سیل برش سریع SF₆ برای ژنراتورها – HECI GCB

۱. تعریف و عملکرد

۱.۱ نقش قطعکننده مدار ژنراتور

قطعکننده مدار ژنراتور (GCB) یک نقطه قابل کنترل برای جدا کردن است که بین ژنراتور و ترانسفورماتور افزایش ولتاژ قرار دارد و به عنوان رابط بین ژنراتور و شبکه برق عمل می‌کند. عملکردهای اصلی آن شامل جداسازی خطاها در سمت ژنراتور و امکان کنترل عملیاتی در هنگام همزمان‌سازی ژنراتور و اتصال به شبکه است. اصول عملکرد یک GCB به طور قابل توجهی با یک قطعکننده مدار استاندارد متفاوت نیست؛ اما به دلیل وجود مؤلفه مستقیم بالا در جریان خطا ژنراتور، GCB‌ها باید بسیار سریع عمل کنند تا خطاها را به سرعت جدا کنند.

۱.۲ مقایسه بین سیستم‌هایی با و بدون قطعکننده مدار ژنراتور

شکل ۱ سناریوی قطع جریان خطا ژنراتور در یک سیستم بدون قطعکننده مدار ژنراتور را نشان می‌دهد.

شکل ۲ سناریوی قطع جریان خطا ژنراتور در یک سیستم مجهز به قطعکننده مدار ژنراتور (GCB) را نشان می‌دهد.

همانطور که در مقایسه فوق مشخص شده است، مزایای نصب قطعکننده مدار ژنراتور (GCB) به شرح زیر خلاصه می‌شود:

در حین روشن و خاموش کردن معمول واحد تولید، نیاز به تغییر منبع تغذیه کمکی وجود ندارد—فقط عملیات قطعکننده مدار ژنراتور لازم است، که به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان تغذیه ایستگاه را افزایش می‌دهد.

در صورت رخ دادن خطا داخلی در ژنراتور (یعنی در سمت ژنراتور GCB)، فقط باید قطعکننده مدار ژنراتور را باز کرد، که به طور قابل توجهی پیچیدگی عملیاتی در حین خطا واحد را کاهش می‌دهد.

این قطعکننده محافظت بهتری برای ترانسفورماتور اصلی و ترانسفورماتور خدمات ایستگاه با ولتاژ بالا ارائه می‌دهد. هنگامی که خطا داخلی در یکی از این ترانسفورماتورها رخ می‌دهد، ژنراتور حتی پس از باز شدن قطعکننده سمت ولتاژ بالای ترانسفورماتور اصلی توسط رله‌های محافظ، همچنان جریان خطا را تأمین می‌کند. با نصب یک GCB، ژنراتور می‌تواند به سرعت قطع شود و بدین ترتیب خسارت به ترانسفورماتور اصلی کاهش می‌یابد—یک مزیت مهم برای واحدهای تولید بزرگ.

مزیت دیگری که قابل توجه است، کاهش یا حذف خسارت به ژنراتور به دلیل عملکرد غیر همزمان (عدم توافق در قطب‌ها) قطعکننده ولتاژ بالاست. در اتصالات ژنراتور-ترانسفورماتور، قطعکننده ولتاژ بالا در ولتاژ اسمی بالا کار می‌کند و در تجهیزات توزیع باز، فاصله بزرگ بین فاز‌ها از قفل مکانیکی سه‌قطبی جلوگیری می‌کند. بنابراین، حتی در زمان کار معمولی، عملکرد غیر همزمان می‌تواند رخ دهد. چنین شرایطی جریان‌های منفی‌دنباله‌ای را در استاتور ژنراتور القاء می‌کند و روتور تحمل بسیار محدودی نسبت به میدان‌های مغناطیسی منفی‌دنباله‌ای دارد—که می‌تواند منجر به خسارت شدید روتور شود. اما GCB‌های مدرن با قفل مکانیکی سه‌قطبی طراحی و ساخته شده‌اند که عملکرد غیر همزمان را موثرانه جلوگیری می‌کند.

