Generator-Schutz

Ein Generator ist den elektrischen Belastungen ausgesetzt, die auf die Isolierung der Maschine wirken, den mechanischen Kräften, die auf die verschiedenen Teile der Maschine einwirken, und dem Temperaturanstieg. Diese sind die Hauptfaktoren, die den Schutz des Generators oder Wechselstromgenerators notwendig machen. Selbst wenn die Maschine ordnungsgemäß verwendet wird, behält sie nicht nur über viele Jahre hinweg ihre spezifizierten Nennleistungen aufrecht, sondern sie kann auch wiederholt bestimmte Überschreitungen von Überlastungen aushalten.

Präventive Maßnahmen müssen gegen Überlastungen und ungewöhnliche Zustände der Maschine ergriffen werden, damit sie sicher dienen kann. Selbst bei effizienter Konstruktion, Betrieb und präventiven Schutzmaßnahmen – das Risiko eines Fehlers kann bei keiner Maschine vollständig eliminiert werden. Die in Generator-Schutz verwendeten Geräte stellen sicher, dass bei Auftreten eines Fehlers dieser so schnell wie möglich beseitigt wird.

Ein elektrischer Generator kann entweder einem internen Fehler, einem externen Fehler oder beidem ausgesetzt sein. Die Generatoren sind normalerweise an ein elektrisches Energiesystem angeschlossen, daher sollte jeder in dem Energiesystem auftretende Fehler auch so schnell wie möglich vom Generator ausgeschaltet werden, andernfalls könnte dies zu bleibenden Schäden am Generator führen.

Die Anzahl und Vielfalt der in einem Generator auftretenden Fehler sind enorm. Deshalb wird ein Generator oder Wechselstromgenerator mit mehreren Schutzvorrichtungen geschützt. Der Generator-Schutz ist sowohl diskriminierend als auch nicht-diskriminierend. Große Sorgfalt ist bei der Koordination der verwendeten Systeme und der eingestellten Werte erforderlich, um sicherzustellen, dass ein empfindlicher, selektiver und diskriminierender Generator-Schutzplan erreicht wird.

Arten des Generator-Schutzes

Die verschiedenen Formen des Schutzes, die auf den Generator angewendet werden, können in zwei Kategorien unterteilt werden,

1. Schutzrelais, um Fehler außerhalb des Generators zu erkennen.

2. Schutzrelais, um Fehler innerhalb des Generators zu erkennen.

Neben den direkt mit dem Generator und seinem zugehörigen Transformator verbundenen Schutzrelais gibt es Blitzableiter, Überdrehungssicherungen, Ölflussgeräte und Temperaturmessgeräte für Wellenlager, Statorwicklungen, Transformatorwicklungen und Transformatoröl usw. Einige dieser Schutzanordnungen sind vom nicht-ausschaltenden Typ, d. h. sie erzeugen nur Alarm bei Unregelmäßigkeiten.

Die anderen Schutzsysteme betätigen letztendlich das Hauptschaltrelais des Generators. Es sollte beachtet werden, dass kein Schutzrelais einen Fehler verhindern kann, es zeigt ihn nur an und minimiert die Dauer des Fehlers, um eine hohe Temperatursteigerung im Generator zu vermeiden, die andernfalls zu bleibenden Schäden führen könnte.

Es ist wünschenswert, jegliche unnötige Belastungen im Generator zu vermeiden, und dazu ist es üblich, Spannungskondensatoren oder Spannungsableiter oder beide zu installieren, um die Auswirkungen von Blitzschlag und anderen Spannungsspitzen auf die Maschine zu reduzieren. Die hier kurz besprochenen Schutzsysteme, die normalerweise auf den Generator angewendet werden, sind unten beschrieben.

Schutz vor Isolierstoffversagen

Der Hauptschutz, der in der Statorwicklung gegen Phasen-zu-Phasen- oder Phasen-zu-Erde-Fehler vorgesehen ist, ist der longitudinale Differenzschutz des Generators. Das zweitwichtigste Schutzsystem für die Statorwicklung ist der Zwischenwindungsfehlerschutz.

Diese Art von Schutz galt früher als unnötig, weil der Zusammenbruch der Isolation zwischen Punkten in der gleichen Phasenwicklung, die in der gleichen Nut untergebracht sind und zwischen denen eine Spannungsdifferenz besteht, sehr schnell in einen Erdfehler übergeht, der dann entweder durch den statorseitigen Differenzschutz oder den statorseitigen Erdfehlerschutz erkannt wird.

Ein Generator ist im Vergleich zu seiner Leistung für relativ hohe Spannungen ausgelegt und enthält daher pro Nut eine große Anzahl von Leitern. Mit zunehmender Größe und Spannung des Generators wird diese Art von Schutz für alle großen Erzeugeraggregate unerlässlich.

