การป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องเผชิญกับความเครียดทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนฉนวนของเครื่องจักร แรงกลที่กระทำต่อส่วนต่างๆ ของเครื่องจักร และการเพิ่มอุณหภูมิ ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้จำเป็นต้องมีการป้องกันสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสลับแม้ว่าจะใช้งานอย่างถูกต้อง เครื่องจักรที่ทำงานอยู่ในสภาพสมบูรณ์ไม่เพียงแต่สามารถรักษาประสิทธิภาพที่กำหนดไว้ได้หลายปีเท่านั้น แต่ยังสามารถทนทานต่อการโหลดเกินได้ในบางครั้ง
ต้องมีมาตรการป้องกันการโหลดเกินและสถานะผิดปกติของเครื่องจักร เพื่อให้มันสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัย การออกแบบ การสร้าง การทำงาน และมาตรการป้องกันที่มีประสิทธิภาพ – ความเสี่ยงของการเกิดข้อผิดพลาดไม่สามารถถูกกำจัดออกจากเครื่องจักรใด ๆ ได้โดยสมบูรณ์ อุปกรณ์ที่ใช้ในการป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้เมื่อมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้น มันจะถูกกำจัดออกไปอย่างรวดเร็วที่สุด
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจประสบกับข้อผิดพลาดภายใน ข้อผิดพลาดภายนอก หรือทั้งสองอย่าง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วไปเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าพลังงาน ดังนั้นข้อผิดพลาดใด ๆ ที่เกิดขึ้นในระบบพลังงานควรจะถูกกำจัดออกจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยเร็วที่สุด ไม่เช่นนั้นอาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างถาวรต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
จำนวนและความหลากหลายของข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีมาก ดังนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสลับจึงได้รับการป้องกันด้วยแผนการป้องกันหลายแบบ การป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบ่งเป็นประเภทที่สามารถแยกแยะและไม่สามารถแยกแยะได้ ต้องระมัดระวังในการประสานงานที่ใช้และค่าที่ตั้งไว้ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับแผนการป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความไวสูง สามารถแยกแยะและเลือกได้
ประเภทของการป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การป้องกันต่าง ๆ ที่ใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นสองรูปแบบ
รีเลย์ป้องกัน เพื่อตรวจจับข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นภายนอกเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
รีเลย์ป้องกันเพื่อตรวจจับข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
นอกจากรีเลย์ป้องกันที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงที่เกี่ยวข้องแล้วยังมีตัวป้องกันฟ้าผ่า ตัวป้องกันความเร็วเกิน ตัวควบคุมการไหลของน้ำมัน และตัววัดอุณหภูมิสำหรับแบริ่งเพลา วงจรสเตเตอร์ วงจรหม้อแปลง และน้ำมันหม้อแปลง เป็นต้น บางระบบป้องกันเหล่านี้เป็นประเภทที่ไม่ทริป คือ พวกมันสร้างสัญญาณเตือนเมื่อมีความผิดปกติ
แต่ระบบป้องกันอื่น ๆ จะทำงานรีเลย์ทริปหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ควรทราบว่ารีเลย์ป้องกันใด ๆ ก็ตามไม่สามารถป้องกันข้อผิดพลาดได้ มันเพียงแค่แสดงและลดระยะเวลาของข้อผิดพลาดเพื่อป้องกันการเพิ่มอุณหภูมิสูงในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไม่เช่นนั้นอาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างถาวร
เป็นที่พึงปรารถนาที่จะหลีกเลี่ยงความเครียดใด ๆ ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และสำหรับนั้นมักจะมีการติดตั้งคาปาซิเตอร์เซอร์จหรือตัวเบี่ยงเบนเซอร์จหรือทั้งสองอย่างเพื่อลดผลกระทบของฟ้าผ่าและแรงดันเซอร์จอื่น ๆ บนเครื่องจักร แผนการป้องกันที่ใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามักจะถูกอธิบายอย่างสั้น ๆ ดังต่อไปนี้
การป้องกันจากการล้มเหลวของฉนวน
การป้องกันหลักที่ให้กับวงจรสเตเตอร์ต่อข้อผิดพลาดระหว่างเฟสกับเฟสหรือเฟสกับพื้นคือการป้องกันแบบผลต่างเชิงอนุพันธ์ตามยาวของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแผนการป้องกันที่สำคัญที่สุดรองลงมาสำหรับวงจรสเตเตอร์คือการป้องกันข้อผิดพลาดระหว่างรอบ
การป้องกันประเภทนี้เคยถูกมองว่าไม่จำเป็นในอดีตเพราะการล้มเหลวของฉนวนระหว่างจุดในวงจรเฟสเดียวกัน ซึ่งอยู่ในช่องเดียวกัน และมีความต่างศักย์ระหว่างจุดเหล่านั้น สามารถเปลี่ยนเป็นข้อผิดพลาดกับพื้นได้อย่างรวดเร็ว และจากนั้นจะถูกตรวจจับโดยการป้องกันแบบผลต่างเชิงอนุพันธ์ของสเตเตอร์หรือการป้องกันข้อผิดพลาดกับพื้นของสเตเตอร์.
