Generatorbeskyttelse
En generator udsættes for elektriske spændinger, der påvirker maskinens isolering, mekaniske kræfter, der virker på de forskellige dele af maskinen, og temperaturstigning. Disse er de hovedfaktorer, der gør beskyttelse nødvendig for generatoren eller alternator. Selv når den anvendes korrekt, vil en maskine i sin perfekte drift ikke kun opretholde dens angivne specificerede ydeevne i mange år, men den kan også gentagne gange klare visse overlast.
Forebyggende foranstaltninger skal træffes mod overlast og abnormale tilstande for maskinen, så den kan fungere sikkert. Selv med en effektiv design, konstruktion, drift og forebyggende beskyttelsesforanstaltninger – kan risikoen for fejl ikke fuldstændigt elimineres fra enhver maskine. De enheder, der anvendes i generatorbeskyttelse, sikrer, at når en fejl opstår, elimineres den så hurtigt som muligt.
En elektrisk generator kan udsættes for enten en intern fejl, en ekstern fejl eller begge. Generatorene er normalt forbundet til et elektrisk energisystem, hvilket betyder, at enhver fejl, der opstår i energisystemet, også skal fjernes fra generatoren så hurtigt som muligt, ellers kan det skabe permanent skade på generatoren.
Antallet og variationen af fejl, der opstår i en generator, er stort. Derfor beskyttes generator eller alternator med flere beskyttelsesschemas. Generatorbeskyttelse er både diskriminerende og ikkediskriminerende type. Det er vigtigt at være meget omhyggelig med koordineringen af de systemer, der anvendes, og indstillingerne, der er valgt, for at sikre, at et sensitivt, selektivt og diskriminerende generatorbeskyttelsesschema opnås.
Typer af generatorbeskyttelse
De forskellige former for beskyttelse, der anvendes på generatoren, kan inddeles i to måder,
Beskyttelsesrelæer til at registrere fejl, der opstår uden for generatoren.
Beskyttelsesrelæer til at registrere fejl, der opstår inden for generatoren.
Ud over beskyttelsesrelæer, der er direkte forbundet til generatoren og dens tilhørende transformator, findes der også lynafledere, overskrudssikringer, olieflow-enheder og temperaturmålingsenheder til akselbearing, statorvinding, transformatorvinding og transformatorolie osv. Nogle af disse beskyttelsesarrangementer er af ikke-trip-type, dvs. de genererer kun alarm under afvigender.
Men de andre beskyttelsesschemas opererer sidst endelig hovedtrippingsrelæet for generatoren. Dette bør bemærkes, at ingen beskyttelsesrelæ kan forhindre fejl, det angiver bare og minimere fejlens varighed for at forhindre høj temperaturstigning i generatoren, ellers kan der opstå permanent skade i den.
Det er ønskeligt at undgå enhver unødige belastning i generatoren, og derfor er det almindelig praksis at installere surge-kondensator eller surge-diverter eller begge for at reducere effekten af lyn og andre spændingsfluktueringer på maskinen. De beskyttelsesschemas, der normalt anvendes til generatoren, drøftes herunder kort.
Beskyttelse mod isoleringsfejl
Den primære beskyttelse, der ydes i statorvindingen mod fase til fase eller fase til jordfejl, er longitudinelt differentialbeskyttelse af generator. Den anden vigtigste beskyttelsesschema for statorvindingen er interturn fejlbeskyttelse.
Denne type beskyttelse ansås for tidligere at være unødvendig, da nedbrydning af isolering mellem punkter i samme fasevinding, der indeholder sig i samme slot, og mellem hvilke der findes en potentiaforskelle, meget hurtigt ændres til en jordfejl, og derefter detekteres af enten stator differentialbeskyttelsen eller stator jordfejlbeskyttelsen.
En generator er designet til at producere relativt høje spændinger i forhold til dens udgang, og som derfor indeholder et stort antal ledere per slot. Med øget størrelse og spænding af generatoren bliver denne form for beskyttelse nødvendig for alle store genererende enheder.
Stator jordfejlbeskyttelse
Når statorneutralen er jordet gennem en modstand, monteres en strømtransformator i neutral til jordforbindelsen. En omvendt tidsrelæ anvendes over CT sekundæren, når generatoren er forbundet direkte til busbar. Hvis generatoren leverer strøm via en delta-stjerne-transformator, anvendes et momentan relæ til samme formål.
