Chránění generátoru
Generátor je vystaven elektrickým stresům, které se projevují na izolaci stroje, mechanickým silám působícím na různé části stroje a zvýšení teploty. Tyto jsou hlavními faktory, které dělají ochranu generátoru nebo alternátoru nezbytnou. I když je stroj správně používán, dokáže v perfektném provozním stavu udržet své specifikované výkonné parametry po mnoho let a také opakovaně snést určitou přetížení.
Pro prevenci přetížení a neobvyklých stavů stroje musí být přijaty preventivní opatření, aby mohl bezpečně sloužit. I přes efektivní návrh, konstrukci, provoz a preventivní prostředky ochrany – riziko vzniku poruchy nelze úplně eliminovat. Zařízení používaná v ochraně generátoru, zajistí, že jakmile dojde k poruše, je co nejrychleji odstraněna.
Elektrický generátor může být vystaven buď interní, externí nebo obou poruchám. Generátory jsou obvykle spojeny s elektrickým systémem, proto jakákoli porucha v elektrickém systému by měla být co nejrychleji odstraněna z generátoru, jinak by mohla způsobit trvalé poškození generátoru.
Počet a rozmanitost poruch, které mohou nastat u generátoru, je velký. Proto je generátor nebo alternátor chráněn několika ochrannými schématy. Ochrana generátoru může být diskriminační i nediskriminační. Velkou péči je třeba vynaložit na koordinaci použitých systémů a nastavení, aby bylo dosaženo citlivé, selektivní a diskriminační ochranné schéma generátoru.
Typy ochrany generátoru
Různé formy ochrany aplikované na generátor lze rozdělit do dvou skupin,
Ochranné relé pro detekci poruch mimo generátor.
Ochranné relé pro detekci poruch uvnitř generátoru.
Kromě ochranných relé, spojených přímo s generátorem a jeho souvisejícím transformátorem, existují bliklé odvediče, přetížení bezpečnostních zařízení, olejové proudové zařízení a teplotní měřicí zařízení pro ložisko hřídele, statorové vinutí, transformátorové vinutí a transformátorový olej atd. Některé z těchto ochranných zařízení nejsou typu "odstavka", tj. vygenerují pouze alarm při odchylkách.
Ostatní ochranné schémata však nakonec spustí hlavní odstavné relé generátoru. Je třeba si uvědomit, že žádné ochranné relé nemůže zabránit vzniku poruchy, pouze ji indikuje a minimalizuje její dobu, aby se zabránilo vysokému zvýšení teploty v generátoru, jinak by mohlo dojít k trvalému poškození.
Je vhodné vyhnout se jakékoli nadměrnému stresu v generátoru, a proto je běžnou praxí instalovat přepínací kondenzátory nebo přepínací odvediče nebo obojí, aby se snížily dopady blesku a dalších napěťových vln na stroj. Ochranná schémata obvykle používaná na generátoru jsou zde stručně popsána.
Ochrana proti selhání izolace
Hlavní ochrana poskytovaná statorovému vinutí proti fázovému nebo fázově-zemskému poruše je longitudinální diferenční ochrana generátoru. Druhou nejdůležitější ochrannou metodou pro statorové vinutí je ochrana proti mezivojtkovému poruše.
Tento typ ochrany byl v minulosti považován za nepotřebný, protože havárie izolace mezi body ve stejném fázovém vinutí obsažené ve stejném slotu, mezi kterými existuje potenciální rozdíl, velmi rychle změní na zemský poruch, který je pak detekován buď diferenciální ochranou statoru nebo zemskou ochranou statoru.
Generátor je navržen tak, aby produkoval relativně vysoké napětí v porovnání s jeho výkonem a proto obsahuje velké množství vodičů v každém slotu. S rostoucí velikostí a napětím generátoru se tento typ ochrany stává nezbytným pro všechny velké výrobní jednotky.
Zemská ochrana statoru
Pokud je neutrála statoru zapojena na zem přes odpor, je v neutrále k zemi namontován proudový transformátor. Relé s inverzním časem se používá na sekundární straně CT, pokud je generátor připojen přímo k sběrnici. Pokud generátor dodává energii přes transformátor typu delta-hvězda, používá se pro stejný účel okamžité relé.
