بازکن های ژنراتور برای مجموعه وسیعی از نیروگاههای تولید برق مناسب هستند، از جمله نیروگاههای فسیلی، هستهای، گازی، ترکیبی، آبی و ذخیرهسازی پمپاژ. این بازکنها همچنین برای بهروزرسانی نیروگاههای موجود که دارای بازکن ژنراتور نیستند، مطلوب هستند.
در گذشته، بازکنهای ژنراتور معمولاً در نیروگاههای چند واحدی استفاده میشدند که چند ژنراتور نسبتاً کوچک به یک بوس مشترک متصل بودند. با رشد سریع اندازه ژنراتورها و افزایش سطح جریان خطا در سیستم، قابلیتهای قطع این نوع تجهیزات به زودی فراتر رفت. در نتیجه، مفهوم واحد پذیرفته شد که در آن هر ژنراتور دارای سیستم کمکی بخار مستقل بود که مستقیماً به ترانسفورماتور بالابر و بازکن(های) سمت بالا متصل بود.
در مقایسه با اتصال واحد، استفاده از بازکنهای ژنراتور برای تغییر وضعیت ژنراتورها در ولتاژ ترمینال آنها مزایای متعددی ارائه میدهد:
سادهسازی عملیات: این روش رویههای عملیاتی را ساده میکند و پیچیدگی و احتمال خطای انسانی در وظایف مرتبط با ژنراتور را کاهش میدهد.
افزایش حفاظت: این روش حفاظت بهتری برای ژنراتور، ترانسفورماتورهای اصلی و واحدی ارائه میدهد و اجزای حیاتی را از خطاها و افزایش جریان محافظت میکند.
افزایش قابلیت اطمینان: این روش امنیت سیستم تولید برق را افزایش میدهد و دسترسی کلی به نیروگاه را به طور قابل توجهی افزایش میدهد و زمان توقف را کاهش میدهد و خروجی برق را به حد اکثر میرساند.
سودآوری اقتصادی: همچنین مزایای اقتصادی ایجاد میکند، از جمله کاهش هزینههای نگهداری و بهبود کارایی عملیاتی بلندمدت.
نیازهای کلیدی برای طرح الکتریکی نیروگاهها میتواند به صورت زیر خلاصه شود:
انتقال موثر انرژی: انتقال انرژی الکتریکی تولید شده از ژنراتور به سیستم انتقال ولتاژ بالا (HV)، با در نظر گرفتن نیازهای عملیاتی و عوامل مربوط به دسترسی، قابلیت اطمینان و ارزش اقتصادی.
تامین قابل اعتماد برق کمکی: تأمین برق برای سیستمهای کمکی و خدمات ایستگاه، که برای حفظ عملیات ایمن و قابل اعتماد نیروگاه ضروری است.
شکل ۱ نمونههایی از طرحهای نیروگاهی را نشان میدهد که از بازکن ژنراتور برای اتصال ژنراتور به ترانسفورماتور اصلی استفاده میکنند و نحوه یکپارچهسازی این بازکنها در طرح الکتریکی کلی نیروگاه را نشان میدهد.
بازکنهای ژنراتور نقش مهم و چندجانبهای در سیستمهای برق ایفا میکنند و وظایف عملیاتی ضروری متعددی را انجام میدهند:
همگامسازی با سیستم HV: آنها مسئول همگامسازی ژنراتور با ولتاژ سیستم در سطح ولتاژ بالا (HV) هستند. این امر اتصال بیدرنگ بین خروجی ژنراتور و شبکه را تضمین میکند و انتقال موثر انرژی الکتریکی را تسهیل میکند.
جدا شدن از سیستم HV: آنها امکان جدا کردن ژنراتورها از سیستم HV را فراهم میکنند که در زمان خاموش کردن ژنراتورهای بدون بار یا با بار کم مفید است. این عملیات در حفظ ثبات و ایمنی شبکه برق مفید است.
قطع جریان بار: این بازکنها قادر به قطع جریانهای بار هستند و ظرفیت قطع جریان کامل بار ژنراتورها را دارند. این قابلیت برای عملیات عادی و مدیریت بار در نیروگاه ضروری است.
قطع خطا از سمت سیستم: آنها میتوانند خطاها را که توسط سیستم تغذیه میشوند قطع کنند و ژنراتور و اجزای دیگر را از جریان بیش از حد ناشی از خطا در سیستم محافظت میکنند.
قطع خطا از سمت ژنراتور: به طور مشابه، آنها برای قطع خطاها از سمت ژنراتور طراحی شدهاند و ژنراتور را از خطاها داخلی محافظت میکنند و ادامه عملیات ایمن آن را تضمین میکنند.
