HECI GCB for Generators – د سریعو سیچنی بندکونکي SF₆

۱. تعریف و عملکرد

۱.۱ نقش برش‌دهنده دایره‌ی مولد

برش‌دهنده دایره‌ی مولد (GCB) نقطه‌ای قابل کنترل است که بین مولد و ترانسفورماتور افزایش ولتاژ قرار دارد و به عنوان رابط بین مولد و شبکه برق عمل می‌کند. وظایف اصلی آن شامل جداسازی خطاها در سمت مولد و امکان کنترل عملیاتی در زمان همزمان‌سازی مولد با شبکه است. اصول عملکرد یک GCB به طور قابل توجهی با برش‌دهنده‌ی مدار استاندارد متفاوت نیست؛ با این حال، به دلیل وجود مولفه‌ی DC بالا در جریان خطای مولد، GCB‌ها باید بسیار سریع عمل کنند تا خطاها را به سرعت جداسازی کنند.

۱.۲ مقایسه‌ی سیستم‌های با و بدون برش‌دهنده دایره‌ی مولد

شکل ۱ سناریوی قطع جریان خطای مولد در یک سیستم بدون برش‌دهنده دایره‌ی مولد را نشان می‌دهد.

شکل ۲ سناریوی قطع جریان خطای مولد در یک سیستم مجهز به برش‌دهنده دایره‌ی مولد (GCB) را نشان می‌دهد.

همانطور که در مقایسه فوق مشخص است، مزایای نصب برش‌دهنده دایره‌ی مولد (GCB) به شرح زیر خلاصه می‌شود:

در حین روشن و خاموش کردن عادی واحد تولید، نیازی به تغییر منبع تغذیه کمکی نیست—فقط عملیات برش‌دهنده دایره‌ی مولد لازم است، که قابلیت اطمینان تغذیه‌ی انباری را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

در صورت وقوع خطا داخلی در مولد (یعنی در سمت مولد GCB)، فقط برش‌دهنده دایره‌ی مولد باید قطع شود، که پیچیدگی عملیاتی در زمان خطا در واحد را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

این دستگاه محافظت بهتری برای ترانسفورماتور اصلی و ترانسفورماتور انباری ولتاژ بالا فراهم می‌کند. وقتی خطا داخلی در یکی از این ترانسفورماتورها رخ می‌دهد، مولد حتی بعد از اینکه برش‌دهنده‌ی مدار ولتاژ بالای ترانسفورماتور اصلی توسط رله‌های محافظ قطع شده باشد، همچنان جریان خطا را تأمین می‌کند. با نصب GCB، مولد می‌تواند به سرعت قطع شود و در نتیجه خسارت به ترانسفورماتور اصلی کاهش می‌یابد—که یک مزیت مهم برای واحدهای تولید بزرگ است.

مزیت دیگری که وجود دارد، کاهش یا حذف خسارت به مولد ناشی از عملکرد غیرهمزمان (عدم توافق قطب‌ها) برش‌دهنده‌ی مدار ولتاژ بالا است. در اتصالات مولد-ترانسفورماتور، برش‌دهنده‌ی مدار ولتاژ بالا با ولتاژ اسمی بالا عمل می‌کند و در تجهیزات برش باز، فاصله‌ی بزرگ بین فاز‌ها از تعامل مکانیکی سه‌قطبی جلوگیری می‌کند. بنابراین، عملکرد غیرهمزمان حتی در زمان تغییر معمولی می‌تواند رخ دهد. چنین شرایطی جریان‌های منفی-پشتیبان در استاتور مولد القاء می‌کند و روتر تحمل بسیار محدودی به میدان‌های مغناطیسی منفی-پشتیبان دارد—که می‌تواند منجر به خسارت شدید روتر شود. با این حال، GCB‌های مدرن با قفل مکانیکی سه‌قطبی طراحی و ساخته شده‌اند که عملکرد غیرهمزمان را مؤثر می‌کاهند.

برای خطاها که در سمت مولد GCB رخ می‌دهند، فقط برش‌دهنده دایره‌ی مولد باید قطع شود—بدون اینکه برش‌دهنده‌ی مدار ولتاژ بالای ترانسفورماتور اصلی باز شود—که تأثیر بر ساختار کلی شبکه را به حداقل می‌رساند و به پایداری سیستم کمک می‌کند.

