Generatorne preklopniki so primerni za širok nabor elektrarn, vključno z fosilnimi, jedrskimi, plinsko turbine, kombiniranim cikelom, hidroelektrarnami in pumpnimi shrambnimi elektrarnami. So tudi idealni za nadgradnjo obstoječih elektrarn, ki nimajo generatornih preklopnikov.
V preteklosti so bili generatorni preklopniki pogosto uporabljani v večenotskih postajah, kjer je bilo več relativno majhnih generatorjev povezanih s skupnim busom. Vendar zaradi hitrega rasta velikosti generatorjev in povečevanja ravni sistemskih napaknih tokov so kmalu presegli prekinjalne sposobnosti tega tipa preklopne opreme. Nato je bil sprejet enotski koncept, pri katerem je vsak generator imel neodvisno parno oskrbovalni sistem neposredno povezan s step-up transformatorjem in preklopniki na visokonapetostni strani.
Pri primerjavi z enotskim povezovanjem prinaša uporaba generatornih preklopnikov za preklopljanje generatorjev na njihovi terminalni napetosti veliko prednosti:
Poenostavitev operacij: Poenostavlja operacijske postopke, zmanjšuje kompleksnost in možnost človeških napak med generator-skim preklopljanjem.
Povečana zaščita: Prinaša izboljšano zaščito generatorja, glavnih in enotskih transformatorjev, varuje te ključne komponente pred električnimi napakami in pretokovi.
Povečana zanesljivost: Povečuje varnost sistema proizvodnje elektrike in značilno izboljša splošno dostopnost elektrarne, zmanjšuje čas nedelovanja in maksimizira proizvodnjo elektrike.
Gospodarska dobički: Prinaša tudi gospodarske prednosti, kot so znižani stroški vzdrževanja in izboljšana dolgoročna operativna učinkovitost.
Ključne zahteve za električno razporeditev elektrarn se lahko povzetijo kot sledi:
Učinkovita prenos električne energije: Prenehajte ustvarjeno električno energijo od generatorja do visokonapetostnega (HV) prenosnega sistema, upoštevajte operativne potrebe ter dejavnike, povezane z dostopnostjo, zanesljivostjo in gospodarsko živežnostjo.
Zanesljiva oskrba z dodatno električno energijo: Zagotovite oskrbo z električno energijo za dodatne in stanici servisne sisteme, kar je ključno za vzdrževanje varne in zanesljive delovanje elektrarne.
Slika 1 prikazuje primere razporeditev elektrarn, ki uporabljajo generatorni preklopnik za povezavo generatorja z glavnim transformatorjem, prikazuje, kako so ti preklopniki integrirani v celotno električno konfiguracijo elektrarne.
Generatorni preklopniki igrajo ključno in večstransko vlogo v električnih sistemih, izpolnjujejo številne bistvene operativne obveznosti:
Sinhronizacija z HV sistemom: Odgovarjajo za sinhronizacijo generatorja s sistemsko napetostjo na visokonapetostni (HV) ravni. To zagotavlja gladko povezavo med izhodom generatorja in omrežjem, olajšuje učinkovit prenos električne energije.
Odsekanje od HV sistema: Omogočajo ločevanje generatorjev od HV sistema, kar je posebno uporabno pri izklopkanju neobremenjenih ali slabo obremenjenih generatorjev. Ta operacija pomaga ohranjati stabilnost in varnost električnega omrežja.
Prekinjanje obremenitvenih tokov: Ti preklopniki so sposobni prekiniti obremenitvene toke, z zmogljivostjo, da obvladajo celoten obremenitveni tok generatorjev. Ta funkcija je ključna za normalno delovanje in upravljanje obremenitve znotraj elektrarne.
Prekinjanje sistemskih kratkih krmeljnih tokov: Lahko prekinejo sistemski kratak krmeljni tok, varujejo generator in druge komponente pred potencialno škodljivimi posledicami prekomernega pretoka toka, ki je povzročen napakami v sistemu.
