حماية المولد
يتم تعرّض المولد للتوترات الكهربائية التي تُفرض على عزل الجهاز، والقوى الميكانيكية التي تعمل على أجزاء مختلفة من الجهاز، وارتفاع درجة الحرارة. هذه هي العوامل الرئيسية التي تجعل الحماية ضرورية للمولد أو المولد البديل. حتى عندما يتم استخدامه بشكل صحيح، فإن الجهاز في حالته المثالية لا يحافظ فقط على الأداء المحدد له لسنوات عديدة، ولكنه أيضاً يتحمل بشكل متكرر زيادة معينة في الحمل الزائد.
يجب اتخاذ إجراءات وقائية ضد الأحمال الزائدة والأحوال غير الطبيعية للجهاز حتى يمكنه العمل بأمان. حتى مع التأكد من تصميم فعال وبناء وتشغيل ووسائل وقائية - لا يمكن القضاء تمامًا على خطر العطل من أي جهاز. الأجهزة المستخدمة في حماية المولد، تضمن أنه عند حدوث عطل، يتم القضاء عليه بأسرع ما يمكن.
يمكن أن يتعرض المولد الكهربائي لإما عطل داخلي أو خارجي أو كلاهما. عادةً ما يكون المولدات متصلاً بـ نظام الطاقة الكهربائي، وبالتالي يجب القضاء على أي عطل يحدث في النظام الكهربائي من المولد بأسرع ما يمكن وإلا فقد يسبب تلفًا دائمًا في المولد.
عدد وأنواع الأعطال التي تحدث في المولد كبير جدًا. لهذا السبب يتم حماية المولد أو المولد البديل بعدة خطط حماية. حماية المولد تكون من النوع التمييزي وغير التمييزي. يجب أن يُتخذ الرعاية العظمى في تنسيق الأنظمة المستخدمة والإعدادات المعتمدة لضمان تحقيق نظام حماية مولد حساس ومميز وتمييزي.
أنواع حماية المولد
يمكن تقسيم أشكال الحماية المختلفة المطبقة على المولد إلى نوعين،
الملفات الحامية للكشف عن الأعطال التي تحدث خارج المولد.
الملفات الحامية لكشف الأعطال التي تحدث داخل المولد.
بالإضافة إلى الملفات الحامية المرتبطة مباشرة بالمولد ومحوله المرتبط به، هناك مصانع الصواعق، وأجهزة الأمان ضد السرعة الزائدة، وأجهزة تدفق الزيت، وأجهزة قياس درجة الحرارة لمحامل العمود، ولفائف الدوار، ولفائف المحول، وزيت المحول، وغيرها. بعض هذه الترتيبات الوقائية ليست من النوع الذي يفصل، بل تولد فقط إنذارًا أثناء الشذوذ.
لكن الخطط الوقائية الأخرى تعمل في النهاية على فصل الملف الأساسي للمولد. يجب ملاحظة أن أي ملف حامي لا يمكنه منع العطل، فهو يشير فقط ويقلل من مدة العطل لمنع ارتفاع درجة الحرارة في المولد وإلا فقد يحدث تلف دائم فيه.
من المستحسن تجنب أي ضغوط زائدة في المولد، ولذلك فإنه من الممارسات الشائعة تثبيت مكثف صدمة أو مصرف صدمة أو كلاهما لتقليل آثار الصواعق وغيرها من الزحف الجهد على الجهاز. سيتم مناقشة الخطط الوقائية المطبقة عادة على المولد أدناه بشكل موجز.
حماية ضد فشل العزل
الحماية الرئيسية المقدمة في لفائف الدوار ضد العطل بين الطور والطور أو بين الطور والأرض، هي الحماية التفاضلية الطولية للمولد. ثاني أهم خطة حماية للفائف الدوار هي حماية عطل الفاصل.
