Generátory obvodových přerušovačů jsou zásadně vhodné pro široké spektrum elektráren, včetně uhelných, jaderných, plynových turbín, kombinovaných cyklů, vodních a čerpacích elektráren. Jsou také ideální pro modernizaci stávajících elektráren, které nemají generátory obvodových přerušovačů.
V minulosti byly obvodové přerušovače generátorů běžně používány v vícejednotkových stanicích, kde bylo několik relativně malých generátorů propojeno s jednou společnou sběrnou. S rychlým nárůstem velikosti generátorů a zvyšováním úrovně systémových chybových proudů byla brzy překonána přerušovací schopnost tohoto typu rozvodu. Následně byl přijat koncept jednotky, kde každý generátor měl nezávislý parní dodávkový pomocný systém připojený přímo k transformátoru s navýšením napětí a vysokotlažovému přerušovači (přerušovačům).
Ve srovnání s jednotkovým připojením poskytuje použití obvodových přerušovačů generátorů pro přepínání generátorů na jejich koncovém napětí mnoho výhod:
Zjednodušení operací: Zjednodušuje operační postupy, snižuje složitost a potenciál lidských omylů při přepínání generátorů.
Zlepšení ochrany: Nabízí lepší ochranu generátoru, stejně jako hlavního a jednotkového transformátoru, chrání tyto klíčové komponenty před elektrotechnickými poruchami a náhlými výkyvy.
Zvýšení spolehlivosti: Zvyšuje bezpečnost systému výroby elektrické energie a výrazně zlepšuje celkovou dostupnost elektrárny, minimalizuje dobu výpadku a maximalizuje výkon výroby elektrické energie.
Hospodářské výhody: Přináší také hospodářské výhody, jako je snížení nákladů na údržbu a zlepšení dlouhodobé operační efektivnosti.
Klíčové požadavky na elektrické rozvržení elektráren lze shrnout následovně:
Účinný přenos energie: Přenést vygenerovanou elektrickou energii od generátoru do vysokonapěťové (VN) přenosové soustavy, s ohledem na operační potřeby, stejně jako faktory týkající se dostupnosti, spolehlivosti a ekonomické životaschopnosti.
Spolehlivé dodávky pomocné energie: Zajišťují dodávku elektrické energie pro pomocné a stanice služeb, což je klíčové pro udržení bezpečné a spolehlivé operace elektrárny.
Obrázek 1 ukazuje příklady rozvržení elektráren, které využívají obvodového přerušovače generátoru k připojení generátoru k hlavnímu transformátoru, demonstruje, jak jsou tyto přerušovače integrovány do celkového elektrického rozvržení elektrárny.
Obvodové přerušovače generátorů hrají klíčovou a mnohostrannou roli v elektrických systémech, plní řadu zásadních operačních povinností:
Synchronizace s VN systémem: Jsou odpovědné za synchronizaci generátoru s napětím systému na vysokonapěťové (VN) úrovni. To zajišťuje hladké spojení mezi výstupem generátoru a sítí, což umožňuje efektivní přenos elektrické energie.
Odpojení od VN systému: Umožňují oddělení generátorů od VN systému, což je zejména užitečné při vypnutí nezatěžovaných nebo málo zatěžovaných generátorů. Tato operace pomáhá udržovat stabilitu a bezpečnost elektrické sítě.
Přerušení zátěžových proudů: Tyto přerušovače jsou schopny přerušit zátěžové proudy, s kapacitou na obsluhu až plného zátěžového proudu generátorů. Tato funkce je klíčová pro normální provoz a správu zátěže v elektrárně.
Přerušení krátkého zapojení zásobovaného systémem: Mohou přerušit krátké zapojení zásobované systémem, chrání generátor a další komponenty před možnými škodami způsobenými nadměrným proudem v důsledku poruch v systému.
