ژنراتور

محافظت از ژنراتور – انواع خطاها و دستگاه های محافظت

محافظت از ژنراتور - انواع خطاها و دستگاه های محافظت

محافظت از ژنراتور – انواع خطاها و دستگاه های محافظت

انواع خطاهای ژنراتور و دستگاه های محافظتی

فهرست مطالب

خطاهای مشترک ژنراتور

انواع خطاهای داخلی در یک ژنراتور

انواع خطاهای خارجی در یک ژنراتور

دستگاه های محافظت از ژنراتور

خطاهای مشترک ژنراتور

خطاهای ژنراتور معمولاً به خطاهای داخلی و خارجی طبقه بندی می شوند. خطا های داخلی به دلیل مشکلات موجود در اجزای ژنراتور و خطا های خارجی به دلیل شرایط غیر عادی کار و خطا های شبکه های خارجی است.

خطا در عامل محرک اجزایی است که برای راه اندازی ژنراتور استفاده می شود و ممکن است موتورهای احتراقی باشد (مورد مجموعه ژنراتورهای دیزل) ، توربین های گازی ، توربین های بخار ، توربین های بادی و توربین های هیدرولیکی) و سیستم های مرتبط مورد بحث قرار نخواهند گرفت ، از آنجا که آنها معمولاً در مرحله طراحی مکانیکی تجهیزات تعریف می شوند.

با این حال آنها باید برای حفاظت از ژنراتور برای اهداف قطع یکپارچه شوند.

محافظت از ژنراتور – انواع خطاهای ژنراتور و دستگاه های محافظت

انواع خطاهای داخلی در یک ژنراتور

خطاهای داخلی ممکن است الکتریکی یا مکانیکی باشند

  1. خطاهای استاتور

گرم شدن بیش از حد سیم پیچ ها

خطا فاز به فاز سیم پیچ ها

خطا مرحله به زمین سیم پیچ

خطای داخلی سیم پیچ

  1. خطاهای روتور

خطا زمین

سیم پیچ اتصال کوتاه (روتور سیم پیچی)

گرم شدن بیش از حد

  1. از دست دادن میدان / تحریک (میدان در یک ژنراتور AC متشکل از سیم پیچ های هادی درون ژنراتور است که ولتاژ را از یک منبع دریافت می کنند (تحریک نامیده می شود) و یک شار مغناطیسی تولید می کنند).
  2. ژنراتور خارج از مرحله
  3. عملکرد موتور
  4. گرم شدن بیش از حد یاتاقان ها و عدم فشار روغن روغن
  5. ارتعاش

گرم شدن بیش از حد سیم پیچ استاتور ممکن است در اثر اضافه بار دائمی ایجاد شود و خطا های فاز به فاز و زمین به دلیل خرابی عایق باشد.

اتصال کوتاه سیم پیچ روتور منجر به افزایش جریان تحریک و کاهش ولتاژ تحریک می شود.

گرم شدن بیش از حد روتور نتیجه جریان نامتعادل در استاتور است ، به دلیل:

تریپ تک قطبی

خطای سیم پیچ استاتور

توالی فاز منفی

توالی فاز منفی و جریانهای نامتعادل در جریانهای استاتور و تولید شار آرمیچر در جهت مخالف روتور می چرخد ​​و باعث ایجاد جریان گردابی در جرم روتور می شود.

این جریان های گردابی که با دو برابر فرکانس سیستم (۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز) هستند ، در محیط پیرامونی روتور باعث گرم شدن موضع می شوند که ممکن است باعث ضعف گوه ها و حلقه های نگهدارنده روتور شود.

هنگامی که یک ژنراتور تحریک (یا میدان) خود را از دست می دهد ، قدرت راکتیو از سیستم قدرت به داخل ژنراتور جریان می یابد. سپس ژنراتور هماهنگی را از دست داده و به عنوان یک ژنراتور القایی ، بالاتر از سرعت همزمان کار می کند.

بالاتر از سرعت همزمان ، روتور در تلاش برای قفل شدن در هماهنگی شروع به نوسان می کند و در نتیجه باعث گرم شدن بیش از حد و آسیب های دیگر می شود. تا زمانی که سیستم پایدار باشد ، توان راکتیو (MVAr) به درون ژنراتور می ریزد و دستگاه به تولید انرژی فعال (MW) ادامه می دهد.