برای خطاها که در سمت ژنراتور GCB رخ می‌دهند، فقط باید قطعکننده مدار ژنراتور را باز کرد—بدون باز کردن قطعکننده سمت ولتاژ بالای ترانسفورماتور اصلی—که تأثیر بر ساختار کلی شبکه را به حداقل می‌رساند و به پایداری سیستم می‌افزاید.

طرح ایستگاه تولید ساده‌تر و اقتصادی‌تر می‌شود و زمان نصب و راه‌اندازی و هزینه‌ها کاهش می‌یابد. ترانسفورماتور خدمات ایستگاه و تجهیزات توزیع ولتاژ متوسط و بالا مربوط به آن حذف می‌شوند. با اجرای GCB، دسترسی متوسط ایستگاه ۰.۳٪–۰.۶٪ افزایش می‌یابد و دسترسی بیشتر ژنراتور به طور مستقیم به افزایش درآمد انرژی می‌انجامد.

۲. ساختار و عملکرد

۲.۱ ساختار کلی

سیستم قطعکننده مدار عمدتاً از مولفه‌ها و تجهیزات زیر تشکیل شده است که همه بر روی یک قاب حمایت مشترک نصب شده‌اند. بسته به مشخصات سفارش، برخی از مولفه‌های فهرست شده ممکن است حذف شوند.

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

• قطعکننده مدار SF₆

• جداکننده (سوئیچ جدا کننده)

• سوئیچ زمین‌گذاری

• خازنه‌ها

• تبدیل‌کننده‌های جریان (CTs)

• تبدیل‌کننده‌های ولتاژ (VTs)

فنرهای مهارگر، پیوندهای کوتاه‌ساز و سوئیچ شروع (برای تبدیل‌کننده فرکانس ثابت، SFC) به عنوان موارد اختیاری در دسترس هستند.

۱ – قطعکننده مدار ۲ – جداکننده (سوئیچ جدا کننده) ۳a – سوئیچ زمین‌گذاری ۳b – سوئیچ زمین‌گذاری ۴ – پیوند کوتاه‌ساز ۵ – سوئیچ شروع (SFC) ۶ – خازنه

۷ – تبدیل‌کننده جریان ۸ – تبدیل‌کننده ولتاژ ۹ – فنر مهارگر ۱۰ – قاب

سیمین‌کننده با گاز SF₆ به عنوان ماده خاموش‌کننده قوس الکتریکی پر شده است. تماس‌های اصلی و تماس‌های قوس الکتریکی جدا شده‌اند. تماس‌ها توسط یک مکانیزم عملکردی فنری کنترل می‌شوند. سه قطب سیمین‌کننده به صورت مکانیکی به هم متصل شده‌اند.

۱ – اتصال انعطاف‌پذیر ۲ – جداکننده (سوئیچ جداکننده) ۳ – دستگاه خاموش‌کننده قوس ۴ – عایق‌بندی ۵ – پوشش ۶ – سوئیخ زمین‌رسانی ۷ – اتصالات باربر جدا شده

۸ – ترانسفورماتور جریان

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

۲.۲ ترکیب و عملکرد اجزا

۱) مکانیزم عملکردی

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

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

۱ – ماژول عملکردی:

این ماژول از ساختار فشار ثابت دیفرانسیلی استفاده می‌کند، که روغن فشار بالا به طور مداوم بر روی سر پیستون عمل می‌کند. 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 پرینگ‌های دیسکی را فشرده می‌کند و انرژی هیدرولیک را به طور بلندمدت در سیلندر پیستون ذخیره‌سازی انرژی ذخیره می‌کند، که منبع ضروری انرژی برای عملیات باز و بسته شدن فراهم می‌کند.

