REGIMURILE DE FUNCTIONARE A HIDROGENERATORULUI

REGIMURILE DE FUNCTIONARE A HIDROGENERATORULUI

Masina sincrona poate functiona in regim de generator, motor sau compensator sincron. Delimitarea acestor regimuri se poate efectua (asa cum rezulta din cele de mai sus) in functie de valorile unghiurilor ψ sau δ, determinate pe diagrama vectoriala a tensiunilor corespunzatoare ecuatiilor de functionare ale masinii sincrone. Astfel, masina functioneaza in regim de generator sincron cand unghiul ψ are valori cuprinse in intervalul - π / 2 si . Functioneaza in regim de motor sincron cand π / < ψ <- π / si in regim de compensator sincron cand unghiul ψ = ± π / (vezi fig.45).

   

Figura 45 Figura 46

In functie de valorile unghiului δ, considerand rezistenta statorului nula (R= 0), cele trei regimuri de functionare se definesc astfel: in intervalul 0< δ < π, masina functioneaza in regim de generator; pentru - π < δ < 0, masina functioneaza in regim de motor sincron; iar pentru: δ = 0, sau ± π / , masina functioneaza in regim de compensator sincron (vezi fig.46).

Despre formarea unghiului intern δ (uneori se noteaza cu θ ). Unghiul intern reprezinta decalajul in spatiul dintre axa geometrica a polilor rotorici (inductor) si axa de simetrie a campului magnetic invartitor rezultant Ф_r . Acest decalaj ia nastere ca efect direct a reactiei transversale a indusului (vezi fig.41). Unghiul intern se masoara in grade electrice.

Pentru a intelege mai bine cum se formeaza unghiul intern, ne imaginam coroana polara reala, cu polii nord si sud, rotindu-se cu viteza de sincronism n a rotorului si o alta coroana polara imaginara, cu polii nord si sud, rotindu-se in acelasi sens cu viteza n = 60 f / p = constant (viteza campului invartitor rezultant din intrefier). Unghiul intern reprezinta decalajul spatial dintre polii vecini (polii N, sau polii S ) ai celor doua coroane polare (vezi fig.47). Se mentioneaza ca intre cele doua coroane polare se exercita forte de atractie magnetica (repartizate pe fiecare pereche de poli), in cadrul miscarii de rotatie comune, la viteza de sincronism.

Figura 47

Din figura 47 rezulta o serie de constatari dupa cum urmeaza:

1. Campul rezultant Ф_r are o turatie riguros constanta n = 60 f / p in conditiile cand frecventa f este constanta.

2. In regimul stabilizat de functionare a masinii (corespunzator unei incarcari cu putere activa P), asupra polului inductor actioneaza forte de sens contrar, dupa cum urmeaza:

F_a de atractie spre campul rezultant Ф_r (corespunzatoare puterii electromagnetice).

F_mec datorata cuplului mecanic motor dezvoltat de turbina.

la turatia de sincronism a rotorului, cele doua forte F_a si F_mec sunt in echilibru si deci

in regim de generator, rotorul este situat in avans cu unghiul θ (δ) fata de campul invartitor rezultant (deci are valoare pozitiva).

in regim de motor, rotorul ramane in urma campului invartitor rezultant, (unghiul θ avand valoare negativa), fiind atras la turatia de sincronism.

3. Daca se modifica regimul de functionare (se creste puterea activa la P₁ > P), pozitia de echilibru a rotorului se modifica astfel:

unghiul intern θ va creste, intrucat noul raport intre cele doua forte va fi F_mec1 > F_mec .

curentul statoric I va creste la randul sau, determinand o crestere a reactiei indusului, ca urmare a cresterii componentei active a curentului I_q = I cos φ si care se manifesta prin majorarea fortei de atractie F_a la o noua valoare F_a1 .

noului echilibru de forte, F_mec1 = F_a1 ii corespunde unghiul intern θ₁ . La acest nou regim de incarcare cu sarcina, turatia de sincronism se va mentine.

4. Se remarca faptul ca rotorul care este legat elastic fata de campul invartitor rezultant, este supus influentelor exterioare legate de parametrii functionali ai hidrogeneratorului.

Un caz particular il reprezinta chiar oscilatiile aparatului director (organului de reglaj) al turbinei, care provoaca pendulari ale rotorului, in jurul unghiului intern stabil de functionare si care se manifesta prin pendulari ale parametrilor P; Q; I; unghi intern.