وقتی موتور بخار یا آب توربین خراب شود و ژنراتورها از سیستم الکتریکی نیرو بگیرند ، عملکرد موتور ژنراتورها ممکن است اتفاق بیفتد.

در توربین های بخار بخار به عنوان خنک کننده عمل می کند و تیغه ها را در دمای ثابت حفظ می کند. عدم تأمین بخار می تواند باعث گرم شدن بیش از حد تیغه ها شود. در بعضی از ماشین ها افزایش دما بسیار کم است که موتور می تواند برای مدت زمان قابل توجهی آن را تحمل کند.

توربین هیدرولیکی دارای حفره (تشکیل و سپس انفجار فوری حفره ها در مایع است – مناطق کوچک بدون مایع (“حباب”) – که در نتیجه نیروهای وارد بر مایع است).

این معمولاً هنگامی اتفاق می افتد که یک مایع تحت تغییرات سریع فشار قرار می گیرد که باعث ایجاد حفره هایی می شود که فشار نسبتاً کم است.

ایجاد حفره دلیل عمده ای برای خورندگی است. هنگام ورود به مناطق فشار بالا ، حباب های حفره ای که روی سطح فلز منشعب می شوند باعث ایجاد تنش چرخشی از طریق انفجار مکرر می شوند و در نتیجه باعث خستگی سطح فلز می شوند.

انواع خطاهای خارجی در یک ژنراتور

خطاهای سیستم برق خارجی و شرایط عملکرد غیر عادی عبارتند از:

خطاهای اتصال کوتاه خارجی

اتصال غیر همگام سازنده

خارج از مرحله (لغزش قطب یا از دست دادن همگام سازی)

اضافه بار

سرعت بیش از حد

عدم تعادل فاز و توالی فاز منفی

پایین و بالا از فرکانس

ولتاژ پایین و بالا

خطای پاک نشده یا کند پاک شدن سیستم شبکه می تواند باعث شود که ژنراتورها قطب ها را بلغزانند یا با بقیه سیستم “خارج از مرحله” شوند.

چنین شرایطی نامطلوب است زیرا تنش های مكانیكی مضر بر روی شافت وارد می شود و نوسانات شدید برق تأثیر مخربی بر ولتاژهای سیستم قدرت دارد.

همزمانی ممکن است به دلیل اتصال کوتاه خارجی ، خاموش شدن یک بار القایی مهم یا خطای سیستم تحریک ایجاد شود.

سرعت بیش از حد نتیجه خاموش شدن ناگهانی کل بار یا کاهش مهم بار است. دستگاه های محافظت از ژنراتور

ژنراتورها گرانترین تجهیزات در سیستمهای قدرت هستند. دستگاه های زیر برای محافظت از ژنراتورهای AC و DC در برابر نقص در آن استفاده می شود.

حفاظت از خطای زمین استاتور (سیم پیچ استاتور از فاز به فاز و زمین و یا استاتور از خطاهای زمین و استاتور محافظت می شود)

محافظت از خطای زمین روتور

محافظت نامتعادل از بارگذاری استاتور (از دست دادن حفاظت از میدان و تغییر در جریان توان راکتیو)

محافظت در برابر گرمای بیش از حد استاتور (محافظت در برابر گرم شدن سیم پیچ و یاطاقان استاتور و حفاظت از توالی فاز منفی)

محافظت در برابر از بین رفتن آتش دیگ بخار

محافظت در برابرعامل محرک و خرابی توربین (حفاظت از عدم تعادل فاز استاتور)

محافظت بیش از حد و تحریک بیش از حد (اشباع هسته به دلیل تحریک بیش از حد)

از بین رفتن عایق عایق

محافظت در برابر از دست دادن خاصیت روغن روانکاری

محافظت از خلا کم

محافظت در برابر ارتعاش و محافظت از فرکانس زیر و بیش از حد

پشتیبان گیری از ژنراتور

محافظت در برابر روتور اعوجاج و فاز محافظت از شروع اضافی

محافظت در برابر خطاهای اتصال کوتاه خارجی

محافظت در برابر انبساط اختلاف بین قطعات ساکن و چرخان ژنراتور

حفاظت از قدرت معکوس و محافظت از جریان منفی قدرت

برای ردیابی و پاک سازی سریع عیب های ژنراتور ، طرح های رله محافظ قابل اطمینان لازم است تا آسیب به حداقل برسد و زمان تعمیر به حداقل ممکن کاهش یابد.