طرح تأسیسات برق ساده‌تر و اقتصادی‌تر می‌شود، زمان نصب و راه‌اندازی و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. ترانسفورماتور انباری و تجهیزات برش ولتاژ متوسط و بالا مرتبط با آن حذف می‌شوند. با پیاده‌سازی GCB، قابلیت اطمینان متوسط تأسیسات ۰.۳٪–۰.۶٪ افزایش می‌یابد و قابلیت اطمینان بیشتر مولد مستقیماً به افزایش درآمد انرژی منجر می‌شود.

۲. ساختار و عملکرد

۲.۱ ساختار کلی

سیستم برش‌دهنده اساساً از اجزا و تجهیزات زیر تشکیل شده است که همه روی یک قاب حمایت مشترک نصب شده‌اند. بسته به مشخصات سفارش خرید، برخی از اجزا فهرست شده ممکن است حذف شوند.

طراحی استاندارد تجهیزات برش HEC/HECI شامل موارد زیر است:

• برش‌دهنده SF₆

• برش‌دهنده جداکننده (برش‌دهنده جداکننده)

• برش‌دهنده زمینی (برش‌دهنده زمین‌سازی)

• خازنه‌ها

• ترانسفورماتورهای جریان (CTs)

• ترانسفورماتورهای ولتاژ (VTs)

آرام‌بخش‌ها، لینک‌های کوتاه‌سازی و دکمه‌ی شروع (برای تبدیل‌دهنده‌ی فرکانس ثابت، SFC) به صورت اختیاری در دسترس هستند.

۱ – برش‌دهنده ۲ – برش‌دهنده جداکننده (برش‌دهنده جداکننده) ۳a – برش‌دهنده زمینی ۳b – برش‌دهنده زمینی ۴ – لینک کوتاه‌سازی ۵ – دکمه‌ی شروع (SFC) ۶ – خازنه

۷ – ترانسفورماتور جریان ۸ – ترانسفورماتور ولتاژ ۹ – آرام‌بخش ۱۰ – پوشش

میله‌گیر به گاز SF₆ پر شده است که به عنوان ماده خاموش‌کننده قوس الکتریکی عمل می‌کند. تماس‌های اصلی و تماس‌های قوس الکتریکی از هم جدا شده‌اند. تماس‌ها توسط مکانیسم با فنر کار می‌کنند. سه قطب میله‌گیر به صورت مکانیکی به هم متصل هستند.

۱ – اتصال انعطاف‌پذیر ۲ – جداکننده (سوئیچ جداکننده) ۳ – کámara خاموش‌کننده قوس ۴ – عایق‌بندی ۵ – پوشش ۶ – سوئیچ زمین‌کشی (زمین‌سازی) ۷ – اتصالات باربر فاز جدا شده

۸ – ترانسفورماتور جریان

اجزای داخلی درون پوشش GCB در شکل زیر نشان داده شده است.

۲.۲ ترکیب و عملکرد اجزا

۱) مکانیسم عملیاتی

سوئیچ GCB نوع HECI5 از مکانیسم AHMA 4 استفاده می‌کند. تصویر فیزیکی این مکانیسم عملیاتی به شرح زیر است:

۱ – موتور ترکیبی (موتور پمپ روغن) ۲ – تماس‌های کمکی دریچه کنترل ۳ – تماس‌های کمکی

۱ – ماژول عملیاتی:

این ماژول از ساختار فشار ثابت دیفرانسیلی استفاده می‌کند، که در آن روغن فشار بالا به طور مداوم بر روی انتهای بالایی میله پیستون اثر می‌گذارد. سرعت‌های باز و بسته شدن می‌توانند به طور جداگانه از طریق پیچ‌های تنظیم فشار تنظیم شوند.

۲ – ماژول ذخیره‌سازی انرژی:

تحت تأثیر روغن هیدرولیک، پیستون آکومولاتور فنرهای دیسکی را فشرده کرده و انرژی هیدرولیکی را به طور بلندمدت در سیلندر پیستون ذخیره‌سازی ذخیره می‌کند، که انرژی لازم برای عملیات باز و بسته شدن را فراهم می‌کند.

۳ – ماژول کنترل:

سیگنال‌های دستور العمل الکتریکی از اتاق کنترل اصلی سوئیچ‌های الکترومغناطیسی باز و بسته را فعال می‌کنند، که به نوبه خود دریچه کنترل جهت‌دار را تغییر می‌دهند تا یا باز شدن یا بسته شدن میله‌گیر را انجام دهند.