كان يعتبر هذا النوع من الحماية غير ضروري في الأيام السابقة لأن انهيار العزل بين النقاط في نفس لفائف الطور الواحد، الموجودة في نفس الفتحة، وبينها فرق جهد، يتغير بسرعة إلى عطل الأرض، ثم يتم اكتشافه بواسطة حماية التفاضل الدوار أو حماية عطل الأرض الدوار.
تم تصميم المولد لإنتاج جهد نسبيًا مرتفعًا مقارنة بمخرجاته والذي لذلك يحتوي على عدد كبير من الموصلات لكل فتحة. مع زيادة حجم وجهد المولد، أصبح هذا النوع من الحماية ضروريًا لجميع الوحدات الإنتاجية الكبيرة.
حماية عطل الأرض الدوار
عندما يتم توصيل الدوار بالأرض عبر مقاوم، يتم تركيب محول تيار في الاتصال بين الدوار والأرض. يتم استخدام ملف حامي زمني عكسي عبر الثانوية لمحول التيار عندما يتم توصيل المولد مباشرة بالحافلة. في حالة تغذية المولد للطاقة عبر محول ثلاثي-نجمي، يتم استخدام ملف حامي فوري لأغراض مماثلة.
في الحالة الأولى، يتم طلب تصنيف ملف حامي عطل الأرض مع ملفات الحماية الأخرى في النظام. لهذا السبب يتم استخدام ملف حامي زمني عكسي في هذه الحالة. ولكن في الحالة الثانية، يتم تقييد حلقة عطل الأرض بلفائف الدوار واللفائف الأولية للمحول، وبالتالي، لا يوجد حاجة للتدرج أو التمييز مع ملفات حماية عطل الأرض الأخرى في النظام. لهذا السبب، يعتبر ملف حامي فوري أفضل في هذه الحالة.
حماية عطل الأرض الدوار
لا يسبب عطل الأرض الوحيد أي مشكلة كبيرة في المولد ولكن إذا حدث العطل الثاني للأرض، سيصبح جزء من لفائف المجال مختصرًا وتنتج عنه مجال مغناطيسي غير متوازن في النظام وقد يؤدي ذلك إلى تلف ميكانيكي كبير في محامل المولد. هناك ثلاثة طرق متاحة للكشف عن أنواع الأعطال في الدوار. الطرق هي
طريقة المقاومة المتغيرة
طريقة حقن التيار المتردد
طريقة حقن التيار المباشر
حماية ضد تحميل الدوار غير المتوازن
يؤدي عدم التوازن في التحميل إلى تدفق تيار سلسلة سالبة في دائرة الدوار. يؤدي هذا التيار السلسلة السالبة إلى مجال رد فعل يدور بضعف السرعة المتزامنة بالنسبة للدوار وبالتالي ينتج تيار ذو تردد مضاعف في الدوار. هذا التيار كبير جدًا ويسبب تسخينًا شديدًا في دائرة الدوار، خاصة في المولد البديل.
إذا حدث أي عدم توازن بسبب عطل في لفائف الدوار نفسها، سيتم القضاء عليه فورًا بواسطة الحماية التفاضلية المقدمة في المولد. إذا حدث عدم التوازن بسبب أي عطل خارجي أو تحميل غير متوازن في النظام، فقد يبقى غير مكتشف أو قد يستمر لفترة زمنية كبيرة اعتمادًا على التنسيق الوقائي للنظام. يتم القضاء على هذه الأعطال بتثبيت ملف حامي سلسلة سالبة مع الخصائص المناسبة لمنحني تحمل الجهاز.
حماية ضد ارتفاع حرارة الدوار
يمكن أن يؤدي التحميل الزائد إلى ارتفاع حرارة لفائف الدوار في المولد. ليس فقط التحميل الزائد، بل فشل أنظمة التبريد والفشل في عزل صفائح الدوار أيضًا يؤدي إلى ارتفاع حرارة لفائف الدوار.
