HECI GCB για Γεννήτριες – Ταχύς Διαχωριστής κύκλου SF₆

1. Ορισμός και λειτουργία

1.1 Ρόλος του Διαχωριστή Γεννήτριας

Ο Διαχωριστής Γεννήτριας (GCB) είναι ένας ελεγχόμενος σημείο διαχωρισμού που βρίσκεται μεταξύ της γεννήτριας και του μετατροπέα αυξημένης τάσης, λειτουργώντας ως διασύνδεση μεταξύ της γεννήτριας και του δικτύου ρεύματος. Οι βασικές λειτουργίες του περιλαμβάνουν την απομόνωση σφαλμάτων στην πλευρά της γεννήτριας και τον λειτουργικό έλεγχο κατά τη συγχρονισμένη λειτουργία και σύνδεση στο δίκτυο. Η λειτουργική αρχή ενός GCB δεν διαφέρει σημαντικά από αυτήν ενός κανονικού διαχωριστή, ωστόσο, λόγω της υψηλής DC συνιστώσας στα σφάλματα των ρευμάτων της γεννήτριας, οι GCBs πρέπει να λειτουργούν εξαιρετικά γρήγορα για την ταχεία απομόνωση σφαλμάτων.

1.2 Σύγκριση μεταξύ συστημάτων με και χωρίς Διαχωριστή Γεννήτριας

Η Σχήμα 1 απεικονίζει την περίπτωση διακοπής του ρεύματος σφάλματος της γεννήτριας σε ένα σύστημα χωρίς Διαχωριστή Γεννήτριας.

Η Σχήμα 2 δείχνει την περίπτωση διακοπής του ρεύματος σφάλματος της γεννήτριας σε ένα σύστημα εξοπλισμένο με Διαχωριστή Γεννήτριας (GCB).

Όπως φαίνεται στη σύγκριση παραπάνω, οι πλεονεκτήσεις της εγκατάστασης ενός Διαχωριστή Γεννήτριας (GCB) μπορούν να συνοψιστούν ως εξής:

Κατά την κανονική έναρξη και τερματισμό της μονάδας παραγωγής, δεν απαιτείται η αλλαγή της παροχής ενεργείας - απαιτείται μόνο η λειτουργία του διαχωριστή γεννήτριας, ενισχύοντας σημαντικά την αξιοπιστία της ενεργείας της σταθμικής λειτουργίας.

Σε περίπτωση εσωτερικού σφάλματος στη γεννήτρια (δηλαδή, στην πλευρά της γεννήτριας του GCB), απαιτείται μόνο η ανατροπή του διαχωριστή γεννήτριας, μειώνοντας σημαντικά την πολυπλοκότητα της λειτουργίας κατά την περίπτωση σφάλματος της μονάδας.

Παρέχει καλύτερη προστασία για τον κύριο μετατροπέα και τον μετατροπέα υψηλής τάσης. Κατά την περίπτωση εσωτερικού σφάλματος σε οποιονδήποτε από αυτούς τους μετατροπείς, η γεννήτρια συνεχίζει να παρέχει ρεύμα σφάλματος κατά την περίοδο εκλογισμού του ρεύματος της (ενθάρρυνσης) - ακόμη και μετά την ανοίγηση του διαχωριστή υψηλής τάσης του κυρίου μετατροπέα από τα προστατικά συστήματα. Με την εγκατάσταση ενός GCB, η γεννήτρια μπορεί να αποσυνδεθεί γρήγορα, μειώνοντας έτσι την κατάστροφη του κυρίου μετατροπέα - ένα κρίσιμο πλεονέκτημα για μεγάλες μονάδες παραγωγής.

