот, чтобы заставить стрелку вновь вращаться. Кроме того, включать генератор в сеть, когда стрелка синхроноскопа длительно находится на красной черте, опасно, так как ее остановка может быть вызвана не только равенством частот и совпадением напряжения по фазе, но и появлением во время синхронизации неисправности в синхроноскопе или в его цепях. Поэтому на практике допускается появление незначительных, неопасных толчков при включении генератора и синхронизация с соблюдением следующих, несколько отличающихся от указанных идеальных условий:
напряжение генератора должно быть выше напряжения сети, но не более чем на 5 %, для того чтобы после включения он принял на себя реактивную нагрузку;
импульс на включение выключателя должен подаваться до подхода стрелки синхроноскопа к красной черте на угол, соответствующий времени включения, с расхождением не более 8... 12°;
частота вращения генератора должна быть близкой к частоте сети, чтобы стрелка синхроноскопа вращалась с частотой не более 2...3 об/мин.
Точная синхронизация проводится при помощи автоматического синхронизатора, а там где его нет — вручную. Схема ручной синхронизации дополняется блокировкой от несинхронного включения, разрешающей включение генератора только при допустимых разности частот вращения и угле расхождения между фазами напряжений генератора и сети. Ручная синхронизация при отключенной блокировке от несинхронного включения запрещается.
Способом синхронизации генератор включается в сеть без возбуждения при частоте вращения, близкой к синхронной (скольжение ±2 %), после чего включается АГП, генератор возбуждается и в течение 1 ...2 с втягивается в синхронизм. Регулировочный реостат перед включением генератора должен быть установлен в положение холостого хода. Во избежание пробоя изоляции обмотки ротора из-за появления перенапряжений она должна быть замкнута до включения АГП на резистор самосинхронизации.
Если при неудачной точной синхронизации механические усилия на вал ротора, обусловленные так называемым синхронным моментом, могут в несколько раз превысить усилия от номинального момента, то при самосинхронизации синхронный момент отсутствует, так как генератор включается невозбужденным. Кроме того, достоинство способа самосинхронизации состоит в простоте, позволяющей ускорить и полностью автоматизировать включение генератора в сеть.
Включение турбогенераторов, имеющих косвенное охлаждение обмоток и работающих на шины генераторного напряжения, а также генераторов с непосредственным охлаждением обмоток в нормальных условиях должно осуществляться, как правило, способом точной синхронизации.
Для турбогенераторов, работающих на шины генераторного напряжения, это связано с недопустимостью значительного понижения напряжения у потребителей, включенных от шин данного генератора, в момент включения генератора из-за броска тока, превышающего более чем в 3,5 раза номинальное значение.
Для турбогенераторов с непосредственным охлаждением, несмотря на то что симметричная составляющая тока в начальный момент их самосинхронизации обычно не превышает трехкратного номинального значения, ограничения по применению способа самосинхронизации вызваны меньшей стойкостью этих генераторов и блочных трансформаторов большей мощности к динамическим воздействиям по сравнению со стойкостью турбогенераторов с косвенным охлаждением и трансформаторов меньшей мощности.
В аварийных условиях, когда напряжение и частота в сети могут сильно колебаться, включение генератора способом точной синхронизации может затянуться на продолжительное время или сопровождаться включением с большим углом расхождения векторов напряжения генератора и сети. В этих условиях турбогенераторы мощностью до 200 МВт и гидрогенераторы мощностью до 500 МВт разрешается включать на параллельную работу способом синхронизации. Генераторы большей мощности разрешается включать этим способом при условии, что кратность симметричной составляющей тока самосинхронизации к номинальному току не превышает 3.
Скорость подъема активной нагрузки после включения турбогенератора в сеть определяется допустимой скоростью набора нагрузки на турбину и котлоагрегат. Нарушение этого требования недопустимо. Например, чрезмерно быстрый набор нагрузки может привести к большому удлинению ротора турбины по сравнению с удлинением корпуса турбины и отключению ее защитой от осевого сдвига, а в худшем случае к задеванию лопаток ротора за диафрагмы. Поэтому скорость подъема нагрузки должна быть указана в местных инструкциях для каждого типа турбогенератора.
Скорость набора реактивной нагрузки генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток, а также гидрогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток не ограничивается. У турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток скорость набора реактивной нагрузки в нормальных условиях не должна превышать скорость набора активной нагрузки, а в аварийных условиях — не ограничивается. Ограничение скорости набора реактивной нагрузки (скорость повышения токов статора и ротора) в турбогенераторах с непосредственным охлаждением вызвано тем, что обмотки в них достигают установившейся температуры в 10... 15 раз быстрее, чем сердечник. Без ограничения скорости повышения тока разность температур в стали и меди обмотки ротора может стать весьма большой, что при значительной длине активных частей турбогенераторов приведет к существенной разности в тепловом расширении обмоток и стальных частей и, как следствие, к перемещению обмоток относительно сердечников, появлению механических напряжений в меди обмотки ротора, превышающих предел ее текучести. Перемещения обмоток или чрезмерные усилия в меди при частых повторениях могут вызвать повреждения изоляции или деформацию меди.