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกออกแบบมาเพื่อผลิตแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับกำลังผลิต ซึ่งทำให้มีจำนวนสายนำต่อช่องมาก ด้วยขนาดและแรงดันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น การป้องกันประเภทนี้กำลังกลายเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับหน่วยกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ทั้งหมด
การป้องกันข้อผิดพลาดกับพื้นของสเตเตอร์
เมื่อสเตเตอร์กลางถูกต่อพื้นผ่านตัวต้านทาน ตัวแปลงกระแสจะถูกติดตั้งในสายต่อพื้นกลาง รีเลย์เวลาผกผันถูกใช้ข้ามสายรองของตัวแปลงกระแสเมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อตรงกับบัสบาร์ ถ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่งกำลังผ่านหม้อแปลงดาว-สามเหลี่ยม รีเลย์ทันทีจะถูกใช้สำหรับวัตถุประสงค์เดียวกัน
ในกรณีแรก รีเลย์ข้อผิดพลาดกับพื้นต้องถูกจัดลำดับกับรีเลย์ข้อผิดพลาดอื่น ๆ ในระบบ นี่คือเหตุผลที่รีเลย์เวลาผกผันถูกใช้ในกรณีนี้ แต่ในกรณีหลัง วงจรข้อผิดพลาดกับพื้นถูกจำกัดอยู่เฉพาะวงจรสเตเตอร์และวงจรหลักของหม้อแปลง ดังนั้น ไม่จำเป็นต้องจัดลำดับหรือแยกแยะกับรีเลย์ข้อผิดพลาดกับพื้นอื่น ๆ ในระบบ นี่คือเหตุผลที่รีเลย์ทันทีเป็นที่นิยมในกรณีนี้
การป้องกันข้อผิดพลาดกับพื้นของโรเตอร์
ข้อผิดพลาดกับพื้นเดียวไม่สร้างปัญหาใหญ่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่ถ้าเกิดข้อผิดพลาดกับพื้นที่สอง บางส่วนของวงจรสนามจะถูกป้อนวงจรสั้น และทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ไม่สมดุลในระบบ และอาจทำให้เกิดความเสียหายทางกลไกอย่างมากต่อแบริ่งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มีวิธีการสามวิธีที่ใช้ในการตรวจจับประเภทของข้อผิดพลาดในโรเตอร์ วิธีการเหล่านี้คือ
วิธีโพเทนชิโอมิเตอร์
วิธีการฉีดกระแสไฟฟ้าสลับ
วิธีการฉีดกระแสไฟฟ้าตรง
การป้องกันจากการโหลดที่ไม่สมดุลของสเตเตอร์
การโหลดที่ไม่สมดุลทำให้เกิดกระแสลำดับลบในวงจรสเตเตอร์ กระแสลำดับลบดังกล่าวทำให้เกิดสนามปฏิกิริยาที่หมุนด้วยความเร็วสองเท่าของความเร็วซิงโครนัสเทียบกับโรเตอร์ และทำให้เกิดกระแสความถี่สองเท่าในโรเตอร์ กระแสเหล่านี้มีขนาดใหญ่มากและทำให้เกิดความร้อนสูงในวงจรโรเตอร์ โดยเฉพาะในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสลับ
