Santral yardımcı sistemi genellikle oldukça karmaşıktır ve bir düzine motor, transformatör, kapasitör bankası, değişken frekanslı sürücüler, PLC'ler ve diğer elektrikli cihazlardan oluşur. Bu nedenle, koruma rölesi basit olamaz; bir güç ve kontrol sisteminin her bir bileşeni bunlar arasındaki koordinasyon için özel dikkat gerektirir.
Bu teknik makale, enerji santrallerinin ana üretim tesislerini sürdürmek için bir yardımcı sistemin nasıl tasarlanması gerektiğine biraz ışık tutacaktır. Tüm tesisin normal ve acil durumda çalışması açısından motorların, transformatörlerin ve diğer cihazların koruma koordinasyonuna özel önem verilir.
Arızalı elektrikli ekipman, mümkün olduğunca hızlı bir şekilde hizmetten ÇIKARILMALIDIR. Tesis içindeki birçok elektrik arızası veya anormal olay için bu, jeneratörün sistemden çıkarılmasını, uyarı sisteminin devreye girmesini, türbin valflerinin kapatılmasını ve kazan yangınlarının söndürülmesini gerektirebilir. Çoğu zaman bu kabul edilemez.
(!) Ancak, ünite devreye girmiş ve kapatılmak üzere olsa bile, yatak yağ pompaları, alet hava kompresörleri, egzoz ve tahliye fanları vb. hayati bakımların yapılması gereklidir.
Ayrıca yardımcı sistem, ünitenin mümkün olan en kısa sürede hizmete dönmesine izin verecek şekilde yapılandırılmalıdır.
İçindekiler:
- Üniteye bağlı jeneratörün yardımcı sistemi
- Hangi tip devre kesici kullanılmalı?
- Faz hata koruması (51)
- Toprak arıza korumasını asla hafife alınmamalı
- Bara transfer şemaları (alternatif kaynak)
- Jeneratör kesici (gerekli mi değil mi?)
Üniteye bağlı jeneratörün yardımcı sistemi
Üniteye bağlı bir jeneratörün tipik bir yardımcı sisteminin bir kısmı aşağıdaki Şekil 1'de gösterilmektedir.
4 k yardımcı bara, doğrudan 20 kV jeneratör kablolarından veya başlatma transformatöründen beslenir ve ana motorların kaynağıdır. Birim boyutları arttıkça, yardımcı yük orantılı olarak artar ve daha yüksek nominal transformatörler ve daha yüksek nominal, daha yüksek voltajlı motorlar gerektirir. Bu, 6,9 kV ve 13 kV gibi daha yüksek bara voltajlarına neden oldu.
Faz hatası akımları da arttı ve daha yüksek kesme kapasitesine sahip şalt donanımı gerektirdi. Şalt cihazının boyutlandırılmasında dikkate alınması gereken iki çelişkili faktör vardır. Standart transformatörlerin empedansı, değerleri arttıkça artar.
Normal ve kısa devre akımları da arttığı için yardımcı bara ile motor arasında daha büyük bir gerilim düşümü mevcuttur.
Şekil 1 - Üniteye bağlı jeneratöre sahip tipik bir enerji santrali yardımcı sisteminin tek hat şeması
Normal tasarım uygulaması, motorun çalıştırılması sırasında motor terminallerinde voltajın en az %85 olmasını sağlamaktır. Standart trafo empedansının, gerilim düşüşünü azaltmak ve %85 gerilim kriterini korumak için daha düşük bir değerde olduğu belirtilirse, kesme akımı, daha büyük anma şalt cihazı gerektirecek şekilde artacaktır.
Arıza akımını azaltmak için trafo empedansı yükseltilirse ve dolayısıyla şalt sisteminin kesme kapasitesi gereksinimi, voltaj düşüşü çok yüksek olacaktır.
" Yardımcı sistem tasarlanırken tüm bu faktörler hesaba katılmalıdır. Transformatörler özel empedanslarla daha yüksek bir maliyetle belirlenebilir. Yardımcı sistem birkaç bara bölümü ile tasarlanabilir, böylece her bölüm için trafo değerini düşürür.
Akım sınırlayıcı reaktörler ya ayrı cihazlar olarak kullanılabilir ya da şalt donanımına dahil edilebilir.
4 kV (veya daha yüksek) baraya ek olarak, tesiste bulunan onlarca veya yüzlerce daha küçük motor, ısıtma ve aydınlatma yüklerini beslemek için daha düşük voltajlı bir yardımcı bara sistemi kullanılmaktadır. Bu düşük voltajlı bara sisteminin nominal voltaj değeri 600 veya 240 V olabilir.
