Dzeneratora šķēršņu izslēgļi ir būtiski piemēroti plašai enerģijas ražošanas iekārtu klāstam, tostarp fosilā kurināmā, kodolenerģijas, gāzes straumturbinām, savienotajiem cikliem, ūdens enerģijas un pumpētas uzglabāšanas elektrostacijām. Tie ir arī ideāli esošo elektrostaciju modernizēšanai, kuras trūkst dzeneratora šķēršņu izslēgļiem.
Pagātnē dzeneratora šķēršņu izslēgļi bieži tika izmantoti daudzu vienību stacijās, kur vairāki relatīvi mazi dzeneratori tika savienoti kopējā sabiedrībā. Tomēr, ar dzeneratoru lieluma straujo pieaugumu un sistēmas defektstrāvas līmeņa palielināšanos, šāda veida sakaru izslēgšanas spējas drīz tika pārsniegtas. Tādējādi tika pieņemts vienības koncepts, kur katram dzeneratoram bija neatkarīga pārvaras apkalpošanas sistēma tieši savienota ar transformatoru un augšējo izslēgļu.
Salīdzinājumā ar vienības savienojumu, dzeneratora šķēršņu izslēgļu izmantošana, lai pārslēgtu dzeneratorus to terminālajā spriegumā, nodrošina daudzas priekšrocības:
Vienkāršotas darbības: Tas vienkāršo darbības procedūras, samazinot sarežģītību un potenciālo cilvēka kļūdu risku dzeneratoru saistītajās pārslēgšanas uzdevumos.
Paaugstināta aizsardzība: Tas piedāvā labāku aizsardzību dzeneratoram, kā arī galvenajiem un vienības transformatoriem, aizsargājot šos svarīgos komponentus no elektriskajiem defektiem un sprieguma pieauguma.
Palielināta uzticamība: Tas palielina enerģijas ražošanas sistēmas drošību un būtiski paaugrina elektrostacijas kopējo pieejamību, samazinot nestrādāšanas laiku un maksimizējot enerģijas ražošanu.
Ekonomiskas ieguvumi: Tas arī nodrošina ekonomiskas priekšrocības, piemēram, samazinātos uzturēšanas izdevumus un uzlaboto ilgtermiņa darbības efektivitāti.
Elektrostaciju elektriskās izkārtojuma galvenās prasības var apkopot šādi:
Efektīva enerģijas pārnesums: Pārnest ģenerēto elektrisko enerģiju no dzeneratora uz augstsprieguma (AS) pārvades sistēmu, ņemot vērā darbības vajadzības, kā arī pieejamības, uzticamības un ekonomiskās rentabilitātes faktorus.
Uzticama palīgstrāvas piegāde: Nodrošināt elektrisko enerģijas piegādi palīgstrāvām un stacijas pakalpojumu sistēmām, kas ir svarīgi drošas un uzticamas elektrostacijas darbībai.
1. Attēls parāda elektrostaciju izkārtojuma piemērus, kas izmanto dzeneratora šķēršņu izslēgļus, lai savienotu dzeneratoru ar galveno transformatoru, demonstrējot, kā šie izslēgļi tiek integrēti vispārējā elektrostacijas elektriskā izkārtojumā.
Dzeneratora šķēršņu izslēgļi spēlē būtisku un daudzveidīgu lomu enerģijas sistēmās, izpildot dažādas esenciales darbības:
Sinhronizācija ar AS sistēmu: Tie ir atbildīgi par dzeneratora sinhronizāciju ar sistēmas spriegumu AS līmenī. Tas nodrošina bezsekojas savienojumu starp dzeneratora iznākumu un tīklu, veicinot efektīvu elektriskās enerģijas pārnesumu.
Atsekošanās no AS sistēmas: Tie ļauj dzeneratoru atsekošanu no AS sistēmas, kas ir īpaši noderīgi, kad tiek izslēgti neapgrūtināti vai maz apgrūtināti dzeneratori. Šī operācija palīdz uzturēt tīkla stabilitāti un drošību.
Izslēgšana ar slodzes strāvu: Šie izslēgļi ir spējīgi izslēgt slodzes strāvas, spējot apstrādāt līdz pat dzeneratora pilnas slodzes strāvas. Šī funkcionalitāte ir vitāla normālai darbībai un slodzes pārvaldībai elektrostacijā.
Sistēmas apravota īslaides strāvas izslēgšana: Tie var izslēgt sistēmas apravotas īslaides strāvas, aizsargājot dzeneratoru un citus komponentus no potenciāli kaitīgām sekām, ko rada defekti sistēmā.
