HECI GCB لمحركات التوليد – قاطع دارة سريع SF₆

1.التعريف والوظيفة

1.1 دور قاطع الدائرة المولد

يعتبر قاطع الدائرة المولد (GCB) نقطة فصل قابلة للتحكم تقع بين المولد والمُحوّل الرافع، ويعمل كواجهة بين المولد وشبكة الكهرباء. من أهم وظائفه عزل الأعطال على الجانب المولد وتمكين التحكم التشغيلي أثناء مزامنة المولد وربطه بالشبكة. مبدأ عمل GCB ليس مختلفًا بشكل كبير عن مبدأ عمل قاطع الدائرة القياسي. ومع ذلك، بسبب وجود مكون DC عالي في تيار الأعطال للمولدات، يجب أن يعمل GCB بسرعة كبيرة لعزل الأعطال بسرعة.

1.2 مقارنة بين الأنظمة مع وبدون قاطع دارة المولد

يوضح الشكل 1 سيناريو انقطاع تيار عطل المولد في نظام بدون قاطع دارة المولد.

يظهر الشكل 2 سيناريو انقطاع تيار عطل المولد في نظام مجهز بقاطع دارة المولد (GCB).

كما يظهر في المقارنة أعلاه، يمكن تلخيص مزايا تركيب قاطع دارة المولد (GCB) كما يلي:

خلال بدء التشغيل وإيقاف تشغيل الوحدة الكهربائية بشكل طبيعي، لا يتطلب التحويل إلى مصدر الطاقة المساعد - فقط تشغيل قاطع دارة المولد يكون كافيًا، مما يعزز بشكل كبير موثوقية طاقة الخدمة في المحطة.

في حالة حدوث عطل داخلي داخل المولد (أي على الجانب المولد من GCB)، يتم فقط قطع قاطع دارة المولد، مما يقلل بشكل كبير من التعقيد التشغيلي خلال أعطال الوحدة.

يوفر حماية أفضل للمحوّل الرئيسي ومحوّل خدمة المحطة عالي الجهد. عند حدوث عطل داخلي في أي من هذين المحوّلين، يستمر المولد في تغذية تيار العطل خلال فترة تناقص تيار المجال (التشويج) حتى بعد فتح قاطع الدائرة على الجانب العالي للمحوّل الرئيسي بواسطة أجهزة الحماية. مع تركيب GCB، يمكن قطع المولد بسرعة، مما يقلل من الأضرار التي تصيب المحوّل الرئيسي - وهو فائدة حاسمة بالنسبة للوحدات الكهربائية الكبيرة.

مزايا إضافية مهمة هي تخفيف أو القضاء على الأضرار التي تلحق بالمولد بسبب عدم التشغيل المتزامن (اختلاف الأقطاب) لقاطع الدائرة عالي الجهد. في اتصالات الوحدة المولدة-المحوّل، يعمل قاطع الدائرة عالي الجهد تحت جهد مرتفع معدَّل، وفي لوحة التوزيع المفتوحة، فإن المسافة الكبيرة بين الأطوار تمنع التداخل الميكانيكي ثلاثي الأقطاب. وبالتالي، يمكن أن يحدث التشغيل غير المتزامن حتى أثناء التحويل الطبيعي. مثل هذه الظروف تؤدي إلى تيار سلسلة سالبة في المولد الثابت، وللروتر تحمل محدود جدًا لمجالات السلسلة السالبة - مما قد يؤدي إلى أضرار شديدة للروتر. ومع ذلك، تم تصميم وتصنيع قواطع الدائرة الحديثة GCB بتداخل ميكانيكي ثلاثي الأقطاب، مما يمنع التشغيل غير المتزامن بشكل فعال.

بالنسبة للأعطال التي تحدث على الجانب المولد من GCB، يتم فقط قطع قاطع دارة المولد - دون فتح قاطع الدائرة على الجانب العالي للمحوّل الرئيسي - مما يقلل من تأثيره على بنية الشبكة العامة ويستفيد من استقرار النظام.

