Генераторните прекъсвачи са подходящи за широк спектър от електроцентрали, включително въглени, ядрени, газови турбини, комбинирани цикли, водни и насосни накопителни електроцентрали. Те са идеални и за модернизация на съществуващи електроцентрали, които липсват на генераторни прекъсвачи.
В миналото генераторните прекъсвачи често се използваха в многозонни станции, където няколко относително малки генератора бяха свързани с обща шина. Обаче, с бързия растеж на размерите на генераторите и увеличаването на равнищата на системната аварийна тока, пречупвателните способности на този тип апаратурата скоро бяха надхвърлени. След това беше приет концепцията за единично връзка, при която всеки генератор имаше независима парогенераторна вспомогателна система, директно свързана с преобразувател и високостранен прекъсвач(и).
Когато се сравнява с единичната връзка, използването на генераторни прекъсвачи за свързване на генераторите при терминалното напрежение предоставя множество предимства:
Оптимизиране на операциите: Улеснява процедурите, намалявайки сложността и потенциала за човешка грешка по време на свързани с генераторите задачи.
Подобряване на защитата: Предлага подобрена защита за генератора, както и за главния и единичния преобразуватели, защитавайки тези ключови компоненти от електрически аварии и скачания.
Увеличаване на надеждността: Подобрява сигурността на системата за производство на електроенергия и значително повишава общата наличност на електроцентралата, минимизирайки времето на спиране и максимизирайки продукцията на електроенергия.
Икономически печалби: Донесе икономически предимства, като намалени разходи за поддръжка и подобрена дългосрочна ефективност на операциите.
Основните изисквания за електрическата конфигурация на електроцентрали могат да бъдат сумираны по следния начин:
Ефективен пренос на мощност: Прехвърляне на произведена електрическа енергия от генератора към високонапрегнатата (HV) преходна система, вземайки предвид оперативните нужди, както и фактори, свързани с наличност, надеждност и икономическа жизнеспособност.
Надежден вторичен източник на ток: Осигуряване на електрическа енергия за вспомогателни и станционни системи, което е важно за поддържането на безопасна и надеждна работа на електроцентралата.
Фигура 1 илюстрира примери за конфигурации на електроцентрали, които използват генераторен прекъсвач за свързване на генератора с главния преобразувател, демонстрирайки как тези прекъсвачи са интегрирани в общата електрическа конфигурация на електроцентралата.
Генераторните прекъсвачи играят ключова и многоаспектна роля в електрическите системи, изпълнявайки множество основни функции:
Синхронизация с HV системата: Отговорни са за синхронизацията на генератора с напрежението на системата на високо напрежение (HV). Това осигурява плавно свързване между изхода на генератора и мрежата, облекчавайки ефективния пренос на електрическа енергия.
Отделение от HV системата: Позволяват разделението на генераторите от HV системата, което е особено полезно при изключване на ненатоварени или слабо натоварени генератори. Тази операция помага за поддържане на стабилността и безопасността на електрическата мрежа.
Прекъсване на натоварените токове: Тези прекъсвачи са способни да прекъсват натоварени токове, с капацитет да обработват до пълния натоварен ток на генераторите. Тази функционалност е важна за нормалната работа и управление на натовареността в електроцентралата.
Прекъсване на системно подхранвани коротки съединения: Могат да прекъсват системно подхранвани коротки съединения, защитавайки генератора и други компоненти от потенциално вредните ефекти на прекомерен ток, причинен от дефекти в системата.
Прекъсване на генераторно подхранвани коротки съединения: Аналогично, те са проектирани да прекъсват генераторно подхранвани коротки съединения, защитавайки самия генератор от вътрешни дефекти и осигурявайки неговата продължаваща безопасна работа.
Прекъсване на ток при несинхронизирана фаза: Генераторните прекъсвачи могат да обработват прекъсване на ток при условия на несинхронизирана фаза, с възможност да управляват до ъгъл на несинхронизация от 180°. Тази функция е критична за поддържане на стабилността на системата при аномални условия на работа.
Синхронизация в насосни накопителни електроцентрали (моторен режим): В насосните накопителни електроцентрали, когато генератор-моторът започва работа в моторен режим, прекъсвачът се използва за синхронизация на машината с HV системата. Има различни методи за синхронизация, като използване на статичен преобразувател на честота (SFC) или последователно стартиране.
Обработка на стартерния ток в насосни накопителни електроцентрали (моторен режим): Когато генератор-моторът започва работа в моторен режим с асинхронно стартиране в насосните накопителни електроцентрали, прекъсвачът затваря и прекъсва стартерния ток, осигурявайки плавен и контролиран процес на стартиране.
Прекъсване на ток при ниска честота на коротко съединение: В газовите турбини, комбинирани цикли и насосни накопителни електроцентрали, в зависимост от началното подхранване, прекъсвачът може да прекъсва генераторно подхранвани коротки съединения при честоти под 50/60 Hz, адаптирайки се към специфичните изисквания на тези системи за производство на електроенергия.
Има множество подходи за синхронизация в насосните накопителни електроцентрали.
Статичен преобразувател на честота (SFC) стартираща схема: Тази схема включва в основата си тиристорен преобразувател, свързан с единичен преобразувател от страната на високо напрежение (HV) и инвертор, свързан с генератора. Инверторът започва работата на генератора от ниска мощностна честота и постепенно я увеличава до номиналната мощностна честота. Когато генераторът е възбуден, за да произвежда мощност, може да има разликата в фазовия ъгъл между неговия изход и този на мрежата. В момент, когато разликата в фазите между генератора и HV мрежата е минимална, генераторът се синхронизира с HV мрежата чрез използване на генераторен прекъсвач или HV прекъсвач.
Последователна стартираща схема: В електроцентрала с няколко генератора, може да се използва последователна стартираща схема. Мощността, произведена от генератор, работещ при номинални условия, се използва за стартиране на спрян генератор до номиналната мощностна честота. След това генераторът се синхронизира с HV мрежата чрез използване на генераторен прекъсвач или HV прекъсвач.
Според стандарта IEC/IEEE 62271-37-13, номиналната дължина на аварийната операция на генераторния прекъсвач е определена като състояща се от две единици операции, с интервал от 30 минути между всяка операция. Цикълът на операции е представен като "CO – 30 минути – CO", което означава два пълни прекъсвания на аварийните токове, с интервал от 30 минути между всяко затваряне при аварийна ситуация.Този дизайн е специално предназначен за защита на електроцентрали и генератори. Изпълнението на две последователни операции за затваряне и откриване при пълен аварийен ток може потенциално да причини повреди на генератора и преобразувателите за увеличаване на напрежението.
Такива видове аварийни случаи са много малко вероятни, и е също много малко вероятно един директор на електроцентрала да опита да затвори връзката отново само 30 минути след пълна аварийна ситуация.
Интервалът от 30 минути между две операции е съществен за възстановяване на началните условия на прекъсвача и предотвратяване на прекомерно загряване на неговите компоненти. Трябва да се отбележи, че този времеви интервал може да варира в зависимост от конкретния вид операция и характеристиките на генераторния прекъсвач.
