HECI GCB for Generators – Hurtig SF₆ strømbryder

1.Definition og funktion

1.1 Generator Circuit Breaker (GCB) rolle

Generator Circuit Breaker (GCB) er et kontrollerbart afbrydningspunkt placeret mellem generator og stigningstransformator, som fungerer som en grænseflade mellem generator og strømnettet. Dets primære funktioner inkluderer at isolere fejl på generator-siden og at gøre driftsstyring mulig under generatorsynkronisering og tilslutning til strømnettet. Driftsprincippet for en GCB er ikke væsentligt anderledes end for en standard kreditskillelse; dog kræver de høje DC-komponenter i generatorfejlstrømme, at GCB'er kan operere ekstremt hurtigt for at hurtigt isolere fejl.

1.2 Sammenligning mellem systemer med og uden Generator Circuit Breaker (GCB)

Figur 1 viser scenariet for afbrydelse af generatorfejlstrøm i et system uden Generator Circuit Breaker (GCB).

Figur 2 viser scenariet for afbrydelse af generatorfejlstrøm i et system udstyret med en Generator Circuit Breaker (GCB).

Som illustreret i ovenstående sammenligning kan fordelene ved installation af en Generator Circuit Breaker (GCB) summeres som følger:

Under normal start og stop af genereringsenheden er der ikke behov for skift af hjælpestroemforsyning - kun operation af generator circuit breaker er nødvendig, hvilket betydeligt øger pålideligheden af stationens servicestrømforsyning.

I tilfælde af en intern fejl inden for generator (dvs. på generator-siden af GCB), er det kun nødvendigt at trippe generator circuit breaker, hvilket betydeligt reducerer driftskompleksiteten under enhedsfejl.

Det giver bedre beskyttelse af hovedtransformator og højspændings stations service transformator. Når der opstår en intern fejl i en af disse transformatorer, fortsætter generator med at levere fejlstrøm under nedbrydningstiden for dens felt (opspændings) strøm - selv efter at højspændings side kreditskillelsen af hovedtransformator er blevet åbnet af beskyttelsesrelæ. Med en GCB installeret, kan generator hurtigt afkobles, hvilket minimaliserer skader på hovedtransformator - en vigtig fordel for store genereringsenheder.

En yderligere betydelig fordel er mildring eller eliminering af skader på generator, som skyldes usammenfaldende (pol-disagreement) operation af højspændings kreditskillelse. I generator-transformator enhed forbindelser, opererer højspændings kreditskillelsen ved højt nominelt spænding, og i åbent type skruge, forebygger den store fase-til-fase afstand mekanisk tre-pole låsning. Derfor kan usammenfaldende operation opstå, selv under normal skiftning. Sådanne forhold inducerer negative sekvens strømme i generator stator, og rotor har meget begrænset tolerance over for negative sekvens magnetiske felter - potentielt fører dette til alvorlige rotor skader. Moderne GCB'er er dog designet og produceret med tre-fase mekanisk låsning, hvilket effektivt forebygger usammenfaldende operation.

For fejl, der opstår på generator-siden af GCB, er det kun nødvendigt at trippe generator circuit breaker - uden at åbne hovedtransformatorens højspændings side kreditskillelse - hvilket minimaliserer indvirkningen på det samlede netstruktur og gavner systemstabiliteten.

Kraftværkslayout bliver enklere og mere økonomisk, reducerer installation, indstillings tid og omkostninger. Stations service transformator og dets associerede medium- og højspændings skruge kan udelades. Med GCB implementering, stiger gennemsnitlig anlægs tilgængelighed med 0,3%–0,6%, og højere generator tilgængelighed oversættes direkte til øget energiindtjening.

2. Struktur og funktion

2.1 Helhedsstruktur

Kreditskillelsessystemet består i princippet af følgende komponenter og udstyr, alle monteret på en fælles støtte ramme. Afhængigt af ordrebekræftelsen, kan visse listede komponenter udelades.

Standarddesignet for HEC/HECI-type skruge inkluderer:

• SF₆ kreditskillelse

• Afbryder (isolationskreditskillelse)

• Jordningskreditskillelse

• Kondensatorer

• Strømtransformatorer (CTs)

• Spændingstransformatorer (VTs)

Overgangsbegrænsere, kortslutnings koblinger og start-up switch (for Static Frequency Converter, SFC) er tilgængelige som valgfrie elementer.

1 – Kreditskillelse 2 – Afbryder (Isolationskreditskillelse) 3a – Jordningskreditskillelse 3b – Jordningskreditskillelse 4 – Kortslutnings kobling 5 – Start-up switch (SFC) 6 – Kondensator

7 – Strømtransformator 8 – Spændingstransformator 9 – Overgangsbegrænser 10 – Beholder

Kredsløbsbryderen er fyldt med SF₆-gas som buekvælende medium. De hovedkontakter og buekontakter er adskilt. Kontakterne styres af en fjederdrivning. De tre poler i kredsløbsbryderen er mekanisk forbundet.

