HECI GCB for Xeradores – Interruptor rápido de circuito SF₆

1. Definición e función

1.1 Papel do interruptor de circuito do xerador

O Interruptor de Circuito do Xerador (GCB) é un punto de desconexión controlable situado entre o xerador e o transformador de elevación, actúa como interface entre o xerador e a rede eléctrica. As súas funcións principais inclúen aislar fallos no lado do xerador e permitir o control operativo durante a sincronización do xerador e a conexión á rede. O principio de funcionamento dun GCB non difire significativamente do dun interruptor de circuito estándar; no entanto, debido ao alto compoñente DC presente nas correntes de fallo do xerador, os GCB deben operar extremadamente rápido para aislar rapidamente os fallos.

1.2 Comparación entre sistemas con e sen un interruptor de circuito do xerador

A figura 1 ilustra o escenario de interrupción da corrente de fallo do xerador nun sistema sen un Interruptor de Circuito do Xerador.

A figura 2 amosa o escenario de interrupción da corrente de fallo do xerador nun sistema equipado cun Interruptor de Circuito do Xerador (GCB).

Como se ilustra na comparación anterior, as vantaxes de instalar un Interruptor de Circuito do Xerador (GCB) poden resumirse como segue:

Durante o arranque e apagado normais da unidade xeradora, non é necesario cambiar a alimentación auxiliar—só se necesita operar o interruptor de circuito do xerador, mellorando significativamente a fiabilidade da enerxía de servizo da estación.

En caso de fallo interno no xerador (é dicir, no lado do xerador do GCB), só é necesario disparar o interruptor de circuito do xerador, reducindo considerablemente a complexidade operativa durante os fallos da unidade.

Proporciona unha mellor protección para o transformador principal e o transformador de servizo de alta tensión. Cando ocorre un fallo interno en calquera destes transformadores, o xerador continua alimentando a corrente de fallo durante o período de decaemento da súa corrente de campo (excitación)—mesmo despois de que o interruptor de circuito do lado de alta tensión do transformador principal sexa aberto pola relés de protección. Con un GCB instalado, o xerador pode ser desconectado rapidamente, minimizando así os danos ao transformador principal—un beneficio crítico para as unidades xeradoras grandes.

Unha vantaxe adicional significativa é a mitigación ou eliminación dos danos ao xerador causados polo funcionamento non simultáneo (desacordo de pólos) do interruptor de circuito de alta tensión. Nas conexións de unidades xerador-transformador, o interruptor de circuito de alta tensión opera a unha alta tensión nominal, e no equipo de comutación de tipo aberto, a gran separación entre fases impide o interbloqueo mecánico de tres pólos. Como consecuencia, pode ocorrer un funcionamento non simultáneo mesmo durante a comutación normal. Tales condicións inducen correntes de secuencia negativa no estator do xerador, e o rotor ten unha tolerancia moi limitada aos campos magnéticos de secuencia negativa—potencialmente levando a graves danos no rotor. Os modernos GCB, no entanto, están deseñados e fabricados con interbloqueo mecánico de tres pólos, evitando eficazmente o funcionamento non simultáneo.

Para os fallos que ocorren no lado do xerador do GCB, só é necesario disparar o interruptor de circuito do xerador—sen abrir o interruptor do lado de alta tensión do transformador principal—minimizando o impacto na estrutura global da rede e beneficiando a estabilidade do sistema.

O deseño da central eléctrica tornase máis simple e económico, reducindo o tempo e os custos de instalación e puesta en marcha. O transformador de servizo da estación e o seu equipo de comutación de media e alta tensión poden ser eliminados. Coa implementación do GCB, a disponibilidade media da central aumenta entre o 0,3% e o 0,6%, e unha maior disponibilidade do xerador tradúcese directamente en un incremento dos ingresos por enerxía.

2. Estrutura e función

2.1 Estructura xeral

O sistema de interruptores de circuito consiste esencialmente nos seguintes componentes e equipos, todos montados nun soporte común. Dependendo das especificacións do pedido, certos componentes listados poden ser excluídos.

O deseño estándar do equipo de comutación HEC/HECI inclúe:

• Interruptor de circuito SF₆

• Desconectador (interruptor de isolación)

• Interruptor de terra (grounding switch)

• Condensadores

• Transformadores de corrente (CTs)

• Transformadores de tensión (VTs)

Os pararrayos, as ligazóns curtas e o interruptor de arranque (para o Conversor de Frecuencia Estático, SFC) están dispoñibles como opcións.

1 – Interruptor de circuito 2 – Desconectador (interruptor de isolación) 3a – Interruptor de terra 3b – Interruptor de terra 4 – Ligazón curta 5 – Interruptor de arranque (SFC) 6 – Condensador

7 – Transformador de corrente 8 – Transformador de tensión 9 – Pararrayos 10 – Caixa

O interruptor é recheado con gas SF₆ como medio de extinción do arco. Os contactos principais e os contactos de arco están separados. Os contactos son operados por un mecanismo accionado por muelle. As tres pólas do interruptor están interligadas mecánicamente.

