HECI GCB za generatori – Brzi prekidač s šestfluoridom ugljičnim (SF₆)

1. Definicija i funkcija

1.1 Uloga prekidača generatora

Prekidač generatora (GCB) je kontrolirana točka odjedinstvenja između generatora i transformatora za povećanje napona, koja služi kao sučelje između generatora i električne mreže. Njegova glavna funkcija uključuje izolaciju grešaka na strani generatora i omogućavanje operativnog kontrole tijekom sinkronizacije generatora i povezivanja s mrežom. Način rada GCB-a nije značajno različit od standardnog prekidača; međutim, zbog visokog DC komponente prisutne u struju greške generatora, GCB-ovi moraju djelovati izuzetno brzo kako bi brzo izolirali greške.

1.2 Usporedba sustava s i bez prekidača generatora

Slika 1 ilustrira situaciju prekida struje greške generatora u sustavu bez prekidača generatora.

Slika 2 pokazuje situaciju prekida struje greške generatora u sustavu opremljenom prekidačem generatora (GCB).

Kao što je prikazano u usporedbi, prednosti instalacije prekidača generatora (GCB) mogu se sažeti sljedeće:

Tijekom normalnog pokretanja i zaustavljanja proizvodne jedinice, ne potrebno je mijenjati snabdevanje pomoćnom strujom—potrebno je samo upravljati prekidačem generatora, što značajno povećava pouzdanost struje stanice.

U slučaju unutarnje greške unutar generatora (tj. na strani generatora GCB-a), potrebno je samo isključiti prekidač generatora, što značajno smanjuje složenost operacija tijekom grešaka jedinice.

Pruža bolju zaštitu glavnog transformatora i visokonaponskog transformatora stanice. Kada dođe do unutarnje greške u bilo kojem od ovih transformatora, generator nastavlja prenositi struju greške tijekom vremena padanja njegovog polja (bujanja) struje—čak i nakon što je visokonaponski prekidač glavnog transformatora otvoren zaštitnim relejem. S instaliranom GCB-om, generator može se brzo isključiti, time minimizirajući oštećenje glavnog transformatora—ključna prednost za velike proizvodne jedinice.

Dodatna značajna prednost jest smanjenje ili eliminacija oštećenja generatora uzrokovana nesimultanim (različitim) radom visokonaponskog prekidača. U vezama generator-transformator, visokonaponski prekidač radi na visokoj nominalnoj naponskoj razini, a u otvorenoj switchgearu, velika razmak između faza sprečava mehaničko tri-fazno zaklopno. Stoga, nesimultan rad može se dogoditi čak i tijekom normalnog prebacivanja. Takve uvjete induciraju negativne sekvenčne struje u statoru generatora, a rotor ima vrlo ograničenu toleranciju na negativne sekvenčne magnetske polja—što može dovesti do teških oštećenja rotora. Moderni GCB-ovi, međutim, dizajnirani i proizvedeni su s mehaničkim tri-faznim zaklapanjem, efektivno sprečavajući nesimultan rad.

Za greške koje se pojavljuju na strani generatora GCB-a, potrebno je samo isključiti prekidač generatora—bez otvaranja visokonaponskog prekidača glavnog transformatora—minimalizirajući utjecaj na ukupnu strukturu mreže i koristeći stabilnost sustava.

Raspored elektrane postaje jednostavniji i ekonomičniji, smanjujući vrijeme instalacije, provođenja i troškove. Transformator stanice i njegovo pridruženo srednjeg i visokog napona switchgear može se eliminirati. S implementacijom GCB-a, prosječna dostupnost elektrane se povećava za 0,3%–0,6%, a veća dostupnost generatora direktno rezultira povećanjem prihoda od energije.

2. Struktura i funkcija

2.1 Ukupna struktura

Sustav prekidača u osnovi sastoji se od sljedećih komponenti i opreme, sve montirane na zajedničkoj nosačnoj okviru. Ovisno o specifikacijama narudžbe, određene navedene komponente mogu biti isključene.

Standardni dizajn HEC/HECI tipa switchgeara uključuje:

• SF₆ prekidač

• Odgasivač (izolacijski prekidač)

• Zemljišni prekidač

• Kondenzatori

• Transformatori struje (CTs)

• Transformatori napona (VTs)

Protuudarne spojnice, skraćujuće spojnice i start-up prekidač (za statički frekvencijski pretvarač, SFC) dostupni su kao opcionalni elementi.

1 – Prekidač 2 – Odgasivač (Izolacijski prekidač) 3a – Zemljišni prekidač 3b – Zemljišni prekidač 4 – Skraćujuća spojnica 5 – Start-up prekidač (SFC) 6 – Kondenzator

7 – Transformator struje 8 – Transformator napona 9 – Protuudarna spojnica 10 – Oklop

Prekidnik je ispunjen SF₆ plinom kao sredstvom za ugašavanje lukova. Glavni kontakti i lukoviti kontakti su odvojeni. Kontakti se upravljaju mehanizmom na sprngu. Sva tri pola prekidnika su mehanički povezana.

1 – Fleksibilna veza 2 – Odvojitelj (Izolacijski prekidač) 3 – Kamera za ugašavanje luka 4 – Izolacija 5 – Kućište 6 – Zemlja (Zemljište) prekidač 7 – Poveznica izolirane faze busbar

8 – Transformator struje

Unutarnji komponenti unutar kućišta GCB prikazani su na sljedećoj slici.

