HECI GCB per generadors – Interruptor ràpid de circuit SF₆
1.Definició i funció
1.1 Ròleg del Circuit Breaker del Generador
El Circuit Breaker del Generador (GCB) és un punt de desconnectatge controlable situat entre el generador i el transformador d'elecció, servint com a interfície entre el generador i la xarxa elèctrica. Les seves funcions principals inclouen l'aïllament de les faltes del costat del generador i l'habilitació del control operatiu durant la sincronització del generador i la connexió a la xarxa. El principi d'operació d'un GCB no difereix significativament del d'un interruptor de circuit estàndard; tanmateix, degut al component CC alt present en les corrents de falta del generador, els GCB són necessaris per operar extremadament ràpidament per aïllar ràpidament les faltes.
1.2 Comparació entre sistemes amb i sense un Circuit Breaker del Generador
La Figura 1 il·lustra l'escenari d'interrumpir la corrent de falta del generador en un sistema sense un Circuit Breaker del Generador.
La Figura 2 mostra l'escenari d'interrumpir la corrent de falta del generador en un sistema dotat d'un Circuit Breaker del Generador (GCB).
Com es mostra en la comparació anterior, els avantatges de l'instal·lació d'un Circuit Breaker del Generador (GCB) es poden resumir com segueix:
Durant l'enrereig i parada normals de l'unitat de generació, no cal que es realitzi un canvi de subministrament auxiliar—només cal l'operació del circuit breaker del generador, augmentant significativament la fiabilitat de l'energia de servei de la plantà.
En cas de falta interna dins del generador (és a dir, al costat del generador del GCB), només cal trencar el circuit breaker del generador, reduint considerablement la complexitat operativa en casos de faltes de l'unitat.
Proporciona millor protecció al transformador principal i al transformador de servei de baixa tensió. Quan ocorre una falta interna en qualsevol d'aquests transformadors, el generador continua alimentant la corrent de falta durant el període de decàiem de la corrent de camp (excitació)— fins i tot després que el circuit breaker de l'alta tensió del transformador principal ha estat obert per relés de protecció. Amb un GCB instal·lat, el generador es pot desconectar ràpidament, minimitzant així els danys al transformador principal—un benefici crític per a les unitats de generació grans.
Un avantatge addicional significatiu és la mitigació o eliminació dels danys causats al generador per l'operació no simultània (discrepància de pols) del circuit breaker d'alta tensió. En les connexions de l'unitat generador-transformador, el circuit breaker d'alta tensió opera a una tensió nominal alta, i en armari de commutació obert, l'espaiament gran entre fases impedeix l'interbloqueig mecànic de tres fases. Com a conseqüència, l'operació no simultània pot ocórrer fins i tot durant la commutació normal. Aquestes condicions indueixen corrents de seqüència negativa en l'estator del generador, i el rotor té una tolerància molt limitada als camps magnètics de seqüència negativa—potentment conduint a danys severos al rotor. Tanmateix, els GCB moderns estan dissenyats i fabricats amb interbloqueig mecànic de tres fases, prevenint efectivament l'operació no simultània.
Per a les faltes que ocorren al costat del generador del GCB, només cal trencar el circuit breaker del generador—sense obrir el circuit breaker de l'alta tensió del transformador principal—minimitzant l'impacte en l'estructura general de la xarxa i beneficiant la stabilitat del sistema.
La disposició de la central esdevé més simple i econòmica, reduint el temps d'instal·lació i de proves, i els costos. El transformador de servei i el seu equipament associat de mitja i alta tensió es poden eliminar. Amb la implementació del GCB, la disponibilitat mitjana de la central augmenta en un 0,3%–0,6%, i una major disponibilitat del generador es tradueix directament en uns ingressos d'energia més alts.
2. Estructura i funció
2.1 Estructura global
El sistema de circuit breakers consta essencialment dels següents components i equips, tots muntats en un suport comú. Depenent de les especificacions de la comanda, alguns dels components enumerats podrien ser exclusos.
El disseny estàndard del quadre de distribució HEC/HECI inclou:
Interruptor de circuit SF₆
Disconnector (interruptor d'isolació)
Interruptor de terra (interruptor de puesta a tierra)
Condensadors
Transformadors de corrent (TC)
Transformadors de tensió (TT)
Els parafulmins, els enllaços de curto-circuit i l'interruptor d'enrereig (per a Convertidor Estàtic de Frequència, CEF) estan disponibles com a opcions.
1 – Interruptor de circuit 2 – Disconnector (Interruptor d'isolació) 3a – Interruptor de terra 3b – Interruptor de terra 4 – Enllaç de curto-circuit 5 – Interruptor d'enrereig (CEF) 6 – Condensador
7 – Transformador de corrent 8 – Transformador de tensió 9 – Parafulmine 10 – Caixa
El disjuntor està ple de gas SF₆ com a mitjà d'extinció d'arc. Els contactes principals i els contactes d'arc estan separats. Els contactes són operats per un mecanisme de molla. Les tres pols del disjuntor estan interconnectades mecànicament.
1 – Connexió flexible 2 – Desconnectador (Interruptor de separació) 3 – Càmara d'extinció d'arc 4 – Aïllament 5 – Caixa 6 – Interruptor de terra (Aterrament) 7 – Connexió de busbar de fase aïllada
8 – Transformador de corrent
Els components interns dins de la caixa del GCB es mostren en la figura següent.
