Generator circuit breakers zijn in wezen geschikt voor een breed scala aan elektriciteitscentrales, waaronder fossiel brandstofgestookte, nucleaire, gasturbine, gecombineerde kringloop, waterkracht- en pompenergieopslagcentrales. Ze zijn ook ideaal voor de modernisering van bestaande centrales die geen generator circuit breakers hebben.
In het verleden werden generator circuit breakers vaak gebruikt in meereactorstations waar verschillende relatief kleine generatoren verbonden waren met een gemeenschappelijke bus. Echter, met de snelle groei van de grootte van generatoren en de stijging van systeemfoutstromen, werden de onderbrekingscapaciteiten van dit type schakelapparatuur al snel overtroffen. Vervolgens werd het eenheidsconcept geadopteerd, waarbij elke generator een onafhankelijk stoomvoorzieningssysteem had dat direct verbonden was met een stroomverhogingstransformator en high-side breaker(s).
Vergelijken met de eenheidverbinding biedt het gebruik van generator circuit breakers om generatoren op hun terminale spanning te schakelen tal van voordelen:
Vereenvoudigde Bedrijfsvoering: Het vereenvoudigt bedrijfsprocedures, waardoor de complexiteit en potentieel voor menselijke fouten tijdens generatorgebonden schakelactiviteiten wordt verminderd.
Verbeterde Bescherming: Het biedt verbeterde bescherming voor de generator, evenals voor de hoofd- en eenheidstransformatoren, deze cruciale componenten beschermt tegen elektrische storingen en pieken.
Toegenomen Betrouwbaarheid: Het verhoogt de beveiliging van het energieproductiesysteem en versterkt aanzienlijk de algemene beschikbaarheid van de energiecentrale, neerwaartse tijd minimaliserend en de energieproductie maximaliserend.
Economische Voordelen: Het brengt ook economische voordelen met zich mee, zoals verminderde onderhoudskosten en verbeterde langetermijnbedrijfsefficiëntie.
De belangrijkste eisen voor de elektrische indeling van energiecentrales kunnen als volgt worden samengevat:
Efficiënte Energieoverdracht: Overbreng de geproduceerde elektrische energie van de generator naar het hoogspannings (HV) transmissiesysteem, rekening houdend met operationele behoeften, evenals factoren gerelateerd aan beschikbaarheid, betrouwbaarheid en economische haalbaarheid.
Betrouwbare Hulpkrachtvoorziening: Zorg voor de levering van elektrische energie voor hulpkracht- en stationservice systemen, wat cruciaal is voor veilige en betrouwbare bedrijfsvoering van de energiecentrale.
Figuur 1 illustreert voorbeelden van energiecentraleindelingen die een generator circuit breaker gebruiken om de generator te verbinden met de hoofdtransformator, en toont hoe deze breakers zijn geïntegreerd in de algemene elektrische configuratie van de energiecentrale.
Generator circuit breakers spelen een cruciale en veelzijdige rol in energie-systemen, door een verscheidenheid aan essentiële operationele taken uit te voeren:
Synchronisatie met het HV-systeem: Ze zijn verantwoordelijk voor het synchroniseren van de generator met het systeemspanning op het hoogspannings (HV) niveau. Dit zorgt voor een naadloze verbinding tussen de output van de generator en het net, waardoor de efficiënte overdracht van elektrische energie mogelijk wordt.
Afsplitsing van het HV-systeem: Ze maken het mogelijk om generatoren van het HV-systeem te scheiden, wat bijzonder nuttig is bij het uitschakelen van niet belaste of licht belaste generatoren. Deze operatie draagt bij aan het behoud van de stabiliteit en veiligheid van het energienet.
Onderbreking van Belastingsstroom: Deze breakers zijn in staat om belastingsstroom te onderbreken, met de capaciteit om tot de volle belastingstroom van de generatoren te gaan. Deze functionaliteit is essentieel voor normale bedrijfsvoering en belastingsbeheer binnen de energiecentrale.
Onderbreking van Systeemgevoede Kortsluitingen: Ze kunnen systeemgevoede kortsluitingen onderbreken, de generator en andere componenten beschermd tegen de potentiële schadelijke effecten van excessieve stroomstroom veroorzaakt door storingen in het systeem.