قطع جریان در شرایط عدم همفازی: بازکنهای ژنراتور میتوانند جریان را در شرایط عدم همفازی قطع کنند و توانایی مدیریت تا زاویه ۱۸۰ درجه عدم همفازی را دارند. این ویژگی برای حفظ ثبات سیستم در شرایط غیرعادی عملیاتی ضروری است.
همگامسازی در نیروگاههای ذخیرهسازی پمپاژ (حالت موتور): در نیروگاههای ذخیرهسازی پمپاژ، وقتی ژنراتور-موتور در حالت موتور آغاز میشود، بازکن برای همگامسازی دستگاه با سیستم HV استفاده میشود. روشهای مختلف همگامسازی وجود دارد، از جمله استفاده از تبدیلکننده فرکانس ثابت (SFC) یا شروع به کار باک-به-باک.
مدیریت جریان شروع در نیروگاههای ذخیرهسازی پمپاژ (حالت موتور): وقتی ژنراتور-موتور در حالت موتور با شروع به کار نامتعادل در نیروگاههای ذخیرهسازی پمپاژ آغاز میشود، بازکن بر روی جریان شروع بسته شده و آن را قطع میکند و فرآیند شروع به کار را به صورت صاف و کنترل شده اداره میکند.
قطع جریان خطا با فرکانس پایین در نیروگاههای گازی، ترکیبی و ذخیرهسازی پمپاژ: در نیروگاههای گازی، ترکیبی و ذخیرهسازی پمپاژ، بسته به تغذیه شروع به کار، بازکن میتواند جریانهای خطا از سمت ژنراتور را در فرکانسهای کمتر از ۵۰/۶۰ Hz قطع کند و به نیازهای خاص این سیستمهای تولید برق تنظیم میشود.
روشهای مختلف همگامسازی در نیروگاههای ذخیرهسازی پمپاژ وجود دارد.
طرح شروع به کار با تبدیلکننده فرکانس ثابت (SFC): این طرح عمدتاً شامل یک تبدیلکننده تایریستوری متصل به ترانسفورماتور واحد در سمت HV و یک مبدل متصل به ژنراتور است. مبدل عملیات ژنراتور را از فرکانس توان کم شروع کرده و به آرامی آن را به فرکانس توان اسمی میرساند. وقتی ژنراتور برای تولید توان برانگیخته شود، ممکن است اختلاف زاویه فازی بین خروجی آن و شبکه وجود داشته باشد. در لحظهای که اختلاف فازی بین ژنراتور و شبکه HV به حداقل رسید، ژنراتور با استفاده از بازکن ژنراتور یا بازکن HV با شبکه HV همگامسازی میشود.
طرح شروع به کار باک-به-باک: در یک نیروگاه با چند ژنراتور، میتوان از طرح شروع به کار باک-به-باک استفاده کرد. توان تولید شده توسط یک ژنراتور کارکردی برای شروع یک ژنراتور متوقف شده تا فرکانس توان اسمی استفاده میشود. سپس ژنراتور با استفاده از بازکن ژنراتور یا بازکن HV با شبکه HV همگامسازی میشود.
بر اساس استاندارد IEC/IEEE 62271-37-13، وظیفه کوتاهمداری نامی یک بازکن ژنراتور شامل دو واحد عملیاتی است، با فاصله ۳۰ دقیقه بین هر عملیات. دوره کاری به صورت "CO - ۳۰ دقیقه - CO" نشان داده میشود که به معنای دو قطع کامل کوتاهمداری با فاصله ۳۰ دقیقه بین هر قطع کوتاهمداری است.این طراحی به طور خاص برای حفاظت از نیروگاهها و ژنراتورها در نظر گرفته شده است. انجام دو عملیات متوالی بستن-باز کردن در طول یک کوتاهمدار کامل میتواند باعث آسیب به ژنراتور و ترانسفورماتورهای بالابر شود.
چنین نوع کوتاهمداری بسیار نادر است و احتمال آن که مدیر نیروگاه سعی کند فقط ۳۰ دقیقه پس از یک رویداد کوتاهمدار کامل مجدداً مدار را ببندد بسیار کم است.
فاصله ۳۰ دقیقه بین دو عملیات برای بازیابی شرایط اولیه بازکن و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد اجزای آن ضروری است. باید توجه داشت که این بازه زمانی ممکن است بسته به نوع عملیات و ویژگیهای بازکن ژنراتور متفاوت باشد.
