Generaatorite kaitse – Vead ja kaitseseadmed

Üldised generaatoride vead ja kaitseüsteemid
Generaatorite veade klassifitseerimine

Generaatorite veade peamiselt kategooriseeritakse siseseks ja väliseks tüübiks:

• Sisemised Vead: Pärinevad generaatori komponentide probleemidest.

• Välised Vead: Tulenevad ebatavalistest töötingimustest või välise võrgu probleemidest.

Põhiliikumendite (nt diiselmoottorite, tuurbinete) veade olevad mehaanilist laadi ja määratletud seadme disaini ajal, kuid neid tuleb integreerida generaatori kaitseüsteemidega lülitamiseks.

Sisemiste Veade Tüübid
1. Statorivead

• Kirevuse ületamine: Tekitatud püsivatel ületasakaalustel või isolatsiooni katkemisel.

• Faasi vaheline viga: Tekib faaside vahelise isolatsiooni katkemisel.

• Faasi-maa viga: Faaside vahendite lekkeerumine statorirama.

• Kahe naabervahe vaheline viga: Lähedaste vahtide vaheline lühikehitus sama vahendi sees.

2. Rotorivead

• Maa viga: Rotorivahendite lekkeerumine rotoritela.

• Vahendi lühikehitus: Vähendab magnetiseerimispinget ja suurendab voolu keevitatud rotorites.

• Kirevus: Pärineb statorisse ebatasakaalulistest vooludest (nt ühe pooli lülitumine, negatiivne faasisekvens).

3. Välja kaotus/Keerutamine

• Reaktiivne võimsus virtsib generaatori, tekitades sellest induktiivse generaatori ja kaotades sinkroonsuse.

4. Sinkroonimisest väljaspooline Töö

• Mehaanilised pinged teljel ja pingesuundumused, mis tulenevad sinkroonsuse kaotusest võrguga.

5. Moottori Režiim

• Generaator virtsib võrgust, kui põhiliikumendi toitus nurjub (nt aeglaste/vedeliku kaotus), riskides kirevatada või tekkitada tuurbinetes kaotus.

6. Mehaanilised Veade

• Liikumiskorguse kirevus, vedeliku rõhkupingete kadumine ja ebaproportsionaalne vibratsioon.

Rotori Kirevuse Mekhanism

Ebatasakaalulised statorivoolud (nt negatiivne faasisekvens) tekitavad rotoris eddy voolud kaks korda süsteemi sagedusega (100/120 Hz), mis põhjustavad paigaldatud kirevatust. See nõrgendab rotoripidurdajaid ja sildu.

Välise Veade Tüübid
Võrgu Anomaalsused

• Väline lühikehitus: Võrgu veade mõju generaatori tööle.

• Mitte-sinkrooniline ühendus: Kahjustus ebatõhusast generaatori paralleelsest ühendamisest.

• Ületasakaalukohmakult või ületasakaaluline kiirus: Põhjustatud ootamatult laadimise lõpetamisega või põhiliikumendi juhtimise nurjunemisega.

• Faaside ebavõrdsus/negatiivne sekvens: Indutseerib rotorisse eddy voolud ja kirevatuse.

• Sageduse/voolu eraldumine: Alamiinimumi või ülemiinimumi sageduse või voolu, mis pingeveebivad generaatori komponente.

Generaatori Kaitse Seadmed
Põhilised Kaitsemeetodid
1. Statorikaitse

• Diferentsiaalrela: Tuvastab faaside vahelise ja faasi-maa viga, võrdlemalla sisend/väljund voolu.

• Maa kaitse: Kasutab ülevoolurela (resistansti maandamise korral) või voolurela (transformaatori maandamise korral) statorimaaveade tuvastamiseks.

2. Rotorikaitse

• Maa relad jälgivad rotorivahendite ja telje vahelise isolatsiooni katkemist.

3. Ebatasakaalulise Laadimise Kaitse

• Jälgib negatiivset faasisekvenst ja välja kaotust, mis põhjustavad reaktiivse voolu probleeme.

4. Kirevatuse Kaitse

• Termorelaad või temperatuuri andurid tuvastavad statorivahendite ja liikumiskorguse kirevatuse; negatiivsed faasisekvensrelaad lahendavad rotorikülmumise.

