Generatordi himoyasi – Arizalar turi va himoya qurilmalari

Umum Generator Xato va Himoya Tizimlari
Generator Xatoliklarini Klassifikatsiya Qilish

Generator xatoliklari asosan ichki va tashqi turklarga bo'linadi:

• Ichki Xatoliklar: Generator komponentlari ichidagi muammolardan kelib chiqadi.

• Tashqi Xatoliklar: Anormal ish rejimlari yoki tashqi tarmoq muammolardan kelib chiqadi.

Asosiy quruvchilar (masalan, dizel motorlar, turbinalar) xatoliklari mekhanik jihatdan aniqlanadi va jihoz dizaynida belgilanadi, lekin ular generator himoyasi bilan integratsiya qilinishi kerak, shuningdek, tripping maqsadida.

Ichki Xatoliklar Turu
1. Stator Xatoliklari

• Bobinani Yomg'irish: Doimiy yuklanishlar yoki izolyatsiya yomonlashishidan sabab qilinadi.

• Fazadan Fazaga Xatolik: Fazalar orasidagi izolyatsiya yomonlashishidan sabab qilinadi.

• Fazadan Yerka Xatolik: Faza bobinalaridan stator korpusiga elektr energiyasi sig'ishi.

• Qo'shma Bobina Xatoliklari: Bir xil bobinaning yonidagi o'tmalar orasidagi qisqa matal.

2. Rotor Xatoliklari

• Yerka Xatolik: Rotor bobinalaridan rotor shafiga elektr energiyasi sig'ishi.

• Bobinada Qisqa Matal: Wound rotorda voqtinchalik energiya voltajini pasaytiradi va jarayon jarayonini oshiradi.

• Yomg'irish: Stator unbalanced jarayonlari (masalan, bitta polni ochish, manfiy fazalash) tomonidan sabab qilinadi.

3. Maydon/Yangilanish Yo'qotilishi

• Reaktiv quvvat generatorga kiradi, bu esa uni induksiya generator sifatida ishlashga majbur qiladi va sinkronizatsiyani yo'qotadi.

4. Sinkronizatsiyadan Chiqish

• Shafda mekhanik bosimlar va tarmoq bilan sinkronizatsiyani yo'qotish natijasida voltage svings.

5. Motor Ish Rejimi

• Asosiy quruvchi ta'minoti yo'qotilganda (masalan, buhar/suv yo'qotilishi) generator tarmoqdan quvvat oladi, bu esa turbinalarda yomg'irish yoki kavitatsiya riskini oshiradi.

6. Mekhanik Xatoliklar

• Rulnik yomg'irish, smaragdlov yog' bosimi yo'qotilishi va juda katta titiruv.

Rotor Yomg'irish Mechanizmi

Unbalanced stator jarayonlari (masalan, manfiy fazalash) rotdorda sistem chastotasining ikki barobarligi (100/120 Hz) da eddy currents paydo bo'lib, lokal yomg'irishni o'z ichiga oladi. Bu rotorning qolgan qismi va ringlarini zayıflatadi.

Tashqi Xatoliklar Turu
Energetika Tizimidagi Anomalialar

• Tashqi Qisqa Matal: Tarmoqda paydo bo'lgan xatoliklar generator ish rejimini ta'sir qiladi.

• Non-Synchronized Connection: Noto'g'ri generator paralleling dan kelib chiqqan zarar.

• Overloads/Overspeed: Sudden load shedding yoki asosiy quruvchi boshqarish muammolari tomonidan sabab qilinadi.

• Phase Unbalance/Negative Sequence: Rotor eddy currents va yomg'irishni o'z ichiga oladi.

• Frequency/Voltage Deviations: Under/over frequency yoki voltage generator komponentlarini stresslaydi.

Generator Himoya Qurilmalari
Nokis Himoya Sxemalari
1. Stator Xatoliklarini Himoya Qilish

• Differential Relay: Kirish/chiquvchi jarayonlarni solishtirib, fazadan fazaga va fazadan yerka xatoliklarni aniqlaydi.

• Yerka Himoya: Overcurrent relays (rezistiv grounding uchun) yoki voltage relays (transformer grounding uchun) stator ground xatoliklarini aniqlash uchun foydalaniladi.

