1. Määritelmä ja toiminta
1.1 Generaattorin sähkökatkaisimen rooli
Generaattorin sähkökatkaisin (GCB) on ohjattava katkaisupiste, joka sijaitsee generaattorin ja kohotusmuuntajan välillä, toimien rajapinnana generaattorin ja sähköverkon välillä. Sen päärakenteiset toiminnot sisältävät generaattorisivun virheiden eristämisen ja operaatiokontrollin generaattorin synkronoinnin ja verkon yhdistämisen aikana. GCB:n toimintaperiaate ei poikkea merkittävästi tavanomaisen sähkökatkaisimen periaatteesta; kuitenkin, koska generaattorin virhevireissä on suuri DC-komponentti, GCB:tä vaaditaan toimimaan erittäin nopeasti virheiden nopeaan eristämiseen.
1.2 Vertailu järjestelmiä, joissa on ja joissa ei ole generaattorin sähkökatkaisinta
Kuva 1 havainnollistaa tilannetta, jossa generaattorin virhevirtaa keskeytetään järjestelmässä, jossa ei ole generaattorin sähkökatkaisinta.
Kuva 2 näyttää tilanteen, jossa generaattorin virhevirtaa keskeytetään järjestelmässä, jossa on asennettu generaattorin sähkökatkaisin (GCB).
Edellisessä vertailussa esitetyt etumatka generaattorin sähkökatkaisimen (GCB) asentamiselle voidaan yhteenvetona kuvata seuraavasti:
Normaalissa käynnistyksessä ja sammutuksessa apulähdevirran vaihtoa ei tarvita – vain generaattorin sähkökatkaisimen toimintoa tarvitaan, mikä parantaa huomattavasti aseman palvelusähköntoiminnan luotettavuutta.
Jos generaattorin sisällä tapahtuu sisäinen virhe (eli GCB:n generaattorisivulla), riittää, että vain generaattorin sähkökatkaisin avataan, mikä vähentää huomattavasti operaatiokompleksisuutta yksikön virhetilanteissa.
Se tarjoaa paremman suojan päämuuntajalle ja korkean jännitteen asemamuuntajalle. Kun näissä muuntajissa tapahtuu sisäinen virhe, generaattori jatkaa virheviren syöttöä sen kentän (sitovirran) hajoamisaikana – jopa sen jälkeen, kun päämuuntajan korkean jännitteen sivun sähkökatkaisin on avattu suojarelejen toimesta. GCB:n asentaminen mahdollistaa generaattorin nopean eristämisen, mikä vähentää huomattavasti päämuuntajan vahinkoa – tämä on erityisen tärkeää suurille tuotantoyksiköille.
Lisäksi merkittävä etu on vahingon lieventäminen tai poistaminen, joka johtuu korkean jännitteen sähkökatkaisimen epäsamanarvoisesta (polkujen välinen erimielisyys) toiminnasta. Generaattori-muuntaja-yksikön yhteyksissä korkean jännitteen sähkökatkaisin toimii korkealla arvostettavalla jännitteellä, ja avoimessa kytkentälaatikossa suuret vaihevälimatka estävät mekaanisen kolmen polun lukituksen. Tämän vuoksi epäsamanarvoista toimintaa voi tapahtua jopa normaalin kytkentävaiheessa. Tällaiset olosuhteet aiheuttavat negatiivisia jaksosyitä generaattorin statorissa, ja rotorilla on hyvin rajoitettu kestokyky negatiivisiin jaksokenttiin – mikä voi johtaa vakavaan rotorinvaurioon. Nykyaikaiset GCB:t on kuitenkin suunniteltu ja valmistettu kolmen polun mekaanisen lukituksen kanssa, mikä tehokkaasti estää epäsamanarvoisen toiminnan.
GCB:n generaattorisivulla tapahtuville virheille riittää, että vain generaattorin sähkökatkaisin avataan – ilman päämuuntajan korkean jännitteen sivun sähkökatkaisimen avaamista – mikä vähentää kokonaisverkon rakenteeseen vaikutusta ja hyödyttää järjestelmän vakautta.
