Generaattorisulkeja voidaan käyttää laajasti erilaisissa sähköntuotantolaitoksissa, mukaan lukien fossiilipolttoainetta, ydinvoimaa, kaasuturbiinia, yhdistettyä kiertokierrelmää, vesivoimaa ja nestekäyttöistä varastointia. Ne ovat myös sopivia olemassa olevien sähköntuotantolaitosten uudistamiseen, joissa ei ole generaattorisulkuja.
Aiemmin generaattorisulkuja käytettiin usein moniyksikkölaitoksissa, jossa useita suhteellisen pieniä generaatoreita yhdistettiin yhteiseen busiin. Kuitenkin generaatoreiden nopeä kasvu ja järjestelmän virhevirtasummien nousu saivat pian ylittämään tämän tyyppisen sulkuvarusteen katkaisukyvyn. Tämän jälkeen hyväksyttiin yksikkökäsite, jossa jokaisella generaatoreilla oli oma höyrylähteen apulaitos, joka oli suoraan yhdistetty step-up-muuntajaan ja korkean puolen sulkuun.
Verrattuna yksikköyhteyteen generaatorisulkujen käyttö generaatoreiden kytkemiseen niiden terminaalijännitteellä tarjoaa useita etuja:
Yksinkertaistetut toimenpiteet: Se yksinkertaistaa toimintamenettelyjä, vähentäen monimutkaisuutta ja ihmisen virheiden mahdollisuutta generaatoreihin liittyvissä kytkentätehtävissä.
Parannettu suojaus: Se tarjoaa parannettua suojausta generaatoreille, päämuuntajille ja yksikkömuuntajille, suojelemalla näitä kriittisiä komponentteja sähkövirheistä ja virtaylityksistä.
Lisääntyneen luotettavuuden: Se lisää sähköntuotantojärjestelmän turvallisuutta ja huomattavasti parantaa voimalan kokonaiskäytettävyyttä, vähentäen aikaa ja maksimoi sähköntuotannon.
Talousarviota koskevat edut: Se tuo myös taloudellisia etuja, kuten vähennettyjen huollonkustannusten ja parannetun pitkäaikaisen toiminnan tehokkuuden.
Sähköntuotantolaitosten sähköisen suunnitelman keskeiset vaatimukset voidaan tiivistää seuraavasti:
Tehtävän tehokas siirto: Siirrä tuotettu sähköenergia generaatoreista korkean jännitteen (HV) siirtovaiheeseen, ottaen huomioon toiminnalliset tarpeet sekä saatavuuteen, luotettavuuteen ja taloudelliseen kannattavuuteen liittyvät tekijät.
Luotettava apulaitos: Varmista sähkövoiman toimitus apulaitokselle ja aseman palvelujärjestelmälle, mikä on olennaista turvallisen ja luotettavan sähköntuotantolaitoksen toiminnalle.
Kuva 1 havainnollistaa sähköntuotantolaitosten suunnitteluratkaisuja, jotka käyttävät generaatorisulkua yhdistääkseen generaatoren päämuuntajaan, osoittaen, miten nämä suljet ovat integroituneet koko sähköntuotantolaitoksen sähköiseen konfiguraatioon.
Generaatorisuljet ovat olennainen ja monipuolinen osa sähköjärjestelmiä, täyttäen useita välttämättömiä toimintatehtäviä:
Synkronointi HV-järjestelmän kanssa: Ne ovat vastuussa generaatoreiden synkronoinnista järjestelmän jännitteeseen korkean jännitteen (HV) tasolla. Tämä takaa sileän yhteyden generaatoreiden tuotosta ja verkkoon, helpottamalla sähköenergian tehokasta siirtoa.
Eroon HV-järjestelmästä: Ne mahdollistavat generaatoreiden erottamisen HV-järjestelmästä, mikä on erityisen hyödyllistä, kun kytketään pois tyhjäksi tai kevyesti ladattuina olevia generaatoreita. Tämä toimenpide auttaa ylläpitämään sähköverkon vakauden ja turvallisuuden.
Kuorman virran katkaisu: Nämä suljet pystyvät katkaisemaan kuormavirrat, käsittelyn kykyä ulottuen generaatoreiden täysiin kuormavirtoihin. Tämä ominaisuus on välttämätön normaalissa toiminnassa ja kuorman hallinnassa sähköntuotantolaitoksessa.
Järjestelmän syöttämä pistekohtaisen virran katkaisu: Ne pystyvät katkaisemaan järjestelmän syöttämät pistekohtaiset virrat, suojelemalla generaatoreita ja muita komponentteja sähkövirheiden ja pistekohtaisten virtojen aiheuttamilta haitoiltan.
