HECI GCB para sa Mga Generator – Mabilis na SF₆ Circuit Breaker

1. Paglalarawan at Pamamagitan

1.1 Tungkulin ng Generator Circuit Breaker

Ang Generator Circuit Breaker (GCB) ay isang kontroladong punto ng paghihiwalay na matatagpuan sa pagitan ng generator at step-up transformer, na nagbibigay-daan bilang interface sa pagitan ng generator at power grid. Ang pangunahing tungkulin nito kasama ang paghihiwalay ng mga fault sa gilid ng generator at pagbibigay ng operasyonal na kontrol sa panahon ng pagsasama-sama ng generator at koneksyon sa grid. Ang prinsipyong operasyon ng isang GCB ay hindi lubhang iba mula sa standard circuit breaker; gayunpaman, dahil sa mataas na DC component na naroroon sa fault current ng generator, kinakailangan ng GCB na mag-operate nang napakabilis upang mabilis na mapaghiwalay ang mga fault.

1.2 Pagtukoy ng mga Sistema na May at Wala ng Generator Circuit Breaker

Ipinalalarawan ng Figure 1 ang scenario ng pagputol ng fault current ng generator sa isang sistema na walang Generator Circuit Breaker.

Ipinalalarawan ng Figure 2 ang scenario ng pagputol ng fault current ng generator sa isang sistema na mayroong Generator Circuit Breaker (GCB).

Bilang ipinapakita sa pagtukoy sa itaas, ang mga benepisyo ng pag-install ng Generator Circuit Breaker (GCB) ay maaring sumunod:

Sa normal na pagsisimula at pagtigil ng generating unit, hindi kinakailangan ang switching ng auxiliary power supply—sapat lamang ang operasyon ng generator circuit breaker, na siyang malaking pagtaas ng kumpiyansya ng station service power.

Kapag may internal fault sa loob ng generator (i.e., sa gilid ng generator ng GCB), sapat lamang na i-trip ang generator circuit breaker, na siyang malaking pagbawas ng komplikado sa operasyon sa panahon ng fault ng unit.

Ito ay nagbibigay ng mas mahusay na proteksyon para sa main transformer at high-voltage station service transformer. Kapag may internal fault sa anumang mga transformer na ito, patuloy na nagbibigay ang generator ng fault current sa panahon ng pagbabawas ng field (excitation) current nito—kahit na ang high-voltage side circuit breaker ng main transformer ay bukas na dahil sa protective relaying. Sa may GCB na installed, mabilis na mapaghihiwalay ang generator, na siyang minimization ng pinsala sa main transformer—na isang kritikal na benepisyo para sa malalaking generating units.

Isang karagdagang mahalagang benepisyo ay ang pagbabawas o pagwawala ng pinsala sa generator dahil sa hindi pantay-pantay (pole-disagreement) na operasyon ng high-voltage circuit breaker. Sa generator-transformer unit connections, ang high-voltage circuit breaker ay gumagana sa mataas na rated voltage, at sa open-type switchgear, ang malaking phase-to-phase spacing ay nagpapahina ng mekanikal na three-pole interlocking. Dahil dito, maaaring mangyari ang hindi pantay-pantay na operasyon kahit sa normal na switching. Ang kondisyong ito ay nagdudulot ng negative-sequence currents sa stator ng generator, at ang rotor ay may limitadong tolerance sa negative-sequence magnetic fields—na maaaring humantong sa malubhang pinsala sa rotor. Gayunpaman, ang modern na GCBs ay disenyo at ginawa na may three-phase mechanical interlocking, na siyang epektibong nagpapahinto sa hindi pantay-pantay na operasyon.

Para sa mga fault na nangyayari sa gilid ng generator ng GCB, sapat lamang na i-trip ang generator circuit breaker—hindi kinakailangan na buksan ang high-voltage side breaker ng main transformer—na siyang minimization ng impact sa overall grid structure at benepisyo sa system stability.

Nagiging mas simple at mas ekonomiko ang layout ng power plant, na nagbabawas ng oras ng installation, commissioning, at cost. Ang station service transformer at ang kanyang kaugnay na medium- at high-voltage switchgear ay maaaring alisin. Sa may GCB implementation, tumaas ang average plant availability ng 0.3%–0.6%, at ang mas mataas na availability ng generator ay direktang nagiging mas mataas na energy revenue.

2. Struktura at Pamamagitan

2.1 Kabuuang Struktura

Ang circuit breaker system ay esensyal na binubuo ng mga sumusunod na komponente at equipment, lahat na nakamontado sa isang common support frame. Batay sa specifications ng purchase order, maaaring alisin ang ilang nakalista na komponente.

Ang standard na disenyo ng HEC/HECI-type switchgear ay kasama ang mga sumusunod:

• SF₆ circuit breaker

• Disconnector (isolating switch)

• Earthing (grounding) switch

• Capacitors

• Current transformers (CTs)

• Voltage transformers (VTs)

Surge arresters, shorting links, at ang start-up switch (para sa Static Frequency Converter, SFC) ay available bilang optional items.

1 – Circuit breaker 2 – Disconnector (Isolating switch) 3a – Earthing switch 3b – Earthing switch 4 – Shorting link 5 – Start-up switch (SFC) 6 – Capacitor

7 – Current transformer 8 – Voltage transformer 9 – Surge arrester 10 – Enclosure

Ang circuit breaker ay puno ng SF₆ gas bilang daluyan para sa pagpatay sa arko. Ang pangunahing contact at arcing contact ay hiwalay. Ang mga contact ay pinapagana ng mekanismong gumagamit ng spring. Ang tatlong pole ng circuit breaker ay mekanikal na magkakaugnay.