Voimalan asennus tulee yksinkertaisemmaksi ja taloudellisemmaksi, vähentäen asennuksen, testauksen aikaa ja kustannuksia. Asemamuuntaja ja siihen liittyvä keski- ja korkean jännitteen kytkentälaatikko voivat jäädä pois. GCB:n käytöllä keskimääräinen laitoksen saatavuus kasvaa 0,3 %–0,6 %, ja korkeampi generaattorin saatavuus kääntyy suoraan lisätyötuloksi.
2. Rakenne ja toiminta
2.1 Yleinen rakenne
Sähkökatkaisijajärjestelmä koostuu periaatteessa seuraavista komponenteista ja laitteista, jotka ovat asennettu yhteiseen tukikehykseen. Tietyt listatuista komponenteista saattavat olla poissuljettuja ostotilauksen mukaan.
HEC/HECI-tyypin kytkentälaatikon standardisuunnitelma sisältää:
SF₆-sähkökatkaisin
Erotin (erottava kytkin)
Maanjäristyskytkin (maanjäristyskytkin)
Kondensaattorit
Virrantoimet (CT:t)
Jännitteentoimet (VT:t)
Surge-arresters, lyhytsulut ja käynnistyskytkin (SFC:lle) ovat saatavilla valinnaisina osina.
1 – Sähkökatkaisin 2 – Erotin (Erottava kytkin) 3a – Maanjäristyskytkin 3b – Maanjäristyskytkin 4 – Lyhytsulku 5 – Käynnistyskytkin (SFC) 6 – Kondensaattori
7 – Virrantoimi 8 – Jännitteentoimi 9 – Surge-arrester 10 – Kotelu
Suljetin sisällä on SF₆-kaasu kaarivoimana. Pääkontaktit ja kaarien kontaktit ovat erillään. Kontakteja toimittaa kehon jousimekanismi. Suljetin kolme pystyä ovat mekaanisesti yhdistettyjä.
1 – Joustava yhteys 2 – Erottaja (eristävä kytkin) 3 – Kaarin sammuvuote 4 – Isolaatio 5 – Koteloksi 6 – Maakytke (maanjätte) 7 – Yksityssivun bussiyhteys
8 – Virtamuunnin
GCB-kotelon sisäiset komponentit näkyvät alla olevassa kuvassa.
2.2 Komponenttien koostumus ja toiminta
1) Toimintamekanismi
HECI5-typen GCB-suljetissa käytetään AHMA 4 -toimintamekanismia. Tämän toimintamekanismin fyysinen kuva on seuraavassa:
1 – Yhdistetty moottori (öljynnostomoturi) 2 – Ohjausventtiilin apukontaktit 3 – Apukontaktit
① Toiminto-moduuli:
Moduuli perustuu vakioituun paineerikohtaisuuteen, jossa korkeapaineinen öljy vaikuttaa jatkuvasti pistoasennuksen yläpuolelle. Avauksen ja sulkemisen nopeudet voidaan säätää erillisillä throtteliruuvilla.
② Energian varastointi-moduuli:
Öljyn vaikutuksesta akkumuulaattorin pisto ainaisee levystä ja varastoilee hydraulista energiaa pitkäksi aikaa energian varastointipiston silmukassa, tarjoten tarvittavan energiapuskurin avauksen ja sulkemisen toiminnalle.
③ Ohjausmoduuli:
Pääohjaushuoneesta tulevat sähköiset käskymuodot aktivoidut avaus/sulkemis-valtimot, jotka puolestaan siirtävät suuntavalta vaimentimen avaamaan tai sulkeutumaan suljetta.
④ Adapteri (linkki)-moduuli:
Pistoasennon liikkeessä yhdistävä kyykkykäs terävyttää apukytkimen pyörimään, mikä muuttaa avaus/sulkemisen asemamerkkejä.