Dzeneratora apravota īslaides strāvas izslēgšana: Līdzīgi, tie ir izstrādāti, lai izslēgtu dzeneratora apravotas īslaides strāvas, aizsargājot dzeneratoru pašu no iekšējiem defektiem un nodrošinot tā turpmāko drošu darbību.
Nesaskaņotas strāvas izslēgšana: Dzeneratora šķēršņu izslēgļi var apstrādāt strāvas izslēgšanu nesaskaņotās situācijās, spējot pārvaldīt līdz 180° nesaskaņotajam leņķim. Šī funkcija ir vitāla sistēmas stabilitātes uzturēšanai nelabvēlīgās darbības apstākļos.
Sinhronizācija pompētas uzglabāšanas elektrostacijās (motoru režīms): Pompētas uzglabāšanas elektrostacijās, kad dzenerator-motors tiek uzsākts motoru režīmā, izslēgļu izmanto, lai sinhronizētu mašīnu ar AS sistēmu. Ir pieejami dažādi sinhronizācijas metodes, piemēram, statiskā frekvences konvertera (SFC) uzsākšana vai back-to-back uzsākšana.
Uzsākuma strāvas apstrāde pompētas uzglabāšanas elektrostacijās (motoru režīms): Kad dzenerator-motors tiek uzsākts motoru režīmā ar asinhronu uzsākšanu pompētas uzglabāšanas elektrostacijās, izslēgļi slēdzies un izslēdz uzsākuma strāvu, nodrošinot vieglu un kontrolētu uzsākuma procesu.
Zemas frekvences īslaides strāvas izslēgšana: Gāzes straumturbinās, savienotos ciklos un pompētas uzglabāšanas elektrostacijās, atkarībā no uzsākuma piegādes, izslēgļi var izslēgt dzeneratora apravotas īslaides strāvas frekvencē zem 50/60 Hz, pielāgojoties šo enerģijas ražošanas sistēmu specifiskajām prasībām.
Pompētas uzglabāšanas elektrostacijās ir vairākas sinhronizācijas metodes.
Statiskā frekvences konvertera (SFC) uzsākšanas shēma: Šis plāns galvenokārt sastāv no tiristoru konvertera, kas savienots ar vienības transformatoru AS pusei, un invertera, kas savienots ar dzeneratoru. Inverters uzsāk dzeneratora darbību no zemas jaudas frekvences un pārnes to uz nominālo jaudas frekvenci. Kad dzeneratoris tiek uzliesmināts, lai radītu enerģiju, var būt fāzes leņķa atšķirība starp tā iznākumu un tīkla iznākumu. Uz brīdi, kad fāzes atšķirība starp dzeneratoru un AS tīklu ir minimāla, dzeneratoris tiek sinhronizēts ar AS tīklu, izmantojot vai nu dzeneratora šķēršņu izslēgļus, vai AS šķēršņu izslēgļus.
Back-to-back uzsākšanas shēma: Elektrostacijā ar vairākiem dzeneratoriem var izmantot back-to-back uzsākšanas shēmu. Jauda, ko ģenerē dzeneratoris, strādājot nominālos apstākļos, tiek izmantota, lai uzsāktu apstādinātu dzeneratoru līdz nominālajai jaudas frekvencei. Tad dzeneratoris tiek sinhronizēts ar AS tīklu, izmantojot vai nu dzeneratora šķēršņu izslēgļus, vai AS šķēršņu izslēgļus.
Saskaņā ar IEC/IEEE 62271-37-13 standartu, dzeneratora šķēršņu izslēgļa nominālais īslaides strāvas darbības cikls ir noteikts kā divu operāciju vienības, ar 30 minūšu intervālu starp katru operāciju. Darbības cikls tiek attēlots kā "CO – 30 minūtes – CO", kas nozīmē divas pilnas īslaides strāvas izslēgšanas, ar 30 minūšu intervālu starp katru īslaides strāvas slēgšanas notikumu.Šis dizains ir specifiski paredzēts, lai aizsargātu elektrostacijas un dzeneratorus. Divas secīgas slēgšanas-atvēršanas operācijas pilnā īslaides strāvā varētu potenciāli nogalināt dzeneratoru un pārvaras transformatorus.
Tāda veida īslaides strāvas ir ļoti maz iespējamības, un ir arī ļoti maz iespējamība, ka stacijas vadītājs mēģinātu atkal slēgt tīklu tikai 30 minūtes pēc pilna īslaides strāvas notikuma.
30 minūšu intervāls starp divām operācijām ir būtisks, lai atjaunotu izslēgļa sākotnējos apstākļus un novērstu tā komponentu pārmērīgu siltumu. Jāatceras, ka šis laika intervāls var atšķirties atkarībā no konkrētā operācijas veida un dzeneratora šķēršņu izslēgļa raksturojumiem.