Caracteristica unghiulara a unui hidrogenerator P = f (θ), stabileste relatia dintre sarcina generatorului (puterea activa) si unghiul intern.

Figura 48

Analizand fig.48 rezulta:

caracteristica unghiulara pentru o masina cu poli aparenti, este o curba care porneste din origine (P = 0 ; θ = 0), atinge valoarea maxima la θ = 70^o si coboara pana intersecteaza axa absciselor la θ = 180^o .

puterea P debitata de turbina (si care nu depinde de unghiul intern θ), este reprezentata printr-o dreapta orizontala. In fig.48 au fost reprezentate dreptele corespunzatoare a doua puteri (P1 si P2) corespunzand la doua deschideri ale aparatului director (organului de reglaj) si a rotorului turbinei.

punctele stabile de functionare (in care puterea debitata de turbina este egala cu puterea electromagnetica debitata de hidrogenerator), se gasesc la intersectia celor doua drepte cu caracteristica unghiulara, fiind notate cu A si B, carora le corespunde unghiurile interne θ₁ si θ₂ .

functionarea hidrogeneratorului intre aceste limite va fi stabila (fara pendulatii), iar aceasta stare se numeste stabilitate statica.

Observatie:

Caracteristica unghiulara descrisa mai sus, corespunde unor valori constante pentru tensiunea la borne, curentul de excitatie si reactantele masinii si ale retelei.

Cresterea incarcarii masinii cu puteri mai mari decat P_max (corespunzatoare unui unghi intern de 70^o ), conduce la imposibilitatea realizarii unui punct de functionare stabila, fiind prezent un dezechilibru intre puterea turbinei si capabilitatile maxime de functionare ale generatorului in regim sincron.

Aceasta situatie conduce la pierderea stabilitatii statice, care se manifesta din punct de vedere fizic, prin ruperea legaturii elastice (magnetice), dintre rotor si campul invartitor si intrarea masinii in regim de generator asincron, care pentru hidrogeneratoarele din CHE constituie regim de avarie. Acelasi fenomen apare si in cazul pierderii complete a excitatiei (I_ex = 0), atunci cand hidrogeneratorul este incarcat cu putere activa. In exploatarea curenta unghiul intern se mentine in limitele de 32-35 grade, prin actiunea regulatorului automat de tensiune, in vederea asigurarii unei rezerve corespunzatoare de stabilitate.

Comportarea hidrogeneratorului la variatia brusca a unor parametri

La variatia brusca a unor parametri (in special a curentului de excitatie), apar pendulatii ale unghiului intern (atunci cand are loc trecerea de la o valoare initiala stabila θ₁ , la o noua valoare stabila θ₂ ). Capacitatea hidrogeneratorului de a-si modifica unghiul intern θ, de la un regim la altul (datorita variatiei intempestive a unor parametrii), prin pendulatii amortizate in timp si fara pierderea sincronismului, se numeste stabilitate dinamica.

Pentru explicatiile ce urmeaza ne vom folosi de caracteristica unghiulara P =f (θ), aratata in fig.49. daca una din marimile ce urmeaza, se modifica in mod intempestiv: (curentul de excitatie; tensiunea la borne; reactantele generatorului si liniei), caracteristica unghiulara a noului regim de functionare va fi alta, de regula noua caracteristica coboara Cel mai adesea, in exploatare, intalnim situatiile cand masina este subexcitata intempestiv, adica curentul de excitatie (I_ex) scade la o valoare mai mica. In acest caz, caracteristica unghiulara va fi cea din figura 2, cu mentiunea ca unghiul intern (θ_max) se va mentine in jurul aceleiasi valori de 70^o . Punctul de functionare stabil aflat in punctul A inaintea aparitiei perturbatiei curentului de excitatie, s-a mutat acum in punctul B, la intersectia curbei 2 cu dreapta puterii turbinei, care nu s-a modificat fata de prima situatie. Unghiul intern θ₁ corespunzator punctului A de functionare stabila, va creste, ajungand la valoarea θ₂ corespunzatoare noului punct B de functionare stabila.

Figura 49

Intrucat puterea turbinei a ramas constanta, cresterea unghiului intern θ, are loc numai din considerente electromagnetice.