⑤ Hydraulinen pompumoduuli:
Sähkömoottori ajaa hydraulista pomppua, joka työntää öljyä akkumuulaattoriin, muuttaen sähköenergian hydrauliseksi energiaksi.
⑥ Valvonta-moduuli:
Levysten ainaisuus kuljettaa rajoituskytkimen kamman, joka pyörii avaamaan tai sulkeutumaan mikrokytkimen kontekteja. Tämä tarjoaa hälytyssignaalit ja automaattiset lukitsintehtävät pääohjaushuoneelle. (Kun paine ylittää määritellyn arvon, purkavalve avautuu automaattisesti saavuttamaan ylipainevaihtoehdon.)
2) Sulje
Sulje on GCB:n päärakenneosa. Sen rakenteellinen periaate ei ole monimutkainen, ja sen toimintadiagrammi on esitetty alla:
S1 – Jousirajoituskytkin S0 – Apukytkin SA – Asemamerkki Y1 – Sulkemispyörö Y2, Y3 – Avauspyöröt 1 ja 2 M0 – Energian varastointimoottori R10 – Lämmitin DI – Tiheysohjain
F6 – Tiheysvalvoja
3) SF₆-kaasu järjestelmä
GCB:ssa SF₆-kaasu on läsnä vain suljetissa, tiheyden relaississa, tiheysohjaimissa ja yhdistävissä kaasuputkissa.
Tiheysvalvoja on lämpötilakompensoidun paineen valvova laite, jota käytetään valvomaan kolmen pysty (kolmen vaiheen) suljetin SF₆-kaasun tiheyttä. Kaasun painetta voidaan havaita suoraan paineenmittarista. Kun paine laskee määritellyn kynnyksen alapuolelle, tiheysvalvoja lähettää "TÄYTÄ KAASU" signaalin. Jos SF₆-paine jatkaa laskeutumista, kaksi riippumatonta mikrokytkintä aktivoivat lukitsintehtävät, jotka estävät kaikki kytkentäoperaatiot—sulje tulee mekaanisesti ja sähköisesti lukittuksi.
Tiheysvalvojan asetuskohtia määritellään liittyvissä ohjausdiagrammeissa ja SF₆-kaasun tiheyden ominaisuuskäyrissä.
Ohjauskabinetin ohjauspaneeli koostuu pääasiassa neljästä osasta:
Lukitsin
Toimintalaskuri
Toiminta- ja hälytysmerkit
Paikallisten toimintatilamääritysten painikkeet
4) Ohjauskabinetti
Kaikki sähkökatkaisimen toimintamekanismin toiminnot on integroitu ohjauskabinetin sisään. Lopullinen konfiguraatio ja toiminnallinen asettelu on yksityiskohtaisesti kuvattu liittyvissä ohjauskaavioissa. Seuraavat ohjauskomponentit sijaitsevat kaikki ohjauskabinetin sisällä:
S2 – Paikallinen/Etävalinta: Toimintatapa valitaan kytkimen S2 avulla.
Etäohjauksen tilassa käskyt voidaan antaa vain pääohjaushuoneesta.
Paikallisessa tilassa käskyt voidaan aloittaa vain sähkökatkaisimen ohjauskabinetista.
Paikallisen tilan ollessa käytössä valitsinkytkimen S2 avain ei voi poistaa. On suositeltavaa, että avain säilytetään ohjaushuoneessa.
S11/S12 – Valaistut painenappaimet sähkökatkaisimen ohjaamiseksi.
5) Paineenlievitysjärjestelmä (Räjähdys suoja)
Purkuplatti: Jos sisäinen kaarihäiriö (pitkäaikainen lyhyysvirta aiheuttama) tapahtuu, ja laitteen sisällä oleva kaasupaine ylittää aktivoitumiskynnyksen, purkuplatti rikkoutuu välittömästi vapauttaakseen ylijäämäpaineen. Tämä nopea vedenpurku estää katastrofaalisen laitekannan tuhon turvallisesti purkamalla ylipainoisen SF₆-kaasun.