۴ – ماژول تطبیق (پیوند):

در حین حرکت میله پیستون، یک بازوی متصل کرنک سوئیچ کمکی را می‌چرخاند، که به نوبه خود سیگنال‌های موقعیت باز و بسته را تغییر می‌دهد.

۵ – ماژول پمپ هیدرولیک:

موتور الکتریکی پمپ هیدرولیک را می‌چرخاند تا روغن را به آکومولاتور تزریق کند، که انرژی الکتریکی را به انرژی هیدرولیکی تبدیل می‌کند.

۶ – ماژول نظارت:

فشرده شدن فنرهای دیسکی یک کام بر روی سوئیچ حدی را می‌راند، که به نوبه خود تماس‌های یک میکروسوئیچ را باز یا بسته می‌کند. این سیگنال‌های هشدار و توابع اتوماتیک متقابل را برای اتاق کنترل اصلی فراهم می‌کند. (وقتی فشار از مقدار مشخص شده بیشتر شود، دریچه فشار می‌گردد تا محافظت از فشار بیش از حد را انجام دهد.)

۲) میله‌گیر

میله‌گیر جزء اصلی GCB است. اصول ساختاری آن پیچیده نیست و نمودار عملکردی آن به شرح زیر است:

S1 – سوئیچ حدی فنری S0 – سوئیچ کمکی SA – نشانگر موقعیت Y1 – سیم‌پیچ بسته شدن Y2, Y3 – سیم‌پیچ‌های باز شدن ۱ و ۲ M0 – موتور ذخیره‌سازی انرژی R10 – گرمکن DI – نشانگر چگالی 

F6 – ناظم چگالی

۳) سیستم گاز SF₆

در GCB، گاز SF₆ فقط در میله‌گیر، رله چگالی، گیج چگالی و لوله‌های گاز متصل شده وجود دارد.

ناظم چگالی یک دستگاه نظارتی فشار با جبران دما است که برای نظارت بر چگالی گاز SF₆ در میله‌گیر سه قطبی (سه فاز) استفاده می‌شود. فشار گاز می‌تواند مستقیماً از طریق گیج فشار مشاهده شود. وقتی فشار زیر حد مشخص شده بیفت، ناظم چگالی سیگنال "تکمیل گاز" را ارسال می‌کند. اگر فشار SF₆ ادامه داشته باشد، دو میکروسوئیچ مستقل متقابل‌ها را فعال می‌کنند که هر عملیات تغییر را منع می‌کنند—میله‌گیر به صورت مکانیکی و الکتریکی قفل می‌شود.

نقاط تنظیم ناظم چگالی در نمودارهای کنترل مربوطه و منحنی‌های مشخصه چگالی گاز SF₆ مشخص شده است.

پنل کنترل کابین کنترل از چهار بخش اصلی تشکیل شده است:

• سوئیچ متقابل

• شمارنده عملیات

• نشانگرهای عملیات و هشدار

• دکمه‌های حالت عملیات محلی

۴) جعبه کنترل

تمام عملکردهای مکانیسم عملیاتی قطع‌کننده درون جعبه کنترل یکپارچه شده‌اند. پیکربندی نهایی و توزیع عملکرد در نمودارهای کنترل مربوطه به طور دقیق توضیح داده شده است. اجزای کنترل زیر همه درون جعبه کنترل قرار دارند:

S2 – سوئیچ انتخابی محلی/دوردست: حالت عملیاتی از طریق سوئیچ S2 انتخاب می‌شود.

در حالت دوردست، دستورات فقط از اتاق کنترل اصلی صادر می‌شوند.

در حالت محلی، دستورات فقط از جعبه کنترل قطع‌کننده آغاز می‌شوند.

وقتی در حالت محلی است، کلید سوئیچ انتخابی S2 نمی‌تواند خارج شود. توصیه می‌شود که کلید در اتاق کنترل نگهداری شود.

S11/S12 – دکمه‌های فشاری روشن‌کننده برای عملیات قطع‌کننده.

۵) سیستم رفع فشار (حفاظت از انفجار)

صفحه منفجر: در صورت بروز خطای قوس داخلی (به دلیل جریان کوتاه‌مدار طولانی‌مدت)، اگر فشار گاز در داخل پوشش به آستانه فعالسازی برسد، صفحه منفجر شکسته می‌شود تا فشار اضافی به طور فوری رها شود. این تنفس سریع با تخلیه ایمن SF₆ گاز فشار بالا، از خرابی فاجعه‌بار پوشش جلوگیری می‌کند.