V prvním případě je třeba, aby byly zemské relé postupně řazeny s ostatními relémi v systému. Z tohoto důvodu se používá relé s inverzním časem. V druhém případě je zemský okruh omezen na statorové vinutí a primární vinutí transformátoru, proto není třeba jej řadit nebo diskriminovat s ostatními zemskými relémi v systému. Proto je v tomto případě preferováno Okamžité Relé.
Zemská ochrana rotoru
Jeden zemský poruch v generátoru nezpůsobí žádné větší problémy, ale pokud dojde k druhému zemskému poruchu, část pole rotoru se zkrátí a výsledný nevyvážený magnetický pole v systému může způsobit zásadní mechanické poškození ložisek generátoru. Existuje tři metody k detekci těchto typů poruch v rotoru. Metody jsou
Potenciometrická metoda
Metoda vstřikování AC
Metoda vstřikování DC
Ochrana proti nevyváženému zatěžování statoru
Nevyvážené zatěžování produkují negativní sekvence proudů v obvodu statoru. Tento negativní sekvence proudů vytváří reakční pole, které se otáčí dvakrát rychlostí synchronního otáčení vzhledem k rotoru a tedy indukuje proud dvojité frekvence v rotoru. Tento proud je poměrně velký a způsobuje přetopení v obvodu rotoru, zejména v alternátoru.
Pokud dojde k nevyvážení způsobenému poruchou v samotném statorovém vinutí, bude okamžitě odstraněno diferenciální ochranou poskytnutou v generátoru. Pokud je nevyvážení způsobeno jakoukoli externí poruchou nebo nevyváženým zatěžováním v systému, může zůstat nedetekováno nebo může trvat dlouhou dobu v závislosti na koordinaci ochrany systému. Tyto poruchy lze odstranit instalací relé s negativní fázovou sekvencí s charakteristikami odpovídajícími výdržové křivce stroje.
Ochrana proti přetopení statoru
Přetížení může způsobit přetopení statorového vinutí generátoru. Nejen přetížení, ale i selhání chladicích systémů a selhání izolace laminací statoru mohou způsobit přetopení statorového vinutí.
Přetopení je detekováno vestavěnými teplotními detektory v různých bodech statorového vinutí. Teplotní detektory jsou obvykle odporové prvky, které tvoří jeden ramen mostového obvodu Wheatstone. U menších generátorů, obvykle pod 30 MW, nejsou generátory vybaveny vestavěnými teplotními cívkami, ale obvykle jsou vybaveny tepelnými relémi a jsou nastaveny tak, aby měřily proud proudící v statorovém vinutí.
Tato konfigurace detekuje pouze přetopení způsobené přetížením a nezajišťuje žádnou ochranu proti přetopení způsobenému selháním chladicích systémů nebo krátkého spojení laminací statoru. Ačkoli relé s přetížením, relé s negativní fázovou sekvencí a zařízení pro monitorování konstantního toku se také používají k poskytnutí určité míry tepelné ochrany před přetížením.
Ochrana při nízkém vakuu
Tato ochrana, obvykle ve formě regulátoru, který porovnává vakuový tlak s atmosférickým tlakem, je obvykle montována na sestavách generátorů nad 30 MW. Moderní praxe spočívá v tom, že regulátor odlehčí sestavu přes sekundární regulátor, dokud nebudou obnoveny normální vakuové podmínky. Pokud vakuové podmínky nezlepší pod 21 palce, zavírací ventil je uzavřen a hlavní
Ochrana proti selhání mazacího oleje
Tato ochrana není považována za nezbytnou, protože mazací olej je obvykle získáván ze stejného čerpadla jako olej pro regulátor a selhání oleje pro regulátor automaticky způsobí uzavření zavíracího ventilu.
Ochrana proti ztrátě spalování v kotli
Existují dvě metody pro detekci ztráty spalování v kotli. V první metodě jsou poskytnuty normálně otevřené (NO) kontakty s motory ventilátorů, které mohou odstavit generátor, pokud selžou více než dva motory. Druhá metoda používá kontakty tlaku kotle