حفاظت در برابر خطا های فاز به فاز سیم پیچ استاتور از طریق یک رله دیفرانسیل انجام می شود ، که این اصل قبلاً در بخشهای دیگر مورد بحث قرار گرفت. این دستگاه محافظ قادر به تشخیص خطاهای بین پیچ نیست.

وقتی چنین نوع خطایی رخ می دهد ولتاژ فاز کاهش می یابد و ولتاژ توالی صفر ظاهر می شود. این ولتاژ توسط یک رله ولتاژ (ANSI / IEEE / IEC کد ۶۰) متصل به VT شناسایی می شود.

زمین یا استاتور از خطای زمین به استاتور بستگی دارد. برای سیستم اتصال مقاومت می توان از یک رله جریان اضافی متصل به CT “حلقه ای” در اتصال خنثی یا یک رله ولتاژ در ترمینال های مقاومت استفاده کرد.

در شرایط سالم طبیعی هیچ جریانی از طریق مقاومت عبور نمی کند و ولتاژ در ترمینال ها برابر با صفر است.

برای اتصال به زمین از طریق ترانسفورماتور ، از یک رله ولتاژ برای بررسی ولتاژ در مقاومت متصل به ثانویه ترانس استفاده می شود.

در شرایط سالم طبیعی ترانسفورماتور زمین هیچ ولتاژ ثانویه ایجاد نمی کند و هیچ ولتاژی به رله اعمال نمی شود. هنگامی که خطای زمین استاتور رخ می دهد ، ولتاژی در ترمینال های ثانویه ترانسفورماتور زمین ایجاد می شود و رله ولتاژ کار می کند.

شکل ۱ اتصال معمولی برای دیفرانسیل استاتور و حفاظت از خطای زمین را نشان می دهد.

اتصال برای دیفرانسیل استاتور ژنراتور و حفاظت از خطای زمین

شکل ۱ – دیفرانسیل و حفاظت از خطای زمین استاتور

خطاهای اتصال کوتاه سیم پیچ روتور سیم پیچی توسط رله های جریان اضافی محافظت می شود.

سیم پیچ های روتور ممکن است در اثر خطا های زمین آسیب ببینند.

روتور یا سیم پیچ میدان بر روی ژنراتورهای بزرگ حرارتی فاقد اتصال زمین است ، بنابراین یک خطای زمین تنها جریان خطایی ایجاد نمی کند.

با این حال ، یک خطای زمین ، پتانسیل کل سیستم و سیستم تحریک کننده را افزایش می دهد و ولتاژهای اضافی ناشی از باز کردن میدان شکن ، یا قطع کننده اصلی ژنراتور ، به ویژه در شرایط خطا ، ممکن است باعث افزایش تنش در زمین شود ، هنگامی که گذراهای استاتور ولتاژ اضافی را در سیم پیچ های میدان القا می کنند. این ولتاژ اضافی ممکن است باعث ایجاد خطای دوم در سیم پیچ میدان شود.

خطای دوم در زمین ممکن است باعث گرم شدن موضعی شود که می تواند روتور را تحریف کند و باعث عدم تعادل خطرناک شود.

حفاظت در برابر خطاهای زمینی روتور ممکن است توسط رله ای فراهم شود که با اعمال ولتاژ AC کمکی به روتور یا رله ولتاژ به صورت سری با مقاومت بالا ، عایق روتور را کنترل کند (ترکیب مقاومت های خطی و غیر خطی ترکیب روش متداولی که امروزه استفاده می شود) از طریق مدار روتور متصل می شود ، نقطه مرکزی آن از طریق سیم پیچ رله حساس به زمین متصل می شود (ANSI / IEEE / IEC کد ۶۴).

امروزه تکنیک مدرن استفاده از مقاومتهای خطی و غیر خطی را می طلبد.