2. Rotor Xatoliklarini Himoya Qilish

• Yerka relays rotor bobinalari va shaf orasidagi izolyatsiya yomonlashishini nazorat qiladi.

3. Unbalanced Yuklash Himoya

• Negative phase sequence jarayonlarini va yangilanish yo'qotilishini nazorat qiladi, bu reaktiv quvvat oqim muammolarini o'z ichiga oladi.

4. Yomg'irish Himoya

• Thermal relays yoki temperature sensors stator bobinasi va rulnik yomg'irishini aniqlaydi; negative phase sequence relays rotor yomg'irishini hal qiladi.

5. Mekhanik Himoya

• Overspeed relays, titiruv sensorlari va past vakuum/bosim klyuchlari asosiy quruvchi va turbinalar muammolari oldidan himoya qiladi.

6. Backup va Qo'shimcha Himoya

• Reverse power relays motor ish rejimini oldini oladi, stator earth xatoliklari uchun differential relays asosiy xatolik aniqlashni ta'minlaydi (Figure 1 tipik ulanishlarni ko'rsatadi).

• Differential Relays: Stator bobinalarining ikkala tomonidagi jarayonlarni solishtirib, ichki xatoliklarni aniqlaydi.

Himoya Prinsiplari

• Zero-Sequence Voltage Detection: Inter-turn xatoliklarni voltage transformers (VT) orqali voltage imbalansini nazorat qilib, aniqlaydi.

• Grounding System Adaptation: Himoya sxemalari stator grounding usullari (rezistiv yoki transformer grounding) ga qarab farqlanadi, CTs yoki VTs orqali xatolik jarayonlari/voltage larni aniqlovchilari.

Rotor Bobinasi Xatoliklarini Himoya Qilish Mechanizmlari

Wound rotor bobinasi qisqa matal xatoliklari overcurrent relays orqali himoya qilinadi, ular abnormal current surges aniqlangan paytda generatorni tripling qiladi. Yerka xatoliklar rotor bobinalariga yana bir xavf tug'diradi, lekin ularning himoyasi maxsus yondashmalarni talab qiladi.

Katta termal generatorlarda rotor yoki field bobinasi adolatli tarzda ungrounded, bu esa bitta ground xatoligi jarayon jarayonini o'z ichiga olmaydi. Lekin, bunday xatolik field va exciter tizimining butun potentsialini oshiradi. Field yoki main generator breaker ochilishida, xususan xatolik sharoitlari bo'lganda, extra voltages field bobinasi izolyatsiyasini stresslaydi, bu esa ikkinchi ground xatoligini o'z ichiga oladi. Ikkinchi xatolik lokal iron heating, rotor distorsiyasi va xavfsiz mekhanik unbalance ni o'z ichiga oladi.

Rotor yerka-xatolik himoyasi adolatli holda rotor izolyatsiyasini nazorat qiladigan relaydan foydalanadi, rotor uchun qo'shimcha AC voltage qo'yiladi. Alternativ ravishda, rotor circuitni kesish orqali high-resistance network (linear va non-linear resistors kombinatsiyasi) bilan voltage relay ishlatiladi. Bu tarmoq markazi rotor orqali groundga ulanadi, sensitive relay coil (ANSI/IEEE/IEC code 64) orqali. Modern himoya sxemalari linear va non-linear resistors kombinatsiyalarini o'z ichiga oladi, bu esa xatolik aniqlash va izolyatsiya nazoratini oshiradi.

Maydon Yo'qotilishi va Overexcitation Himoya Mechanizmlari

Maydon yo'qotilishi himoyasi reactive quvvat oqimini o'zgartirishni aniqlaydigan relaydan foydalanadi. Tipik sxema Offset Mho (impedance) relay - generator current transformers (CTs) va voltage transformers (VTs) orqali ta'minlangan single-phase qurilma - yuk impedansini o'lchaydi. Relay o'z ishlash xususiyati ichiga kiradi. Timing relay leading reactive quvvat davom etishi 1 soniya (standart timing) uchun generator tripling qiladi.