تصبح تخطيط محطة الطاقة أكثر بساطة وتوفيرًا، مما يقلل من وقت التركيب والتجميع والتكاليف. يمكن إلغاء المحوّل الخدمي التابع للمحطة وأجهزة التوزيع ذات الجهد المتوسط والعالي المرتبطة به. مع تنفيذ GCB، يزيد معدل توفر المحطة بمعدل 0.3٪-0.6٪، ويزيد توفر المولد بشكل مباشر في الإيرادات الطاقية.

2.الهيكل والوظيفة

2.1 الهيكل العام

يتكون نظام قاطع الدائرة أساسًا من المكونات والمعدات التالية، كلها مثبتة على إطار دعم مشترك. بناءً على مواصفات أمر الشراء، قد يتم استبعاد بعض المكونات المدرجة.

التصميم القياسي لأجهزة التوزيع من نوع HEC/HECI يشمل:

• قاطع دائرة SF₆

• فصل (قاطع عازل)

• قاطع توصيل بالأرض (قاطع ترتيبي)

• محاثات

• محولات تيار (CTs)

• محولات فولت (VTs)

الأجهزة الوقائية، وروابط القصر، والقاطع البدء (لتحويل التردد الثابت، SFC) متاحة كخيارات اختيارية.

1 – قاطع دائرة 2 – فصل (قاطع عازل) 3a – قاطع توصيل بالأرض 3b – قاطع توصيل بالأرض 4 – رابط قصر 5 – قاطع البدء (SFC) 6 – محاث

7 – محول تيار 8 – محول فولت 9 – جهاز وقاية 10 – غلاف

يتم ملء قاطع الدائرة بغاز SF₆ كوسط لإخماد القوس الكهربائي. يتم فصل الأطراف الرئيسية والأطراف التي تنتج القوس الكهربائي. تعمل الأطراف بواسطة آلية تعمل بالربيع. تكون القطبين الثلاثة لقاطع الدائرة مترابطة ميكانيكيا.

1 - الاتصال المرن 2 - الفاصل (المفتاح العازل) 3 - غرفة إخماد القوس الكهربائي 4 - العزل 5 - الغلاف 6 - مفتاح التأريض (التجهيز بالأرض) 7 - اتصال حافلة الأطوار المعزولة

8 - محول التيار

تظهر المكونات الداخلية داخل غلاف GCB في الشكل أدناه.

2.2 تركيب المكونات ووظيفتها

1) الآلية التشغيلية

يستخدم مفتاح HECI5 من نوع GCB آلية AHMA 4 للتشغيل. الصورة الفعلية لهذه الآلية التشغيلية هي كالتالي:

1 - المحرك المدمج (محرك مضخة الزيت) 2 - نقاط الاتصال المساعدة للمحول 3 - نقاط الاتصال المساعدة

① الوحدة التشغيلية:

تتبنى الوحدة بنية ثابتة الضغط، حيث يضغط الزيت عالي الضغط باستمرار على النهاية العليا لعمود الرمح. يمكن تعديل سرعات الفتح والإغلاق بشكل منفصل عبر براغي الخنق المناسبة.

② وحدة تخزين الطاقة:

تحت تأثير زيت الهيدروليك، يقوم رمح المكثف بتقلص الأقراص الربيعية وتخزين الطاقة الهيدروليكية على المدى الطويل في أسطوانة رمح تخزين الطاقة، مما يوفر الاحتياطي اللازم للطاقة لعمليات الفتح والإغلاق.

③ الوحدة التحكمية:

تنشيط الإشارات الكهربائية الواردة من غرفة التحكم الرئيسية لفتح أو إغلاق صمامات السولينويد، والتي بدورها تقوم بتحويل صمام التحكم الاتجاهي لتحقيق فتح أو إغلاق قاطع الدائرة.

④ الوحدة التكيفية (الربط):

خلال حركة عمود الرمح، يحرك ذراع التوصيل المفصلي المفتاح المساعد للتدوير، وبالتالي تبديل إشارات موقع الفتح والإغلاق.

