A generátorkörzeti átmenetek kifejezetten alkalmasak számos fajta erőműre, beleértve a fosszilis üzemanyagot használó, nukleáris, gáz turbinek, kombinált ciklusú, vízerőműveket és visszatöltött tárolóerőműveket. Ideálisak azokra a meglévő erőművekre is, amelyek nem rendelkeznek generátorkörzeti átmenettel.
Korábban a generátorkörzeti átmenetek gyakran használtak több egységű állomásokon, ahol több viszonylag kis méretű generátor volt összekötve egy közös buszhoz. Azonban a generátorok méretének gyors növekedése és a rendszer hibafolyamatszintjének emelkedése miatt hamarosan túllépték ezen típusú kapcsolók megszakító képességeit. Ezt követően a belső egység fogalma került bevezetésre, ahol minden generátornak önálló páraforgalmazó segédrendszerrel és léptető transzformátorral, valamint magasszintű átmenettel volt közvetlenül összekötve.
A belső egységhez képest a generátorkörzeti átmenetek használata a generátorok terminál feszültségénél számos előnnyel jár:
Leegyszerűsített működés: Leegyszerűsíti a műszaki eljárásokat, csökkentve a komplexitást és a potenciális emberi hiba esélyét a generátorral kapcsolatos kapcsolási feladatok során.
Javított védelem: Javítja a generátor, valamint a fő- és belső egység transzformátorainak védelmét, megvédve ezeket a kritikus komponenseket elektromos hibák és áramugrásoktól.
Növekvő megbízhatóság: Növeli a villamosenergia-termelő rendszer biztonságát, jelentősen javítva az erőmű teljes rendelkezésre állását, minimalizálva a leállási időt és maximalizálva a termelt energia mennyiségét.
Gazdasági előnyök: Gazdasági előnyöket is hoz, mint például a karbantartási költségek csökkentése és a hosszú távú működési hatékonyság javítása.
Az erőművek elektromos elrendezésének főbb követelményeit a következőképpen összefoglalhatjuk:
Hatékony energiaátvitel: A generált elektrikus energiat a generátorból a magasfeszültségű (MF) továbbító rendszerbe, figyelembe véve a működési igényeket, valamint az elérhetőséggel, megbízhatósággal és gazdaságossággal kapcsolatos tényezőket.
Megbízható segéderőellátás: Biztosítja a segéderő- és állományi rendszerek elektrikus ellátását, ami létfontosságú a biztonságos és megbízható erőmű működéséhez.
Az 1. ábra bemutat néhány erőmű elrendezést, ahol a generátorkörzeti átmenet használata a generátor és a főtranszformátor közötti összekötésre szolgál, megmutatva, hogyan integrálódnak ezek az átmenetek az erőmű elektromos konfigurációjába.
A generátorkörzeti átmenetek kulcsfontosságú és sokoldalú szerepet játszanak a villamosenergia-rendszerekben, több alapvető működési feladatot teljesítve:
Szinkronizálás a MF rendszerrel: Felelősek a generátor szinkronizálásáért a rendszer feszültségével a magasfeszültségű (MF) szinten. Ez biztosítja a generátor kimenetének és a hálózat közötti sima kapcsolódást, lehetővé téve az elektrikus energia hatékony átvitelét.
Leválasztás a MF rendszerből: Lehetővé teszik a generátorok leválasztását a MF rendszerből, ami különösen hasznos, ha üres vagy könnyen terhelt generátorokat kapcsolnak ki. Ez a művelet segít a hálózat stabilitásának és biztonságának fenntartásában.
Terhelési áram megszakítása: Ezek az átmenetek képesek a terhelési áramok megszakítására, akár a generátorok teljes terhelési áramáig. Ez a funkció létfontosságú a normál működéshez és a terheléskezeléshez az erőműben.
Rendszer-fedezett rövidzárlat megszakítása: Megszakítják a rendszer-fedezett rövidzárlatokat, védve a generátort és más komponenseket a rendszer hibái által okozott potenciálisan káros nagy áramfolyamoktól.