5. Mehaaniline Kaitse

• Ületasakaalulise kiiruse relaad, vibratsioonianalüüsid ja madalad vakuum/rõhku lülitid kaitsevad põhiliikumendi ja tuurbinete nurjumist.

6. Varakaitse ja Lisakaitse

• Tagurpidi voolurelad takistavad moottori töötamist, samas kui diferentsiaalrelaad statorimaaveade tuvastamiseks pakuvad põhikaitset (vaata joonist 1 tipikalsetele ühendustele).

• Diferentsiaalrelaad: Võrdlevad voolu mõlemal pool statorivahendite, et tuvastada sisemisi veade.

Kaitseprintsiibid

• Noll-järjekorra voolu tuvastamine: Tuvastab kahe naabervahe vahelist viga jälgides voolu ebatasakaalust voolutransformaatoriga (VT).

• Maaüsteemi praktiline kasutamine: Kaitsemeetodid varieeruvad statorimaandamise meetodite (resistansti või transformaatori maandamine) alusel, kasutades VT või CT-d veade voolu/voolu tuvastamiseks.

Rotorivahendi Veade Kaitsemeetodid

Keevitatud rotorivahendi vahendi lühikehituse veade kaitsemine toimub ülevoolurela abil, mis lülitab generaatori välja, tuvastades ebatavalisi voolusuursusi. Maa veade on teine risk rotorivahenditele, kuid nende kaitse nõuab spetsialiseeritud lähenemist.

Suuresmahulistes soojuseisvaate generaatorites on rotor või vältimisvahendid tavaliselt maa mitteühendatud, mis tähendab, et üksik maa viga ei teki voolu. Kuid selline viga tõstab terve välja ja keevitaja süsteemi potentsiaali. Lisapinged, mis tekkivad välja või peamise generaatori lülitluse avamisel, eriti veade tingimustes, võivad pingestada väljavahendi isolatsiooni, potentsiaalselt tekitades teise maavea. Teine viga võib põhjustada paigaldatud raudküttemist, rotoripindade muutumist ja ohtlikku mehaanilist ebatasakaalust.

Rotori maa viga kaitsemeetod kasutab relaad, mis jälgib isolatsiooni, rakendades aparaatlikku AC-voolu rotorile. Alternatiivselt kasutatakse voolurelaad seriaalselt kõrge vastupanuvõrgustikuga (tavaliselt lineaarsete ja mittelineaarsete vastupanude kombinatsioonina) rotorivõrgu üle. Selle võrgustiku keskpunkt on ühendatud maaga tundliku relakoiliga (ANSI/IEEE/IEC kood 64). Kaasaegsed kaitsemeetodid suurendavad lineaarsete ja mittelineaarsete vastupanude kombinatsioonide kasutamist, et parandada veade tuvastamist ja isolatsiooni jälgimist.

Välja Kaotuse ja Üleväärtuse Kaitsemeetodid

Välja kaotuse kaitse kasutab relaad, mis tuvastab reaktiivse voolu muutusi. Tavaline meetod kasutab Offset Mho (impedants) relaad - ühefaasilist seadet, mille tarnivad generaatori voolutransformaatored (CT) ja voolutransformaatored (VT) - laadimpedansi mõõtmiseks. Rela aktiveeritakse, kui impedans jääb tema tööomaduse piiridesse. Ajarela algatab generaatori lülitamise, kui eelmine reaktiivne vool jätkub 1 sekundi (standardne ajastus).

Üleväärtuse Kaitse

Alustamise ja lõpetamise ajal tuuma saturaatsiooni vältimiseks rakendatakse üleväärtuse kaitse (ANSI/IEEE/IEC kood 59), mis põhineb seosele:B = V/f
kus:

• B = magneetiline fluxtihe (tesla, T)

• V = rakendatud vool (volts, V)

• f = sagedus (herts, Hz)

Tuuma flux peab jääma alla saturaatsioonipiiri, mis tähendab, et vool võib kasvada proportsionaalselt sagedusega (kiirusega). Kiire keerutamine suurendab üleväärtuse riske, mida tuvastavad Volts per Hertz relaad. Need relaadil on lineaarsed omadused ja need lülitavad, kui V/f ületab määratud limiite.

