Generator strømavbrydere er i høj grad egnet til et bredt udvalg af kraftværker, herunder fossilt drevne, nukleare, gasturbiner, kombinerede cyklus, vandkraft og pumpeopbevaringskraftværker. De er også ideelle til ombygning af eksisterende kraftværker, der mangler generator strømavbrydere.
I fortiden blev generator strømavbrydere ofte anvendt i flere enhedsstationer, hvor flere relativt små generatører var forbundet til en fælles bus. Dog med den hurtige vækst i generator størrelse og stigningen i systemfejlstrømniveau, blev denne type installations afbrydelseskapacitet snart overgået. Derpå blev enhedskonceptet adopteret, hvor hver generator havde en uafhængig dampforsyning hjælpesystem direkte forbundet til en step-up transformer og high-side bryder(e).
Når man sammenligner med enhedsforbindelsen, giver brugen af generator strømavbrydere til at skifte generatører ved deres terminalspænding mange fordele:
Strømlinet drift: Det forenkler driftsprocedurer, reducerer kompleksiteten og potentialet for menneskelige fejl under generator-relaterede skiftopgaver.
Forbedret beskyttelse: Det giver forbedret beskyttelse for generatoren, samt for hoved- og enhedstransformatorerne, som beskytter disse kritiske komponenter mod elektriske fejl og overslag.
Øget pålidelighed: Det øger sikkerheden af strømforsyningsystemet og forbedrer signifikant den samlede tilgængelighed af kraftværket, minimere nedetid og maksimere strømproduktion.
Økonomiske fordele: Det bringer også økonomiske fordele, såsom reducerede vedligeholdelsesomkostninger og forbedret langsigtede driftseffektivitet.
De nødvendige krav for det elektriske layout af kraftværker kan opsummeres som følger:
Effektiv strømoverførsel: Overfør den producerede elektriske energi fra generatoren til højspændings (HV) transmissionsystemet, tager hensyn til driftsbehov, samt faktorer relateret til tilgængelighed, pålidelighed og økonomisk levedygtighed.
Pålidelig hjælpestrømforsyning: Sikre strømforsyningen til hjælpesystemer og stationsservice, hvilket er afgørende for at opretholde sikkert og pålideligt kraftværksdrift.
Figur 1 viser eksempler på kraftværkslayout, der anvender en generator strømavbryder til at forbinde generatoren til hovedtransformator, demonstrerer hvordan disse brydere er integreret i det samlede kraftværks elektriske konfiguration.
Generator strømavbrydere spiller en afgørende og multifaset rolle i strømsystemer, udfører en række essentielle driftsuppgaver:
Synkronisering med HV-systemet: De er ansvarlige for at synkronisere generatoren med systemspændingen på højspændings (HV) niveau. Dette sikrer en seemless forbindelse mellem generatorens output og netværket, faciliterer effektiv overførsel af elektrisk energi.
Afbrydelse fra HV-systemet: De muliggør adskillelsen af generatoren fra HV-systemet, som er især nyttigt, når man slår af ulasted eller let belasted generatører. Denne operation hjælper med at opretholde stabiliteten og sikkerheden af strømnettet.
Belastningsstrøm afbrydelse: Disse brydere er i stand til at afbryde belastningsstrømme, med kapaciteten til at håndtere op til den fulde belastningsstrøm af generatoren. Denne funktionalitet er afgørende for normal drift og belastningshåndtering inden for kraftværket.
Systemfed kortslutningsafbrydelse: De kan afbryde systemfed kortslutninger, beskytter generatoren og andre komponenter mod potentielt skadelige virkninger af overdreven strømflow som følge af fejl i systemet.
Generatorfed kortslutningsafbrydelse: Ligeså er de designet til at afbryde generatorfed kortslutninger, beskytter selve generatoren mod interne fejl og sikrer dens fortsatte sikker drift.
Uafstemt strøm afbrydelse: Generator strømavbrydere kan håndtere afbrydelse af strøm under uafstemte betingelser, med evnen til at håndtere op til en uafstemt vinkel på 180°. Denne funktion er afgørende for at opretholde systemstabilitet under anormale driftsbetingelser.
Synkronisering i pumpeopbevaringskraftværker (motor mode): I pumpeopbevaringskraftværker, når generator-motor starter i motor mode, bruges kredsløbsbryderen til at synkronisere maskinen med HV-systemet. Der findes forskellige synkroniseringsmetoder, som f.eks. ved hjælp af en statisk frekvenskonverter (SFC) start eller back-to-back start.
Startstrøm håndtering i pumpeopbevaringskraftværker (motor mode): Når generator-motor starter i motor mode med asynkron start i pumpeopbevaringskraftværker, lukker kredsløbsbryderen og afbryder startstrømmen, sikrer en jævn og kontrolleret startprocess.
Lavfrekvens kortslutningsstrøm afbrydelse: I gasturbine, kombineret cyklus, og pumpeopbevaringskraftværker, afhængigt af startforsyningen, kan kredsløbsbryderen afbryde generatorfed kortslutningsstrømme ved frekvenser under 50/60 Hz, tilpasser sig de specifikke krav for disse strømforsyningsystemer.
Der findes flere synkroniseringsmetoder i pumpeopbevaringskraftværker.
Statisk frekvenskonverter (SFC) startschema: Dette schema består primært af en thyristor konverter forbundet til en enhedstransformator på HV siden og en inverter forbundet til generatoren. Inverteren initierer generatorens drift fra en lav effektfrekvens og trækker den gradvis op til den nominale effektfrekvens. Når generatoren er opildet til at producere strøm, kan der være en fasevinkeldifferens mellem dens output og det af netværket. I øjeblikket, hvor faseforskellen mellem generatoren og HV-netværket er minimal, synkroniseres generatoren med HV-netværket ved hjælp af enten en generator strømavbryder eller en HV strømavbryder.
Back-to-back startschema: I et kraftværk med flere generatører kan et back-to-back startschema anvendes. Strømmen, der produceres af en generator, der opererer under nominale betingelser, anvendes til at starte en stoppet generator op til den nominale effektfrekvens. Herefter synkroniseres generatoren med HV-netværket ved hjælp af enten en generator strømavbryder eller en HV strømavbryder.
Ifølge standarden IEC/IEEE 62271-37-13 er den nominale kortslutningsduty cycle for en generator strømavbryder specificeret som bestående af to enheder af operationer, med en 30-minutters pause mellem hver operation. Duty cyclet repræsenteres som "CO – 30 minutter – CO", hvilket betyder to fulde kortslutningsafbrydelser, med en 30-minutters pause mellem hver kortslutningslukning.Dette design er specifikt beregnet til at beskytte kraftværker og generatører. At udføre to konsekutive lukning-åbning operationer under en fuld kortslutning kunne potentielt forårsage skade på generatoren og step-up transformatorerne.
Sådanne typer kortslutninger er meget usandsynlige, og det er også meget usandsynligt, at en plant manager vil forsøge at lukke kredsløbet igen kun 30 minutter efter en fuld kortslutningshændelse.
Den 30-minutters pause mellem to operationer er afgørende for at gendanne de initielle betingelser for kredsløbsbryderen og forhindre overdreven opvarmning af dens komponenter. Det skal bemærkes, at denne tidspause kan variere afhængigt af den specifikke type operation og karakteristika for generator strømavbryderen.