Generátor-fedezett rövidzárlat megszakítása: Hasonlóképpen, a generátor-fedezett rövidzárlatok megszakítására is tervezték, védve a generátort belső hibáktól és biztosítva annak folyamatos biztonságos működését.
Kivirágzott áram megszakítása: A generátorkörzeti átmenetek képesek kezelni a kivirágzott feltételek mellett történő árammegszakítást, akár 180° kivirágzott szögig. Ez a funkció kulcsfontosságú a rendszer stabilitásának fenntartásához anormális működési feltételek között.
Szinkronizálás a visszatöltött tárolóerőművekben (motor mód): A visszatöltött tárolóerőművekben, amikor a generátor-motor motormódban indítódik, az átmenetet használják a gép szinkronizálására a MF rendszerrel. Több szinkronizálási módszer is elérhető, például a statikus frekvencia-konverter (SFC) indítás vagy a hátsó-hátsó indítás.
Indítási áram kezelése a visszatöltött tárolóerőművekben (motor mód): Amikor a generátor-motor aszinkron indítással indítódik a visszatöltött tárolóerőművekben, az átmenet bezárja és megszakítja az indítási áramot, biztosítva a sima és ellenőrzött indítási folyamatot.
Alacsonyfrekvenciás rövidzárlati áram megszakítása: Gáz turbinek, kombinált ciklusú és visszatöltött tárolóerőművek esetén, a kezdőellátástól függően, az átmenet képes megszakítani a generátor-fedezett rövidzárlati áramokat 50/60 Hz-nál alacsonyabb frekvencián, alkalmazkodva ezeknek a villamosenergia-termelő rendszereknek a specifikus igényeihez.
Több szinkronizálási módszer is létezik a visszatöltött tárolóerőművekben.
Statikus frekvencia-konverter (SFC) indítási séma: Ez a séma elsősorban egy thyristor-konverterből áll, amely egy egységtranszformátorhoz van csatlakoztatva a MF oldalon, és egy inverzor, amely a generátorhoz van csatlakoztatva. Az inverzor a generátor működését alacsony teljesítményű frekvencián indítja, és fokozatosan növeli a nominális teljesítményű frekvenciáig. Amikor a generátort felindítják, hogy energia termeljen, a kimenete és a hálózat kimenete között lehet fáziskülönbség. Amikor a generátor és a MF hálózat közötti fáziskülönbség minimális, a generátort a generátorkörzeti átmenettel vagy a MF átmenettel szinkronizálják a MF hálózattal.
Hátsó-hátsó indítási séma: Egy több generátorral rendelkező erőműben a hátsó-hátsó indítási séma használható. A nominális feltételek mellett működő generátor által termelt energia felhasználásával egy leállt generátort indítanak a nominális teljesítményű frekvenciáig. Ezután a generátort a generátorkörzeti átmenettel vagy a MF átmenettel szinkronizálják a MF hálózattal.
Az IEC/IEEE 62271-37-13 szabvány szerint a generátorkörzeti átmenetek rövidzárlati szabványos működési ciklusának két műveletekből kell állnia, 30 perc időközzel a műveletek között. A működési ciklus "CO – 30 perc – CO" formában van reprezentálva, ami azt jelenti, hogy két teljes rövidzárlati megszakítás történik, 30 perc időközzel a rövidzárlati bezárások között.Ez a dizájn kifejezetten arra szolgál, hogy megvédje az erőműveket és a generátort. Két egymást követő bezárás-megnyitás művelet a teljes rövidzárlat során potenciálisan károsíthatja a generátort és a léptető transzformátort.
Ez a típusú rövidzárlatok nagyon valószínűtlenek, és nagyon valószínűtlen, hogy egy erőműigazgató 30 perc elteltével próbálná újra bezárni a teljes rövidzárlat után.
A két művelet közötti 30 perc időköz szükséges a kapcsoló kezdeti állapotának visszaállításához és annak megelőzéséhez, hogy a komponensei túlmelegedjenek. Fontos megjegyezni, hogy ez az időköz változhat a konkrét művelet típusától és a generátorkörzeti átmenet jellemzőitől függően.
