Generatorskydd

En generator utsätts för elektriska påfrestningar som påverkar maskinens isolering, mekaniska krafter som verkar på olika delar av maskinen och temperaturökning. Dessa är de huvudsakliga faktorer som gör skydd nödvändigt för generatoren eller alternatorn. Även när den används korrekt, underhåller en maskin i perfekt driftsinstånd inte bara sin angivna prestanda under många år, utan klarar också upprepade gånger vissa överbelastningar.

Förebyggande åtgärder måste vidtas mot överbelastningar och ovanliga tillstånd för maskinen så att den kan fungera säkert. Även om man ser till att design, konstruktion, drift och förebyggande skyddsmetoder är effektiva – kan risken för fel inte helt elimineras från någon maskin. De enheter som används i generator skydd, säkerställer att när ett fel uppstår, tas det bort så snabbt som möjligt.

En elektrisk generator kan utsättas för antingen ett internt fel, ett externt fel eller båda. Generatoren är vanligtvis ansluten till ett elkraftsystem, därför bör eventuella fel i elkraftsystemet också rensas från generatoren så snart som möjligt, annars kan det skapa permanent skada i generatoren.

Antalet och variationen av fel som uppstår i en generator är stora. Därför skyddas generatorn eller alternatorn med flera skyddsscheman. Generator skydd är både diskriminerande och icke-diskriminerande typ. Stort omsorg måste tas i koordineringen av de system som används och inställningarna som antagits för att säkerställa att ett känsligt, selektivt och diskriminerande generator skyddsschema uppnås.

Typer av generator skydd

De olika former av skydd som tillämpas på generatoren kan indelas i två sätt,

1. Skyddspolar för att upptäcka fel som inträffar utanför generatoren.

2. Skyddspolar för att upptäcka fel som inträffar inuti generatoren.

Över och utöver skyddspolar, associerade direkt med generatoren och dess associerade transformer, finns det blixtavledare, översnittssäkerheter, olje-flödesenheter och temperaturmätande enheter för axellager, statorvindning, transformervindning och transformer olja osv. Några av dessa skyddssystem är av icke-trippande typ, det vill säga de genererar endast larm vid avvikelser.

Men de andra skyddsschemana driv till slut master trippande polar för generatoren. Det bör noteras att ingen skyddspolar kan förhindra fel, den indikerar endast och minimerar felets varaktighet för att förhindra hög temperaturökning i generatoren, annars kan det uppstå permanent skada i den.

Det är önskvärt att undvika onödiga påfrestningar i generatoren, och för detta är det vanligt att installera spänningskapacitanser eller spänningsdiverter eller båda för att minska effekten av blixt och andra spänningsflak på maskinen. De skyddsscheman som vanligen tillämpas på generatoren diskuteras här nedan i kort.

Skydd mot isoleringsfel

Huvudskyddet som tillhandahålls i statorvindningen mot fas-fas eller fas-jordfel, är longitudinellt differentialskydd för generator. Andra viktigaste skyddsschema för statorvindningen är mellanvarvsfel skydd.

Denna typ av skydd ansågs vara onödig i tidigare dagar eftersom brytning av isolering mellan punkter i samma fasvindning, innehållen i samma spår, och mellan vilka en potentialskillnad existerar, växlar mycket snabbt till ett jordfel, och då upptäcks det antingen av stator differentialskyddet eller stator jordfel skydd.

En generator är designad för att producera relativt hög spänning i jämförelse med sin utmatning och som därför innehåller ett stort antal ledare per spår. Med ökande storlek och spänning på generatoren blir denna form av skydd alltmer nödvändig för alla stora genereringsenheter.

Stator jordfel skydd

När statorneutralen är jordad genom en motståndare, monteras en strömmätare i neutralen till jorden anslutningen. En omvänt tidsrelä används över CT sekundärn när generatoren är ansluten direkt till busbar. Om generatoren matar ström via en delta-stjärna-transformator, används ett momentrelä för samma ändamål.

I det första fallet krävs det att jordfel relä graderas med andra felskyddsrelä i systemet. Detta är anledningen till att omvänt tidsrelä används i detta fall. Men i det andra fallet, begränsas jordfel slingan till statorvindningen och primär vindningen av transformatorn, därför behövs det ingen gradering eller diskriminering med andra jordfel relä i systemet. Därför är Momentrelä fördelaktigt i det här fallet.

