Параллельное включение резервных генераторов — синхронизация и статизм (droop)

В руководстве по АВР для резервного электропитания рассмотрено автоматическое переключение между сетью и одним резервным генератором. Эта статья рассматривает другую ситуацию: что требуется для одновременной работы двух или более генераторов на одних шинах — параллельную работу — и почему это предъявляет принципиально иные требования, чем работа одного генератора с автоматическим переключателем резерва (АВР).

Условия синхронизации перед параллельным включением

Прежде чем генератор подключается к шинам, на которых уже активен другой источник напряжения (сеть или уже работающий генератор), в момент замыкания выключателя должны почти совпадать следующие величины:

• Частота: обычно в пределах примерно ±0,05 Гц от частоты шин, с которыми выполняется синхронизация.
• Напряжение: обычно в пределах примерно ±5% от напряжения шин.
• Порядок чередования фаз и угол фазового сдвига: порядок чередования фаз (вращение, например L1-L2-L3) должен быть идентичным, а разница фазовых углов в момент замыкания должна быть небольшой (обычно менее примерно 10°).

Система синхронизации (автоматическая или ручная, с синхроноскопом) непрерывно контролирует эти величины и замыкает выключатель генератора только тогда, когда все условия выполнены одновременно. Если генератор включается параллельно за пределами этих границ, возникает внезапный бросок тока и механический удар на валу генератора с риском повреждения обмотки и привода.

Внимание: это иной вид требования к совместимости, чем совместимость групп соединения трансформаторов (см. руководство о группах соединения трансформаторов) — у генераторов речь идёт о мгновенном условии синхронизации перед замыканием выключателя, тогда как у трансформаторов — о постоянном, структурном свойстве (группе соединения), которое не меняется от включения к включению.

После синхронизации: статизм вместо изохронного регулирования

После параллельного включения двух генераторов нагрузка должна распределяться между ними пропорционально. Это достигается с помощью статизма по частоте (droop) (обычно статизм по скорости/частоте 4–5%): регулятор скорости каждого генератора допускает небольшое снижение частоты вращения (а значит, и частоты) по мере роста нагрузки, следуя фиксированной, пропорциональной характеристике. Поскольку все генераторы, работающие параллельно, должны поддерживать одну и ту же частоту (это единая электрическая сеть), это совместное снижение приводит к распределению нагрузки, пропорциональному мощности каждого генератора.

Для реактивной мощности (кВАр) действует аналогичный принцип через статизм по напряжению: система возбуждения допускает небольшое снижение напряжения по мере роста отдаваемой реактивной мощности, так что параллельно работающие генераторы также пропорционально распределяют реактивную мощность.

Внимание: изохронное регулирование (при котором генератор пытается поддерживать постоянную частоту независимо от нагрузки) отлично работает для одного генератора, но приводит к нестабильности, как только несколько генераторов одновременно пытаются регулироваться изохронно — оба регулятора начинают «бороться» за удержание частоты. При параллельной работе нескольких генераторов стандартным решением является статизм на всех генераторах (или один генератор в изохронном режиме как «ведущий» при остальных в режиме статизма).

Практическая значимость

При проектировании или оценке установки с несколькими параллельно работающими генераторами необходимо установить, действительно ли система синхронизации контролирует все требуемые величины (частоту, напряжение, порядок чередования фаз, фазовый угол) перед замыканием выключателя генератора, и обеспечивает ли стратегия регулирования после синхронизации (статизм на всех генераторах или один изохронный ведущий при остальных в статизме) стабильное, пропорциональное распределение нагрузки.

Частые ошибки

1. Одновременное изохронное регулирование нескольких генераторов — это вызывает нестабильное, колебательное распределение нагрузки, как только более одного генератора активно пытаются удерживать частоту.
2. Отсутствие проверки порядка чередования фаз при подключении замещающего или дополнительного генератора — обратный порядок чередования фаз не всегда обнаруживается только контролем частоты и напряжения и может вызвать сильный, подобный короткому замыканию бросок тока при замыкании выключателя.
3. Смешивание статизма с фиксированным, статическим распределением нагрузки — статизм — это динамическое, непрерывное регулирование на основе фактической нагрузки, а не единожды заданное фиксированное соотношение между генераторами.

Связанные материалы

• АВР для резервного электропитания
• Группы соединения трансформаторов и параллельная работа
• Нагрузочное испытание резервного генератора
• Резервные генераторы — §551