حفاظت های ژنراتور قدرت
یک ژنراتور تحت فشارهای الکتریکی وارد شده بر عایق دستگاه، نیروهای مکانیکی وارد بر قسمت های مختلف دستگاه و افزایش دما قرار می گیرد. اینها عوامل اصلی هستند که حفاظت ژنراتور را ضروری می کنند.
یک ژنراتور الکتریکی می تواند در معرض خطای داخلی یا خارجی یا هر دو باشد. ژنراتورها معمولاً به یک شبکه برق متصل می شوند، بنابراین هر گونه عیب رخ داده در سیستم قدرت نیز باید در اسرع وقت رفع شود در غیر این صورت ممکن است آسیب دائمی در ژنراتور ایجاد کند.
تعداد و تنوع خطاها در یک ژنراتور بسیار زیاد است. به همین دلیل است که ژنراتور با چندین طرح حفاظتی محافظت می شود.
اشکال مختلف حفاظت اعمال شده برای ژنراتور را می توان به دو صورت دسته بندی کرد:
- رله های حفاظتی برای تشخیص عیوب خارج از ژنراتور.
- رله های حفاظتی برای تشخیص عیوب رخ داده در داخل ژنراتور.
به غیر از رله‌های حفاظتی که مستقیماً با ژنراتور و ترانسفورماتور مربوط به آن مرتبط هستند، صاعقه‌گیرها، حفاظت اور اسپید، دستگاه‌های جریان روغن و دستگاه‌های اندازه‌گیری دما برای یاتاقان شفت، سیم‌پیچ استاتور، سیم‌پیچ ترانسفورماتور و روغن ترانسفورماتور و غیره وجود دارند. چیدمان ها از نوع غیر تریپ هستند یعنی فقط در هنگام فالت ها هشدار می دهند.
اما سایر طرح‌های حفاظتی در نهایت رله اصلی تریپ ژنراتور را فعال می کنند.
هیچ رله حفاظتی نمی تواند از بروز خطا جلوگیری کند، فقط مدت زمان خطا را نشان می دهد و به حداقل می رساند تا از افزایش دمای بالا در ژنراتور جلوگیری شود در غیر این صورت ممکن است آسیب دائمی در ژنراتور ایجاد شود.
حفاظت در برابر شکست عایق (Insulation Failure)
آنچه در این مقاله خواهید خواند :
- 1 حفاظت در برابر شکست عایق (Insulation Failure)
- 2 حفاظت از خطای زمین استاتور (Stator Earth Fault Protection)
- 3 حفاظت از بارگذاری نامتعادل استاتور Unbalanced Stator Loading Protection
- 4 حفاظت در برابر گرمای بیش از حد استاتور Protection against Stator Overheating
- 5 حفاظت در برابر از دست دادن فایرینگ بویلر Protection against Loss of Boiler Firing
- 6 حفاظت روغن روانکاری Protection against Lubrication Oil Failure
- 7 حفاظت در برابر شکست محرک اصلی Protection against Prime Mover Failure
- 8 حفاظت اور اسپید Over Speed Protection
- 9 حفاظت در برابر اعوجاج روتور Protection against Rotor Distortion
- 10 حفاظت در برابر تفاوت در انبساط بین قطعات دوار و ثابت Protection against Difference in Expansion between Rotating and Stationary parts
- 11 حفاظت در برابر لرزش Protection against Vibration
- 12 حفاظت پشتیبان در ژنراتور Back up Protection of Generator
حفاظت اصلی ارائه شده در سیم پیچ استاتور در برابر خطای فاز به فاز یا فاز به زمین و حفاظت دیفرانسیل ژنراتور است.
دومین طرح حفاظتی مهم برای سیم پیچ استاتور، حفاظت از خطای بین چرخشی (inter turn fault protection) است.
این نوع حفاظت در گذشته غیر ضروری تلقی می شد زیرا شکست عایق بین نقاط سیم پیچ یک فاز که در همان Slot وجود دارد و بین آنهایی اختلاف پتانسیل بینشان وجود دارد، خیلی سریع به خطای زمین تبدیل می شود و سپس توسط حفاظت دیفرانسیل استاتور یا حفاظت خطای زمین استاتور تشخیص داده می شود.
یک ژنراتور برای تولید ولتاژ نسبتاً بالا در مقایسه با خروجی خود طراحی شده است و بنابراین حاوی تعداد زیادی هادی در هر شکاف است. با افزایش اندازه و ولتاژ ژنراتور، این نوع حفاظت برای تمام واحدهای تولید بزرگ ضروری می شود.