Practic cresterea unghiului intern de la valoarea θ₁ la valoarea θ_2, nu se face instantaneu, (deoarece masele rotorice ale generatorului si turbinei au o anumita inertie), si ca atare va avea loc un fenomen de pendulare, adica unghiul intern are diferite valori intre punctele A1 si B1 de pe curba 2, aceste oscilatii amortizandu-se intr-un anumit timp. In cadrul acestor oscilatii, cea mai mare valoare pe care o inregistreaza unghiul intern θ, este θ_max corespunzatoare punctului B1 de pe curba 2. Mai putem observa ca in cadrul acestui proces de pendulare, puterea debitata de generator oscileaza intre valorile P_{max si} P_min , acest fenomen fiind sesizat de aparatele de masura ale generatorului.

Oscilatiile pendulare, mentionate mai sus, vor fi amortizate de catre infasurarea de amortizare de pe rotorul generatorului.

In concluzie, pentru asigurarea unei rezerve cat mai mari de stabilitate dinamica, generatoarele functioneaza, de regula, cu unghiuri interne mici 32^o-35^o. Un aport hotarator in asigurarea stabilitatii dinamice a generatorului, o are regulatorul automat de tensiune (RAT), care va reactiona prompt, modificand valoarea curentului de excitatie in rotor, in functie de fenomenele care au loc in reteaua in care se debiteaza energia.

Stabilitatea dinamica a hidrogeneratorului

Am vazut mai sus, cum se comporta hidrogeneratorul in cazul unor perturbatii mici si lente care se intalnesc curent in activitatea de exploatare. Uneori insa, pot aparea perturbatii in reteaua in care debiteaza generatorul, caracterizate prin variatii bruste si de mare amplitudine ale tensiunilor si curentilor si aparitia pendulatiilor.

Pentru a analiza fenomenele care au loc in asemenea situatii, consideram reteaua in care debiteaza generatorul si schema echivalenta a acesteia, cea din fig.50 in care :

X'_G = reactanta tranzitorie a generatorului; E'_G = tensiunea electromotoare a generatorului; X_T = reactanta transformatorului ; X_L = reactanta echivalenta a liniilor. Se mai considera ca reteaua (sistemul) are puterea aparenta S, infinita in raport cu generatorul, tensiunea U_S constanta, iar reactanta sistemului X_S = 0.

Figura 50

In fig.51. caracteristica 1 corespunde regimului normal de functionare; caracteristica 2 corespunde situatiei de avarie (de ex. un scurtcircuit in punctul K pe linia L₂ din fig.50) ; iar caracteristica 3 corespunde situatiei de dupa avarie (scurtcircuitul a fost izolat, prin deconectarea liniei). In regim normal, punctul de functionare stabila este in "a" caruia ii corespunde P_a = P_m (puterea electrica P_a este egala cu puterea mecanica P_m), iar unghiul intern are valoarea δ_a .

Figura 51

In momentul aparitiei scurtcircuitului, punctul de functionare se muta in pozitia "b" pe caracteristica 2. Datorita inertiei rotorului, unghiul δ nu se poate modifica instantaneu, ramanand la valoarea anterioara δ_a . Puterea debitata de generator in noul punct de functionare" b " este mai mica decat puterea mecanica P_m a turbinei. Ca urmare a excedentului de putere mecanica, rotorul se accelereaza, marindu-si energia cinetica. Ca urmare unghiul δ va creste pana in punctul "c" (ajungand la valoarea δ_c), punct ce corespunde momentului izolarii scurtcircuitului. In acest moment, punctul de functionare se muta pe caracteristica 3 in "e".

In acest moment, puterea activa debitata de generator este mai mare decat puterea debitata de turbina si ca atare rotorul incepe sa se franeze. Valoarea unghiului δ continua sa creasca (datorita energiei cinetice acumulata de rotor pe durata pana la izolarea defectului), pana in punctul "f". Energia cinetica acumulata de rotor in perioada de accelerare, se transforma in putere activa, care va fi debitata de generator in perioada de franare.

Noul punct de functionare din "f" nu este stabil, deoarece deficitul de putere mecanica (P_f > P_m ) face ca rotorul sa se franeze in continuare pana in punctul "h", care devine noul punct de functionare stabila, deoarece se afla la intersectia dintre cele doua caracteristici si deci P_h = P_m .

