ตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับสถานีผลิตไฟฟ้าหลากหลายประเภท รวมถึงสถานีที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล นิวเคลียร์ เครื่องกังหันแก๊ส วงจรผสม สถานีพลังน้ำ และสถานีเก็บน้ำสำรอง ตัวตัดวงจรเหล่านี้ยังเหมาะสำหรับการปรับปรุงสถานีผลิตไฟฟ้าที่มีอยู่แล้วซึ่งขาดตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ในอดีต ตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในสถานีหลายหน่วยที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กหลายตัวเชื่อมโยงกับบัสเดียว แต่ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและการเพิ่มขึ้นของระดับกระแสไฟฟ้าผิดพลาดในระบบ ความสามารถในการตัดวงจรของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ประเภทนี้ถูกแซงหน้าอย่างรวดเร็ว ต่อมา แนวคิดของหน่วยเดี่ยวได้ถูกนำมาใช้ โดยที่แต่ละเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีระบบจ่ายไอน้ำและระบบสนับสนุนอื่น ๆ เชื่อมต่อโดยตรงกับหม้อแปลงขั้วบนและตัวตัดวงจรขั้วบน
เมื่อเทียบกับการเชื่อมต่อแบบหน่วย การใช้ตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในการสลับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่แรงดันปลายทางให้ประโยชน์หลายประการ:
การทำงานที่ง่ายขึ้น: ทำให้ขั้นตอนการทำงานง่ายขึ้น ลดความซับซ้อนและความเสี่ยงของการผิดพลาดของมนุษย์ในการสลับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การป้องกันที่ดีขึ้น: ให้การป้องกันที่ดีขึ้นสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตลอดจนหม้อแปลงหลักและหม้อแปลงหน่วย ปกป้องส่วนประกอบสำคัญเหล่านี้จากความผิดพลาดทางไฟฟ้าและการกระแทกไฟฟ้า
ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น: เพิ่มความปลอดภัยของระบบการผลิตไฟฟ้าและเพิ่มความพร้อมใช้งานโดยรวมของสถานีผลิตไฟฟ้า ลดเวลาหยุดทำงานและเพิ่มกำลังผลิต
ประโยชน์ทางเศรษฐกิจ: ยังสร้างประโยชน์ทางเศรษฐกิจ เช่น ลดค่าบำรุงรักษาและเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินงานระยะยาว
ข้อกำหนดหลักสำหรับการวางระบบไฟฟ้าในสถานีผลิตไฟฟ้าสามารถสรุปได้ดังนี้:
การโอนพลังงานไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ: โอนพลังงานไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังระบบส่งไฟฟ้าแรงสูง (HV) โดยคำนึงถึงความต้องการในการดำเนินงาน ตลอดจนปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับความพร้อมใช้งาน ความน่าเชื่อถือ และความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ
การจ่ายไฟฟ้าเสริมที่น่าเชื่อถือ: ให้การจ่ายไฟฟ้าสำหรับระบบสนับสนุนและบริการสถานี ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำเนินงานที่ปลอดภัยและน่าเชื่อถือของสถานีผลิตไฟฟ้า
รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างการวางระบบสถานีผลิตไฟฟ้าที่ใช้ตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับหม้อแปลงหลัก แสดงให้เห็นว่าตัวตัดวงจรเหล่านี้ถูกผสานเข้ากับการวางระบบไฟฟ้าโดยรวมของสถานีผลิตไฟฟ้า
ตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีบทบาทที่สำคัญและหลากหลายในระบบไฟฟ้า ทำหน้าที่ปฏิบัติการที่จำเป็นหลายประการ:
การซิงโครไนซ์กับระบบ HV: ทำหน้าที่ในการซิงโครไนซ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับแรงดันระบบที่ระดับแรงดันสูง (HV) นี้จะช่วยให้มีการเชื่อมต่อที่ราบรื่นระหว่างเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับระบบสายส่ง ทำให้การโอนพลังงานไฟฟ้าเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ
การแยกออกจากระบบ HV: ทำให้สามารถแยกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าออกจากระบบ HV ได้ ซึ่งเป็นประโยชน์โดยเฉพาะเมื่อปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดหรือมีโหลดน้อย การดำเนินการนี้ช่วยในการรักษาความมั่นคงและความปลอดภัยของระบบสายส่ง
การตัดกระแสโหลด: ตัวตัดวงจรเหล่านี้สามารถตัดกระแสโหลดได้ ด้วยความสามารถในการจัดการกับกระแสโหลดเต็มของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฟังก์ชันนี้มีความสำคัญสำหรับการดำเนินงานปกติและการจัดการโหลดภายในสถานีผลิตไฟฟ้า
การตัดวงจรลัดวงจรที่มาจากระบบ: สามารถตัดวงจรลัดวงจรที่มาจากระบบ ปกป้องเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและส่วนประกอบอื่น ๆ จากกระแสมากเกินไปที่เกิดจากความผิดพลาดในระบบ
