As usinas de energia frequentemente utilizam geradores como fontes de energia de reserva para lidar com interrupções no fornecimento de energia à rede elétrica, falhas em equipamentos de alimentação e manutenções preventivas. Quando ocorre uma interrupção no fornecimento de energia, o gerador deve iniciar automaticamente em poucos segundos para alimentar o painel de distribuição e os equipamentos elétricos, desconectando-se em seguida da chave geral da rede. Quando a energia da rede retorna, para que a comutação para a rede ocorra sem causar uma interrupção durante o processo de conversão, o gerador deve operar em paralelo com a rede e, após a conexão bem-sucedida, desconectar-se imediatamente da rede. A operação em paralelo é crucial. A conexão paralela não síncrona do gerador gera uma corrente de impacto elevada, colocando em risco a segurança do próprio gerador, além de causar flutuações na rede e comprometer a estabilidade. Portanto, é fundamental que os dispositivos de controle e proteção sejam completos e confiáveis.
1. Sistema operacional paralelo
Para que o gerador possa operar em paralelo, as seguintes condições devem ser atendidas:
① A sequência de fases da energia gerada pelo gerador deve ser a mesma da barra de distribuição da rede. Caso contrário, o gerador não só não conseguirá entrar em sincronismo, como também será gerada uma grande corrente de oscilação, fazendo com que o enrolamento do gerador suporte uma força elétrica excessiva, resultando em deformação da bobina e curto-circuito no isolamento.
② O valor efetivo da tensão do gerador é igual ou próximo ao da barra de distribuição da rede (diferença de tensão < 10), caso contrário, devido à diferença de potencial, ocorrerá circulação interna de corrente reativa, gerando uma grande força de impacto eletromagnético.
③ A frequência do gerador deve ser basicamente igual à frequência da fonte de energia do sistema elétrico (a diferença de frequência não pode exceder 0,5 a 1 Hz), caso contrário, devido à componente ativa da corrente de oscilação e da tensão de oscilação no eixo do gerador, ocorrerá vibração mecânica, causando danos ao gerador e afetando a estabilidade da rede.
④ A fase da tensão do gerador deve ser igual à da tensão do sistema elétrico (diferença de fase < 10°), caso contrário, haverá um impacto de corrente reativa e ativa, causando a queima do gerador.
⑤ As formas de onda são as mesmas, e tanto o gerador quanto a rede elétrica apresentam formas de onda sinusoidais.
Quando o gerador opera em paralelo com a rede elétrica, como a capacidade da rede é muito maior que a do gerador, as variações no estado de funcionamento do gerador não afetam a tensão e a frequência da rede. Portanto, quando o gerador é conectado à rede, pode-se considerar que a tensão e a frequência da rede são constantes. A tensão de saída do gerador a ser conectado é ajustada aumentando ou diminuindo a corrente de excitação, e a velocidade da turbina a gás é ajustada para regular a frequência. A velocidade instantânea é ajustada para compensar a diferença de fase e, no momento em que as condições de paralelismo são basicamente atendidas, o disjuntor principal do gerador é fechado para integrá-lo ao sistema. Este é o processo de operação em paralelo do gerador.
Para determinar visualmente se as condições de paralelismo foram atendidas, a tela do gerador está equipada com um medidor de diferença de potencial, dois conjuntos de luzes indicadoras e um medidor para inspeção e monitoramento. Ao mesmo tempo, também é fornecido um dispositivo automático de paralelismo síncrono. Através do medidor de diferença de potencial, pode-se medir a diferença de potencial entre a tensão terminal do gerador a ser conectado e a barra de distribuição da rede; através dos estados aceso e apagado das luzes indicadoras, pode-se verificar a frequência e a sequência de fase do gerador e da barra de distribuição da rede; quando a frequência do gerador a ser conectado for maior que a frequência de operação da rede, o ponteiro do medidor gira rapidamente no sentido horário; inversamente, gira no sentido anti-horário. Quanto maior a diferença de potencial, mais rápido o ponteiro do medidor gira e, quando a diferença de potencial diminui, o ponteiro gira mais lentamente. Quando a diferença de tensão entre os dois lados se reduz a um certo ponto, a posição do ponteiro e o ângulo entre os pontos indicam a diferença de fase entre as tensões dos dois lados. Quando os instrumentos acima indicam que as condições de paralelismo foram atendidas, a operação paralela síncrona manual pode ser realizada.