Stabilitatea dinamica va fi asigurata atat timp cat punctul "f" se gaseste pe caracteristica de functionare de dupa avarie 3, deasupra punctului limita "m". Daca s-ar depasi acest punct, stabilitatea dinamica s-ar pierde, deoarece in aceste conditii avem excedent de putere mecanica, rotorul se va accelera continuu, valoarea unghiului δ va continua sa creasca, iar generatorul va iesi din sincronism.

Aria a,b,c,d, este proportionala cu energia cinetica inmagazinata de rotor in perioada de accelerare, iar aria d,e,f,g, este proportionala cu energia cinetica a rotorului, transformata in energie activa, in perioada de franare.

Spunem ca sistemul va functiona stabil din punct de vedere dinamic, daca aria maxima posibila de franare e,d,m, este mai mare decat aria de accelerare a,b,c,d. Mentionam ca, daca se intarzie izolarea defectului, energia cinetica acumulata de rotor va fi mai mare (deci si aria a, b, c, d) si ca atare aria de franare poate ajunge sa fie delimitata de punctele e, d, m.

Deci o functionare stabila dinamic este asigurata daca : aria edm > aria abcd.

Rolul RAT la imbunatatirea stabilitatii statice a generatorului

Se stie ca rolul regulatorului automat de tensiune (RAT) este de a mentine tensiunea constanta la bornele generatorului.

Daca puterea debitata de generator creste (ca urmare a cresterii puterii debitate de turbina), interventia RAT pentru mentinerea constanta a tensiunii la borne, va fi in sensul cresterii curentului de excitatie respectiv a tensiunii, pe cand la reducerea sarcinii, RAT va actiona in sens invers, adica va reduce curentul de excitatie, respectiv tensiunea, pentru a mentine constanta tensiunea la borne.

Pentru studiul imbunatatirii stabilitatii statice prin actiunea RAT, este interesant cazul cand prin interventia acestuia creste tensiunea E_d debitata de generator si ca urmare caracteristica de putere va avea o valoare maxima mai mare decat in situatia initiala (vezi fig.52).

Figura 52

Daca in regim normal, punctul de functionare al generatorului se gaseste in "a" (la intersectia caracteristicii mecanice P₀ cu caracteristica puterii electrice E_do ), odata cu cresterea puterii mecanice la valoarea P₁ si daca curentul de excitatie ramane constant, punctul de functionare va trece in "a₁", corespunzadu-i unghiul de defazaj δ_a1 > δ_a . Se observa ca punctul de functionare a₁ este mai aproape de valoarea de valoarea maxima "c" si, prin urmare, cresterea inregistrata de unghiul δ cat si apropierea de valoarea maxima a puterii pe care o poate debita generatorul, conduc la reducerea rezervei de stabilitate statica.

Ca urmare a interventiei RAT, in vederea mentinerii constante a tensiunii la bornele generatorului (deoarece aceasta scade atunci cand puterea creste de la valoarea P_o la valoarea P₁), va creste curentul de excitatie, iar drept consecinta va creste si tensiunea de la valoarea E_do la E_d1 , deci vom avea o noua caracteristica de functionare E_d1 =ct. a carei putere maxima va fi in punctul C₁ si deci P_c1 > P_c . Punctul de functionare stabila va trece in "a_'1" caruia ii corespunde un unghi de defazaj δa'₁ < δa₁ . Rezulta ca atat cresterea puterii maxime, cat si micsorarea unghiului de defazaj, contribuie la imbunatatirea stabilitatii statice. De asemenea rezulta importanta RAT in asigurarea stabilitatii statice a generatorului.

Imbunatatirea stabilitatii dinamice prin izolarea rapida a unui defect

Reducerea timpului de izolare a unui defect in retea presupune protectii cat mai rapide si intrerupatoare cu timp de actionare mic. In acest mod (vezi fig.53), se poate reduce mai mult aria de accelerare, (deoarece pana in momentul deconectarii defectului, unghiul δ nu are timp sa creasca prea mult de la δ_a pana la δ_dec ) si prin urmare aria de franare necesara va fi mica, deci conditii mai bune pentru stabilitatea dinamica.

Figura 53

Fortarea excitatiei generatorului, contribuie la stabilitatea dinamica

Pentru a demonstra cele ce urmeaza, vom folosi fig.54. in care, pe langa cele trei caracteristici aratate in fig.51. de mai sus, apare o caracteristica suplimentara notata: F_E - fortare excitatie. Scaderea brusca a tensiunii la borne ca urmare a scurtcircuitului, determina intrarea in functiune a instalatiei de fortare a excitatiei generatorului. Prin aceasta curentul de excitatie creste la valoarea plafon, aproape de doua ori valoarea nominala a curentului de excitatie, (fiind precizata de fabricantul masinii) si ca urmare tensiunea la borne creste la valoarea maxima. Punctul de functionare al generatorului se va muta de pe caracteristica de avarie 2 pe o noua caracteristica F_E aflata deasupra caracteristicii 2 (adica din b' se va muta in c).