۳ – ماژول کنترل:

سیگنال‌های دستوری الکتریکی از اتاق کنترل اصلی سیلنودهای باز و بسته شدن را فعال می‌کنند، که به نوبه خود شیر کنترل را تغییر می‌دهند تا باز یا بسته شدن سیمین‌کننده را انجام دهند.

۴ – ماژول تطبیق (پیوند):

در حین حرکت پیستون، یک بازوی متصل کرنک تماس‌های کمکی را می‌چرخاند، که به نوبه خود سیگنال‌های موقعیت باز یا بسته شدن 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 هیدرولیک تبدیل می‌کند.

۶ – ماژول نظارت:

فشرده شدن پرینگ‌های دیسکی یک کام در محدودکننده سوئیچ را می‌چرخاند، که تماس‌های میکروسوئیچ را باز یا بسته می‌کند. این امر سیگنال‌های هشدار و توابع متقابل خودکار را برای اتاق کنترل اصلی فراهم می‌کند. (وقتی فشار از مقدار مشخص شده بیشتر شود، شیر ضدفشار به طور خودکار باز می‌شود تا محافظت از فشار بیش از حد را انجام دهد.)

۲) سیمین‌کننده

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

S1 – سوئیچ محدودکننده فنری S0 – سوئیچ کمکی SA – نمایانگر موقعیت Y1 – سیم باز کننده Y2, Y3 – سیم‌های بسته کننده ۱ و ۲ M0 – موتور ذخیره‌سازی انرژی R10 – گرمکن DI – نمایانگر چگالی 

F6 – ناظم چگالی

۳) سیستم گاز SF₆

در GCB، گاز SF₆ فقط در سیمین‌کننده، رله چگالی، دستگاه اندازه‌گیری چگالی و لوله‌های گازی اتصالی موجود است.

ناظم چگالی یک دستگاه نظارتی فشار با جبران دما است که برای نظارت بر چگالی گاز SF₆ در سیمین‌کننده سه قطبی (سه‌فازی) استفاده می‌شود. فشار گاز می‌تواند مستقیماً از طریق دستگاه اندازه‌گیری فشار مشاهده شود. وقتی فشار از یک آستانه مشخص کمتر شود، ناظم چگالی سیگنال "تکمیل گاز" را ارسال می‌کند. اگر فشار گاز SF₆ ادامه داشته باشد، دو میکروسوئیچ مستقل متقاطع‌سازی‌ها را فعال می‌کنند که هر عملیات سوئیچ را مسدود می‌کنند—سیمین‌کننده به صورت مکانیکی و الکتریکی قفل می‌شود.

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

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

• سوئیچ متقاطع

• شمارنده عملیات

• نمایانگرهای عملیات و هشدار

• دکمه‌های حالت عملیات محلی

۴) جعبه کنترل

تمام عملکردهای مکانیسم عملیاتی قطع کننده درون جعبه کنترل یکپارچه شده‌اند. پیکربندی نهایی و طرح عملکردی در نمودارهای کنترل مربوطه توضیح داده شده است. اجزای کنترل زیر همه درون جعبه کنترل قرار دارند:

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

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

در حالت محلی، دستورها فقط از جعبه کنترل قطع کننده آغاز می‌شوند.

هنگامی که در حالت محلی قرار دارد، کلید سوئیچ انتخاب S2 نمی‌تواند خارج شود. توصیه می‌شود که کلید در اتاق کنترل نگهداری شود.

S11/S12 – دکمه‌های فشاری روشن برای عملیات قطع کننده.

۵) سیستم رفع فشار (حفاظت از انفجار)

دیسک منفجر: در صورت بروز خطای قوس داخلی (به دلیل جریان کوتاه مدت طولانی)، اگر فشار گاز درون جعبه به آستانه فعالسازی برسد، دیسک منفجر شکسته و فشار اضافی بلافاصله رها می‌شود. این رها شدن سریع جلوگیری از خرابی کاتاستروفیک جعبه را با تخلیه ایمن گاز SF₆ تحت فشار بالا انجام می‌دهد.