Stator Erdfehlerschutz

Wenn der Statorneutralpunkt über einen Widerstand geerdet ist, wird ein Stromwandler in der Neutralpunkt-zu-Erde-Verbindung montiert. Ein Zeitumkehrrelais wird über die Sekundärseite des Stromwandlers verwendet, wenn der Generator direkt an die Busleitung angeschlossen ist. Im Fall, dass der Generator über einen Delta-Stern-Transformator Energie liefert, wird ein Schnellabfallrelais für denselben Zweck verwendet.

Im ersten Fall muss das Erdfehlerschutzrelais mit den anderen Fehlerschutzrelais im System gestaffelt werden. Dies ist der Grund, warum in diesem Fall ein Zeitumkehrrelais verwendet wird. Aber im zweiten Fall ist der Erdfehlerschleifweg auf die Statorwicklung und die Primärwicklung des Transformators beschränkt, daher ist keine Staffelung oder Diskriminierung mit anderen Erdfehlerschutzrelais im System erforderlich. Daher ist ein Schnellabfallrelais in diesem Fall vorzuziehen.

Rotor Erdfehlerschutz

Ein einzelner Erdfehler stellt für den Generator kein großes Problem dar, aber wenn ein zweiter Erdfehler auftritt, wird jedoch ein Teil der Feldwicklung kurzgeschlossen, was zu einem ungleichmäßigen Magnetfeld im System führt und möglicherweise zu schwerwiegenden mechanischen Schäden an den Lagern des Generators. Es gibt drei Methoden, um diese Art von Fehlern im Rotor zu erkennen. Die Methoden sind

1. Potentiometer-Methode

2. AC-Injektionsmethode

3. DC-Injektionsmethode

Schutz vor ungleichmäßiger Statorbelastung

Eine Ungleichverteilung der Belastung erzeugt negative Folgestrom in der Statorleitung. Dieser negative Folgestrom erzeugt ein Reaktionsfeld, das sich mit doppelter synchroner Geschwindigkeit relativ zum Rotor dreht und daher eine doppelte Frequenzspannung im Rotor induziert. Dieser Strom ist ziemlich groß und verursacht eine Überhitzung in der Rotorleitung, insbesondere im Wechselstromgenerator.

Wenn eine Ungleichverteilung aufgrund eines Fehlers in der Statorwicklung selbst auftritt, wird diese sofort durch den Differenzschutz im Generator beseitigt. Wenn die Ungleichverteilung aufgrund eines externen Fehlers oder einer ungleichmäßigen Belastung im System auftritt, kann sie unbemerkt bleiben oder für einen beträchtlichen Zeitraum bestehen, abhängig von der Schutzkoordination des Systems. Diese Fehler werden dann durch die Installation eines negativen Phasenfolgenrelais mit Eigenschaften, die der Standfestigkeitskurve der Maschine entsprechen, beseitigt.

Schutz vor Überhitzung des Stators

Überlastung kann zu Überhitzung der Statorwicklung des Generators führen. Nicht nur Überlastung, sondern auch Versagen der Kühlungssysteme und Isolationsversagen der Statorlaminierung können zur Überhitzung der Statorwicklung führen.

Die Überhitzung wird durch eingebaute Temperatursensoren an verschiedenen Punkten in der Statorwicklung erkannt. Die Temperatursensorspulen sind normalerweise Widerstandselemente, die einen Arm des Wheatstone-Brückenschaltkreises bilden. Im Fall kleinerer Generatoren, normalerweise unter 30 MW, sind die Generatoren nicht mit eingebauten Temperatursensoren ausgestattet, sondern sind in der Regel mit thermischen Relais versehen, die darauf ausgelegt sind, den in der Statorwicklung fließenden Strom zu messen.

Diese Anordnung erkennt nur Überhitzungen, die durch Überlastung verursacht werden, und bietet keinen Schutz vor Überhitzung aufgrund von Versagen der Kühlungssysteme oder Kurzschlüssen in den Statorlaminierungen. Obwohl Überstromrelais, negative Phasenfolgenrelais und Geräte zur Überwachung des konstanten Flusses auch verwendet werden, um einen gewissen Grad an thermischem Überlastschutz zu bieten.

Niedrigvakuum-Schutz

Dieser Schutz ist in der Regel in Form eines Reglers vorhanden, der das Vakuum mit dem atmosphärischen Druck vergleicht. Er ist normalerweise an Generatoranlagen über 30 MW angebracht. Die moderne Praxis sieht vor, dass der Regler die Anlage über den Sekundärgouverneur entlastet, bis normale Vakuumbedingungen wiederhergestellt sind. Wenn die Vakuumbedingungen nicht unter 21 Zoll verbessert werden, werden die Stopventile geschlossen und der Haupt Hauptschalter ausgelöst.

Schutz vor Schmierölversagen

Dieser Schutz gilt nicht als wesentlich, da das Schmieröl normalerweise von der gleichen Pumpe wie das Gouverneuroil stammt und ein Versagen des Gouverneuroils führt automatisch zum Schließen des Stopventils.

Schutz vor Verlust der Kesselbefeu