Figura 54

Imediat dupa actionarea protectiilor si eliminarea scurtcircuitului, moment in care unghiul δ a ajuns la valoarea δ_dec, punctul de functionare c' se muta in punctul d, pe caracteristica de dupa avarie (3). Din acest moment, rotorul generatorului se franeaza, pana cand suprafata de franare va fi egala cu suprafata de accelerare, adica in punctul d'.

Suprafata de accelerare a b b'a' va fi cu atat mai mica, cu cat timpul, de la aparitia scurtcircuitului pana la intrarea in functiune a fortarii excitatiei, va fi mai redus.

Se poate constata ca suprafata de accelerare, in cazul fortarii excitatiei, este mai mica decat in cazul cand aceasta nu exista sau nu intra in functiune, cu suprafata c b' b" c', ceea ce presupune o suprafata de franare mai mica. Deci fortarea excitatiei, in cazul aparitiei unui scurtcircuit sau a altor perturbatii care conduc la scaderi mari ale tensiunii la borne, contribuie la imbunatatirea conditiilor de mentinere a stabilitatii dinamice.

Regimul de functionare in compensator sincron

Masinile sincrone din CHE de mare putere sunt astfel construite incat pe langa functionarea in regim de generator, sa poata functiona la nevoie si in regim de compensator sincron.

Functionarea in compensator este un caz particular al functionarii masinii sincrone in regim de motor sincron, functionand in gol, adica absoarbe de la retea puterea activa necesara acoperirii pierderilor la mers in gol si debiteaza putere reactiva. Fata de retea, compensatorul sincron este echivalent cu o baterie de condensatoare, atunci cand este supraexcitat si cu o bobina atunci cand este subexcitat. Putem spune in general ca: indiferent de regimul energetic de functionare al masinii sincrone (generator, motor, compensator) masina sincrona supraexcitata debiteaza putere reactiva in retea, iar cand este subexcitata, absoarbe putere reactiva din retea.

Deci, cand masina functioneaza supraexcitata si debiteaza putere reactiva, efectul va consta in cresterea tensiunii din retea, pana ce aceasta va reveni la limitele normale (prin variatia curentului de excitatie, se regleaza tensiunea intre anumite limite). Atunci cand in retea este excedent de putere reactiva (si ca atare nivelul de tensiune va creste), prin subexcitarea masinii, aceasta va absorbi energie reactiva si drept urmare, tensiunea retelei va fi mentinuta in limite normale.

O caracteristica interesanta a masinii sincrone functionand in regim de compensator, este aceea ca ea poate stabiliza tensiunea retelei intre anumite limite, chiar in cazul in care curentul de excitatie este constant. Acest lucru se poate vedea din caracteristicile in V (vezi fig.55). Sunt trei caracteristici dintre care; caracteristica b corespunde tensiunii scazute a retelei, iar caracteristica c corespunde tensiunii marite a retelei. Presupunem ca masina, functionand in compensator, lucreaza cu o supraexcitatie corespunzatoare mentinerii nivelului nominal al tensiunii (in punctul A pe curba a).

Figura 55

In cazul cand tensiunea retelei ar scadea, punctul de functionare se va muta din A de pe curba a, in punctul B pe curba b. Punctului B ii va corespunde o valoare mai mare a curentului inductiv I absorbit de la retea, care va avea efect de magnetizare (reactia longitudinala magnetizanta a indusului) asupra compensatorului, contribuind astfel la refacerea nivelului tensiunii (punctul de functionare va fi readus in A).

Daca pornim tot de la situatia functionarii in punctul A si presupunem ca tensiunea retelei va creste, punctul de functionare se va muta din A de pe caracteristica a, in punctul C de pe curba c. Acestui punct de functionare ii corespunde un curent I mai mic, efectul reactiei indusului va fi demagnetizant si ca atare tensiunea va fi readusa in limitele normale (se va readuce punctul de functionare in A).