Prekinjanje generatorjskih kratkih krmeljnih tokov: Podobno so oblikovani, da prekinejo generatorjske kratke krmeljne tokove, varujejo sam generator pred notranjimi napakami in zagotavljajo njegovo nadaljnje varno delovanje.
Prekinjanje toka pod neusklajenimi fazami: Generatorni preklopniki lahko obvladajo prekinjanje toka pod neusklajenimi faznimi pogoji, z zmogljivostjo, da upravljajo do faze 180°. Ta funkcija je ključna za vzdrževanje stabilnosti sistema med nenormalnimi delovalnimi pogoji.
Sinhronizacija v pumpnih shrambnih elektrarnah (motorični način): V pumpnih shrambnih elektrarnah, ko se generator-motor zagnane v motoričnem načinu, se preklopnik uporablja za sinhronizacijo stroja z HV sistemom. Na voljo je več metod sinhronizacije, kot sta uporaba statičnega frekvenčnega pretvornika (SFC) ali nazaj-nazaj zaganjanje.
Razumevanje zagona v pumpnih shrambnih elektrarnah (motorični način): Ko se generator-motor zagnane v motoričnem načinu z asinhronim zaganjanjem v pumpnih shrambnih elektrarnah, preklopnik zapre in prekine zagon, zagotavlja gladko in kontroliran zagon.
Prekinjanje kratkih krmeljnih tokov pri nizki frekvenci: V plinskih turbine, kombiniranih ciklih in pumpnih shrambnih elektrarnah, glede na zagon, preklopnik lahko prekine generatorjske kratke krmeljne toke pri frekvencah nižjih od 50/60 Hz, prilagaja specifičnim zahtevam teh sistemov proizvodnje elektrike.
Obstaja več pristopov k sinhronizaciji v pumpnih shrambnih elektrarnah.
Shema zaganjanja s statičnim frekvenčnim pretvornikom (SFC): Ta shema predvsem vključuje tiristor pretvornik, povezan z enotskim transformatorjem na visokonapetostni strani in inverter, povezan z generatorjem. Inverter začne delovanje generatorja na nizki frekvenci in ga postopoma poveča do nominalne frekvence. Ko je generator navdušen za proizvodnjo energije, lahko obstaja fazni kotni razliko med njegovim izhodom in omrežjem. Ko je fazni kot med generatorjem in HV omrežjem minimiziran, se generator sinhronizira z HV omrežjem z uporabo generatornega preklopnika ali HV preklopnika.
Shema nazaj-nazaj zaganjanja: V elektrarni z več generatorji se lahko uporabi shema nazaj-nazaj zaganjanja. Energijski tok, ki ga generira generator, delujoči pod nominalnimi pogoji, se uporablja za zaganjanje ustavljenega generatorja do nominalne frekvence. Nato se generator sinhronizira z HV omrežjem z uporabo generatornega preklopnika ali HV preklopnika.
Glede na standard IEC/IEEE 62271-37-13 je določena merila za kratke krmeljne obveznosti generatornega preklopnika, ki sestavljajo dva enota operacije, z 30-minutnim intervalom med vsako operacijo. Obveznost je predstavljena kot "CO – 30 minut – CO", kar pomeni dva popolna prekini kratičnega toka, z 30-minutnim razmikom med vsakim dogodkom zapiranja kratičnega toka.Ta oblika je specifično namenjena za varovanje elektrarn in generatorjev. Izvedba dveh zaporednih zapri-odpri operacij med polnimi kratkimi krmeljnimi tokovi bi lahko povzročila poškodbo generatorja in step-up transformatorjev.
Takšne vrste kratkih krmeljnih tokov so zelo neverjetne, prav tako je zelo nepravdopodobno, da bi upravnik elektrarne poskušal ponovno zapreti preklopnik le 30 minut po polnem kratkem krmeljnem toku.
30-minutni interval med dvema operacijama je ključen za obnovitev prvotnih pogojev preklopnika in preprečevanje prekomerne segrevanosti njegovih komponent. Opomba: ta časovni interval se lahko razlikuje glede na specifičen tip operacije in lastnosti generatornega preklopnika.