Overexcitation Himoya

Boshlash va to'xtatishda core saturation oldini olish uchun overexcitation himoyasi (ANSI/IEEE/IEC code 59) quyidagi munosabat asosida amalga oshiriladi:B = V/f
bu erda:

• B = magnetic flux density (tesla, T)

• V = applied voltage (volts, V)

• f = frequency (hertz, Hz)

Core flux saturation pointdan past qoldirilishi kerak, bu esa voltage frekvensiyaga (tezlikka) proporsional holda oshishi kerak. Tezkor excitation overexcitation riskini oshiradi, bu esa Volts per Hertz relays orqali aniqlanadi. Bu relays linear xususiyatlarga ega va V/f set thresholds ni oshirib o'tganda tripling qiladi.

Stator va Rotor Yomg'irish Himoyasi

• Stator Bobinasi va Rulniklar: Resistance temperature detectors (RTDs) va thermistors orqali temperaturani nazorat qiladi.

• Stator Phase Unbalance: Time-inverse overcurrent relays rotorning maksimal issiqtolish darajasiga sozlanadi.

• Negative Phase Sequence Himoya: Stator unbalanced jarayonlari tomonidan rotor yomg'irishini o'z ichiga oladi, bu esa rotor ichidagi damaging eddy currents ni o'z ichiga oladi.

Reliable protection systems critical to minimize damage and repair time, as generators are among the most expensive power system components.

Bu himoya currents in two phases via current transformers (CTs) orqali jarayonlarni solishtiradigan relaydan foydalanadi, Figure 2 da tasvirlandi. Himoya sozlamalari rotorning maksimal yomg'irishni tahammol qilishi vaqti orqali belgilanadi, bu esa K = I²t (Joule's law dan kelib chiqqan) tenglamada ifodalangan, bu yerda I negative sequence current va t duration.

Manufacturer-specified typical time-current curves for this condition vary based on the prime mover type, as shown in the referenced diagram.

Reverse Power, Out-of-Step, and Frequency/Voltage Protection Systems
Reverse Power Protection (ANSI/IEEE/IEC Code 32)

Bu himoya generator yukini nazorat qiladigan power directional relaydan foydalanadi, CTs va VTs orqali ta'minlangan (Figure 3). Relay negative power flow - generator tarmoqdan quvvat oladi (motor ish rejimi) - aniqlashda aktivlasadi va turbine zararini oldini olish uchun tripling qiladi.

Out-of-Step Himoya

Bu himoya power system disturbances (not generator faults) ni aniqlash uchun mo'ljallangan, bu esa generator sinkronizatsiyasini yo'qotishda pole slipping ni aniqlaydi. U generator breakers ni tripling qiladi, lekin turbine ishlaydigan holda, bu esa disturbance clear bo'lgandan keyin qayta sinkronizatsiya qilish imkoniyatini beradi.

• Operation Principle: Three impedance relays load impedance ni o'lchaydi. Tripping occurs if the relays activate in a specific sequence during power swings, distinguishing it from loss of excitation (which happens at zero field) and operating with the generator at full field.

Frequency and Voltage Himoya
Under/Over Frequency Himoya (ANSI/IEEE/IEC Code 81)

• Overfrequency: Sudden load shedding tomonidan sabab qilinadi, bu esa overvoltage riskini o'z ichiga oladi, agar bu boshqarilmasa. Generator controls must adjust output to match demand.

• Underfrequency: Insufficient generation for connected loads natijasida, voltage drops, increased excitation, and rotor/stator yomg'irishni o'z ichiga oladi. Load shedding is critical to prevent system collapse.

Under/Over Voltage Relays (Codes 27/59)

Voltage deviations ni nazorat qiladi va qurilmalarni stress yoki zarar oldini oladi.

Phase Supplementary Start Himoya

Generator fault yoki yuklangan holatda ishga tushishini oldini oladi. Low-set overcurrent relays only when frequency is below 52 Hz (for 60 Hz systems) or 42 Hz (for 50 Hz systems), ensuring protection during startup transients.

External Short-Circuit Himoya

Overcurrent relays (50, 50N, 51, 51N) detect and clear faults on the external network, safeguarding the generator from excessive fault currents.

These protection schemes collectively address operational anomalies—from power flow reversals to system-wide disturbances—ensuring generator integrity and grid stability.