Ένα επιπλέον σημαντικό πλεονέκτημα είναι η μείωση ή εξάλειψη της κατάστροφης της γεννήτριας λόγω μη ομογενούς (πολεμικής διαφοράς) λειτουργίας του διαχωριστή υψηλής τάσης. Στις συνδέσεις γεννήτρια-μετατροπέα, ο διαχωριστής υψηλής τάσης λειτουργεί σε υψηλή επιτρεπόμενη τάση, και στην ανοιχτή συσκευασία, η μεγάλη απόσταση μεταξύ φάσεων εμποδίζει την μηχανική τριφασική σύνδεση. Συνεπώς, η μη ομογενής λειτουργία μπορεί να συμβεί ακόμη και κατά την κανονική αλλαγή. Αυτές οι συνθήκες προκαλούν αρνητικά σειριακά ρεύματα στην στατική της γεννήτριας, και ο ροτόρας έχει πολύ περιορισμένη αντοχή σε αρνητικά σειριακά μαγνητικά πεδία - με δυνατότητα να οδηγήσει σε σοβαρή κατάστροφη του ροτόρα. Οι σύγχρονοι GCBs, όμως, σχεδιάζονται και κατασκευάζονται με τριφασική μηχανική σύνδεση, αποτελεσματικά προλαμβάνοντας την μη ομογενή λειτουργία.

Για σφάλματα που συμβαίνουν στην πλευρά της γεννήτριας του GCB, απαιτείται μόνο η ανατροπή του διαχωριστή γεννήτριας - χωρίς την ανοίγηση του διαχωριστή υψηλής τάσης του κυρίου μετατροπέα - μειώνοντας την επίδραση στην συνολική δομή του δικτύου και ωφελώντας τη σταθερότητα του συστήματος.

Η διάταξη της παραγωγικής μονάδας γίνεται απλούστερη και πιο οικονομική, μειώνοντας τον χρόνο εγκατάστασης, δοκιμής και κόστους. Ο μετατροπέας σταθμικής λειτουργίας και το συναφές μεσού και υψηλής τάσης σύστημα διαχωριστών μπορεί να εξαλειφθεί. Με την εφαρμογή GCB, η μέση διαθεσιμότητα της παραγωγικής μονάδας αυξάνεται κατά 0,3% - 0,6%, και η υψηλότερη διαθεσιμότητα της γεννήτριας μετατρέπεται άμεσα σε αύξηση του ενεργειακού εισοδήματος.

2. Δομή και λειτουργία

2.1 Γενική δομή

Το σύστημα διαχωριστή βασικά αποτελείται από τα εξής συστατικά και εξοπλισμό, όλα εγκατεστημένα σε κοινό υποστήριξη. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές της παραγγελίας, ορισμένα από τα αναφερόμενα συστατικά μπορεί να εξαιρεθούν.

Η τυπική σχεδίαση του HEC/HECI-type switchgear περιλαμβάνει:

• SF₆ διαχωριστή

• Αποσυνδέτη (διαχωριστή)

• Εδαφικό διαχωριστή

• Καπακίτες

• Μετατροπείς ρεύματος (CTs)

• Μετατροπείς τάσης (VTs)

Οι προστατικοί στοιχείοι, οι σύνδεσεις και ο διαχωριστής εκκίνησης (για Static Frequency Converter, SFC) είναι διαθέσιμα ως επιλογή.

1 – Διαχωριστής 2 – Αποσυνδέτης (Διαχωριστής) 3a – Εδαφικός διαχωριστής 3b – Εδαφικός διαχωριστής 4 – Σύνδεση 5 – Διαχωριστής εκκίνησης (SFC) 6 – Καπακίτες

7 – Μετατροπείς ρεύματος 8 – Μετατροπείς τάσης 9 – Προστατικοί στοιχείοι 10 – Κάλυμμα

Ο προστατευτής κύκλου είναι γεμάτος με αέριο SF₆ ως μέσο κατά της οξειδωτικής απώλειας. Οι κύριες επαφές και οι επαφές διάβρωσης είναι χωρισμένες. Οι επαφές λειτουργούν με μηχανισμό εκτελεστή σε ελατήριο. Τα τρία πόλους του προστατευτή κύκλου είναι μηχανικά συνδεδεμένα.

