발전기 회로 차단기는 화석 연료, 원자력, 가스 터빈, 복합 주기, 수력, 양수 발전소를 포함한 다양한 발전소에 적합합니다. 또한 기존의 발전기 회로 차단기를 갖추지 않은 발전소의 개조에도 이상적입니다.
과거에는 여러 개의 비교적 작은 발전기가 공통 버스에 연결된 다중 단위 발전소에서 발전기 회로 차단기가 일반적으로 사용되었습니다. 그러나 발전기 크기의 급속한 증가와 시스템 고장 전류 수준의 상승으로 인해 이러한 종류의 스위치 기어의 차단 능력은 곧 초과되었습니다. 그 후 각 발전기에 독립적인 증기 공급 보조 시스템을 직접 연결하여 승압 변압기와 고측 차단기(s)로 연결하는 단위 개념이 채택되었습니다.
단위 연결과 비교할 때, 발전기의 단말 전압에서 발전기 회로 차단기를 사용하여 발전기를 전환하면 다음과 같은 많은 이점이 있습니다:
운영 간소화: 발전기 관련 전환 작업 중 인간 오류의 가능성을 줄이고 운영 절차를 간소화합니다.
향상된 보호: 발전기뿐만 아니라 주 변압기와 단위 변압기를 전기 고장 및 서지로부터 보호하여 이러한 중요한 구성 요소를 보호합니다.
신뢰성 향상: 발전 시스템의 안전성을 높이고 발전소의 전체 가용성을 크게 향상시켜 정지 시간을 최소화하고 발전량을 극대화합니다.
경제적 이익: 유지 관리 비용을 줄이고 장기 운영 효율성을 향상시키는 등 경제적 이점을 가져옵니다.
발전소의 전기 배치에 대한 주요 요구 사항은 다음과 같이 요약할 수 있습니다:
효율적인 전력 전송: 발전기에서 고압(HV) 송전 시스템으로 생성된 전기를 전송하며, 운영 요구 사항과 가용성, 신뢰성, 경제성과 관련된 요인을 고려합니다.
신뢰성 있는 보조 전력 공급: 안전하고 신뢰성 있는 발전소 운영을 위해 보조 및 발전소 서비스 시스템에 필요한 전력을 공급합니다.
그림 1은 발전기를 주 변압기와 연결하기 위해 발전기 회로 차단기를 사용하는 발전소 레이아웃의 예를 보여줍니다. 이러한 차단기가 발전소의 전기 구성에 어떻게 통합되는지를 보여줍니다.
발전기 회로 차단기는 전력 시스템에서 중요한 다면적 역할을 하며, 다양한 필수 운용 의무를 수행합니다:
고압 시스템과의 동기화: 발전기를 고압(HV) 수준에서 시스템 전압과 동기화하는 책임이 있습니다. 이를 통해 발전기의 출력과 그리드 사이에 원활한 연결을 제공하여 전기 에너지의 효율적인 전송을 가능하게 합니다.
고압 시스템과의 분리: 발전기를 고압 시스템에서 분리할 수 있어, 특히 무하중 또는 경하중 상태의 발전기를 차단할 때 유용합니다. 이 작업은 전력 그리드의 안정성과 안전성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
부하 전류 차단: 이러한 차단기는 발전기의 최대 부하 전류까지 부하 전류를 차단할 수 있습니다. 이 기능은 발전소 내에서 정상적인 운영과 부하 관리를 위해 필수적입니다.
시스템 공급 단락 전류 차단: 시스템 공급 단락 전류를 차단하여 시스템 고장으로 인한 과도한 전류 흐름으로부터 발전기와 다른 구성 요소를 보호합니다.
발전기 공급 단락 전류 차단: 마찬가지로, 내부 고장으로부터 발전기를 보호하고 안전한 운영을 확보하기 위해 발전기 공급 단락 전류를 차단하도록 설계되어 있습니다.
위상 불일치 전류 차단: 발전기 회로 차단기는 위상 불일치 조건에서 전류를 차단할 수 있으며, 180°의 위상 불일치 각도까지 처리할 수 있습니다. 이 기능은 비정상적인 운영 조건에서 시스템 안정성을 유지하는 데 중요합니다.
양수 발전소(모터 모드)에서의 동기화: 양수 발전소에서 발전기-모터가 모터 모드로 시작될 때, 회로 차단기는 기계를 고압 시스템과 동기화하는 데 사용됩니다. 정적 주파수 변환기(SFC) 시작 또는 백투백 시작과 같은 다양한 동기화 방법이 있습니다.
양수 발전소(모터 모드)에서의 시작 전류 처리: 양수 발전소에서 발전기-모터가 비동기적으로 시작될 때, 회로 차단기는 시작 전류를 닫고 차단하여 원활하고 제어된 시작 프로세스를 보장합니다.
저주파 단락 전류 차단: 가스 터빈, 복합 주기, 양수 발전소에서는 시작 공급에 따라 회로 차단기가 50/60 Hz 미만의 주파수에서 발전기 공급 단락 전류를 차단할 수 있습니다. 이러한 발전 시스템의 특정 요구 사항에 맞게 적응합니다.
양수 발전소에서 여러 가지 동기화 접근 방식이 있습니다.
정적 주파수 변환기(SFC) 시작 방식: 이 방식은 주로 HV 측의 단위 변압기에 연결된 트라이악 변환기와 발전기에 연결된 인버터로 구성됩니다. 인버터는 발전기의 작동을 낮은 전력 주파수에서 시작하여 점진적으로 정격 전력 주파수까지 올립니다. 발전기가 전력을 생산하도록 자극되면, 그 출력과 네트워크의 출력 사이에 위상각 차이가 있을 수 있습니다. 발전기와 HV 네트워크 사이의 위상각 차이가 최소화되는 순간, 발전기 회로 차단기나 HV 회로 차단기를 사용하여 발전기를 HV 네트워크와 동기화합니다.
백투백 시작 방식: 여러 개의 발전기를 가진 발전소에서는 백투백 시작 방식을 사용할 수 있습니다. 정상 조건에서 작동하는 발전기에서 생성된 전력은 중지된 발전기를 정격 전력 주파수까지 시작하는 데 사용됩니다. 그 후, 발전기 회로 차단기나 HV 회로 차단기를 사용하여 발전기를 HV 네트워크와 동기화합니다.
IEC/IEEE 62271-37-13 표준에 따르면, 발전기 회로 차단기의 정격 단락 전류 운용 주기는 두 번의 운용으로 구성되며, 각 운용 사이에 30분 간격이 있습니다. 운용 주기는 "CO – 30 minutes – CO"로 표현되며, 두 번의 완전한 단락 전류 차단을 의미하며, 각 단락 전류 차단 사이에 30분 간격이 있습니다.이 설계는 발전소와 발전기를 보호하기 위해 특별히 의도되었습니다. 두 번의 연속적인 차단-열림 운용을 전체 단락 전류 동안 수행하면 발전기와 승압 변압기에 손상을 입힐 수 있습니다.
이러한 종류의 단락 전류는 매우 드물며, 발전소 관리자가 전체 단락 전류 이벤트 후 30분 만에 다시 회로를 닫으려고 시도할 가능성도 매우 낮습니다.
두 운용 사이의 30분 간격은 회로 차단기의 초기 조건을 복원하고 구성 요소의 과열을 방지하는 데 필수적입니다. 이 시간 간격은 특정 운용 유형과 발전기 회로 차단기의 특성에 따라 달라질 수 있습니다.