1 – Flexibel forbindelse 2 – Afkobler (Isoleringsbryder) 3 – Buekvælende kammer 4 – Isolation 5 – Beholder 6 – Jorderingsbryder (Jordningsbryder) 7 – Forbindelse til isoleret fase busbar

8 – Strømtransformator

De interne komponenter inden i GCB-beholderen vises på figuren nedenfor.

2.2 Komponentkomposition og funktion

1) Drivmekanisme

HECI5-type GCB-bryder anvender AHMA 4 drivmekanisme. Fysisk foto af denne drivmekanisme er følgende:

1 – Kombineret motor (oliepumpemotor) 2 – Kontrolventil hjælpekontakter 3 – Hjælpekontakter

① Drivmodul:

Modulen anvender en konstant trykdifferentielstruktur, hvor højtryksolie kontinuerligt virker på den øverste ende af stangen. Åbne og lukke hastigheder kan justeres separat via de relevante strømforsøgsskreve.

② Energilagringsmodul:

Under virkningen af hydraulisk olie, comprimerer akkumulatorstangen pladefjedre og lagrer hydraulisk energi over længere tid i energilagringscylinderen, hvilket giver den nødvendige energireserve til åbne og lukke operationer.

③ Kontrolmodul:

Elektriske kommandosignaler fra hovedkontrollrummet aktiverer åbn/luk solenoideventiler, som i sin tur skifter retning på kontrolventilen for at opnå enten åbning eller lukning af kredsløbsbryderen.

④ Adapter (Forbindelses) modul:

Under bevægelsen af stangen, driver en forbindelseskrogarm den hjælpeswitch til at rotere, hvilket skifter åbn/luk positions signaler.

⑤ Hydraulisk pumpe modul:

En elektrisk motor drevet hydraulisk pumpe sprøjter olie ind i akkumulatoren, hvilket omdanner elektrisk energi til hydraulisk energi.

⑥ Overvågningsmodul:

Komprimering af pladefjedre driver en cam på en grænseventil, der roterer for at åbne eller lukke kontakterne på en mikroswitch. Dette giver alarmsignaler og automatiske låsesystemer til hovedkontrollrummet. (Når trykket overstiger det specificerede værdi, åbner trykreliefventilen automatisk for at opnå overtryksbeskyttelse.)

2) Kredsløbsbryder

Kredsløbsbryderen er den vigtigste komponent i GCB. Dens strukturelle princip er ikke kompleks, og dens funktionskort er vist nedenfor:

S1 – Fjedergrænseventil S0 – Hjælpeswitch SA – Positionsindikator Y1 – Lukkebobin Y2, Y3 – Åbn bobin 1 og 2 M0 – Energilagring motor R10 – Opvarmning DI – Tæthedsmåler 

F6 – Tæthedsovervåger

3) SF₆-gassystem

I GCB findes SF₆-gas kun i kredsløbsbryderen, tæthedsrelæet, tæthedsmåleren og den forbundne gasspand.

Tæthedsovervågeren er et temperaturkompenseret trykovervågningsapparat, der bruges til at overvåge SF₆-gastætheden i den trepolerede (trefas) kredsløbsbryder. Gaspresset kan direkte observeres via trykmåleren. Når presset falder under en specifik grænse, sender tæthedsovervågeren et "OPFYLD GAS" signal. Hvis SF₆-trykket fortsætter med at falde, vil to uafhængige mikroswitcher aktivere lås, der forhindrer alle slagsbrydende operationer - kredsløbsbryderen bliver både mekanisk og elektrisk låst.

Indstillingspunkterne for tæthedsovervågeren er angivet i de relevante kontrol-diagrammer og SF₆-gastæthed karakteristik kurver.

Kontrolpanellet i kontrolskabet består primært af fire dele:

• Låseswitch

• Driftsteller

• Drifts- og alarmindikatorer

• Lokale driftsmodusknapper

4) Kontrolkabinet

Alle funktioner i kreditspærringens driftsmekanisme er integreret i kontrolkabinetet. Den endelige konfiguration og funktionslayout er detaljeret i de relevante kontroldiagrammer. Følgende kontrolelementer er alle placeret indeni kontrolkabinetet:

S2 – Lokal/Fjern Vælger: Driftstilstanden vælges via skifter S2.

I Fjern-positionen kan kommandoer kun udsendes fra hovedkontrolrummet.

I Lokal-positionen kan kommandoer kun initieres fra kreditspærringens kontrolkabinet.

Når den er i Lokal-position, kan nøglen til skifter S2 ikke fjernes. Det anbefales at opbevare nøglen i kontrolrummet.

S11/S12 – Oplyste trykknapper til kreditspærringsdrift.

5) Trykafgivning (Eksplosionsbeskyttelse) System

Rupturdisk: I tilfælde af en intern buelastfejl (forårsaget af forlænget kortslutningsstrøm), hvis gastrykket indeni beholderen når aktiveringsgrænsen, rives rupturdisket for at frigive det overskydende tryk øjeblikkeligt. Denne hurtige ventilering forhindre katastrofal beholdermislykkelse ved sikker udledning af overtrykket SF₆-gas.