Generaattorin syöttämä pistekohtainen virran katkaisu: Samalla tavalla ne on suunniteltu katkaisemaan generaattorin syöttämät pistekohtaiset virrat, suojelemalla generaattoria sisäisiltä virheiltä ja varmistamalla sen jatkuvan turvallisen toiminnan.
Virheellisen vaihekulman virran katkaisu: Generaatorisuljet pystyvät katkaisemaan virran epäsuorissa olosuhteissa, käsittelyn kykyä ulottuen 180° asti. Tämä ominaisuus on olennainen järjestelmän vakauden ylläpitämisessä poikkeuksellisissa toimintatilanteissa.
Synkronointi nestekäyttöisissä varastointivoima-asemissa (moottoritila): Nestekäyttöisissä varastointivoima-asemissa, kun generaattori-moottori käynnistetään moottoritilassa, sulku käytetään synkronoimaan laite HV-järjestelmään. On olemassa erilaisia synkronointimenetelmiä, kuten staattisen taajuusmuunnin (SFC) käyttö tai takaisin-takaisin-käynnistys.
Aloitusvirran käsittely nestekäyttöisissä varastointivoima-asemissa (moottoritila): Kun generaattori-moottori käynnistetään moottoritilassa asynkronisesti nestekäyttöisissä varastointivoima-asemissa, sulku sulkee ja katkaisee aloitusvirran, varmistamalla sujuvan ja kontrolloidun käynnistysprosessin.
Matalan taajuuden pistekohtaisen virran katkaisu: Kaasuturbiini-, yhdistetty kiertokierrelmä- ja nestekäyttöisissä varastointivoima-asemissa, riippuen aloitusjärjestelmästä, sulku pystyy katkaisemaan generaattorin syöttämät pistekohtaiset virrat taajuudella, joka on alle 50/60 Hz, sopeutuen näiden sähköntuotantojärjestelmien erityistarpeisiin.
Nestekäyttöisissä varastointivoima-asemissa on useita synkronointimenetelmiä.
Staattisen taajuusmuunnin (SFC) käynnistysmenetelmä: Tämä menetelmä koostuu pääasiassa thyristorimuunnimesta, joka on yhdistetty yksikkömuuntajaan HV-puolella, ja inverterille, joka on yhdistetty generaattoriin. Inverteri aloittaa generaattorin toiminnan alhaisesta teho-taajuudesta ja nostaa sitä vähitellen suuriin teho-taajuuteen. Kun generaattori on innostettu tuottamaan sähköä, voi olla vaihekulma-ero sen tuotannon ja verkon välillä. Hetkellä, jolloin generaattorin ja HV-verkon välillä oleva vaihekulma on minimoidun, generaattori synkronoidaan HV-verkkoon joko generaattorisululla tai HV-sululla.
Takaisin-takaisin-käynnistysmenetelmä: Useissa generaattoreissa olevissa voimaloissa voidaan käyttää takaisin-takaisin-käynnistysmenetelmää. Yhden generaattorin tuottama energia käytetään aloittamaan pysäytetty generaattori suuriin teho-taajuuteen. Tämän jälkeen generaattori synkronoidaan HV-verkkoon joko generaattorisululla tai HV-sululla.
IEC/IEEE 62271-37-13 -standardin mukaan generaatorisulun määrätyt pistekohtaiset toimintatehtävät koostuvat kahdesta toimintayksiköstä, joiden väliin on 30 minuutin tauko. Toimintatehtävät merkitään "CO – 30 minuuttia – CO", mikä tarkoittaa kahden täydellisen pistekohtaisen virran katkaisemista, joiden välillä on 30 minuutin tauko.Tämä suunnitelma on erityisesti tarkoitettu sähköntuotantolaitosten ja generaatoreiden suojelemiseen. Kaksi peräkkäistä sulku-avaus-toimintoa täydellisessä pistepistelyssä voisi aiheuttaa vahinkoa generaatoreille ja step-up-muuntajille.
Tällaiset pistekohtaiset virrat ovat hyvin epätodennäköisiä, ja on myös hyvin epätodennäköistä, että voimalan johtaja yrittäisi sulkea sulku uudelleen vain 30 minuuttia täydellisen pistekohtaisen virran tapahtuman jälkeen.
30 minuutin tauko kahden toiminnon välillä on olennainen sulkuvarusteen alkuperäisten olosuhteiden palauttamiseksi ja sen komponenttien liiallisen lämpenemisen estämiseksi. On huomioitava, että tämä aika voi vaihdella riippuen erityisestä toiminnosta ja generaatorisulun ominaisuuksista.