1 – Ευέλικτη σύνδεση 2 – Διαχωριστής (Απομονωτής) 3 – Κελί κατάρρευσης φλογός 4 – Απομόνωση 5 – Περίβλημα 6 – Επιγείωση (Εδαφική) διακόπτη 7 – Σύνδεση με μονοφασικό λεωφορείο

8 – Μετατροπέας ρεύματος

Τα εσωτερικά στοιχεία μέσα στο περίβλημα GCB εμφανίζονται στο παρακάτω σχήμα.

2.2 Σύνθεση και λειτουργία συστατικών μονάδων

1) Μηχανισμός λειτουργίας

Ο διαχωριστής GCB τύπου HECI5 χρησιμοποιεί τον μηχανισμό AHMA 4. Η φωτογραφία αυτού του μηχανισμού είναι η εξής:

1 – Συνδυασμένος κινητήρας (κινητήρας βοηθούντος) 2 – Βοηθητικές επαφές ελεγκτικού βαλβίδας 3 – Βοηθητικές επαφές

① Μέρος λειτουργίας:

Το μέρος αυτό χρησιμοποιεί μια συνεχή δομή διαφοράς πίεσης, όπου το υψηλόπιεσης λάδι ενεργεί συνεχώς στο άνω άκρο του στροφίδα. Οι ταχύτητες άνοιγματος και κλεισίματος μπορούν να προσαρμοστούν ξεχωριστά μέσω των αντίστοιχων πίνακων ρυθμίσεων.

② Μέρος αποθήκευσης ενέργειας:

Κάτω από την ενέργεια του υδραυλικού λάδιου, ο πιστώνας του αποθετικού συμπιέζει δίσκους ελατηρίων και αποθηκεύει την υδραυλική ενέργεια μακροπρόθεσμα στον κυλίνδρο του αποθετικού, παρέχοντας την απαραίτητη ενεργειακή αποθέμη για τις λειτουργίες άνοιγματος και κλεισίματος.

③ Μέρος ελέγχου:

Ηλεκτρονικά σήματα εντολών από το κυρίαρχο δωμάτιο ενεργοποιούν τις βαλβίδες ελεγκτικού, οι οποίες στη συνέχεια μετατρέπουν την κατεύθυνση της βαλβίδας ελέγχου για την επίτευξη άνοιγματος ή κλεισίματος του προστατευτή κύκλου.

④ Μέρος σύνδεσης (Λινκάτζ):

Κατά την κίνηση του στροφίδα, ένα συνδετικό κρανίον κινεί τον βοηθητικό διαχωριστή, ο οποίος στη συνέχεια αλλάζει τα σήματα θέσης άνοιγματος ή κλεισίματος.

⑤ Μέρος υδραυλικού πάμπου:

Ένας ηλεκτρικός κινητήρας οδηγεί τον υδραυλικό πάμπο για την ενέργεια του λάδιου στο αποθετικό, μετατρέποντας την ηλεκτρική ενέργεια σε υδραυλική ενέργεια.

⑥ Μέρος εποπτείας:

Η συμπίεση των δίσκων ελατηρίων οδηγεί ένα καμπάνιον σε έναν οριακό επιβλέποντα, ο οποίος περιστρέφεται για να ανοίξει ή κλείσει τις επαφές ενός μικροεπιβλέποντα. Αυτό παρέχει σήματα ειδοποίησης και αυτόματης συνδέσεως για το κυρίαρχο δωμάτιο. (Όταν η πίεση υπερβαίνει την προκαθορισμένη τιμή, η βαλβίδα απόφραξης ανοίγει αυτόματα για την προστασία από υπερπίεση.)

