HECI GCB за генератори – Бърз SF₆ прекъсвач

1. Дефиниция и функция

1.1 Роля на апаратът за изключване на генератора

Апаратът за изключване на генератора (GCB) е контролируема точка за разединяване, разположена между генератора и трансформатора за повишаване на напрежението, служещ като интерфейс между генератора и мрежата за електроенергия. Неговите основни функции включват изолиране на аварии от страната на генератора и осигуряване на оперативен контрол по време на синхронизацията на генератора и неговото свързване с мрежата. Принципът на действие на GCB не се различава значително от този на стандартния апарат за изключване; обаче, поради високата DC компонента, присъстваща в токовете при аварии на генератора, GCB трябва да действат изключително бързо, за да изолират бързо авариите.

1.2 Сравнение между системи с и без апарат за изключване на генератора

Фигура 1 илюстрира ситуацията на прекъсване на тока при авария на генератора в система без апарат за изключване на генератора.

Фигура 2 показва ситуацията на прекъсване на тока при авария на генератора в система, оборудвана с апарат за изключване на генератора (GCB).

Както е показано в горното сравнение, предимствата на инсталирането на апарат за изключване на генератора (GCB) могат да бъдат резюмирани както следва:

По време на нормалния пуск и спиране на генериращата единица, не е необходима превключване на помагалната захранваща връзка—изисква се само управление на апарата за изключване на генератора, което значително подобрява надеждността на захранването на станцията.

При вътрешна авария в генератора (т.е., от страната на генератора на GCB), е необходимо само да се активира апаратът за изключване на генератора, което значително намалява сложността на операциите при аварии на единицата.

Осигурява по-добра защита на главния трансформатор и трансформатора за високо напрежение на станцията. Когато се случи вътрешна авария в който и да е от тези трансформатори, генераторът продължава да подава аварийен ток в периода на затихване на неговия поле (възбудителен) ток—дори след като високонапрегнатият апарат за изключване на главния трансформатор е бил отворен от защитната релейна апаратура. С инсталиран GCB, генераторът може бързо да бъде отключен, минимизирайки така вредата за главния трансформатор—критично предимство за големите генериращи единици.

Допълнително значително предимство е намаляването или изключването на вредата, причинена на генератора от несъвпадащо (неедновременно) действие на високонапрегнатия апарат за изключване. В връзките генератор-трансформатор, високонапрегнатият апарат за изключване работи при високо номинално напрежение, и в отворените типове комутационни устройства, големият интервал между фазите не позволява механично трифазово взаимно заключване. Следователно, несъвпадащо действие може да се случи дори при нормално превключване. Такива условия индуцират негативни последователни токове в статора на генератора, и роторът има много ограничен капацитет за търпене на негативни последователни магнитни полета—което потенциално води до сериозни повреди на ротора. Модерните GCB обаче са проектирани и произведени с трифазово механично взаимно заключване, което ефективно предотвратява несъвпадащо действие.

За аварии, които се случват от страната на генератора на GCB, е необходимо само да се активира апаратът за изключване на генератора—без да се отваря високонапрегнатият апарат за изключване на главния трансформатор—минимизирайки така въздействието върху общата структура на мрежата и благоприятствува на стабилността на системата.

Разположението на електроцентралата става по-просто и икономични, намалявайки времето за инсталация и настройка, както и разходите. Трансформаторът за захранване на станцията и съответната средно- и високонапрегната комутационна апаратура могат да бъдат изключени. С внедряването на GCB, средната наличност на станцията се увеличава с 0,3%–0,6%, и по-високата наличност на генератора се преобразува директно в увеличена енергийна приход.

2. Структура и функция

2.1 Обща структура

Системата на апарата за изключване се състои основно от следните компоненти и оборудване, всички монтирани на обща опорна рама. В зависимост от спецификациите на поръчката, някои от посочените компоненти могат да бъдат изключени.

Стандартният дизайн на HEC/HECI-типа комутационно устройство включва:

• SF₆ апарат за изключване

• Изключвач (разединител)

• Заземящ изключвач (заземител)

• Кондензатори

• Трансформатори на тока (CTs)

• Трансформатори на напрежението (VTs)

Гасители на вълнения, свързващи връзки и стартерни ключове (за статичен честотен преобразувател, SFC) са налични като опционални елементи.

1 – Апарат за изключване 2 – Изключвач (разединител) 3a – Заземящ изключвач 3b – Заземящ изключвач 4 – Свързваща връзка 5 – Стартерен ключ (SFC) 6 – Кондензатор

7 – Трансформатор на тока 8 – Трансформатор на напрежението 9 – Гасител на вълнения 10 – Корпус

Автоматичният предпазен contactor е напълнен с газ SF₆ като средство за изгасване на дъга. Главните контакти и контактите за изгасване на дъга са разделени. Контактите се управляват от пружинен механизъм. Три полюса на автоматичния предпазен contactor са механично свързани.