حفاظت از خطای زمین روتور

شکل ۲ – حفاظت از خطای زمین روتور

شکل ۲ نمونه ای از حفاظت از خطای زمین روتور را نشان می دهد.

از دست دادن حفاظت از میدان از رله ای استفاده می کند که تغییر جریان توان راکتیو را تشخیص می دهد. یک طرح معمولی از دست دادن تحریک از رله Offset Mho (امپدانس) برای اندازه گیری امپدانس بار ژنراتور استفاده می کند.

رله امپدانس یک رله تک فاز است و از  CT و VT ژنراتور تامین می شود. اگر مقدار امپدانس بار در مشخصات عملیاتی رله قرار گیرد ، از دست دادن رله میدان کار خواهد کرد.

اگر شرایط توان راکتیو پیش فاز برای ۱ ثانیه ادامه یابد ، یک رله زمان بندی برای شروع قطع دستگاه وجود دارد.

برای جلوگیری از اشباع هسته به دلیل تحریک بیش از حد در هنگام بالا بردن و خاموش کردن ، یک محافظت از تحریک بیش از حد (ANSI / IEEE / IEC کد ۵۹) استفاده می شود.

تحریک بیش از حد را می توان با معادله زیر توضیح داد:

B = V / f

جایی که B تراکم شار مغناطیسی یا القای مغناطیسی یا شار هسته باشد (واحد: تسلا-  T) ، V ولتاژ اعمال شده (واحد: ولت – V) و f فرکانس (واحد: هرتز hz) است.

برای اینکه شار هسته در زیر نقطه اشباع باقی بماند ، ولتاژ ژنراتور فقط با افزایش فرکانس (یا سرعت) ممکن است افزایش یابد.

اگر تحریک خیلی سریع افزایش یابد ، باید این شرایط تحریک بیش از حد تشخیص داده شود ، و میدان شکن از جای خود خارج شود.

در طرح های محافظتی بیش از حد تحریک از رله های ولت در هرتز استفاده می شود.

این رله ها دارای یک مشخصه خطی هستند و اگر ولتاژ تقسیم بر فرکانس از مقدار تنظیم شده بیشتر شود کار خواهند کرد.

محافظت در برابر گرمای بیش از حد سیم پیچ و یاطاقان استاتور معمولاً توسط RTD و ترمیستور برای کنترل دما انجام می شود.

حفاظت از عدم تعادل فاز استاتور معمولاً از یک رله اضافه جریان معکوس در زمان استفاده می کند ، که مطابق با حداکثر زمان روتور تنظیم شده است که می تواند در برابر این گرم شدن مقاومت کند.

عملکرد محافظت از توالی فاز منفی ژنراتور محافظت از ماشین در برابر اثرات بیش از حد گرم ، یعنی در روتور است که در نتیجه عدم تعادل جریان های فاز استاتور اتفاق می افتد.

محافظت از توالی فاز منفی

شکل ۳ – محافظت از توالی فاز منفی

این حفاظت از یک رله استفاده می کند که جریان را در دو مرحله از طریق CT مقایسه می کند ، همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است.

حفاظت ها مطابق با حداکثر زمانی است که روتور می تواند در برابر این گرما مقاومت کند و زمان با معادله K = I2t (بر اساس قانون ژول) تعریف می شود.

منحنی های معمولی برای این شرایط نشان داده شده است که به حرکت دهنده اصلی بستگی دارد و توسط سازنده نشان داده می شود.

حفاظت از قدرت معکوس

شکل ۴ – حفاظت از قدرت معکوس

(ANSI / IEEE / IEC code 32) در حفاظت قدرت معکوس از رله جهت دار قدرت برای نظارت بر بار ژنراتور استفاده می کند. همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است ، رله از CT و VT ژنراتور تأمین می شود و در صورت شناسایی جریان منفی جریان ، رله کار می کند.

حفاظت خارج از مرحله به جای خرابی های ژنراتور ، وضعیت ناشی از اختلالات سیستم برق را تشخیص می دهد. این محافظ هنگامی که ژنراتور قطب اول خود را می لغزد ، شرایط را تشخیص داده و باعث قطع شدن شکن های ژنراتور می شود.

توربین متوقف نمی شود تا دستگاه بتواند پس از پاک شدن اختلال سیستم مجدداً هماهنگ شود.