Rotor jordfel skydd

Ett enskilt jordfel skapar inget stort problem i generatoren men om det andra jordfelet uppstår, kommer dock en del av fältvindningen att bli kortsluten och resultera i en obalanserad magnetfält i systemet och därmed kan det uppstå betydande mekanisk skada på generatorns lägen. Det finns tre metoder tillgängliga för att upptäcka de typerna av fel i roteraren. Metoderna är

1. Potentiometer metod

2. AC injektionsmetod

3. DC injektionsmetod

Ojämnt statorbelastningsskydd

Ojämnheter i belastning producerar negativa sekvensströmmar i statorcirkuiten. Denna negativa sekvensström producerar en reaktionsfält som roterar med dubbla synkrona hastigheten i förhållande till roteraren och inducerar därför dubbla frekvensströmmar i roteraren. Denna ström är ganska stor och orsakar överhettning i roterarcirkuiten, särskilt i alternatorn.

Om någon ojämnhet uppstår på grund av fel i statorvindningen självt, skulle det rensas omedelbart av differentialskyddet som tillhandahålls i generatoren. Om ojämnheten uppstår på grund av något externt fel eller ojämnt belastning i systemet, kan det förbli oupptäckt eller kan fortgå i en betydande period av tid beroende på skyddskoordinationen i systemet. Dessa fel rensas sedan genom att installera ett negativt fassekvensrelä med egenskaper som matchar maskinens uthållighetskurva.

Skydd mot stator överhettning

Överbelastning kan orsaka överhettning i statorvindningen av generatoren. Inte bara överbelastning, utan brist på kylningsystem och isoleringsfel av statorlaminationer orsakar också överhettning av statorvindningen.

Överhettningen upptäcks av inbäddade temperaturdetektorer vid olika punkter i statorvindningen. Temperaturdetektorsspolar är normalt motståndselement som bildar en arm av Wheatstonebrukrets. I fallet med mindre generatorer normalt under 30 MW, är generatoren inte utrustad med inbäddade temperaturspolar men är vanligtvis utrustade med termisk relä och de är arrangerade för att mäta strömmen som flödar i statorvindningen.

Denna arrangemang upptäcker endast överhettning orsakad av överbelastning och ger ingen skydd mot överhettning på grund av brist på kylningsystem eller kortslutade statorlaminationer. Även om överströmsrelä, negativ fassekvensrelä, och enheter för att övervaka konstant flöde används också för att ge en viss grad av termisk överbelastningskydd.

Lågt vakuum skydd

Detta skydd, vanligtvis i form av en reglerare som jämför vakuum mot atmosfärstryck, är normalt installerat på generatorset över 30 MW. Den moderna praxisen är att regleraren lösar lasten från setet via sekundärgubbern tills normala vakuumförhållanden återställs. Om vakuumförhållandena inte förbättras under 21 tum stängs stoppväxlar och huvud huvudbrytare trippas.

Skydd mot smörjoljesvikt

Detta skydd anses inte vara nödvändigt eftersom smörjoljan normalt erhålls från samma pump som guvernöroljan och en svikt av guvernöroljan kommer automatiskt att göra stoppväxlar att stängas.

Skydd mot förlust av panneldning

Två metoder finns tillgängliga för att upptäcka förlusten av panneldning. I den första metoden, normalt öppna (NO) kontakter levereras med fläktmotorerna som kan trippe generatoren om mer än två motorer misslyckas. Den andra metoden använder panntryckkontakter som lossar generatoren om panntrycket faller under cirka 90%.

Skydd mot primärdrivmedelsfel

Om primärdrivmedlet misslyckas med att leverera mekanisk energi till generatoren, kommer generatoren att fortsätta rotera i motorläge, det vill säga den tar emot elektrisk energi från systemet istället för att leverera den till systemet.

I en ångturbin agerar ången som en kylmedel som håller turbinbladen vid en konstant temperatur. Svikt av försörjningen kommer därför att leda till överhettning på grund av friktion, med efterföljande deformation av turbinbladen.

Svikt av ångförsörjningen kan orsaka allvarlig mekanisk skada utöver att påföra en