2.2 Sastav komponenti i funkcije

1) Upravljački mehanizam

Prekidnik tipa HECI5 koristi upravljački mehanizam AHMA 4. Fizička fotografija ovog upravljačkog mehanizma je sljedeća:

1 – Kombinirani motor (motor čempompice) 2 – Pomoćni kontakti kontrolnog ventila 3 – Pomoćni kontakti

① Modul rada:

Modul usvaja strukturu konstantne razlike tlaka, gdje visokotlačna ulja stalno djeluju na gornji dio štapa klipa. Brzine otvaranja i zatvaranja mogu se posebno prilagoditi putem odgovarajućih šrafova za ograničenje protoka.

② Modul skladnog energije:

Pod djelovanjem hidrauličkog ulja, akumulatorni štap stisne diskovite opruge i dugoročno skladiše hidrauličku energiju u cilindru za skladištenje energije, pružajući potrebnu energetsku rezervu za operacije otvaranja i zatvaranja.

③ Kontrolni modul:

Električni naredbeni signali iz glavnog kontrolnog prostora aktiviraju elektromagnetske ventile za otvaranje/zatvaranje, koji na svoj red mijenjaju položaj smjernog ventila kako bi se postiglo otvaranje ili zatvaranje prekidnika.

④ Adapter (Poveznica) modul:

Tijekom kretanja štapa, spojnica krivulja privodi pomoćni prekidač da se okreće, time mijenjajući signale o položaju otvaranja/zatvaranja.

⑤ Modul hidrauličke čempompice:

Električni motor pokreće hidrauličku čempompicu kako bi se ulje injiciralo u akumulator, pretvarajući električnu energiju u hidrauličku energiju.

⑥ Modul nadzora:

Stisnuta diskovita opruga pokreće kam na granicičnom prekidaču, koji se okreće otvarajući ili zatvarajući kontakte mikroprekidača. To pruža alarmne signale i automatizirane interlocks funkcije za glavni kontrolni prostor. (Kada pritisak prelazi određenu vrijednost, ventil za sniženje pritiska automatski se otvara kako bi se postigla zaštita od previsokog pritiska.)

2) Prekidnik

Prekidnik je glavni komponent GCB. Njegov strukturni princip nije složen, a njegov funkcionalni dijagram prikazan je u nastavku:

S1 – Prekidač granice sprngs S0 – Pomoćni prekidač SA – Pokazatelj položaja Y1 – Bobina zatvaranja Y2, Y3 – Bobine otvaranja 1 i 2 M0 – Motor za skladištenje energije R10 – Grejanje DI – Indikator gustoće 

F6 – Monitor gustoće

3) SF₆ Plinski sustav

U GCB, SF₆ plin prisutan je samo u prekidniku, relju gustoće, mjerilu gustoće i spojnim cjevovodima za plin.

Monitor gustoće je uređaj za praćenje tlaka kompenziranog temperature, koji se koristi za praćenje gustoće SF₆ plina u trofaznom (tro-položajnom) prekidniku. Tlak plina može se direktno promatrati putem manometra. Kada tlak padne ispod određene granice, monitor gustoće šalje signal "POVRNITE PLIN". Ako SF₆ tlak dalje opada, dva nezavisna mikro-prekidača aktiviraju interlocks koji spriječavaju bilo kakve operacije prekidnika—prekidnik postaje mehanički i električki zaključan.

Točke postavljanja monitora gustoće definirane su u relevantnim kontrolnim dijagramima i karakterističnim krivuljama gustoće SF₆ plina.

Kontrolna ploča kontrolnog okvira sastoji se uglavnom od četiri dijela:

• Interlock prekidač

• Brojač radnji

• Indikatori rada i alarma

• Gumbi za lokalni način rada

4) Kontrolni ormarić

Sve funkcije mehanizma rada prekidnika su integrirane unutar kontrolnog ormarića. Konačna konfiguracija i funkcionalna raspodjela detaljno su opisane u relevantnim kontrolnim dijagramima. Slijedeći kontrolni komponenti smješteni su unutar kontrolnog ormarića:

S2 – Prekidač odabira lokalnog/udaljenog načina rada: Način rada odabire se preko prekidača S2.

U položaju Udaljeno, naredbe mogu biti dani samo iz glavnog kontrolnog prostora.

U položaju Lokalno, naredbe mogu biti inicirane samo s kontrolnog ormarića prekidnika.

Kada je u položaju Lokalno, ključ prekidača S2 ne može se ukloniti. Preporučljivo je da se ključ čuva u kontrolnom prostoru.

S11/S12 – Osijaljene tipke za upravljanje prekidnikom.

5) Sustav za smanjenje tlaka (zaštita od eksplozije)

Prekidna ploča: U slučaju unutarnjeg luka (uzrokovana dugotrajnim strujnim krugom), ako pritisak plina unutar okvira dosegne prag aktivacije, prekidna ploča se razbije kako bi odmah oslobodila prekomjerni pritisak. Ova brza ventilacija sprječava katastrofalan propad okvira sigurno ispuštajući prekomjerni SF₆ plin.