Защита на генераторите
Генераторът е изложен на електрически напрежения, които се прилагат към изолацията на машината, механични сили, действащи върху различните части на машината, и повишаване на температурата. Тези са основните фактори, които правят необходима защитата на генератора или алтернатора. Дори и при правилно използване, машината в перфектно работно състояние не само поддържа своята указанa номинална производителност за много години, но и многократно издържа определено превишаване на допустимата нагласа.
Профилактични мерки трябва да бъдат предприети срещу прекомерни нагласи и аномални условия на машината, така че тя да може да служи безопасно. Дори и като се осигурят ефективен дизайн, конструкция, експлоатация и профилактични средства за защита – рискът от дефект не може напълно да бъде елиминиран от никоя машина. Устройствата, използвани в защитата на генератора, гарантират, че когато възникне дефект, той бъде елиминиран колкото се може по-бързо.
Електрическият генератор може да бъде изложен на вътрешен дефект, външен дефект или и двете. Генераторите обикновено са свързани с електрическа система за доставка на енергия, затова всеки дефект, който възникне в системата, трябва да бъде изчистен от генератора възможно най-бързо, защото иначе може да причини постоянен повреда в генератора.
Броят и разнообразието на дефектите, които възникват в генератора, са големи. Ето защо генераторът или алтернаторът са защитени с няколко защитни схеми. Защитата на генератора е както дискриминативна, така и недискриминативна. Следва да се положи голямо внимание при координирането на използваните системи и приеманите настройки, за да се гарантира, че чувствителна, селективна и дискриминативна схема за защита на генератора е постигната.
Видове защита на генератора
Различните форми на защита, приложени към генератора, могат да бъдат класифицирани по два начина,
Защитни реле за откриване на дефектите, които възникват извън генератора.
Защитни реле за откриване на дефектите, които възникват в генератора.
Освен защитните реле, свързани пряко с генератора и неговият трансформатор, има громобезопасни устройства, предпазни устройства за прекомерна скорост, уреди за контрол на потока на масло и уреди за измерване на температурата на валовете, статорните витки, трансформаторните витки и трансформаторното масло и т.н. Някои от тези защитни устройствата са от тип, който не спира работата, а само генерира сигнал при аномалии.
Но другите защитни схеми в крайна сметка активират главното спиращо реле на генератора. Трябва да се отбележи, че никакво защитно реле не може да предотврати дефект, то само го индикира и минимизира продължителността му, за да се предотврати значително повишаване на температурата в генератора, в противен случай може да възникне постоянен повреда в него.
Желателно е да се избегнат всякакви неправилни напрежения в генератора и за това обикновено практика е да се инсталират кондензатори за демпфирование или дивертори за демпфирование или и двете, за да се намалят ефектите от мълнии и други напрежения в машината. Применяваните защитни схеми за генератора се разглеждат по-долу кратко.
Защита срещу повреда на изолацията
Основната защита, предоставена в статорните витки срещу фазово-фазов или фазово-земен дефект, е продължителна диференциална защита на генератора. Втората по важност защитна схема за статорните витки е защита срещу дефект между витки.
Този вид защита се считаше за ненужен в миналото, защото разрушаването на изолацията между точки в един и същ фазов витка, съдържащ се в един и същ слот, и между които съществува потенциална разлика, много бързо се превръща в земен дефект, и тогава той се открива или от диференциалната защита на статора, или от земен дефект на статора.
Генераторът е проектиран да произвежда сравнително високо напрежение в сравнение с неговата мощност и следователно съдържа голям брой проводници в един слот. С увеличаване на размера и напрежението на генератора, този вид защита става необходим за всички големи генериращи единици.
Земен дефект на статора
Когато статорната нейтрална точка е заземена чрез резистор, преобразувател на тока е монтиран във връзката нейтрална точка-земя. Реле с обратно време се използва върху вторичната обмотка на преобразувателя, когато генераторът е свързан директно с шината. Ако генераторът доставя енергия чрез дельта-звезда трансформатор, се използва моментно реле за същата цел.
В първия случай, реле за земен дефект трябва да бъде координирано с другите реле за дефект в системата. Затова реле с обратно време се използва в този случай. Но в последния случай, цикълът на земен дефект е ограничен до статорните витки и первичната обмотка на трансформатора, затова няма нужда от координация или дискриминация с други реле за земен дефект в системата. Затова моментното реле е предпочитано в този случай.
Земен дефект на ротора
Единичен земен дефект не причинява сериозни проблеми в генератора, но ако се появи втори земен дефект, част от полевата обмотка ще стане замкната и резултантното и несбалансирано магнитно поле в системата и следователно може да се появи сериозен механичен повреда на подшибниците на генератора. Има три метода за откриване на тези видове дефекти в ротора. Методите са
Потенциометър метод
Метод с инжекция на AC
Метод с инжекция на DC
Защита срещу несбалансирана загрузка на статора
Несбалансът в загрузката произвежда негативни последователности токове в статорната верига. Този негативен последователностен ток произвежда реактивно поле, което се върти с двойна синхронна скорост спрямо ротора и следователно индуцира двойното честотно напрежение в ротора. Този ток е доста голям и причинява прекомерно загряване в роторната верига, особено в алтернатора.
Ако някой несбаланс възникне поради дефект в самата статорна обмотка, той ще бъде изчистен моментално от диференциалната защита, предоставена в генератора. Ако несбалансът възникне поради външен дефект или несбалансирана загрузка в системата, той може да остане незабелязан или да продължи за значителен период от време, в зависимост от координацията на защитата в системата. Тези дефекти след това могат да бъдат изчистени чрез инсталиране на реле за негативна фазова последователност с характеристики, съответстващи на издръжливостта на машината.
Защита срещу прекомерно загряване на статора
Прекомерната нагласа може да причини прекомерно загряване на статорните витки на генератора. Не само прекомерната награса, но и отказ на системите за охлаждане и повреда на изолацията на статорните ламинати също причиняват прекомерно загряване на статорните витки.
Прекомерното загряване се открива от вградени детектори на температура в различни точки на статорните витки. Койловете на детекторите на температура обикновено са резистивни елементи, които формират едно рамо на мостовата схема на Уитстоун. В случая на по-малки генератори, обикновено под 30 MW, генераторите не са оборудвани с вградени койлове за температура, но обикновено са снабдени с термални реле, които са настроени да измерват тока, протичащ през статорните витки.
Тази схема само открива прекомерно загряване, причинено от прекомерна нагласа, и не предоставя никаква защита срещу прекомерно загряване, причинено от отказ на системите за охлаждане или замкнати статорни ламинати. Макар реле за прекомерен ток, реле за негативна фазова последователност и устройства за мониторинг на постоянен поток също се използват, за да предоставят известна степен на термална защита при прекомерна нагласа.
Защита при ниско вакуум
Тази защита обикновено е във формата на регулатор, който сравнява вакуума с атмосферното налягане, обикновено е инсталиран в генераторната установка над 30 MW. Съвременната практика е регулаторът да разтоварва установката чрез вторичния регулатор, докато нормалните условия на вакуум не бъдат възстановени. Ако условията на вакуум не се подобрят под 21 инч, стоп-клапаните се затварят и главният главен автоматичен включвател се спира.
Защита срещу отказ на смазочното масло
Тази защита не се счита за необходима, тъй като смазочното масло обикновено се получава от същата помпа, както и маслото за управление, и отказът на маслото за управление автоматично ще направи стоп-клапаните да се затворят.