Daca I_1c este curentul prin infasurarea compensatorului, corespunzator tensiunii nominale a retelei (barei in care debiteaza), cand este excitat la maximum, iar I_1L cand este complet dezexcitat si se admite ca pierderile sunt neglijabile ;

I_1C = (U_eE - U) / X_d I_1L = U / X_d

facand raportul, rezulta:

I_1C / I_1L = (U_eE - U) / U = 1,5 ÷ 2

in care

U_eE = tensiunea de excitatie la mersul in gol al masinii sincrone U = tensiunea la borne X_d = reactanta sincrona longitudinala a indusului. Aceasta inseamna ca la compensator, infasurarea de excitatie va fi de sectiune mai mare decat a unui generator si de asemenea intrefierul trebuie sa fie mai mare.

In concluzie, compensatorul sincron indeplineste atat rolul de sursa de putere reactiva, imbunatatind factorul de putere, cat si de regulator al tensiunii retelei, prin aceea ca la cresterea tensiunii retelei, puterea reactiva data de compensator scade si creste atunci cand scade tensiunea.

Pornirea HA in compensator, sau trecerea din generator in compensator

In hidrocentralele in care sunt instalate hidroagregate proiectate sa functioneze si in regim de compensator sincron (de fapt motor sincron, care debiteaza putere reactiva cand este supraexcitat si absoarbe putere reactiva cand este subexcitat), pentru lansarea motorului sincron (motorul sincron nu poate porni singur), se utilizeaza turbina. Masinile utilizate in exclusivitate pentru functionarea in regim de compensator, pot fi pornite cu: motor auxiliar de pornire, sau prin metoda de pornire in asincron.

In situatia cand HA este oprit si se doreste pornirea in compensator, secventele procesului pana la realizarea paralelului, sunt identice ca la functionarea in generator. Dupa efectuarea paralelului prin sincronizare manuala sau automata precisa, simultan (in mod automat), se succed urmatoarele secvente: se inchide organul de admisie al apei in turbina, se introduce aer in turbina (la turbinele Francis) pentru realizarea pernei de aer, care va scadea nivelul apei si va asigura miscarea rotorului in aer si se adapteaza curentul de excitatie functie de puterea reactiva pe care dorim sa o produca masina. Pe timpul functionarii in compensator sincron, protectia de putere inversa va fi scoasa din functiune (automat), pentru a nu lucra eronat.

In cazul trecerii de la functionarea in generator, la functionarea in compensator, masina va fi descarcata de sarcina, dupa care se vor derula, in mod automat, secventele aratate mai sus, dupa efectuarea sincronizarii.

Trecerea masinii sincrone din regim de generator in regim de motor asincron

In functionarea masinii sincrone conectata la o retea de mare putere, pot sa apara regimuri asincrone, cand rotorul se invarteste cu o viteza diferita de cea sincrona corespunzatoare retelei. In acest caz unghiul δ dintre axa unui pol nord a rotorului si axa unui pol nord a campului magnetic rezultant asociat sistemului de tensiuni de faza al retelei, variaza nelimitat in timp. Generatorul sincron, se poate gasi in situatia de a functiona in regim asincron, in mai multe cazuri:   

la pierderea excitatiei

la conectarea la retea prin metoda autosincronizarii

la resincronizarea masinii, adica la repetarea sincronizarii dupa un mers asincron temporar.

Un caz particular poate fi acela, al conectarii intempestive a intrerupatorului de la bornele generatorului, atunci cand acesta se gaseste in stationare. In aceasta situatie curentii de pornire vor fi foarte mari, fiind intrunite conditiile ca sa lucreze protectiile generatorului (protectia de putere inversa si eventual, protectia maximala de curent), intreruptorul fiind deconectat.

In situatia cand masina trece din regim de generator in regim de motor asincron (ocazionat de pierderea excitatiei), intrerupatorul de la borne va fi deconectat de catre protectia de putere inversa (mai este denumita si protectia de intoarcere de putere, deoarece se schimba sensul curentilor in indusul masinii - in regim de motor vor circula de la retea catre masina) si de catre protectia impotriva ramanerii fara curent de excitatie, daca masina este prevazuta si cu o asemenea protectie. Acest lucru este necesar, deoarece intr-un astfel de regim cresc valorile curentilor, infasurarile (statorice si de amortizare) se vor incalzi peste limita admisa (masina nefiind construita pentru functionarea in asemenea regim), iar pentru a preveni deteriorarea se impune deconectarea rapida de la retea.

