Generatorkobler er egnet for et bredt spekter av kraftverk, inkludert fossilt drivet, nukleart, gasturbine, kombinert syklus, vannkraft og pumpeoppbevaringskraftverk. De er også ideelle for ombygging av eksisterende kraftverk som mangler generatorkobler.
Tidligere ble generatorkobler ofte brukt i flerenhetsstasjoner der flere relativt små generatorer var koblet til en felles bus. Med rask vekst i generatorstørrelse og økning av systemfeilstrømnivåer, ble snittkapasiteten til denne typen spenningsutstyr snart overgått. Deretter ble enhetskonceptet innført, hvor hver generator hadde et uavhengig dampforsyningshjelpesystem direkte koblet til en stegopptransformator og høy-sidebryter(e).
Når man sammenligner med enhetskobling, gir bruk av generatorkobler for å skifte generatorer ved terminalspenningen flere fordeler:
Forenklet drift: Det forenkler driftsprosedyrer, reduserer kompleksiteten og potensialet for menneskelig feil under generatorrelaterte skiftetasker.
Forbedret beskyttelse: Det gir bedre beskyttelse for generator, samt hoved- og enhetstransformatorer, som beskytter disse kritiske komponentene mot elektriske feil og strømstøt.
Økt pålitelighet: Det øker sikkerheten i kraftproduksjonssystemet og forbedrer betydelig den totale tilgjengeligheten til kraftverket, minimerer nedetid og maksimerer effektutbytte.
Økonomisk gevinst: Det fører også til økonomiske fordeler, som reduserte vedlikeholdsomkostninger og forbedret langtidsoptimalisering.
De nødvendige kravene for det elektriske oppsettet av kraftverk kan summeres som følger:
Effektiv effektoverføring: Overfør den genererte elektriske energien fra generator til høyspenning (HV) overføringsnett, med tanke på driftsbehov, samt faktorer relatert til tilgjengelighet, pålitelighet og økonomisk bærekraft.
Pålitelig hjelpestrømforsyning: Sikre strømforsyning for hjelpesystemer og stasjonstjenester, som er avgjørende for å opprettholde trygg og pålitelig drift av kraftverket.
Figur 1 viser eksempler på kraftverksoppsett som bruker en generatorkobler for å koble generator til hovedtransformator, og demonstrerer hvordan disse bryterne er integrert i det totale elektriske konfigurasjonen av kraftverket.
Generatorkobler har en viktig og mangeasettet rolle i strømsystemer, og utfører en rekke essensielle operasjonsplikter:
Synkronisering med HV-systemet: De er ansvarlige for synkronisering av generator med systemspenningen på høyspenning (HV)-nivå. Dette sikrer en ubrudt kobling mellom generatorutdata og nettet, som gjør det mulig for effektiv overføring av elektrisk energi.
Frakopling fra HV-systemet: De muliggjør separasjon av generatorer fra HV-systemet, noe som er spesielt nyttig når man skifter av ubelasted eller lett belasted generatorer. Denne operasjonen bidrar til å opprettholde stabilitet og sikkerhet i strømnettet.
Avbryting av belastningsstrøm: Disse bryterne kan avbryte belastningsstrømmer, med kapasitet til å håndtere opptil fullbelastningsstrømmen av generatorer. Denne funksjonen er viktig for normal drift og belastningshåndtering i kraftverket.
Systemfed kortslutningsavbryting: De kan avbryte systemfed kortslutning, som beskytter generator og andre komponenter mot potensielt skadelig effekt av unormal strømflyt som følge av feil i systemet.
Generatorfed kortslutningsavbryting: På samme måte er de designet for å avbryte generatorfed kortslutning, som beskytter selve generatoren mot interne feil og sikrer dens videre sikker drift.
Utskjøv strømavbryting: Generatorkobler kan håndtere strømavbryting under utskjøv betingelser, med evne til å håndtere opptil en utskjøv vinkel på 180°. Denne funksjonen er viktig for å opprettholde systemstabilitet under anormale driftsbetingelser.
Synkronisering i pumpeoppbevaringskraftverk (motormodus): I pumpeoppbevaringskraftverk, når generator-motor starter i motormodus, blir bryteren brukt for å synkronisere maskinen med HV-systemet. Det finnes ulike synkroniseringsmetoder, som bruk av en statisk frekvenskonverter (SFC) start eller back-to-back start.
Håndtering av startstrøm i pumpeoppbevaringskraftverk (motormodus): Når generator-motor starter i motormodus med asynkron start i pumpeoppbevaringskraftverk, lukkes bryteren på og avbryter startstrømmen, som sikrer en jevn og kontrollert startprosess.
Avbryting av lavfrekvens kortslutningsstrøm: I gasturbine, kombinert syklus og pumpeoppbevaringskraftverk, avhengig av startforsyning, kan bryteren avbryte generatorfed kortslutningsstrømmer ved frekvenser under 50/60 Hz, som tilpasser seg de spesifikke kravene til disse kraftgenereringssystemene.
Det finnes flere synkroniseringsmetoder i pumpeoppbevaringskraftverk.
Statisk frekvenskonverter (SFC) startskjema: Dette skjemaet består hovedsakelig av en thyristor-konverter koblet til en enhetstransformator på HV-siden og en inverter koblet til generator. Inverteren initierer generatoroperasjonen fra en lav effektfrekvens og gradvis øker den til den nominale effektfrekvensen. Når generator er oppført for å produsere effekt, kan det være en fasevinkel forskjell mellom dens utdata og nettverkets. Når faseforskjellen mellom generator og HV-nettverk er minimalisert, synkroniseres generator med HV-nettverket ved hjelp av enten en generatorkobler eller en HV-kobler.
Back-to-back startskjema: I et kraftverk med flere generatorer, kan et back-to-back startskjema bli benyttet. Effekten generert av en generator som opererer under nominelle forhold, brukes for å starte en stoppet generator opp til den nominale effektfrekvensen. Deretter synkroniseres generator med HV-nettverket ved hjelp av enten en generatorkobler eller en HV-kobler.
Ifølge standarden IEC/IEEE 62271-37-13, er den nominerte kortslutningsduty-cyklen for en generatorkobler spesifisert som bestående av to enheter av operasjoner, med et intervall på 30 minutter mellom hver operasjon. Duty-cyklen representeres som "CO – 30 minutter – CO", som betyr to fullstendige kortslutningsavbrytinger, med et 30-minutters gap mellom hver kortslutningslukking.Dette designet er spesifikt beregnet for å beskytte kraftverk og generatorer. Utførelse av to consecutive lukking-åpning-operasjoner under en full kortslutning kan potensielt forårsake skade på generator og stegopptransformatorer.
Slike typer kortslutninger er svært usannsynlige, og det er også svært usannsynlig at en anleggsleder vil prøve å lukke kretsen igjen bare 30 minutter etter en full kortslutning.
Det 30-minutters intervallet mellom to operasjoner er essensielt for å gjenopprette de opprinnelige forholdene for kretsbryteren og forhindre overoppvarming av komponentene. Det bør merkes at dette tidsintervallet kan variere avhengig av den spesifikke typen operasjon og karakteristikkene til generatorkobleren.