2. Sistema de proteção dividido
Para garantir o funcionamento confiável e estável da unidade de geração de energia após a conexão à rede, esta unidade está equipada com um dispositivo de proteção completo e seguro. Caso a unidade apresente as seguintes falhas, ela desligará automaticamente, desconectando-se da rede e entrando em modo de espera.
① Falha por sobrecarga: Se a potência de saída da unidade geradora exceder 10% da potência nominal durante a operação, o gerador poderá ser facilmente danificado devido à sobrecarga. Sensores de carga são instalados no local. Quando ocorre uma sobrecarga severa, o gerador desliga automaticamente. ② Falha por excesso de velocidade: Se o grupo gerador operar a uma velocidade superior à nominal, a frequência da rede elétrica poderá diferir da frequência da rede elétrica. Portanto, um relé de velocidade foi projetado. Quando a velocidade de operação do gerador for superior a duas vezes a velocidade nominal, considera-se que ocorreu uma falha e o gerador desliga automaticamente.
③ Falha na pressão do óleo: O funcionamento normal do sistema de lubrificação do grupo gerador é indicado pela sua pressão de óleo. Se a pressão do óleo estiver anormal, pode-se considerar que o grupo gerador está em estado de funcionamento anormal. Em casos graves, o relé pode desligar o gerador automaticamente.
1. Problemas com a temperatura e o nível da água: A água que circula dentro do gerador é utilizada para o seu resfriamento. Quando não há água, há pouca água ou a temperatura da água dentro do gerador está excessiva, isso indica que o sistema de resfriamento não está funcionando corretamente e o gerador pode ser danificado. Agora, sensores de temperatura e nível da água foram instalados e desligam automaticamente o gerador quando apresentam alguma anormalidade.
⑤ Falha na bateria: A bateria é utilizada para fornecer autoexcitação ao estator do grupo gerador. A qualidade do sistema de excitação afeta diretamente a qualidade de operação do grupo gerador. Portanto, foi projetado um relé de tensão da bateria. Quando este apresenta falha, ele desliga automaticamente o grupo gerador.
⑥ Falha na direção da potência: Quando o grupo gerador está operando normalmente, ele fornece energia elétrica para a rede. Quando não está operando normalmente, a rede fornece energia para o grupo gerador. Nesse momento, o grupo gerador se comporta como um motor elétrico e consome energia elétrica. Portanto, um relé de direção de potência foi projetado para que o grupo gerador forneça energia somente para a rede. Assim que a direção for invertida, ele se desconectará da rede e desligará automaticamente.
⑦ Dispositivo de parada de emergência: Quando o grupo gerador se depara com uma situação de emergência, o botão de parada de emergência pode ser pressionado para desconectar instantaneamente o grupo gerador da rede e interromper sua operação.
III. Sistema de excitação do gerador e circuito secundário
3.1 Sistema de excitação
O sistema de excitação é um componente essencial do gerador síncrono CA. A qualidade do sistema de excitação afeta diretamente o desempenho e a qualidade de operação do gerador síncrono. O gerador síncrono instalado na Usina Termelétrica de Chaozhou Datang é um gerador autoexcitado, de tensão constante e sem escovas, equipado com um sistema de excitação composto. A potência de excitação do gerador é obtida de seus componentes internos. Este sistema de excitação composto apresenta bom desempenho dinâmico. Quando ocorre carga ou descarga repentina da carga nominal, o transiente de tensão é pequeno, o processo transitório é curto, a capacidade de sobrecarga pode atingir 2,5 vezes a corrente nominal e ele pode suportar 3 vezes o valor nominal da corrente de curto-circuito. Sob a ação do regulador AVR, ele pode alcançar alta taxa de regulação de tensão em regime permanente e outras vantagens notáveis.
3.2 Circuito Secundário
O circuito secundário do gerador é composto por diferentes circuitos básicos funcionais, incluindo principalmente o circuito de regulação de tensão do gerador, o circuito de regulação de velocidade do gerador, o circuito de controle paralelo síncrono automático, o circuito de controle paralelo automático, paralelo manual e de desconexão, o circuito de medição, o circuito de controle de equipamentos auxiliares do gerador, o circuito de limitação de potência de saída do gerador, o circuito de controle de potência reversa, o circuito de alimentação e carregamento de 24 V CC, o circuito de partida e parada do motor e o circuito de proteção por relé.
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Data da publicação: 09/02/2026