Düşük voltajlı baralar, Şekil 1'de gösterildiği gibi daha yüksek voltajlı bara tarafından enerjilendirilir.
(!) 4 kV bara arızası veya 20 kV/4 kV veya 4 kV/'nin arızalanması durumunda, birkaç bara bölümü arasında veya jeneratör yükseltme (GSU) ile başlatma trafosu arasında otomatik atma şemaları kullanılır. 600 V transformatör. Ek olarak, manuel devirme, jeneratörü hizmetten çıkarmadan bakım için esneklik sağlar.
Alçak gerilim baralarında kullanılan devre kesiciler metal mahfazalı panoya dahildir ve ANSI standartları C37.20-1 ve C37.20-3 kapsamındadır. Mutlaka çekmece tipi olmayabilirler, CT'leri yoktur ve motor kontrol merkezlerine monte edilebilirler.
Devre kesiciler, sınırlı kesme kapasitesine sahip havalı tip veya kalıplı kasalı kesiciler olabilir. Koruma, bir dizi açma bobini veya termal eleman tarafından sağlanır.
Hangi tip devre kesici kullanılmalı?
Uygulamaya bağlı olarak birçok devre kesici tasarımı vardır:
- Yağ devre kesiciler
- Havalı devre kesiciler
- Vakum devre kesiciler
- Kükürt heksaflorür (SF6) devre kesiciler
Vakumlu devre kesiciler, 13 mm'den (0,5 inç) daha az bir boşlukta arkı söndürür çünkü vakumda arkı desteklemek için iyonize edilebilecek hiçbir bileşen yoktur. Kükürt heksaflorür (SF6) devre kesiciler, iki yöntemden birini kullanarak yayı söndürür: kirpi tasarımı, sınırlı bir ark alanında püskürtülen az miktarda gazla yayı üfler; dönen ark tasarımı, arkı soğutan ve söndüren SF6 boyunca döndürmek için elektromanyetik etkiyi kullanır.
Günümüzde vakum ve SF6 devre kesiciler daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu devre kesiciler, esas olarak, bakım için kesicinin çıkarılmasına izin veren çekmeceli tiplerdir.
Şekil 2 - ABB UniGear ZS1 vakumlu devre kesiciler (VCB) - fotoğraf: slaters-electricals.com
Şekil 3 - Orta gerilim çekmeli vakumlu devre kesici, tip VD4 - fotoğraf kredisi: slaters-electricals.com
2400 V'un üzerindeki veriyolları, ANSI standardı C37.20-2'de tanımlandığı gibi metal kaplı şalt donanımı kullanır. Şalt bölmesi, AT'leri, yardımcı kontakları ve genellikle röleleri ve sayaçları içerir.
Faz hata koruması (51)
Ünite yardımcı ve yol alma trafolarının sekonderindeki faz aşırı akım röleleri (51A ve 51B), bireysel motor koruma ve anahtarlama için bara koruma ve yedek röle sağlar.
Şekil 1, baraların ve yüklerin genel düzenini gösterir ve 2000 hp motorun ve 7500 hp motorun korumasını gösterir.
(!) İdeal olarak, 51A ve 51B yedek aşırı akım röleleri, en yüksek motor koruma rölesinden daha büyük başlatma ayarlarına ve en uzun başlatma süresinden daha uzun zaman gecikmelerine sahip olmalıdır. Bu ayarlar o kadar yüksek olabilir veya süreler o kadar uzun olabilir ki koruma kabul edilemez ve aşağıda tartışıldığı gibi değişiklikler veya uzlaşmalar gerekir.
Röleler aynı zamanda birincil bara koruyucu rölelerse, ayarlar o kadar yüksek olabilir ki, minimum bara arızası için başlatmayı sağlamak için yeterli marjı sağlamak için yeterli bara arıza akımı olmayabilir.
Şekil 4 - Bireysel motor koruma ve pano için bara koruma ve yedek röle olarak ünite yardımcı ve yol alma trafolarının sekonderindeki faz aşırı akım röleleri (51A ve 51B).
Koordinasyon teorik olarak mümkün olsa bile, gerekli gecikme kabul edilemeyecek kadar uzun olabilir. Bu gibi durumlarda bazı tavizler mümkündür. En büyük motorlar muhtemelen diferansiyel korumaya sahip olacağından, yedekleme işlevi, daha küçük motorların aşırı akım röleleri ile birlikte başlatmada bir azalma ile koordine etmeyi düşünebilir.
