Паралельне увімкнення резервних генераторів — синхронізація та статизм (droop)

У посібнику з АВР для резервного електропостачання розглянуто автоматичне перемикання між мережею та одним резервним генератором. Ця стаття розглядає іншу ситуацію: що потрібно для одночасної роботи двох або більше генераторів на одних шинах — паралельну роботу — і чому це висуває принципово інші вимоги, ніж робота одного генератора з автоматичним перемикачем резерву (АВР).

Умови синхронізації перед паралельним увімкненням

Перш ніж генератор підключається до шин, на яких вже активне інше джерело напруги (мережа або вже працюючий генератор), у момент замикання вимикача мають майже збігатися такі величини:

• Частота: зазвичай у межах приблизно ±0,05 Гц від частоти шин, з якими виконується синхронізація.
• Напруга: зазвичай у межах приблизно ±5% від напруги шин.
• Порядок чергування фаз і кут фазового зсуву: порядок чергування фаз (обертання, наприклад L1-L2-L3) повинен бути ідентичним, а різниця фазових кутів у момент замикання має бути невеликою (зазвичай менше приблизно 10°).

Система синхронізації (автоматична чи ручна, із синхроноскопом) безперервно контролює ці величини та замикає вимикач генератора лише тоді, коли всі умови виконано одночасно. Якщо генератор вмикається паралельно поза цими межами, виникає раптовий кидок струму та механічний удар на валу генератора з ризиком пошкодження обмотки та приводу.

Увага: це інший вид вимоги до сумісності, ніж сумісність груп з'єднання трансформаторів (див. посібник про групи з'єднання трансформаторів) — у генераторів йдеться про миттєву умову синхронізації перед замиканням вимикача, тоді як у трансформаторів — про постійну, структурну властивість (групу з'єднання), яка не змінюється від увімкнення до увімкнення.

Після синхронізації: статизм замість ізохронного регулювання

Після паралельного увімкнення двох генераторів навантаження має розподілятися між ними пропорційно. Це досягається за допомогою статизму за частотою (droop) (зазвичай статизм за швидкістю/частотою 4–5%): регулятор швидкості кожного генератора допускає невелике зниження частоти обертання (а отже, і частоти) зі зростанням навантаження, слідуючи фіксованій, пропорційній характеристиці. Оскільки всі генератори, що працюють паралельно, повинні підтримувати одну й ту саму частоту (це єдина електрична мережа), це спільне зниження призводить до розподілу навантаження, пропорційного потужності кожного генератора.

Для реактивної потужності (кВАр) діє аналогічний принцип через статизм за напругою: система збудження допускає невелике зниження напруги зі зростанням відданої реактивної потужності, так що паралельно працюючі генератори також пропорційно розподіляють реактивну потужність.

Увага: ізохронне регулювання (за якого генератор намагається підтримувати постійну частоту незалежно від навантаження) чудово працює для одного генератора, але призводить до нестабільності, щойно кілька генераторів одночасно намагаються регулюватися ізохронно — обидва регулятори починають «боротися» за утримання частоти. При паралельній роботі кількох генераторів стандартним рішенням є статизм на всіх генераторах (або один генератор в ізохронному режимі як «провідний» при інших у режимі статизму).

Практична значущість

При проєктуванні чи оцінці установки з кількома паралельно працюючими генераторами потрібно встановити, чи дійсно система синхронізації контролює всі потрібні величини (частоту, напругу, порядок чергування фаз, фазовий кут) перед замиканням вимикача генератора, і чи забезпечує стратегія регулювання після синхронізації (статизм на всіх генераторах або один ізохронний провідний при інших у статизмі) стабільний, пропорційний розподіл навантаження.

Часті помилки

1. Одночасне ізохронне регулювання кількох генераторів — це спричиняє нестабільний, коливальний розподіл навантаження, щойно понад один генератор активно намагається утримувати частоту.
2. Відсутність перевірки порядку чергування фаз при підключенні замінного чи додаткового генератора — зворотний порядок чергування фаз не завжди виявляється лише контролем частоти та напруги і може спричинити сильний, подібний до короткого замикання кидок струму при замиканні вимикача.
3. Змішування статизму з фіксованим, статичним розподілом навантаження — статизм — це динамічне, безперервне регулювання на основі фактичного навантаження, а не одного разу задане фіксоване співвідношення між генераторами.

Пов'язані матеріали

• АВР для резервного електропостачання
• Групи з'єднання трансформаторів та паралельна робота
• Навантажувальне випробування резервного генератора
• Резервні генератори — §551