I det første tilfælde er det nødvendigt, at jordfejlrelæet gradueres med andre fejlrelæer i systemet. Dette er årsagen til, at en omvendt tidsrelæ anvendes i dette tilfælde. Men i det andet tilfælde er jordfejlsløbet begrænset til statorvindingen og primærsvindingen af transformator, så der er ingen behov for graduering eller diskrimination med andre jordfejlrelæer i systemet. Derfor er et momentan relæ foretrukkeligt i dette tilfælde.
Rotor jordfejlbeskyttelse
En enkelt jordfejl skaber ikke nogen større problemer i generatoren, men hvis den anden jordfejl opstår, vil dog en del af feltvindingen blive kortsluttet, og dermed resultere i en ubalanceret magnetfelt i systemet, og følgelig kan der opstå betydelig mekanisk skade på generatornes bearing. Der findes tre metoder til at registrere disse typer fejl i roteren. Metoderne er
Potentiometermetode
AC-injektionsmetode
DC-injektionsmetode
Ubalancebelasted statorbeskyttelse
Ubalancering i belasting producerer negative sekvensstrømme i statorcirkuitet. Denne negative sekvensstrøm producerer et reaktionsfelt, der roterer med dobbelt synchronous hastighed i forhold til roteren, og dermed inducerer dobbeltfrekvensstrøm i roteren. Denne strøm er ret stor og forårsager overophedning i rotercirkuitet, især i alternatoren.
Hvis der opstår noget ubalancering på grund af fejl i statorvindingen selv, vil den blive ryddet øjeblikkeligt af differentialbeskyttelsen, der er ydet i generatoren. Hvis ubalanceringen opstår på grund af en ekstern fejl eller ubalanceret belastning i systemet, kan den enten blive ubemærket eller fortsætte i en betydelig periode af tid, afhængigt af systemets beskyttelseskoordinering. Disse fejl kan derefter ryddes ved at installere et negativ fase sekvensrelæ med egenskaber, der matcher maskinens standsholdningskurve.
Beskyttelse mod statoroverophedning
Overbelastning kan forårsage overophedning i statorvindingen af generatoren. Ikke kun overbelastning, men også fejl i kølesystemer og isoleringsfejl i statorlaminationer kan også forårsage overophedning af statorvindingen.
Overophedningen registreres af indlejrede temperatursensorer på forskellige punkter i statorvindingen. Temperatursensorer er normalt modstandselementer, der danner en arm af wheatstonebroen. I tilfælde af mindre generatoren normalt under 30 MW, er generatorene ikke udstyret med indlejrede temperaturspools, men er normalt udstyret med termiske relæer, og de er arrangeret til at måle strømmen, der løber i statorvindingen.
Denne ordning registrerer kun overophedning, der forårsages af overbelastning, og giver ingen beskyttelse mod overophedning på grund af fejl i kølesystemer eller kortsluttede statorlaminationer. Selvom overskudsstrømrelæer, negative fase sekvensrelæer og enheder til overvågning af konstant flow også anvendes for at give en vis grad af termisk overbelastningsbeskyttelse.
Lav vakuumbeskyttelse
Denne beskyttelse, der normalt er i form af en regulator, der sammenligner vakuumet med atmosfæriske tryk, er normalt monteret på generatorset over 30 MW. Den moderne praksis er, at regulatoren aflaster settet via sekundærregulator, indtil normale vakuumforhold er genoprettet. Hvis vakuumforholdene ikke forbedres under 21 tomme, lukkes stoppvinduerne, og hoved kredsløbsbryder trippe.
Beskyttelse mod smøringsoilfejl
Denne beskyttelse anses ikke for nødvendig, da smøringsoil normalt kommer fra samme pumpe som styreoil, og en fejl i styreoil vil automatisk få stoppvinduerne til at lukke.
Beskyttelse mod tab af kotelbranding
Der findes to metoder til at registrere tabet af kotelbranding. I den første metode gives normalt åbne (NO) kontakter med ventilationsmotorer, der kan trippe generatoren, hvis mere end to motorer mislykkes. Den anden metode bruger kotel trykkontakter, der aflaster generatoren, hvis koteltrykket falder under cirka 90%.
Beskyttelse mod prime mover-fejl
Hvis prime mover mislykkes med at levere mekanisk energi til generatoren, vil generatoren fortsætte med at rotere i motormodus, det vil sige, den tager elektrisk energi fra systemet i stedet for at levere det til systemet.
I en damp turbine fungerer dampen som en køler, der fastholder turbineblade ved en konstant temperatur. Mislykkelse af forsyningskilden vil derfor resultere i overophedning på grund af friktion, med efterfølgende forvrængning af turbine
