Генераторні вимикачі призначенні для широкого спектру електростанцій, включаючи вугільно-паливні, ядерні, газотурбінні, комбіновано-циклові, гідроелектричні та насосно-акумулювальні електростанції. Вони також ідеально підходять для модернізації існуючих електростанцій, які не мають генераторних вимикачів.
У минулому генераторні вимикачі часто використовувалися на багатоблокових станціях, де кілька відносно невеликих генераторів були з'єднані з загальною шиною. Однак, зі швидким зростанням розмірів генераторів та збільшенням рівня системних коротких замикань, переривна здатність цього типу комутаційного обладнання скоро була перевищена. Пізніше було прийнято концепцію блоку, де кожний генератор мав незалежну парову допоміжну систему, прямо з'єднану з трансформатором підвищення напруги та високосторонніми вимикачами.
При порівнянні з блочним з'єднанням, використання генераторних вимикачів для переключення генераторів на їхньому термінальному напрузі надає численні переваги:
Спрощення операцій: Спрощує процедурні операції, зменшуючи складність та можливість людської помилки під час завдань, пов'язаних з переключенням генераторів.
Покращена захист: Надає покращений захист генератора, а також основних та блокових трансформаторів, забезпечуючи ці важливі компоненти від електричних аварій та перехолонів.
Збільшення надійності: Підвищує безпеку системи електроенергетики та значно підвищує загальну доступність електростанції, мінімізуючи простої та максимізуючи продуктивність.
Економічні переваги: Також приносить економічні переваги, такі як зниження витрат на обслуговування та покращення довгострокової ефективності операцій.
Основні вимоги до електричного планування електростанцій можна підсумувати наступним чином:
Ефективне передача енергії: Передача згенерованої електричної енергії від генератора до високонапругової (ВН) системи передачі, враховуючи операційні потреби, а також фактори, пов'язані з доступністю, надійністю та економічною придатністю.
Надійне питання допоміжних систем: Забезпечення електричної енергії для допоміжних та станційних систем, що є важливим для підтримання безпечного та надійного функціонування електростанції.
Рисунок 1 ілюструє приклади планування електростанцій, які використовують генераторні вимикачі для з'єднання генератора з основним трансформатором, демонструючи, як ці вимикачі інтегровані в загальну електричну конфігурацію електростанції.
Генераторні вимикачі відіграють ключову та багатофункціональну роль в електросистемах, виконуючи ряд важливих обов'язків:
Синхронізація з ВН системою: Вони відповідають за синхронізацію генератора з напругою системи на високонапіговому (ВН) рівні. Це забезпечує безперервне з'єднання між виходом генератора та мережею, сприяючи ефективному перенесенню електричної енергії.
Відключення від ВН системи: Вони дозволяють відокремити генератори від ВН системи, що особливо корисно при вимкненні ненавантажених або мало навантажених генераторів. Ця операція допомагає підтримувати стабільність та безпеку електромережі.
Переривання навантаження струму: Ці вимикачі здатні переривати струм навантаження, з можливістю обробки до повного навантаження генераторів. Ця функціональність є важливою для нормального функціонування та управління навантаженням в електростанції.
Переривання коротких замикань, підсиленних системою: Вони можуть переривати короткі замикання, підсилені системою, захищаючи генератор та інші компоненти від потенційно шкідливого впливу надмірного струму, спричиненого аваріями в системі.
Переривання коротких замикань, підсиленних генератором: Аналогічно, вони розроблені для переривання коротких замикань, підсиленних генератором, захищаючи сам генератор від внутрішніх аварій та забезпечуючи його продовжене безпечне функціонування.
Переривання струму при несинхронних умовах: Генераторні вимикачі можуть обробляти переривання струму при несинхронних умовах, з можливістю управління до кута 180°. Ця характеристика є важливою для підтримання стабільності системи при ненормальних умовах роботи.
Синхронізація в насосно-акумулювальних електростанціях (режим двигуна): У насосно-акумулювальних електростанціях, коли генератор-двигун запускається в режимі двигуна, використовується вимикач для синхронізації машини з ВН системою. Існують різні методи синхронізації, такі як запуск за допомогою статичного частотного конвертера (SFC) або запуск "спина до спини".
Обробка стартового струму в насосно-акумулювальних електростанціях (режим двигуна): Коли генератор-двигун запускається в режимі двигуна з асинхронним запуском в насосно-акумулювальних електростанціях, вимикач закривається на початковий струм та перериває його, забезпечуючи плавний та контролюваний процес запуску.
Переривання струму короткого замикання на низькій частоті: У газотурбінних, комбіновано-циклових та насосно-акумулювальних електростанціях, залежно від джерела живлення при запуску, вимикач може переривати струм короткого замикання, підсиленний генератором, на частотах нижче 50/60 Гц, адаптуватися до специфічних вимог цих систем генерації електроенергії.
Існує кілька підходів до синхронізації в насосно-акумулювальних електростанціях.
Схема запуску за допомогою статичного частотного конвертера (SFC): Ця схема включає в себе тиристорний конвертер, з'єднаний з блочним трансформатором на стороні ВН, та інвертор, з'єднаний з генератором. Інвертор запускає генератор з низької частоти живлення та поступово збільшує її до номінальної. Коли генератор запалюється для виробництва енергії, може бути різниця фаз між його виходом та мережею. У момент, коли різниця фаз між генератором та ВН мережею мінімізована, генератор синхронізується з ВН мережею за допомогою генераторного вимикача або ВН вимикача.
Схема запуску "спина до спини": На електростанції з кількома генераторами може бути використана схема запуску "спина до спини". Енергія, вироблена генератором, що працює в номінальному режимі, використовується для запуску зупиненого генератора до номінальної частоти. Потім генератор синхронізується з ВН мережею за допомогою генераторного вимикача або ВН вимикача.
Згідно зі стандартом IEC/IEEE 62271-37-13, номінальний цикл короткого замикання для генераторного вимикача визначено як складаючий два одиниці операцій, з інтервалом 30 хвилин між кожним операцією. Цикл представлено як "CO – 30 хвилин – CO", що означає два повних переривання короткого замикання, з інтервалом 30 хвилин між кожним закриттям при короткому замиканні.Цей дизайн спеціально розроблений для захисту електростанцій та генераторів. Виконання двох послідовних операцій закриття-відкриття під час повного короткого замикання може потенційно завдати шкоди генератору та трансформаторам підвищення напруги.
Такі типи коротких замикань є надзвичайно малоймовірними, і також дуже малоймовірно, що менеджер електростанції спробує закрити цепь знову лише через 30 хвилин після повного короткого замикання.
Інтервал 30 хвилин між двома операціями є важливим для відновлення початкових умов вимикача та запобігання надмірному нагріванню його компонентів. Слід зазначити, що цей часовий інтервал може відрізнятися залежно від конкретного типу операції та характеристик генераторного вимикача.