Onderbreking van Generatorgevoede Kortsluitingen: Op vergelijkbare wijze zijn ze ontworpen om generatorgevoede kortsluitingen te onderbreken, de generator zelf beschermd tegen interne storingen en ervoor zorgen dat de veilige bedrijfsvoering wordt gewaarborgd.
Onderbreking van Uit-Fase Stroom: Generator circuit breakers kunnen stroom onder uit-fase condities onderbreken, met de mogelijkheid om tot een uit-fase hoek van 180° te beheren. Deze functie is cruciaal voor het behoud van systeemstabiliteit tijdens abnormale bedrijfsomstandigheden.
Synchronisatie in Pompenergieopslag Centrales (Motor Modus): In pompenergieopslagcentrales, wanneer de generator-motor in de motormodus wordt gestart, wordt de circuit breaker gebruikt om de machine te synchroniseren met het HV-systeem. Er zijn verschillende synchronisatiemethoden beschikbaar, zoals het gebruik van een statische frequentieconverter (SFC) start of back-to-back start.
Startstroom Afhandeling in Pompenergieopslag Centrales (Motor Modus): Wanneer de generator-motor in de motormodus wordt gestart met asynchrone start in pompenergieopslagcentrales, sluit de circuit breaker op en onderbreekt de startstroom, een vlotte en gecontroleerde start-up proces verzekerend.
Onderbreking van Lage Frequentie Kortsluitstroom: In gasturbine, gecombineerde cyclus en pompenergieopslagcentrales, afhankelijk van de startvoorziening, kan de circuit breaker generatorgevoede kortsluitstroom onderbreken bij frequenties onder 50/60 Hz, zich aanpassend aan de specifieke eisen van deze energieproductiesystemen.
Er zijn meerdere synchronisatiebenaderingen in pompenergieopslagcentrales.
Statische Frequentieconverter (SFC) Startschema: Dit schema bestaat voornamelijk uit een thyristor converter verbonden met een eenheidstransformator aan de HV-kant en een inverter gekoppeld aan de generator. De inverter initieert de operatie van de generator vanaf een lage kracht frequentie en breidt deze geleidelijk uit tot de nominale kracht frequentie. Zodra de generator is opgewekt om energie te produceren, kan er een fasehoekverschil zijn tussen de output en die van het net. Op het moment dat het faseverschil tussen de generator en het HV-netwerk minimaal is, wordt de generator gesynchroniseerd met het HV-netwerk met behulp van een generator circuit breaker of een HV circuit breaker.
Back-to-Back Startschema: In een energiecentrale met meerdere generatoren kan een back-to-back startschema worden toegepast. De energie die wordt geproduceerd door een generator die onder nominale omstandigheden werkt, wordt gebruikt om een gestopte generator op te starten tot de nominale kracht frequentie. Vervolgens wordt de generator gesynchroniseerd met het HV-netwerk met behulp van een generator circuit breaker of een HV circuit breaker.
Volgens de IEC/IEEE 62271-37-13 standaard is de genoemde kortsluitingsdutycyclus van een generator circuit breaker gespecificeerd als bestaande uit twee eenheden van operaties, met een interval van 30 minuten tussen elke operatie. De dutycyclus wordt weergegeven als "CO – 30 minuten – CO", wat betekent dat twee complete kortsluitingsonderbrekingen plaatsvinden, met een 30-minuten pauze tussen elke kortsluitingssluiting.Dit ontwerp is specifiek bedoeld om energiecentrales en generatoren te beschermen. Het uitvoeren van twee opeenvolgende sluiten-open operaties tijdens een volledige kortsluiting zou potentiële schade kunnen toebrengen aan de generator en de stroomverhogingstransformatoren.
Zulke soorten kortsluitingen zijn zeer onwaarschijnlijk, en het is ook zeer onwaarschijnlijk dat een plantmanager zou proberen de schakelaar weer te sluiten slechts 30 minuten na een volledige kortsluiting.
Het 30-minuten interval tussen twee operaties is essentieel voor het herstellen van de initiële omstandigheden van de circuit breaker en het voorkomen van te veel opwarming van de componenten. Het moet worden opgemerkt dat dit tijdsinterval kan variëren afhankelijk van het specifieke type operatie en de kenmerken van de generator circuit breaker.