1 – Conexión flexible 2 – Desconectador (interruptor de seccionamento) 3 – Cámara de extinción de arco 4 – Aislamento 5 – Caja 6 – Interruptor de tierra (acoplamento a terra) 7 – Conexión de barras trifásicas aisladas

8 – Transformador de corrente

Os componentes internos dentro da caja do GCB amóstranse na figura a continuación.

2.2 Composición e función dos componentes

1) Mecanismo de funcionamento

O interruptor do tipo HECI5 usa o mecanismo AHMA 4. A foto física deste mecanismo de funcionamento é a seguinte:

1 – Motor combinado (motor de bomba de aceite) 2 – Contactos auxiliares da válvula de control 3 – Contactos auxiliares

① Módulo de funcionamento:

O módulo adopta unha estrutura de diferencial de presión constante, onde o aceite de alta presión actúa continuamente no extremo superior do pistón. As velocidades de apertura e pechado poden axustarse separadamente mediante parafusos de estrangulación correspondentes.

② Módulo de almacenamento de enerxía:

Baixo a acción do aceite hidráulico, o pistón do acumulador comprime as molas en disco e almacena a enerxía hidráulica a longo prazo no cilindro do pistón de almacenamento, proporcionando a reserva de enerxía necesaria para as operacións de apertura e pechado.

③ Módulo de control:

As señales eléctricas de comando desde a sala de control activan as válvulas solenoides de apertura/pechado, que, a súa vez, cambian a válvula de control de dirección para lograr a apertura ou pechado do interruptor.

④ Módulo adaptador (de ligazón):

Durante o movemento do pistón, unha manivela de conexión fai xirar o interruptor auxiliar, cambiando así as señales de posición de apertura/pechado.

⑤ Módulo de bomba hidráulica:

Un motor eléctrico acciona a bomba hidráulica para inxectar aceite no acumulador, convertindo a enerxía eléctrica en enerxía hidráulica.

⑥ Módulo de monitorización:

A compressión das molas en disco fai xirar un cam no interruptor de límite, que xira para abrir ou pechar os contactos dun microinterruptor. Isto proporciona señales de alarma e funcións de interbloqueo automáticas para a sala de control. (Cando a presión supera o valor especificado, a válvula de seguridade abre automaticamente para lograr a protección contra sobrepresión.)

2) Interruptor

O interruptor é o compoñente principal do GCB. O seu principio estrutural non é complexo, e o esquema funcional amóstrase a continuación:

S1 – Interruptor de límite de molla S0 – Interruptor auxiliar SA – Indicador de posición Y1 – Bobina de pechado Y2, Y3 – Bobinas de apertura 1 e 2 M0 – Motor de almacenamento de enerxía R10 – Calentador DI – Indicador de densidade 

F6 – Monitor de densidade

3) Sistema de gas SF₆

No GCB, o gas SF₆ só está presente no interruptor, no rele de densidade, no medidor de densidade e nas tuberías de gas interconectadas.

O monitor de densidade é un dispositivo de monitorización de presión compensada en temperatura usado para monitorizar a densidade do gas SF₆ no interruptor de tres pólas (trifásico). A presión de gas pode observarse directamente a través do manómetro. Cando a presión desciende por debaixo dun umbral especificado, o monitor de densidade envía unha señal "REPOSTAR GAS". Se a presión de SF₆ continua a diminuír, dous microinterruptores independentes activarán interbloqueos que impedirán calquera operación de conmutación—o interruptor queda bloqueado mecánica e eléctricamente.

Os puntos de ajuste do monitor de densidade están especificados nos diagramas de control pertinentes e nas curvas características de densidade de gas SF₆.

O panel de control do armario de control consiste principalmente en catro partes:

• Interruptor de interbloqueo

• Contador de operacións

• Indicadores de operación e alarma

• Botóns de modo de operación local

4) Armario de control

Todas as funcións do mecanismo operativo do interruptor están integradas no armario de control. A configuración final e a disposición funcional están detalladas nos diagramas de control pertinentes. Os seguintes componentes de control están todos aloxados dentro do armario de control:

S2 – Interruptor seletor Local/Remoto: O modo de operación selecciona-se mediante o interruptor S2.

Na posición Remota, os comandos só poden emitirse desde a sala de control principal.

Na posición Local, os comandos só poden iniciarse desde o armario de control do interruptor.

Cando está na posición Local, non se pode retirar a chave do interruptor seletor S2. Recoméndase gardar a chave almacenada na sala de control.

S11/S12 – Botóns iluminados para a operación do interruptor.

5) Sistema de alivio de presión (protección contra explosión)

Disco de rotura: En caso de fallo por arco interno (causado por corrente de cortocircuito prolongada), se a presión de gas dentro da carcasa alcanza o limiar de activación, o disco de rotura rompe para liberar a presión excesiva instantaneamente. Esta ventilação rápida evita a falla catastrófica da carcasa ao descargarse de forma segura o gas SF₆ sobrepresurizado.