In cazul autosincronizarii, sau la resincronizarea masinii, sunt momente cand masina functioneaza in asincron dar, in niciun caz, circuitul de excitatie nu este deschis ca in cazul pierderii excitatiei.

Defecte si regimuri anormale de functionare   

Cele mai intalnite defecte sunt :    

supraincalzirea fierului activ al statorului (datorita: defectiunilor de izolatie intre tole, in special in zona dintilor, suprasarcina pe generator, racire defectuoasa);

supraincalzirea infasurarii statorului (datorita: efectului Joule; suprasarcina; curenti mari de defect exterior generatorului; scurtcircuit intre spire; functionarea in asincron; incalzirea capetelor de bobine; racire defectuoasa);

supraincalzirea infasurarii de excitatie (datorita: scurtcircuitelor intre spire; suprasarcinilor reactive; contacte imperfecte etc.);

scantei la perii (datorita: perii noi care nu calca bine pe colector sau inele; materialul inadecvat al periilor, contact in putine puncte-densitate mare de curent pe punct de contact; presiune de contact necorespunzatoare; deplasarea axei neutre etc.);

lipsa tensiunii la bornele masinii sincrone functionand in gol ca generator (datorita: defectiunilor in circuitele de masura; contacte imperfecte in circuitul primar; intreruperi ale fazelor: defect intre doua faze; defectiuni in circuitele de masura; scurtcircuit la borne);

la functionarea in gol a generatorului sincron, exista tensiune numai intre doua faze (datorita: unei faze intrerupte; defectiuni in circuitul de masura; contacte imperfecte);

la functionarea in gol a generatorului, tensiunile intre faze sunt mai mici decat cele prescrise de fabricant;

la functionarea in gol a generatorului, tensiunile intre faze sunt inegale (datorita: scurtcircuit intre spire pe unele dintre faze; contacte imperfecte in circuitul primar; defectiuni in circuitele de masura a tensiunii; defectiuni in reductorii de tensiune);

tensiunea generatorului variaza atat la functionarea in gol cat si in sarcina (datorita: defectiuni in rotor; defectiuni in circuitul de excitatie etc).

Regimuri anormale la functionarea in paralel

a - Functionarea in paralel a generatorului este instabila, intensitatea curentului si puterea oscileaza. Oscilatia poate fi atat de mare incat generatorul iese din sincronism

Simptomele iesirii din sincronism sunt : curentul in stator si puterea oscileaza brusc, socurile lor depasind cu mult valorile normale, ajung pana la limitele scalelor aparatelor de masura; tensiunea generatorului si a barelor oscileaza brusc, fiind mai mica decat cea normala; curentul rotorului oscileaza intens in jurul valorii nominale; generatorul va acuza un bazait care este in rezonanta cu oscilatiile aparatelor.

Dintre cauzele unui asemenea regim anormal citam:

regulatorul de viteza al turbinei este defect;

reteaua complexa in care functioneaza generatorul si-a pierdut stabilitatea dinamica.

Cauza poate fi conectarea sau deconectarea din retea a unor generatoare, sau a unor mari consumatori; schimbarea configuratiei retelei (a schemei de conexiuni), avarii in retea, in special scurtcircuite.

b- generatorul si-a pierdut excitatia

Regimul de functionare a generatorului s-a schimbat: curentul de excitatie din rotor, este aproape de zero, tensiunea la bornele generatorului este scazuta, puterea indicata de wattmetru este mai mica decat cea normala, curentul statorului este mare, warmetrul arata ca generatorul consuma putere reactiva. Generatorul a intrat in regim asincron de functionare.

Normativele tehnice nu permit functionarea hidrogeneratorului in regim asincron, fie ca poseda sau nu infasurare de amortizare si, ca atare, daca nu se poate restabili rapid excitatia, generatorul trebuie deconectat de la retea.

c- generatorul functioneaza in regim de motor

Simptomele unui astfel de regim sunt urmatoarele: se schimba sensul energiei active, puterea reactiva creste, curentul statoric are o valoare ceva mai mica, iar tensiunea statorului, tensiunea si curentul de excitatie raman neschimbate. Cauza acestui regim anormal poate fi un defect al regulatorului de viteza al turbinei sau un alt tip de defect care a condus la inchiderea accesului apei in turbina. Intr-un astfel de regim generatorul poate functiona timp nelimitat.