Statorite ja Rotorite Kirevatuse Kaitse

• Statorivahendid & Liikumiskorgused: Temperatuuri jälgimine vastupanute temperatuuri detektorite (RTD) ja termistorite kaudu.

• Statorifaaside Ebavõrdsus: Aeg-inversioonilised ülevoolurelaad, millel on seadistatud rotorite maksimaalne külmumispäring.

• Negatiivne Faasisekvens Kaitse: Kaitseb masinat rotorikülmumise eest, mida põhjustavad ebatasakaalulised statorivoolud, mis indutseerivad rotorisse kahjustavaid eddy voolusid.

Usaldusväärsed kaitsemeetodid on kriitilised, et minimeerida kahju ja parandamisaega, kuna generaatorid on kõige kallimad elektrivõrgu komponendid.

See kaitse kasutab relaad, mis võrdleb kahte faasi voolu voolutransformaatoriga (CT), nagu näidatakse joonisel 2. Kaitseparameetrid määratakse rotorite maksimaalse külmumisaegade alusel, mille defineerib võrrand K = I²t (Joule'i seadusest tuletatud), kus I on negatiivne faasisekvens vool ja t on kestus.

Tootja määratud tavalised aeg-voolu graafikud selle tingimuse kohta varieeruvad põhiliikumendi tüübi alusel, nagu näidatakse viidatud diagrammil.

Tagurpidi Vool, Ebasinkroonne ja Sagedus/Voolu Kaitsemeetodid
Tagurpidi Vool Kaitse (ANSI/IEEE/IEC Kood 32)

See kaitse kasutab voolu suunalist relaad, et jälgida generaatori laadimist, mille tarnivad CT ja VT (näita joonis 3). Rela aktiveeritakse, tuvastades negatiivset voolu - mille tähendab, et generaator virtsib võrgust (moottori režiim) - ja lülitab, et vältida tuurbinete kahjustamist.

Ebasinkroonne Kaitse

Selle kaitse eesmärk on tuvastada võrgu häireid (mitte generaatori veade), mis tuvastab polari liikumist, kui generaator kaotab sinkroonsuse. See lülitab generaatori lülitlused, hoides tuurbinet töös, lubades uuesti sinkroneeruda, pärast häire ilmnemist.

• Tööprintsiib: Kolm impedantsrelaad mõõdab laadimpedantsi. Lülitumine toimub, kui relaad aktiveeritakse teatud järjekorras voolu heitlustel, eristades seda välja kaotusest (mis toimub nulli väljal) ja töötamisest täielikul väljal.

Sageduse ja Voolu Kaitse
Alamiinimumi/Ülemiinimumi Sageduse Kaitse (ANSI/IEEE/IEC Kood 81)

• Ülesugune sagedus: Põhjustatud ootamatult laadimise lõpetamisega, riskides ülevoolu, kui seda ei hallata. Generaatori kontrollid peavad kohandama väljundit, et vastata nõudmisele.

• Allmiinimumi sagedus: Tuleneb ebapiisavast tootmisest ühendatud laadimise jaoks, mis põhjustab voolu languse, suurendab magnetiseerimist ja rotor/stator kirevatust. Laadimise lõpetamine on kriitiline, et vältida süsteemi kokkuvarisemist.

Alamiinimumi/Ülemiinimumi Voolurelaad (Koodid 27/59)

Jälgivad ja kontrollivad voolu eraldumisi, et kaitsta seadmeid pingest ja kahjustusest.

Faasi Lisakaitse Alguse Kaitse

Takistab generaatori käivitamist veade või laadimise olukordades. Madal-seadistatud ülevoolurelaad aktiveeritakse ainult siis, kui sagedus on allapoole 52 Hz (60 Hz süsteemidel) või 42 Hz (50 Hz süsteemidel), tagades kaitse käivitamise transientside ajal.

Väline Lühikehituse Kaitse

Ülevoolurelaad (50, 50N, 51, 51N) tuvastavad ja kustutavad veade välise võrgu, kaitstes generaatorit ebatavaliste veadevoolude eest.

Need kaitsemeetodid kogukondlikult lahendavad operatsioonilisi anomaliaid - voolu pööramisest kuni süsteemi laiasulatuslike häireteni - tagades generaatori terviklikkuse ja võrgu stabiilsuse.