Přerušení krátkého zapojení zásobovaného generátorem: Podobně jsou navrženy tak, aby přerušily krátké zapojení zásobované generátorem, chrání samotný generátor před vnitřními poruchami a zajišťují jeho pokračující bezpečnou operaci.
Přerušení proudu v nesynchronní fázi: Obvodové přerušovače generátorů mohou zvládat přerušení proudu v nesynchronní fázi, s možností správy až nesynchronního úhlu 180°. Tato funkce je klíčová pro udržení stability systému v neobvyklých operačních podmínkách.
Synchronizace v čerpacích elektrárnách (motorový režim): V čerpacích elektrárnách, kdy je generátor-motor spuštěn v motorovém režimu, je obvodový přerušovač používán k synchronizaci stroje s VN systémem. Existují různé metody synchronizace, jako je synchronizace pomocí statické frekvenční převodnice (SFC) nebo synchronizace zpětným startem.
Zvládání startovacího proudu v čerpacích elektrárnách (motorový režim): Když je generátor-motor spuštěn v motorovém režimu s asynchronním startem v čerpacích elektrárnách, obvodový přerušovač uzavírá a přerušuje startovací proud, zajišťuje hladký a kontrolovaný proces startu.
Přerušení krátkého zapojení na nízké frekvenci: V plynových turbínách, kombinovaných cyklech a čerpacích elektrárnách, v závislosti na zdroji startovací energie, může obvodový přerušovač přerušit krátké zapojení zásobované generátorem na frekvencích nižších než 50/60 Hz, přizpůsobuje se specifickým požadavkům těchto systémů pro výrobu elektrické energie.
Existuje několik metod synchronizace v čerpacích elektrárnách.
Schéma startu pomocí statické frekvenční převodnice (SFC): Toto schéma primárně zahrnuje thyristorovou převodnici připojenou k jednotkovému transformátoru na straně VN a inverzor spojený s generátorem. Inverzor iniciuje provoz generátoru od nízké výkonové frekvence a postupně ho zvyšuje na nominální výkonovou frekvenci. Jakmile je generátor excitován k produkci energie, může existovat fázový úhel mezi jeho výstupem a výstupem sítě. V okamžiku, kdy je fázový rozdíl mezi generátorem a VN sítí minimalizován, je generátor synchronizován s VN sítí pomocí buď obvodového přerušovače generátoru, nebo VN přerušovače.
Schéma startu zpětným startem: V elektrárně s několika generátory lze použít schéma zpětného startu. Energie vygenerovaná generátorem pracujícím v nominálních podmínkách se použije k startu zastaveného generátoru až na nominální výkonovou frekvenci. Poté je generátor synchronizován s VN sítí pomocí buď obvodového přerušovače generátoru, nebo VN přerušovače.
Podle standardu IEC/IEEE 62271-37-13 je nominální povinnost krátkého zapojení obvodového přerušovače generátoru určena jako dvě jednotky operací, s 30minutovým intervalom mezi každou operací. Povinnost je reprezentována jako "CO – 30 minut – CO", což znamená dvě úplné přerušení krátkého zapojení, s 30minutovým intervalem mezi každým událostí uzavření krátkého zapojení.Tento design je speciálně určen k ochraně elektráren a generátorů. Dvě po sobě jdoucí operace uzavření a otevření během plného krátkého zapojení by mohly způsobit poškození generátoru a transformátorů s navýšením napětí.
Takové typy krátkých zapojení jsou velmi nepravděpodobné a je také velmi nepravděpodobné, že manažer elektrárny by se pokusil znovu uzavřít obvod pouze 30 minut po plném krátkém zapojení.
30minutový interval mezi dvěma operacemi je klíčový pro obnovení počátečních podmínek obvodového přerušovače a prevenci nadměrného zahřívání jeho komponentů. Je třeba poznamenat, že tento časový interval může být různý v závislosti na konkrétním typu operace a charakteristikách obvodového přerušovače generátoru.