การตัดวงจรลัดวงจรที่มาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า: ออกแบบมาเพื่อตัดวงจรลัดวงจรที่มาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ปกป้องเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเองจากการผิดพลาดภายในและรักษาการดำเนินงานที่ปลอดภัย
การตัดกระแสภายใต้สภาพที่ไม่สอดคล้องเฟส: ตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถจัดการกับการตัดกระแสภายใต้สภาพที่ไม่สอดคล้องเฟส ด้วยความสามารถในการจัดการกับมุมที่ไม่สอดคล้องเฟสสูงสุด 180° ฟังก์ชันนี้มีความสำคัญในการรักษาความมั่นคงของระบบในสภาพการดำเนินงานที่ผิดปกติ
การซิงโครไนซ์ในสถานีผลิตไฟฟ้าแบบส่งกลับ (โหมดมอเตอร์): ในสถานีผลิตไฟฟ้าแบบส่งกลับ เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า-มอเตอร์เริ่มทำงานในโหมดมอเตอร์ ตัวตัดวงจรจะใช้ในการซิงโครไนซ์เครื่องกับระบบ HV มีวิธีการซิงโครไนซ์หลายวิธี เช่น การใช้คอนเวอร์เตอร์ความถี่สถิต (SFC) หรือการเริ่มต้นแบบแบ็กทูแบ็ก
การจัดการกระแสเริ่มต้นในสถานีผลิตไฟฟ้าแบบส่งกลับ (โหมดมอเตอร์): เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า-มอเตอร์เริ่มทำงานในโหมดมอเตอร์ด้วยการเริ่มต้นแบบไม่ซิงโครนัสในสถานีผลิตไฟฟ้าแบบส่งกลับ ตัวตัดวงจรจะปิดและตัดกระแสเริ่มต้น ทำให้กระบวนการเริ่มต้นเป็นไปอย่างราบรื่นและควบคุมได้
การตัดกระแสลัดวงจรที่ความถี่ต่ำ: ในสถานีผลิตไฟฟ้าแบบกังหันแก๊ส วงจรผสม และส่งกลับ ตามแหล่งจ่ายไฟในการเริ่มต้น ตัวตัดวงจรสามารถตัดกระแสลัดวงจรที่มาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ความถี่ต่ำกว่า 50/60 Hz ปรับให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะของระบบการผลิตไฟฟ้าเหล่านี้
มีวิธีการซิงโครไนซ์หลายวิธีในสถานีผลิตไฟฟ้าแบบส่งกลับ
แผนการเริ่มต้นด้วยคอนเวอร์เตอร์ความถี่สถิต (SFC): แผนนี้ประกอบด้วยคอนเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์ที่เชื่อมต่อกับหม้อแปลงหน่วยที่ขั้ว HV และอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อินเวอร์เตอร์เริ่มการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความถี่ต่ำและค่อยๆ เพิ่มขึ้นถึงความถี่ที่กำหนด เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกกระตุ้นให้ผลิตพลังงาน อาจมีความแตกต่างของมุมเฟสระหว่างเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับเครือข่าย ในขณะที่ความแตกต่างของมุมเฟสระหว่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับเครือข่าย HV น้อยที่สุด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกซิงโครไนซ์กับเครือข่าย HV ด้วยตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือตัวตัดวงจร HV
แผนการเริ่มต้นแบบแบ็กทูแบ็ก: ในสถานีผลิตไฟฟ้าที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายตัว สามารถใช้แผนการเริ่มต้นแบบแบ็กทูแบ็ก พลังงานที่สร้างขึ้นโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทำงานภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดจะถูกใช้ในการเริ่มต้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่หยุดอยู่จนถึงความถี่ที่กำหนด ต่อมา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกซิงโครไนซ์กับเครือข่าย HV ด้วยตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือตัวตัดวงจร HV
ตามมาตรฐาน IEC/IEEE 62271-37-13 วงจรเต็มที่ต้องทนของตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกกำหนดให้ประกอบด้วยสองหน่วยของการดำเนินการ ด้วยช่วงเวลาระหว่างการดำเนินการ 30 นาที วงจรเต็มที่ต้องทนนี้แสดงเป็น "CO – 30 นาที – CO" หมายความว่าการตัดวงจรเต็มสองครั้ง ด้วยช่วงเวลาระหว่างการปิดวงจรเต็ม 30 นาทีการออกแบบนี้มีไว้เพื่อปกป้องสถานีผลิตไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การดำเนินการปิด-เปิดติดต่อกันสองครั้งในวงจรเต็มอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงขั้วบน
วงจรเต็มประเภทนี้มีความเป็นไปได้น้อยมาก และยังเป็นไปได้น้อยมากที่ผู้จัดการสถานีจะพยายามปิดวงจรใหม่เพียง 30 นาทีหลังจากเกิดวงจรเต็ม
ช่วงเวลาระหว่างการดำเนินการ 30 นาที เป็นสิ่งสำคัญในการฟื้นฟูสภาพเริ่มต้นของตัวตัดวงจรและป้องกันการร้อนเกินของส่วนประกอบ ควรทราบว่าช่วงเวลานี้อาจแตกต่างกันไปตามประเภทของการดำเนินการและคุณลักษณะของตัวตัดวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