يتم اكتشاف ارتفاع الحرارة بواسطة أجهزة قياس الحرارة المدمجة في نقاط مختلفة من لفائف الدوار. عادةً ما تكون ملفات مقاومة أجهزة قياس الحرارة والتي تشكل ذراعًا من دائرة الجسر الواتستون. في حالة المولدات الأصغر عادةً أقل من 30 ميجاوات، لا تزود المولدات بأجهزة قياس الحرارة المدمجة ولكن عادةً ما يتم تجهيزها بملف حامي حراري ويتم ترتيبها لقياس التيار المتدفق في لفائف الدوار.
هذه الترتيبات تكشف فقط عن ارتفاع الحرارة بسبب التحميل الزائد ولا توفر أي حماية ضد ارتفاع الحرارة بسبب فشل أنظمة التبريد أو توصيل الصفائح الدوار. رغم ذلك، يتم استخدام ملفات حامية التيار الزائد، وملفات حامية السلسلة السالبة، وأجهزة مراقبة التدفق المستمر لتوفير درجة معينة من حماية التحميل الحراري الزائد.
حماية ضد انخفاض الضغط الفراغي
عادةً ما تكون هذه الحماية على شكل متحكم يقارن الضغط الفراغي مع الضغط الجوي، وغالبًا ما يتم تركيبه في مجموعة المولد فوق 30 ميجاوات. الممارسة الحديثة هي أن يقوم المتحكم بإخلاء المجموعة عبر المحافظ الثانوية حتى يتم استعادة ظروف الضغط الفراغي الطبيعية. إذا لم تتحسن ظروف الضغط الفراغي تحت 21 بوصة، يتم إغلاق الصمامات الرئيسية وفصل القواطع الرئيسية.
حماية ضد فشل زيت التشحيم
لا تعتبر هذه الحماية ضرورية لأن زيت التشحيم عادةً ما يتم الحصول عليه من نفس المضخة مثل زيت المحافظ، وفشل زيت المحافظ سيؤدي تلقائيًا إلى إغلاق الصمامات.
حماية ضد فقدان تشغيل الغلاية
هناك طريقتان متاحتان لكشف فقدان تشغيل الغلاية. في الطريقة الأولى، يتم توفير ملامسات مفتوحة (NO) مع محركات المراوح التي قد تفصل المولد إذا فشلت أكثر من محركين. الطريقة الثانية تستخدم ملامسات ضغط الغلاية التي تفصل المولد إذا انخفض ضغط الغلاية إلى حوالي 90٪.
حماية ضد فشل المحرك الرئيسي
إذا فشل المحرك الرئيسي في تزويد الطاقة الميكانيكية للمولد، سيستمر المولد في الدوران بطريقة المحرك وهذا يعني أنه يأخذ الطاقة الكهربائية من النظام بدلاً من تغذيتها للنظام.
في توربين البخار، يعمل البخار كمبرد يحافظ على ثبات درجة حرارة شفرات التوربين. ستؤدي فشل التغذية بالتالي إلى ارتفاع درجة الحرارة بسبب الاحتكاك، مما يؤدي إلى تشوه شفرات التوربين.
يمكن أن يؤدي فشل تغذية البخار إلى تلف ميكانيكي شديد بالإضافة إلى فرض حمل دوران كبير على المولد. يتم استخدام ملف حامي الطاقة العكسية لهذه الغاية. بمجرد أن يبدأ المولد في الدوران بطريقة المحرك، سيقوم ملف حامي الطاقة العكسية بفصل مجموعة المولد.
حماية ضد السرعة الزائدة
بينما يعد توفير أجهزة وقائية ضد السرعة الزائدة على كل من التوربينات البخارية والمائية أمرًا شائعًا، والتي تعمل مباشرة على صمام البخار أو صمام الخطوة الرئيسي، إلا أنه ليس من المعتاد تقديم دعم لهذه الأجهزة بواسطة ملف حامي السرعة الزائدة على المجموعات المدارية بالبخار.
ومع ذلك، يعتبر من الممارسات
