Funktioner

Funktionsprincip – hvordan måler XG2 vektorspringsrelæ

Når en synkrongenerator er belastet, opstår en belastningsvinkel (rotorforskydningsvinkel) mellem:

• klemspændingen / netspændingen 𝑈1, og
• den interne synkrone elektromotoriske kraft 𝑈𝑝.

Dette giver en spændingsdifferens Δ𝑈mellem 𝑈𝑝og 𝑈1. Belastningsvinklen 𝜃mellem stator og rotor afhænger af det mekaniske drejningsmoment på generatorakslen. I stationær drift er den mekaniske aksel-effekt i balance med den elektriske effekt leveret til nettet, og den synkrone hastighed er konstant.

Ved netfejl eller auto-reclosing ændres belastningsforholdene pludseligt:

• Generatoren kommer til at forsyne en meget høj eller kraftigt ændret belastning.
• Belastningsvinklen reduceres brat, og spændingsvektoren 𝑈1ændrer hurtigt retning.
• Dette forløb kaldes en fase- eller vektorspringshændelse (vector surge).

XG2 vektorspringsrelæ måler vektorspringshændelsen således:

• Relæet overvåger kontinuerligt spændingskurven og måler tidsperioden for hver cyklus.
• Hver målecyklus startes ved nulgennemgang med positiv flanke.
• Den målte tidsperiode sammenlignes med en intern kvartsreferencetid.
• Ved en vektorspringshændelse forsinkes nulgennemgangen i forhold til reference, og XG2 detekterer straks et vektorspringssignal.
• Udløsevinklen ΔΘ – og dermed relæets følsomhed – er indstillelig, så vektorspringsrelæet kan tilpasses det konkrete anlæg.

Anvendelsesbemærkninger og grænsetilfælde

Selv om XG2 vektorspringsrelæ generelt giver meget hurtig og sikker detektering af netfejl for synkrongeneratorer i paralleldrift med net, skal følgende grænsetilfælde overvejes:

a) Ingen eller kun lille ændring i effektflow ved netfejl

Det kan forekomme:

• ved peak-lopping-drift (spidsbelastningsaflastning), eller
• i kraftvarmeanlæg (CHP), hvor effektudvekslingen mellem kraftværk og offentligt net er meget lav.

For at et vektorspringsrelæ kan detektere vektrospring på parallelkoblede generatorer, skal lastændringen ved netfejl være mindst 15 – 20 % af generatorens mærkeeffekt.

Hvis den aktive effekt ved nettilslutningspunktet er reguleret ned til et minimum, og der samtidig opstår en højohmig netfejl tæt ved stationen (generatornær), kan man få:

• ingen væsentlig vektorspringsvinkel,
• ingen markant ændring i effekt og frekvens – hvilket kan medføre – netfejlen detekteres ikke af vektorspringsrelæet.

Ved fjern netfejl (generator fjerne fejl) belastes synkrongeneratorerne derimod pludseligt af de tilbageværende forbrugere, hvilket giver et tydeligt vektrospring, og XG2 generator-netovervågningsrelæ detekterer netfejlen.

Hvis en lokal afbrydelse tæt på stationen kan forekomme, bør følgende overvejes:

• Ved en ikke-detekteret netfejl, mens netkoblingsafbryderen (net-CB) er indkoblet, vil XG2 reagere ved den første efterfølgende lastændring, der skaber en vektorspringshændelse, og udkoble netkoblingsafbryderen.
• Til detektering af højohmige netfejl kan der anvendes et nulstrømsrelæ (nulsekvensrelæ) med justerbar tidsforsinkelse.
  • Dog skal tidsforsinkelsen skal være lang nok til at tillade reguleringsindgreb, hvor strømmen kortvarigt kan gå mod “nul” ved nettilslutningspunktet.
  • Ved højohmige netfejl udkobler netkoblingsafbryderen via nulstrømsrelæet efter udløbet af tidsforsinkelsen.
•  For at undgå asynkron genindkobling i net, bør en automatisk genindkobling fra det offentlige net være blokeret i denne tidsperiode.
• Lastreguleringen ved nettilslutningspunktet bør tilrettelægges, så der altid flyder mindst ca. 5 % aktiv effekt af generatorens mærkeeffekt mod nettet.

b) Kortslutningslignende belastning ved fjern netfejl (generatorfjern kortslutning)

Ved fjern netfejl vil de tilbageværende forbrugere ofte medføre kortslutningslignende belastning af kraftværkets generatorer:

• XG2 vektorspringsrelæ detekterer netfejlen på ca. 70 ms og udkobler netkoblingsafbryderen.
• Den samlede udkoblingstid ligger typisk i området 150 – 170 ms (relæ + afbrydertid).

Hvis generatorerne desuden er udstyret med ekstremt hurtig kortslutningsbeskyttelse (f.eks. overstrømsbeskyttelse baseret på di/dt-detektering), risikerer man, at generatorerne udkobles uselektivt via generatorafbryderen. Det er uønsket, fordi:

• stationens egen forsyning bringes i fare, og
• senere synkron genindkobling i nettet først er mulig efter manuel reset af overstrømsbeskyttelsen.

For at undgå dette, bør kortslutningsbeskyttelsen på generatorafbryderen have en tidsforsinket karakteristik, så der er tilstrækkelig tid til, at netudkobling via XG2 vektorspringsrelæet gennemføres, før generatorens egen kortslutningsbeskyttelse eventuelt