2) Προστατευτής κύκλου

Ο προστατευτής κύκλου είναι το κύριο στοιχείο του GCB. Το αρχιτεκτονικό τους αρχή δεν είναι πολύπλοκη, και το σχηματικό λειτουργίας είναι το εξής:

S1 – Περιοριστικός επιβλέπων ελατηρίου S0 – Βοηθητικός διαχωριστής SA – Δείκτης θέσης Y1 – Σπειρά σύγκλισης Y2, Y3 – Σπείρες ανοίγματος 1 και 2 M0 – Κινητήρας αποθήκευσης ενέργειας R10 – Θερμαντικός DI – Δείκτης πυκνότητας 

F6 – Επίβλεπον πυκνότητας

3) Σύστημα αερίου SF₆

Στο GCB, το αέριο SF₆ είναι παρόν μόνο στον προστατευτή κύκλου, τον επίβλεπον πυκνότητας, τον δείκτη πυκνότητας και τους συνδετικούς αγωγούς αερίου.

Ο επίβλεπον πυκνότητας είναι ένα συστηματικό ελέγχου πίεσης με επιστροφή θερμοκρασίας, χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της πυκνότητας του αερίου SF₆ στον τριπόλιο (τριφασικό) προστατευτή κύκλου. Η πίεση του αερίου μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα μέσω του δείκτη πίεσης. Όταν η πίεση πέφτει κάτω από μια προκαθορισμένη τιμή, ο επίβλεπον πυκνότητας στέλνει ένα σήμα «ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗ ΑΕΡΙΟΥ». Εάν η πίεση SF₆ συνεχίζει να μειώνεται, δύο ανεξάρτητοι μικροεπιβλέποντες ενεργοποιούν τους αυτόματους εμποδιστές που εμποδίζουν κάθε λειτουργία διακόπτη—ο προστατευτής κύκλου γίνεται μηχανικά και ηλεκτρικά κλειδωμένος.

Οι προκαθορισμένες τιμές του επιβλέποντα πυκνότητας είναι προσδιορισμένες στα σχετικά σχήματα ελέγχου και τις χαρακτηριστικές καμπύλες πυκνότητας SF₆.

Η επιτροπή ελέγχου του περίβληματος ελέγχου αποτελείται κυρίως από τέσσερα μέρη:

• Επιβλέπων σύνδεσης

• Μέτρητρος λειτουργίας

• Δείκτες λειτουργίας και ειδοποίησης

• Κουμπιά λειτουργίας τοπικής λειτουργίας

4) Σκάφος Ελέγχου

Όλες οι λειτουργίες του μηχανισμού λειτουργίας του επικόπτη διασπαθίζονται στο σκάφος ελέγχου. Η τελική διάταξη και η λειτουργική διάταξη αναλύονται στα αντίστοιχα σχήματα ελέγχου. Τα παρακάτω συσταδικά στοιχεία ελέγχου βρίσκονται μέσα στο σκάφος ελέγχου:

S2 – Επιλογέας Τοπική/Απομακρυσμένη: Η λειτουργική λειτουργία επιλέγεται μέσω του επιλογέα S2.

Στη θέση Απομακρυσμένη, οι εντολές μπορούν να εκδίδονται μόνο από το κύριο δωμάτιο ελέγχου.

Στη θέση Τοπική, οι εντολές μπορούν να ξεκινούν μόνο από το σκάφος ελέγχου του επικόπτη.

Όταν είναι στη θέση Τοπική, η κλειδί του επιλογέα S2 δεν μπορεί να αφαιρεθεί. Συνιστάται να φυλάσσεται το κλειδί στο δωμάτιο ελέγχου.

S11/S12 – Φωτεινοί κουμπιές-επιλογή για τη λειτουργία του επικόπτη.

5) Σύστημα Αποσυμπίεσης (Προστασία από Έκρηξη)

Δίσκος Καταστροφής: Σε περίπτωση εσωτερικής αρκτικής αποτυχίας (λόγω μακράς ροής συνεχούς ρεύματος), αν η πίεση αερίου μέσα στο κάστρο φθάσει στο όριο ενεργοποίησης, ο δίσκος καταστροφής σπάνει για την άμεση αποσυμπίεση. Αυτή η γρήγορη αποσυμπίεση εμποδίζει την καταστροφική αποτυχία του κάστρου, εκτελώντας την ασφαλή αποβολή του υπερπίεση SF₆ αερίου.