1 – Flexible connection 2 – Disconnector (Isolating switch) 3 – Arc extinguishing chamber 4 – Insulation 5 – Enclosure 6 – Earthing (Grounding) switch 7 – Isolated-phase busbar connection

8 – Current transformer

Ipinaliliwanag sa larawan sa ibaba ang mga bahagi sa loob ng GCB enclosure.

2.2 Komposisyon at Tungkulin ng Bahagi

1) Operating Mechanism

Ginagamit ng HECI5-type GCB switch ang AHMA 4 operating mechanism. Ang litrato nito ay ganito:

1 – Combined motor (oil pump motor) 2 – Control valve auxiliary contacts 3 – Auxiliary contacts

① Operating Module:

Gumagamit ang module ng constant pressure differential structure, kung saan ang mataas na presyong langis ay patuloy na sumusubsob sa itaas na dulo ng piston rod. Ang bilis ng pagbukas at pagsasara ay maaaring i-adjust nang hiwalay gamit ang kaukulang throttle screws.

② Energy Storage Module:

Sa ilalim ng aksyon ng hydraulic oil, ang accumulator piston ay nag-compress sa disc springs at nag-iimbak ng hydraulic energy nang matagal sa energy storage piston cylinder, na nagbibigay ng kinakailangang enerhiya para sa operasyon ng pagbukas at pagsasara.

③ Control Module:

Ang elektrikal na utos mula sa pangunahing control room ay nag-aaktibo sa open/close solenoid valves, na nagpapalipat sa directional control valve upang maisagawa ang pagbukas o pagsasara ng circuit breaker.

④ Adapter (Linkage) Module:

Habang gumagalaw ang piston rod, isang connecting crank arm ang nagmamaneho sa auxiliary switch upang umikot, na nagbabago ng open/close position signals.

⑤ Hydraulic Pump Module:

Isang electric motor ang nagmamaneho sa hydraulic pump upang ipasok ang langis sa accumulator, na nagko-convert ng electrical energy sa hydraulic energy.

⑥ Monitoring Module:

Ang compression ng disc springs ay nagmamaneho sa isang cam sa limit switch, na umiikot upang buksan o isara ang mga contact ng microswitch. Nagbibigay ito ng alarm signal at awtomatikong interlocking function sa pangunahing control room. (Kapag lumampas ang presyon sa nakatakdang halaga, awtomatikong bubukas ang pressure relief valve upang makamit ang overpressure protection.)

2) Circuit Breaker

Ang circuit breaker ang pangunahing bahagi ng GCB. Hindi kumplikado ang istruktura nito, at ang functional schematic diagram nito ay ipinakikita sa ibaba:

S1 – Spring limit switch S0 – Auxiliary switch SA – Position indicator Y1 – Closing coil Y2, Y3 – Opening coils 1 at 2 M0 – Energy storage motor R10 – Heater DI – Density indicator

F6 – Density monitor

3) SF₆ Gas System

Sa GCB, naroon lamang ang SF₆ gas sa circuit breaker, density relay, density gauge, at interconnecting gas piping.

Ang density monitor ay isang temperature-compensated pressure monitoring device na ginagamit upang bantayan ang SF₆ gas density sa tatlong-pole (three-phase) circuit breaker. Direktang masusubaybayan ang gas pressure sa pamamagitan ng pressure gauge. Kapag bumaba ang presyon sa ibaba ng nakatakdang threshold, nagpapadala ang density monitor ng “REPLENISH GAS” signal. Kung patuloy na bumababa ang SF₆ pressure, ang dalawang independenteng microswitch ay mag-activate ng interlock na pipigil sa anumang switching operations—naging mechanically at electrically locked out ang circuit breaker.

Tinutukoy ng mga set point ng density monitor sa mga kaugnay na control diagram at sa SF₆ gas density characteristic curves.

Ang control panel ng control cabinet ay binubuo pangunahin ng apat na bahagi:

• Interlock switch

• Operation counter

• Operation and alarm indicators

• Local operation mode buttons

4) Kabinet Kontrol

Lahat ng mga punsiyon ng mekanismo ng operasyon ng circuit breaker ay naka-integrate sa kabinet ng kontrol. Ang huling konfigurasyon at layout ng punsiyon ay detalyado sa mga kaugnay na diagrama ng kontrol. Ang mga sumusunod na komponente ng kontrol ay naka-imbak sa loob ng kabinet ng kontrol:

S2 – Switch Tagapili Lokal/Remoto: Ang mode ng operasyon ay pinipili gamit ang switch S2.

Sa posisyon ng Remoto, ang mga utos ay maaari lamang ibigay mula sa pangunihang silid ng kontrol.

Sa posisyon ng Lokal, ang mga utos ay maaari lamang simulan mula sa kabinet ng kontrol ng circuit breaker.

Kapag nasa posisyong Lokal, ang susi ng switch tagapili S2 ay hindi maaaring alisin. Inirerekomenda na itago ang susi sa silid ng kontrol.

S11/S12 – Mga ilaw na may push-button switches para sa operasyon ng circuit breaker.

5) Sistema ng Paghahayaan ng Presyon (Proteksyon Laban sa Pagputok)

Bursting Disc: Sa kaso ng internal arc fault (dahil sa mahabang short-circuit current), kung ang presyon ng gas sa loob ng enclosure ay umabot sa threshold ng pag-activate, ang bursting disc ay bubunggo upang agad na i-release ang labas na presyon. Ang mabilis na pag-vent ay nagpapahintulot na maiwasan ang catastrophic failure ng enclosure sa pamamagitan ng ligtas na pag-discharge ng overpressurized SF₆ gas.