(!) Diferansiyel rölelerin her zaman çalışır durumda olduğunu varsayarsak, diferansiyel koruma anlık olduğu için daha büyük motorlarla koordinasyon sorun olmaz. Diferansiyel röleler bir hatayı gideremezse ve zaman gecikmeli aşırı akım röleleri bunu yapmak zorunda kalırsa koordinasyon kaybedilir. Bu genellikle kabul edilebilir bir risktir.
Birincil koruma sağlamak için bir bara diferansiyel rölesi kullanılabilir ve aşırı akım röleleri, motor rölesi veya şalt arızaları için yedek koruma sağlar. Zaman gecikmesi daha sonra kabul edilebilir. Başlatma ayarı, en büyük motorun başlatma akımının büyüklüğünü yine de tanımalıdır.
Bu değerin üzerine ayarlanamıyorsa yedek röleyi bloke edecek bir kilitleme sağlanmalıdır.
Şekil 5 - Aşırı akım yedekleme ve bara diferansiyel koruma şeması
Aşırı akım yedek rölesi, baraya sağlanan toplam akımı görürken, diferansiyel röle, daha önce bahsedildiği gibi yalnızca besleme akımı ve yük akımı arasındaki farkı görür. Aşırı akım yedekleme korumaları için röle ayarları biraz zordur ve genellikle anlık ve zamanlanmış bir bileşen kullanır.
“ Sonuçta amaç, ana besleme kesici S'yi açmak için yedek koruma çalışmadan önce X ve Y kesicilerinin hatayı temizlemesi gerektiğidir.
Toprak arıza koruması asla hafife alınmamalı
Toprak arıza korumasının önemi fazla vurgulanamaz. Tüm arızaların %75 - 85'inde zeminin karıştığı kabul edilir. Ek olarak, faz aşırı akımı genellikle geçici bir proses aşırı yüklenmesini yansıtırken, toprak akımı neredeyse her zaman bir arıza göstergesidir.
(!) Yardımcı sistemler ya delta ya wye bağlantılı olabilir. Bir delta sistemi normalde topraklanmamış olarak çalıştırılır ve ilk toprak göstergesi göründüğünde hizmette kalmasına izin verilir. Genellikle birinci zeminin izole edilebileceği ve ikinci bir zemin oluşmadan önce düzeltilebileceği varsayılır.
600 V ve altındaki sistemlerin delta bağlantılı olması nadir değildir. Orta gerilim sistemleri (5 kV ila 15 kV) genellikle toprak akımını belirli bir değerle sınırlamak için nötr bir dirençle birlikte wye'de çalıştırılır.
Direnç zamanla ilgili bir yeteneğe sahiptir, örn. 10 s, maksimum toprak akımında ve bu zaman kısıtlaması dahilindeki tüm arızaları ortadan kaldırmak toprak koruma sisteminin bir işlevidir.
Şekil 6 - Yardımcı ve başlatma transformatörlerinde 2,0 Ω nötr dirençler
Şekil 6'da, 4 kV sistemdeki toprak arızaları, yardımcı ve başlatma trafolarındaki 2,0 Ω nötr dirençler ile sınırlandırılmıştır. Maksimum arıza akımının büyüklüğü, 2,0 Ω direnç tarafından bölünen hat-toprak gerilimidir. Veri yolunun nominal gerilimi 4 kV'dur ancak normal çalışma gerilimi 4160 V'tur.
Bu nedenle, maksimum toprak akımı 4160/(√3 x 2) veya 1200 A'dır.
Koordinasyon elbette yükte başlamalıdır. Motor toprak aşırı akım koruması, Şekil 7'de gösterilen toroidal CT tarafından sağlanırsa koordinasyon sorunu oluşmaz.
Şekil 7 - Röle koruma uygulamalarında akım trafoları
Bunlar, 120 A'lık bir röle akımıyla sonuçlanan 50:5 oranına sahip olabilir. Bir anlık röleyi 5.0 A'ya ayarlayın. Şekil 8'de gösterildiği gibi bir artık toprak rölesi kullanılıyorsa, kesiciler A ve CT'ler üzerinden maksimum toprak hatası B 1200/600 = 2,0 A'dır. Zaman gecikmeli toprak aşırı akım rölelerini 0,5 A ve 15 - 30 döngüye ayarlayın.