حفاظت از خطای زمین استاتور (Stator Earth Fault Protection)
هنگامی که نول استاتور از طریق یک مقاومت به زمین متصل می شود، یک ترانسفورماتور جریان در اتصال نول به زمین نصب می شود. رله زمان معکوس در سراسر CT ثانویه زمانی که ژنراتور مستقیماً به باس بار متصل است استفاده می شود. در صورت تغذیه ژنراتور از طریق ترانسفورماتور ستاره مثلث، از رله لحظه ای برای همین منظور استفاده می شود.
در حالت اول، رله خطاهای زمین باید با سایر رله های خطا در سیستم درجه بندی شود. به همین دلیل است که در این مورد از رله زمان معکوس استفاده می شود.
اما در حالت دوم، حلقه خطای زمین به سیم‌پیچ استاتور و سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور محدود می‌شود، بنابراین نیازی به درجه‌بندی یا تبعیض با دیگر رله‌های خطای زمین در سیستم نیست. به همین دلیل است که رله آنی ترجیح داده می شود.
حفاظت از بارگذاری نامتعادل استاتور Unbalanced Stator Loading Protection
عدم تعادل در بارگذاری باعث ایجاد جریان های توالی منفی در مدار استاتور می شود. این جریان توالی منفی میدان واکنشی را ایجاد می کند که با دو برابر سرعت سنکرون نسبت به روتور می چرخد و از این رو جریان فرکانس دوگانه را در روتور القا می کند. این جریان بسیار زیاد است و باعث گرم شدن بیش از حد مدار روتور می شود.
اگر هر گونه عدم تعادل به دلیل نقص در خود سیم پیچ استاتور رخ دهد، فورا توسط حفاظت دیفرانسیل ارائه شده در ژنراتور شناسایی می شود. اگر عدم تعادل به دلیل هر گونه خطای خارجی یا بارگذاری نامتعادل در سیستم رخ دهد، ممکن است شناسایی نشده باقی بماند یا بسته به هماهنگی حفاظتی سیستم برای مدت زمان قابل توجهی باقی بماند.
با نصب یک رله توالی فاز منفی با مشخصاتی که با منحنی مقاومت دستگاه مطابقت دارد، این عیوب برطرف می شوند.
حفاظت در برابر گرمای بیش از حد استاتور Protection against Stator Overheating
اضافه بار می تواند باعث گرم شدن بیش از حد سیم پیچ استاتور ژنراتور شود. نه تنها اضافه بار، خرابی سیستم های خنک کننده و خرابی عایق لمینیت های استاتور نیز باعث گرم شدن بیش از حد سیم پیچ استاتور می شود.
گرمای بیش از حد توسط آشکارسازهای دمایی تعبیه شده در نقاط مختلف سیم پیچ استاتور تشخیص داده می شود. سیم پیچ های آشکارساز دما معمولاً عناصر مقاومتی هستند که یک بازوی مدار پل وتستون را تشکیل می دهند.
این آرایش تنها گرمای بیش از حد ناشی از اور لود را تشخیص می دهد و هیچ گونه محافظتی در برابر گرمای بیش از حد ناشی از خرابی سیستم های خنک کننده یا لایه های استاتور اتصال کوتاه ایجاد نمی کند.
اگرچه رله‌های اور کارنت، رله‌های توالی فاز منفی و دستگاه‌هایی برای نظارت بر جریان ثابت نیز برای ارائه حفاظت اضافه بار حرارتی استفاده می‌شوند.
حفاظت در برابر از دست دادن فایرینگ بویلر Protection against Loss of Boiler Firing
دو روش برای تشخیص از دست دادن فایرینگ بویلر موجود است.
روش اول، کنتاکت‌های (NO) که با موتورهای فن در نظر گرفته می‌شوند و در صورت خرابی بیش از دو موتور، ممکن است ژنراتور را از کار بیندازند.
روش دوم از کنتاکت های فشار بویلر استفاده می کند که در صورت کاهش فشار دیگ به زیر 90 درصد، ژنراتور را تریپ می دهد.
حفاظت روغن روانکاری Protection against Lubrication Oil Failure
این حفاظت بعنوان حفاظت ضروری در نظر گرفته نمی شود زیرا روغن روانکاری ژنراتور معمولاً از همان پمپ روغن توربین تغذیه می شود و اشکال در سیستم روغن کاری توربین به طور خودکار باعث تریپ سیستم روغن می شود.
حفاظت در برابر شکست محرک اصلی Protection against Prime Mover Failure
اگر محرک اصلی نتواند انرژی مکانیکی ژنراتور را تامین کند، ژنراتور در حالت موتوری به چرخش خود ادامه می دهد، و این به این معنی است که به جای تامین انرژی الکتریکی از سیستم، انرژی الکتریکی را از سیستم می گیرد.