⑤ وحدة مضخة الهيدروليك:

يدفع المحرك الكهربائي مضخة الهيدروليك لحقن الزيت في المكثف، مما يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة هيدروليكية.

⑥ وحدة المراقبة:

يقوم ضغط الأقراص الربيعية بدفع الكام بمفتاح الحد، والذي يدور ليفتح أو يغلق نقاط الاتصال لمفتاح الدقيق. هذا يوفر إشارات إنذار ووظائف التحكم التلقائي لغرفة التحكم الرئيسية. (عندما يتجاوز الضغط القيمة المحددة، يفتح صمام التخفيف الضغط تلقائيًا لتحقيق الحماية من زيادة الضغط.)

2) قاطع الدائرة

قاطع الدائرة هو المكون الرئيسي لـ GCB. مبدأ تركيبه ليس معقدًا، ومخططه الوظيفي موضح أدناه:

S1 - مفتاح الحد الربيعي S0 - المفتاح المساعد SA - مؤشر الموضع Y1 - ملف الفتح Y2, Y3 - ملفات الفتح 1 و 2 M0 - محرك تخزين الطاقة R10 - مدفأة DI - مؤشر الكثافة 

F6 - جهاز مراقبة الكثافة

3) نظام غاز SF₆

في GCB، يوجد غاز SF₆ فقط في قاطع الدائرة، ومتابع الكثافة، ومقياس الكثافة، وأنبوب الغاز الرابط.

يعمل مراقب الكثافة كجهاز مراقبة للضغط مع تعويض درجة الحرارة المستخدم لمراقبة كثافة غاز SF₆ في قاطع الدائرة ذو الثلاثة أقطاب (ثلاثة أطوار). يمكن ملاحظة ضغط الغاز مباشرة عبر مقياس الضغط. عندما ينخفض الضغط تحت حد معين، يرسل مراقب الكثافة إشارة "إعادة شحن الغاز". إذا استمر انخفاض ضغط SF₆، سيقوم مفتاحان دقيقان مستقلان بتفعيل التحكم التلقائي الذي يمنع أي عمليات التحويل - يصبح قاطع الدائرة مقفلاً ميكانيكيًا وكهربائيًا.

تعطى نقاط الضبط لمراقب الكثافة في الرسوم البيانية ذات الصلة والمنحنيات الخاصة بكثافة غاز SF₆.

يتكون لوحة التحكم في الخزان الرئيسي أساساً من أربع أجزاء:

• مفتاح التحكم

• عداد التشغيل

• مؤشرات التشغيل والإنذار

• أزرار وضع التشغيل المحلي

4) خزانة التحكم

جميع وظائف آليات تشغيل قاطع الدائرة مدمجة داخل خزانة التحكم. يتم تفصيل التكوين النهائي وتخطيط الوظائف في الرسوم البيانية للتحكم ذات الصلة. تتضمن الخزائن التالية المكونات التحكمية:

S2 - مفتاح الاختيار المحلي/البعيد: يتم اختيار وضع التشغيل عبر مفتاح S2.

في الوضع البعيد، يمكن إصدار الأوامر فقط من غرفة التحكم الرئيسية.

في الوضع المحلي، يمكن بدء الأوامر فقط من خزانة تحكم قاطع الدائرة.

عندما يكون في الوضع المحلي، لا يمكن إزالة مفتاح مفتاح الاختيار S2. يُنصح بتخزين المفتاح في غرفة التحكم.

S11/S12 - أزرار ضغط مضيئة لتشغيل قاطع الدائرة.

5) نظام تخفيف الضغط (حماية الانفجار)

قرص الانفجار: في حالة حدوث عطل قوس داخلي (بسبب تدفق تيار قصير طويل الأمد)، إذا وصل ضغط الغاز داخل العلبة إلى عتبة التفعيل، ينفجر قرص الانفجار لإطلاق الضغط الزائد فوراً. هذا التهوية السريعة تمنع الفشل الكارثي للعلبة عن طريق تصريف غاز SF₆ المضغوط بأمان.