Motor röleleri, ilgili fider kesiciyi açar, 51A ve 51B, 4 kV ana kesicileri açar ve nötr röleleri 51N, ilişkili birincil kesicileri açar.
Şekil 8 - Artık bağlı toprak rölesi
Baraların transfer şemaları (alternatif kaynak)
Birincil kaynağın kaybolması durumunda yardımcı veri yolunu alternatif bir kaynağa aktarmak için bir veriyolu aktarım şeması sağlamak yaygın bir uygulamadır. Santrallerde bu alternatif kaynağın amacı, normal çalışmayı sürdürmek değil, bir başlangıç kaynağıyla yardımcı bir trafonun arızalanması durumunda yedek olarak hareket etmek ve düzenli ve güvenli bir kapatma sağlamaktır.
Endüstriyel tesislerde, alternatif kaynağın farklı bir amacı olabilir, örneğin üretimde esneklik sağlamak veya bazı tesisleri kamu hizmetinden ve diğerlerini yerel bir jeneratörden tedarik etmek.
(!) Transfer planı birkaç faktörü göz önünde bulundurmalıdır. Hem normal hem de başlangıç kaynakları hala enerjiliyken operatör tarafından manuel, canlı bir aktarım gerçekleştirilir. İki kaynağın senkronizasyonu bozulabiliyorsa, senkronizasyon ekipmanının dahil edilmesi gerekecektir.
Bazı şemalar bu artık voltajı izler ve alternatif kaynağa ancak bu voltaj önemli ölçüde düşürüldükten sonra kapanmaya izin verir.
Şekil 9 - Tipik bir üniteden istasyona santral veriyolu transfer şeması
Jeneratör kesici (gerekli mi değil mi?)
Şekil 10, alternatif bir tesis olarak bir jeneratör kesiciyi göstermektedir. Bu, bir hidro santralde olduğu gibi ortak bir veri yoluna bağlı jeneratörler için yaygındır. Ancak birim sisteminin gelişiyle birlikte bu konfigürasyon eskisi kadar sık kullanılmadı. Ünite sistemi, kazan, türbin, jeneratör ve GSU trafosunun tek bir varlık olarak çalıştırılmasını ve herhangi bir elemanın kaybının tamamının hizmet dışı bırakılmasını gerektirir.
(!) Jeneratör kesici o zaman gereksizdir. Ayrıca ünite boyutları arttıkça, bir jeneratör kesicinin kesme kabiliyeti teknik olarak zorlaştı. 1300 MW'lık bir jeneratör, jeneratör voltaj seviyesinin, örn. yardımcı transformatörleri besleyen otobüste.
Böyle bir kesici sadece son derece maliyetli olmakla kalmaz, aynı zamanda binaya önemli ölçüde uzunluk katan jeneratör ile yükseltici transformatör arasına yerleştirilmelidir. Bu, inşaat ve kurulumun her segmentine maliyet getirir.
Şekil 10 - Alternatif bir tesis olarak jeneratör kesici
Bununla birlikte, jeneratör kesici son derece yararlı olabilir. En önemli avantajı, jeneratör veya yardımcı baralardaki bir arızada, jeneratör devre kesicisi olmadan jeneratör katkısını arızadan çıkarmak için jeneratörün, jeneratör alanı bozulana kadar arızayı beslemeye devam etmesidir. Bu, 7 - 10 s kadar sürebilir.
Bu süre zarfında arızadaki enerji, bağlı tüm ekipmanlarda büyük fiziksel hasara neden olacak ve yangın olasılığını büyük ölçüde artıracaktır.
(!) Şekil 1'de görüldüğü gibi jeneratör kesicisiz, yardımcı baralara 800 kV kesici F, yolverme trafosu ve 4 kV kesici B üzerinden enerji verilerek başlangıç yapılır. Senkronizasyon 800 kV kesici E üzerinden yapılır. Bir ünite açması durumunda, E kesicisi açılarak ünite sistemden çıkarılır ve 4 kV kesici A açılarak ve B kesicisi kapatılarak yardımcı bara başlangıç trafosuna aktarılır. Kesici F normal olarak kapalı çalıştırılır.
Başlatma trafosu başka bir sisteme bağlıysa, B kesicisi senkronizasyon röleleri ile kapatılmalıdır. Jeneratör kesici sağlanmışsa, başlatma sırasında jeneratör kesici açıktır ve yardımcı baralar GSU trafosu ve 4 kV kesici A üzerinden beslenir.