1 – Гъвкаво свързване 2 – Разединител (Изолационен ключ) 3 – Камера за изгасване на дъга 4 – Изолация 5 – Обвивка 6 – Заземващ (Земен) ключ 7 – Свързване на изолиран фазов лентовод

8 – Преобразувател на тока

Вътрешните компоненти в обвивката на GCB са показани на фигурата по-долу.

2.2 Компонентна съставка и функция

1) Управителен механизъм

HECI5-типът GCB използва AHMA 4 управителен механизъм. Фотографията на този управителен механизъм е следната:

1 – Комбиниран мотор (Мотор на маслен насос) 2 – Помощни контакти на контролния клапан 3 – Помощни контакти

① Операционен модул:

Модулът използва структура с постоянна разлика в налягането, при която високото налягане на маслото непрекъснато действа върху горния край на шийфта. Скоростите за отваряне и затваряне могат да бъдат регулирани отделно чрез съответните регулаторни винтове.

② Модул за съхранение на енергия:

Под действието на хидравличното масло, поршнът на акумулятора събира дискови пружини и съхранява хидравлична енергия дългосрочно в цилиндъра на акумулятора, предоставящ необходимата енергийна резерва за операции за отваряне и затваряне.

③ Контролен модул:

Електрически командни сигнали от главната контролна зала активират электромагнитни клапани за отваряне/затваряне, които на свой ред превключват направляващия клапан, за да се постигне отварянето или затварянето на предпазния contactor.

④ Адаптер (Свързващ) модул:

По време на движението на шийфа, свързващ кривошип превърта помощния ключ, като по този начин превключва сигнали за позицията на отваряне/затваряне.

⑤ Хидравличен помпов модул:

Електродвигател привежда в действие хидравличния насос, за да вкара масло в акумулятора, преобразувайки електрическата енергия в хидравлична енергия.

⑥ Модул за мониторинг:

Компресията на дисковите пружини задвижва кама на граничен ключ, който се завърта, за да отвори или затвори контактите на микроключ. Това предоставя сигнал за тревога и автоматична блокировка за главната контролна зала. (Когато налягането надхвърли определена стойност, клапанът за спускане на налягането се отваря автоматично, за да се постигне защита при прекомерно налягане.)

2) Предпазен contactor

Предпазният contactor е основен компонент на GCB. Неговата конструктивна принципна структура не е сложна, а функционалната му схема е показана по-долу:

S1 – Граничен ключ на пружина S0 – Помощен ключ SA – Индикатор на позицията Y1 – Завиващ катушка Y2, Y3 – Отварящи катушки 1 и 2 M0 – Мотор за съхранение на енергия R10 – Отоплител DI – Индикатор на плътността 

F6 – Монитор на плътността

3) Система с газ SF₆

В GCB газ SF₆ съществува само в предпазния contactor, реле на плътността, индикатора на плътността и свързващите газопроводи.

Мониторът на плътността е устройство за наблюдение на налягането, компенсиращо температурата, използвано за наблюдаване на плътността на газа SF₆ в триполюсния (трифазен) предпазен contactor. Налягането на газа може да бъде наблюдавано директно чрез манометъра. Когато налягането спадне под определен праг, мониторът на плътността изпраща сигнал „ПОПЪЛНИТЕ ГАЗ“. Ако налягането на SF₆ продължи да намалява, две независими микроключа ще активират блокировки, които ще попречат на всички переключващи операции — предпазният contactor става механично и електрически заблокиран.

Установените точки на монитора на плътността са определени в съответните контролни диаграми и характеристичните криви на плътността на газа SF₆.

Контролната панел на контролната кабина се състои главно от четири части:

• Блокиращ ключ

• Брояч на операции

• Индикатори за операции и тревоги

• Копчета за местен режим на операции

4) Кабинет за управление

Всички функции на механизма за управление на прекъснателя са интегрирани в кабинета за управление. Финалната конфигурация и функционалното разположение са детайлно описани в съответните диаграми за управление. В кабинета за управление са разположени следните компоненти за управление:

S2 – Палец за избор между локален/удален режим: Режимът на работа се избира чрез палеца S2.

В позицията Удален, командите могат да бъдат издавани само от главната контролна зала.

В позицията Локален, командите могат да бъдат инициирани само от кабинета за управление на прекъснателя.

Когато е в позицията Локален, ключът на палеца S2 не може да бъде изнет. Препоръчително е да се съхранява ключът в контролната зала.

S11/S12 – Осветени бутони за управление на прекъснателя.

5) Система за облекчаване на налягането (защита срещу експлозия)

Разпукващ се диск: В случай на вътрешна дъга (причинена от продължителен краткосрочен ток), ако газовото налягане във футера достигне прага за активиране, разпукващият се диск се разцепва, за да освободи излишното налягане моментално. Това бързо изпускане предотвратява катастрофално повредяване на футера, като безопасно изпуска сверхналяганата SF₆ газ.