ถ้ามีการโหลดที่ไม่สมดุลเกิดขึ้นเนื่องจากข้อผิดพลาดในวงจรสเตเตอร์เอง ข้อผิดพลาดนั้นจะถูกกำจัดทันทีโดยการป้องกันแบบผลต่างเชิงอนุพันธ์ที่ให้ไว้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ถ้าการโหลดที่ไม่สมดุลเกิดขึ้นเนื่องจากข้อผิดพลาดภายนอกหรือการโหลดที่ไม่สมดุลในระบบ มันอาจไม่ถูกตรวจจับหรือคงอยู่เป็นระยะเวลานานขึ้นอยู่กับการประสานงานการป้องกันของระบบ ข้อผิดพลาดเหล่านี้จะถูกกำจัดโดยการติดตั้งรีเลย์ลำดับเฟสลบพร้อมลักษณะที่ตรงกับโค้งทนทานของเครื่องจักร
การป้องกันจากการล้มเหลวของฉนวน
การโหลดเกินสามารถทำให้เกิดความร้อนสูงในวงจรสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นอกจากการโหลดเกินแล้ว การล้มเหลวของระบบทำความเย็นและการล้มเหลวของฉนวนของแผ่นสเตเตอร์ยังทำให้เกิดความร้อนสูงในวงจรสเตเตอร์
ความร้อนสูงถูกตรวจจับโดยตัวตรวจจับอุณหภูมิที่ฝังไว้ที่จุดต่าง ๆ ในวงจรสเตเตอร์ วงจรโค일ตัวตรวจจับอุณหภูมิโดยทั่วไปเป็นตัวต้านทานที่เป็นแขนหนึ่งของวงจรวีทสโตนบริดจ์ ในกรณีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กโดยทั่วไปต่ำกว่า 30 MW เครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่ได้ติดตั้งวงจรโคイルตรวจจับอุณหภูมิที่ฝังไว้ แต่โดยทั่วไปจะติดตั้งรีเลย์ความร้อนและจัดให้วัดกระแสที่ไหลผ่านวงจรสเตเตอร์
การจัดการนี้ตรวจสอบความร้อนสูงที่เกิดจากโหลดเกินเท่านั้น และไม่ให้การป้องกันใด ๆ ต่อความร้อนสูงที่เกิดจากความล้มเหลวของระบบทำความเย็นหรือแผ่นสเตเตอร์ที่ป้อนวงจรสั้น แม้ว่ารีเลย์กระแสเกิน รีเลย์ลำดับเฟสลบ และอุปกรณ์สำหรับตรวจสอบการไหลคงที่ยังใช้เพื่อให้การป้องกันความร้อนเกินในระดับหนึ่ง
การป้องกันแรงดันสูญญากาศต่ำ
การป้องกันนี้โดยทั่วไปอยู่ในรูปแบบของรีเจเลเตอร์ที่เปรียบเทียบแรงดันสูญญากาศกับแรงดันบรรยากาศ มันมักจะติดตั้งบนชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีกำลังเหนือ 30 MW แนวทางทันสมัยคือรีเจเลเตอร์จะปล่อยโหลดชุดผ่าน governor รองจนกว่าสภาพแรงดันสูญญากาศจะกลับสู่ภาวะปกติ ถ้าสภาพแรงดันสูญญากาศไม่ดีขึ้นต่ำกว่า 21 นิ้ว วาล์วปิดจะถูกปิดและวงจรตัดวงจรหลักจะถูกทริป
การป้องกันจากการล้มเหลวของน้ำมันหล่อลื่น
การป้องกันนี้ไม่ได้ถูกพิจารณาว่าจำเป็นเนื่องจากน้ำมันหล่อลื่นโดยทั่วไปมาจากปั๊มเดียวกับน้ำมัน governor และการล้มเหลวของน้ำมัน governor จะทำให้วาล์วปิดโดยอัตโนมัติ
การป้องกันจากการสูญเสียการจุดไฟของหม้อไอน้ำ
มีวิธีการสองวิธีที่ใช้ในการตรวจจับการสูญเสียการจุดไฟของหม้อไอน้ำ ในการวิธีแรก ติดตั้งคอนแทคที่เปิด (NO) ที่มอเตอร์พัดลมซึ่งอาจทริปเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหากมอเตอร์มากกว่าสองตัวล้มเหลว วิธีที่สองใช้คอนแทคแรงดันหม้อไอน้ำ