این محافظت را می توان مکمل حفاظت از دست دادن تحریک دانست.

شرایط خارج از مرحله با ژنراتور در فیلد کامل اتفاق می افتد و از دست دادن همزمانی به دلیل کم تحرکی زمانی اتفاق می افتد که ژنراتور هیچ فیلدی نداشته باشد.

حفاظت خارج از مرحله از سه رله اندازه گیری امپدانس استفاده می کند. این رله ها توسط ژنراتور CT و VT تأمین می شوند و امپدانس بار ژنراتور را اندازه گیری می کنند و در صورت کارکرد سه رله در توالی صحیح ، وضعیت نوسان برق را تشخیص می دهند و باعث قطع شدن قطع کننده های مدار HV می شوند.

برای خطاهای اتصال کوتاه خارجی از رله های جریان اضافی استفاده می شود (۵۰؛ ۵۰N؛ ۵۱؛ ۵۱N).

حفاظت فرکانس تحت و بیش از حد (ANSI / IEEE / IEC کد ۸۱) همچنین به جای نقص ژنراتور ، اختلالات سیستم را تشخیص می دهد. یک شکست عمده سیستم قدرت می تواند منجر به تولید بیش از حد یا ناکافی بودن بار برای باقی مانده بار متصل شود.

در حالت اول ، فرکانس بیش از حد ، با نتایج احتمالی اضافه ولتاژ به دلیل کاهش تقاضای بار. عملکرد در این حالت گرمازدگی ایجاد نمی کند مگر اینکه از توان نامی و تقریباً از ۱۰۵٪ ولتاژ نامی بیشتر شود.

کنترل های ژنراتور باید به سرعت تنظیم شوند تا خروجی ژنراتور با تقاضای بار مطابقت داشته باشد.

با تولید ناکافی برای بار متصل ، کم فرکانس نتیجه تقاضای بار سنگین است.

افت ولتاژ باعث می شود تنظیم کننده ولتاژ تحریک را افزایش دهد. نتیجه این است که گرم شدن بیش از حد هم در روتور و هم در استاتور ممکن است رخ دهد. در همان زمان ، تقاضای برق بیشتری می شود ، ژنراتور کمتر قادر به تأمین آن در فرکانس فروپاشی است.

کاهش بار سیستم انتقال قدرت اتوماتیک یا دستی باید در حالت ایده آل بار را متناسب با نسل متصل شده تنظیم کند تا قبل از سقوط کامل سیستم برق.

برای کنترل ولتاژ از رله های ولتاژ زیر و پایین (ANSI / IEEE / IEC کد ۵۹ و ۲۷) استفاده می شود.

محافظت از شروع تکمیلی فاز برای شناسایی شرایطی است که هنگام تولید سریع ژنراتور خطا وجود دارد. البته تولیدکننده ها نباید در یک بار یا شرایط خطا راه اندازی شوند.

برای جلوگیری از این ، فقط یک طرح حفاظتی استفاده می شود که فقط در صورت کم بودن فرکانس در سیستم های قدرت ۶۰ هرتز و ۵۲ هرتز در سیستم های ۵۰ هرتز ، به رله های کم جریان تنظیم می شود.

لینک زبان اصلی مقاله:

Generator Protection – Types of Faults & Protection Devices

لینک مرتبط با مقاله:

ماشین سنکرون- نسبت اتصال کوتاه

گروه فنی مهندسی ماه صنعت انرژی

گروه فنی مهندسی ماه صنعت انرژی فعال در زمینه های : دیزل ژنراتور ( سنکرونایزینگ - نصب و راه اندازی - عیب یابی -نگهداری - تامین دیزل ژنراتور و لوازم یدکی)- فروش ، تست ، راه اندازی و سنکرونایزینگ ژنراتورهای گازی و دیزلی ، ترانسفورماتورهای توزیع و قدرت ، خازن های فشار ضعیف و متوسط- مشاوره و طراحی مهندسی - نظارت و بازرسی - آموزش های تخصصی- پروژه های نفت ، گاز و پتروشیمی - دیتاسنتر - فولاد - احداث پست برق

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

همچنین ببینید
بستن
دکمه بازگشت به بالا