Про генераторы⁠⁠

Под одним из прошлых постов меня просили рассказать, как генераторы крутятся в энергосистеме с одной частотой. В тексте будут некоторые допущения, сделанные для удобства восприятия и значительно не влияющие на смысл.

Представьте, что вы раб на галере. Ваша задача – грести. Вы берете весло, садитесь на лавку, и осматриваетесь. Вокруг вас такие же гребцы, они машут веслами все вместе, с одинаковой частотой и амплитудой, грубо говоря, они команда гребцов. Чтобы вы могли грести вместе со всеми, должны быть выполнены следующие условия:

1. Частота вашей гребли должна совпадать с частотой остальных гребцов (например, 1 гребок в секунду)

2. Амплитуда ваших движений веслом должна совпадать с амплитудой остальных гребцов

3. Начинать грести надо в определенный момент, чтобы ваши движения веслом совпадали с движениями веслом остальных гребцов.

Если хотя бы одно из условий не выполняется, то вы будете задевать своим веслом соседних гребцов, и общая эффективность гребли снизится. Если вы среднестатистический гребец, не особо сильный, то еще ничего, а вот если вы мастер спорта по академической гребле, то можете своими ошибками и всех остальных гребцов сбить с ритма. Да, скорее всего не получится идеально точно повторить все параметры и все равно будут расхождения. Но если эта ошибка невелика, то сделав пару-тройку гребков, вы подстроитесь под общий ритм без каких-либо неприятных последствий. А если вы все-таки собьете ритм, и все гребцы перестанут грести, надсмотрщик всыпет вам десяток ударов плетью.

Теперь то же самое, но про генераторы.

Представьте, что вы генератор в энергосистеме. Ваша задача – вырабатывать электроэнергию и выдавать ее в сеть. Вы разгоняетесь до номинальной частоты вращения и готовитесь подключиться к энергосистеме. Вокруг вас такие же генераторы, они вращаются все вместе, с одинаковой частотой и амплитудой, грубо говоря, они энергосистема. Чтобы вы могли работать совместно с другими генераторами и выдавать энергию в сеть, должны быть выполнены следующие условия:

1. Частота вашего вращения должна совпадать с частотой остальных генераторов (50 оборотов в секунду, или 50 Герц)

2. Амплитуда вашего напряжения должна совпадать с амплитудой остальных генераторов

3. Включать генератор в сеть надо в определенный момент, чтобы фаза вашего вращения совпадала с фазой вращения остальных генераторов.

Если хотя бы одно из условий не выполняется, то в сети начнутся перетоки мощности между генераторами, и общая эффективность выработки электроэнергии в сети снизится. Если вы среднестатистический генератор, например Т-12-2 на 12 Мегаватт, то еще ничего, а вот если вы турбогенератор ТВВ-1200-2 с водородным охлаждением, мощностью 1200 Мегаватт, то можете своими ошибками и развалить энергосистему, что приведет к веерным отключениям. Да, скорее всего не получится идеально точно повторить все параметры и все равно будут расхождения. Но если эта ошибка невелика, то через 1-2 секунды после включения генератор «втянется в синхронизм», т.е. как бы сам подстроится под параметры системы, без каких-либо неприятных последствий. А если вы все-таки развалите энергосистему, и все генераторы отключатся, комиссия из МинЭнерго выпишет вам штраф и проведет у вас внеочередную проверку.

Для контроля выполнения вышеописанных условий при включении генератора в сеть применяется специальное устройство – колонка синхронизации. Она представляет собой небольшой шкафчик с измерительными приборами.

На фото мы видим (снизу вверх):

Частотомер (Hz) - сравнивает частоту вращения генератора с частотой сети;

Вольтметр (V) - сравнивает напряжение генератора с напряжением сети. Шкала у него от 0 до 150 Вольт, что соответствует диапазону вторичного напряжения трансформатора напряжения (ТН). Одна колонка синхронизации может применяться для поочередного включения нескольких генераторов, у которых могут быть различные первичные напряжения (генераторы бывают на 6, 10, 20 киловольт), но в любом случае вторичное напряжение ТН у всех одинаковое;

Синхроноскоп – прибор, который показывает нам, насколько частота и фаза генератора больше или меньше частоты и фазы сети в текущий момент времени. У прибора есть стрелка, на фото она направлена вниз и ее не видно, так как прибор отключен. Когда колонка синхронизации включена, стрелка прибора начинает вращаться. Скорость вращения стрелки зависит от разности частот, а конкретное положение стрелки в пространстве указывает на сдвиг фазы. Если параметры генератора сильно отличаются от параметров сети, стрелка будет вращаться очень быстро. Задача дежурного электрика, выполняющего синхронизацию – отрегулировать напряжение и частоту генератора так, чтобы стрелка прибора плавно вращалась по часовой стрелке. В момент прохождения ей верхнего положения, а точнее чуть-чуть раньше, нужно нажать кнопку включения генераторного выключателя, что и будет означать включение генератора в сеть. При этом показания приборов выравниваются, стрелка синхроноскопа замирает в верхнем положении, а по машинному залу прокатывается волна вибрации – генератор втянулся в синхронизм. Чем точнее подогнать параметры перед включением, тем слабее будет вибрация.

На современных генераторах устанавливают устройства автоматической синхронизации, персоналу остается только отдать разрешение на включение, а автоматика подрегулирует всё, что нужно, и включит выключатель. Более того, на данный момент ручная синхронизация практически везде является нештатным режимом работы, так как вероятность ошибки у человека гораздо выше, чем у автоматики.

Управление энергосистемой в России осуществляется специальной диспетчерской службой - Системным Оператором. У них на сайте есть график значения частоты в сети, обновляется каждый час. https://www.so-ups.ru/functioning/ups/indicators/ees-freq/?t...
С такой частотой вращаются все генераторы в энергосистеме.
Вообще-то не с конкретно такой, а с частотой, близкой к такой. Есть генераторы с разным числом полюсов, и, как следствие, с разной частотой вращения. А еще есть межсистемные перетоки и фактически частота в разных точках сети отличается. Если я попробую залезть в такие тонкие материи и выкачу это на Пикабу, вряд-ли кто-то это будет читать, простыми словами уже не получится, тут нужны продвинутые знания матана и электротехники. А если у человека есть такие знания, то зачем ему моя статья?

Спасибо за внимание!
Если есть какие-то вопросы по данной теме – задавайте в комментариях, постараюсь ответить.