2.2 Composició i funció dels components
1) Mecanisme d'operació
El commutador HECI5 utilitza el mecanisme d'operació AHMA 4. La foto física d'aquest mecanisme d'operació és la següent:
1 – Motor combinat (motor de bomba d'oli) 2 – Contactes auxiliars de la válvula de control 3 – Contactes auxiliars
① Mòdul d'operació:
El mòdul adopta una estructura de diferència de pressió constant, on l'oli de pressió elevada actua continuament sobre la part superior de la barra del piston. Es poden ajustar les velocitats d'obertura i tancament separatament mitjançant els parafangs de flux corresponents.
② Mòdul d'emmagatzematge d'energia:
Sota l'acció de l'oli hidràulic, el pistó de l'acumulador comprimeix les muelles discoidals i emmagatzema l'energia hidràulica a llarg termini al cilindre del pistó d'emmagatzematge, proporcionant la reserva d'energia necessària per a les operacions d'obertura i tancament.
③ Mòdul de control:
Els senyals de comandament elèctrics des de la sala de control principal activen les válvules electromagnètiques d'obertura/tancament, que a la vegada canviaran la válvula de control direccional per aconseguir l'obertura o el tancament del disjuntor.
④ Mòdul d'adaptador (interconnexió):
Durant el moviment de la barra del piston, un braç de biela connectat fa girar l'interruptor auxiliar, canviant així els senyals de posició d'obertura/tancament.
⑤ Mòdul de bomba hidràulica:
Un motor elèctric impulsa la bomba hidràulica per injectar oli a l'acumulador, convertint l'energia elèctrica en energia hidràulica.
⑥ Mòdul de monitorització:
La compressió de les muelles discoidals impulsa un cam de l'interruptor de límit, que gira per obrir o tancar els contactes d'un microinterruptor. Això proporciona senyals d'alarma i funcions d'interbloqueig automàtic per a la sala de control principal. (Quan la pressió supera el valor especificat, la válvula de descàrrega de pressió s'obre automàticament per aconseguir la protecció contra sobrepresió.)
2) Disjuntor
El disjuntor és el component principal del GCB. El seu principi estructural no és complex, i el seu diagrama esquemàtic de funcions es mostra a continuació:
S1 – Interruptor de límit de molla S0 – Interruptor auxiliar SA – Indicador de posició Y1 – Bobina de tancament Y2, Y3 – Bobines d'obertura 1 i 2 M0 – Motor d'emmagatzematge d'energia R10 – Calentador DI – Indicador de densitat
F6 – Monitor de densitat
3) Sistema de gas SF₆
En el GCB, el gas SF₆ només està present en el disjuntor, el relé de densitat, el manòmetre de densitat i la tubería de gas interconnectada.
El monitor de densitat és un dispositiu de monitorització de pressió compensat per temperatura utilitzat per monitoritzar la densitat del gas SF₆ en el disjuntor de tres pols (trifàsic). La pressió del gas es pot observar directament a través del manòmetre. Quan la pressió baixa per davall d'un llindar especificat, el monitor de densitat envia un senyal "REPLENIR GAS". Si la pressió de SF₆ continua disminuint, dos microinterruptors independents activaran interlocks que preveniran qualsevol operació de commutació—el disjuntor queda bloquejat mecànicament i elèctricament.
Els punts de configuració del monitor de densitat estan especificats en els diagrames de control rellevants i les corbes característiques de la densitat del gas SF₆.
El panell de control del quadre de control consta principalment de quatre parts:
Interruptor d'interlock
Comptador d'operacions
Indicadors d'operació i d'alarma
Botons de mode d'operació local
4) Armari de control
Totes les funcions del mecanisme d'operació del disjuntor estan integrades dins l'armari de control. La configuració final i la disposició funcional es detallen en els diagrames和富文本结构，仅翻译标签内文字，严禁改动标签、属性、结构、换行、段落、列表、加粗等任何格式。根据这个规则，我将只翻译标签内的文字而不改变任何HTML标签或格式。以下是翻译后的内容：
```html
4) Armari de control Totes les funcions del mecanisme d'operació del disjuntor estan integrades dins l'armari de control. La configuració final i la disposició funcional es detallen en els diagrames i esquemes de control rellevants. Els següents components de control són tots allotjats dins l'armari de control: S2 – Interruptor selector Local/Remot: El mode d'operació es selecciona mitjançant l'interruptor S2. En la posició Remot, les ordres només es poden emitir des de la sala de control principal. En la posició Local, les ordres només es poden iniciar des de l'armari de control del disjuntor. Quan està en la posició Local, no es pot treure la clau de l'interruptor selector S2. Es recomana guardar la clau a la sala de control. S11/S12 – Botons il·luminats per a l'operació del disjuntor. 5) Sistema de descàrrega de pressió (protecció contra explosions) Disc de ruptura: En cas de falla d'arc intern (causada per una corrent de curtcircuït prolongada), si la pressió del gas dins de l'envolvent arriba al llindar d'activació, el disc de ruptura es trenca per alliberar la pressió excèssiva immediatament. Aquest ventallat ràpid evita la falla catastròfica de l'envolvent, alliberant de manera segura el gas SF₆ sobrepresuritzat.