در یک توربین بخار، بخار پره های توربین را در دمای ثابت نگه می دارد. بنابراین، خرابی منبع تغذیه منجر به گرم شدن بیش از حد به دلیل اصطکاک و اعوجاج بعدی پره های توربین می شود.
خرابی تامین کننده بخار علاوه بر تحمیل بار سنگین موتوری به ژنراتور می‌تواند باعث آسیب مکانیکی شدید شود. برای این منظور از رله جریان معکوس استفاده می شود. به محض شروع چرخش ژنراتور در حالت موتور، رله جریان معکوس مجموعه ژنراتور را تریپ می دهد.
حفاظت اور اسپید Over Speed Protection
استفاده از دستگاه‌های مکانیکی برای حفاظت اور اسپید روی توربین‌های بخار و آبی که مستقیماً روی استاپ ولو اصلی اثر می گذارند، معمول است،
با این حال، بکارگیری از یک سیستم پشتیبان برای حفاظت اور اسپید ضروری است ، زیرا پاسخ گاورنر نسبتاً کند است و نتیجتا سیستم بیشتر مستعد اور اسپید شدن است.
رله حفاظتی معمولاً از ژنراتور آهنربای دائمی که برای کنترل گاورنر استفاده می‌شود، استفاده می کند.
حفاظت در برابر اعوجاج روتور Protection against Rotor Distortion
از آنجاکه نرخ خنک شدن پس از شات دان واحد، در بالا و پایین محفظه توربین، متفاوت است و این توزیع ناهموار دما باعث تخریب روتور می شود.
برای به حداقل رساندن اختلال، چرخاندن روتور با سرعت کم (ترنینگ گیر) در طول دوره خنک شدن، روشی معمول است.
با توجه به نیروهای درگیر با روتور، در حال حاضر یک روش استاندارد برای جلوگیری از اعوجاج روتور پس از شات دان استفاده از آشکارسازهای خروج از مرکز شفت میباشد.
حفاظت در برابر تفاوت در انبساط بین قطعات دوار و ثابت Protection against Difference in Expansion between Rotating and Stationary parts
در طول دوره کارکرد، سرعت گرمایش روتور به دلیل تفاوت جرم با گرمایش کیسینگ روتور متفاوت است. در نتیجه روتور با سرعت متفاوتی نسبت به بدنه منبسط می شود و لازم است بر این انبساط نابرابر غلبه کرد.
بنابراین مطلوب است که وسیله ای برای اندازه گیری انبساط محوری برای کمک به اپراتور جهت تغذیه بخار به نقاط صحیح و همچنین نشان دادن هرگونه انبساط خطرناک، ارائه شود.
آشکارساز انبساط محوری شفت اساساً مشابه تجهیزات توصیف شده اعوجاج روتور است، با این تفاوت که آهنرباهای آشکارساز به محفظه توربین فیکس می شوند.
حفاظت در برابر لرزش Protection against Vibration
سنسورهای لرزش معمولاً روی پایه های یاتاقان نصب می شوند.
آشکارساز شامل یک سیم پیچ است که روی فنرها بین آهنرباهای دائمی U شکل نصب شده است.
ولتاژ خروجی از سیم پیچ، که متناسب با درجه ارتعاش است، از سیم پیچ به مدارهای یکپارچه و سپس به ابزار نشانگر بازه منتقل می شود.
حفاظت پشتیبان در ژنراتور Back up Protection of Generator
حفاظت بک آپ همیشه باید در ژنراتورهای سنکرون ارائه شود.
اگر عیوب رخ داده توسط سیستم حفاظتی مناسب برطرف نشده باشد، باید رله های حفاظتی پشتیبان برای رفع عیب استفاده شود.
رله های Over current معمولا برای این منظور استفاده می شوند.
از آنجایی که راکتانس سنکرون ماشین اغلب بیشتر از صد درصد است، جریان خطای پایداری که از ماشین به یک خطای خارجی وارد می‌شود، همیشه کمتر از جریان بار کامل معمولی است.
رله‌های IDMT معمولی برای این منظور رضایت‌بخش نیستند زیرا تنظیمات آن‌ها باید نزدیک به بار کامل باشد و زمان آن‌ها کوتاه باشد تا بدون تداخل با سایر رله های Over current درست کار کنند.
برای غلبه بر این مشکل، استفاده از یک رله Over current در ترکیب با رله Under voltage مرسوم شده است.
رله دوم تنظیمات خطای رله اول را کنترل می کند.
مقاله انواع سیستم های تحریک در نیروگاه را از دست ندهید !
