HECI GCB for Generators – Gyors SF₆ áramköri törő

1. Definíció és funkció

1.1 A generátor átmeneti relé szerepe

A Generátor Átmeneti Relé (GCB) egy irányítható kapcsolópont a generátor és a fokozó transzformátor között, amely a generátor és az energiahálózat közötti interfész. Főbb funkciói a generátorszintű hibák elszakítása, valamint a generátor szinkronizálásának és hálózati csatlakoztatásának működési ellenőrzése. Egy GCB működési elve nem jelentősen tér el egy szabványos átmeneti relétől; azonban a generátor hibaáramai nagy DC-komponens miatt a GCB-nak rendkívül gyorsan kell működnie, hogy a hibákat minél hamarabb elszakítsa.

1.2 Összehasonlítás a Generátor Átmeneti Relével rendelkező és nélküli rendszerek között

Az 1. ábra bemutatja a generátor hibaáram megszakítását olyan rendszerben, amelyben nincs Generátor Átmeneti Relé (GCB).

A 2. ábra azt mutatja, hogyan történik a generátor hibaáram megszakítása olyan rendszerben, amelyben van Generátor Átmeneti Relé (GCB).

Ahogy az összehasonlításból látszik, a Generátor Átmeneti Relé (GCB) telepítésének előnyei a következők:

A generáló egység normális indítása és leállítása során nem szükséges segédenergiaellátás váltása—csak a generátor átmeneti relé működtetése szükséges, ami jelentősen növeli a társalomszolgáltatás megbízhatóságát.

A generátor belső hibájának (azaz a GCB generátor oldalán lévő) esetén csak a generátor átmeneti relét kell kikapcsolni, ami jelentősen csökkenti a műveleti összetettséget az egység hibájának kezelésekor.

Jobb védelmet nyújt a főtranszformátor és a magasfeszültségű társalomszolgáltató transzformátor számára. Ha bármelyik transzformátorban belső hiba lép fel, a generátor továbbra is hibaáramot adott a mező (excitációs) áram enyhülési idő alatt, még akkor is, ha a főtranszformátor magasfeszültségű oldali átmeneti reléje már megnyílt a védőeszközök hatására. A GCB telepítése lehetővé teszi a generátor gyors elszakítását, így minimalizálva a főtranszformátor sérülését—ez különösen fontos a nagy generáló egységeknél.

Egy másik jelentős előny a nem egyidejű (pol-diszkordancia) működés okozta sérülések enyhítése vagy eltüntetése a generátorban. A generátor-transzformátor egységekben a magasfeszültségű átmeneti relé magas beállított feszültségen működik, és a nyilt típusú kapcsolóeszközökben a nagy fázis-fázis távolság megakadályozza a mechanikai hárompolos rögzítést. Ennek eredményeként a nem egyidejű működés akár normál váltáskor is bekövetkezhet. Ilyen feltételek negatív sorrendű áramokat indukálnak a generátor statorában, és a rotor nagyon korlátozott toleranciával bír a negatív sorrendű mágneses mezőkhöz—ami súlyos rotor sérüléseket eredményezhet. A modern GCB-ek viszont hárompolos mechanikai rögzítéssel vannak kialakítva és gyártva, ami hatékonyan megakadályozza a nem egyidejű működést.

A GCB generátor oldalán fellépő hibák esetén csak a generátor átmeneti relét kell kikapcsolni—nem szükséges a főtranszformátor magasfeszültségű oldali átmeneti reléjének megnyitása—ez minimalizálja a teljes hálózati struktúrára gyakorolt hatást, és hasznos a rendszer stabilitásához.

A település elrendezése egyszerűbbé és gazdaságosabbá válik, csökkentve a telepítési, beüzemelési időt és költségeket. A társalomszolgáltató transzformátor és a hozzá kapcsolódó közepes- és magasfeszültségű kapcsolóeszközök elhagyhatók. A GCB bevezetésével az átlagos település rendelkezésre állása 0,3%–0,6%-kal növekszik, és a magasabb generátor rendelkezésre állás közvetlenül energiabevétel növekedéséhez vezet.

2. Szerkezet és funkció

2.1 Általános szerkezet

Az átmeneti relérendszer alapvetően a következő komponensekből és eszközökből áll, amelyek közös tartókereten vannak rögzítve. A rendel specifikációi alapján bizonyos felsorolt komponensek kivételes esetekben kizárhatók.

Az HEC/HECI típusú kapcsolóeszköz szabványos tervezése a következőket tartalmazza:

• SF₆ átmeneti relé

• Kapcsoló (elválasztó)

• Földkapcsoló

• Kondenzátorok

• Áramerőművek (CT-ek)

• Feszültemérések (VT-ek)

A villamosugraszegélyek, a rövidzárlók és a startkapcsoló (Statikus Frekvencia Konverter, SFC) opcionális elemekként érhetők el.

1 – Átmeneti relé 2 – Kapcsoló (Elválasztó) 3a – Földkapcsoló 3b – Földkapcsoló 4 – Rövidzárló 5 – Startkapcsoló (SFC) 6 – Kondenzátor

7 – Áramerőmű 8 – Feszültemérő 9 – Villamosugraszegély 10 – Burok

A áramkör-törő SF₆ gázzal van feltöltve mint ívkioltó közeg. A fő kapcsolópontok és az ívkialakító kapcsolópontok külön vannak elhelyezve. A kapcsolópontok egy rugó-hajtású mechanizmussal működnek. Az áramkör-törő három polusai mechanikailag összekapcsolva vannak.

1 – Rugalmas kapcsolat 2 – Szektor (Elkülönítő kapcsoló) 3 – Ívkioltó kamra 4 – Elszigetelés 5 – Készlet 6 – Földkapcsoló 7 – Elszigetelt fázbusz-kapcsolat

8 – Áramerőmérő

Az áramkör-törő készletének belső komponensei a következő ábrán láthatók.

2.2 Komponens-szerkezet és funkció

1) Működtető Mechanizmus

A HECI5 típusú GCB kapcsoló az AHMA 4 működtető mechanizmust használja. Ez a működtető mechanizmus fizikai fotója a következő:

1 – Kombinált motor (olajpumpa-motor) 2 – Vezérlőkapcsoló segédkapcsolók 3 – Segédkapcsolók

① Működtető Modul:

A modul állandó nyomásváltozós szerkezetet alkalmaz, ahol a magasnyomású olaj folyamatosan hat a kolbengerakodó tetején. A nyitási és záró sebességeket külön-külön állíthatók be a megfelelő csillapítóskrukkal.

② Energia Tároló Modul:

A higanyolaj hatására a tárolókolben a szemcse-springs tömörítődnek, és hosszú távon tárolják a hidraulikus energiát a tárolókolben, amely biztosítja a nyitási és záró műveletekhez szükséges energiaforrást.

③ Vezérlő Modul:

Az őrszobából érkező elektrikus parancsjelek aktiválják a nyitási/záró elektromos kapcsolókat, amelyek fordítják a irányítókapcsolót, hogy elérjék az áramkör-törő nyitását vagy zárását.

④ Alakító (Összekötő) Modul:

A kolbengerakodó mozgása során egy csatlakozó forgókar hajtja a segédkapcsolót, így váltva a nyitási/záró pozíciós jeleket.

⑤ Hidraulikus Pumpa Modul:

Egy elektrikus motor hajtja a hidraulikus pumpát, amely olajt ad a tárolókolba, elektromos energiát hidraulikus energiává alakítva.

⑥ Monitorozó Modul:

A szemcse-springs tömörítése egy korlátozókapcsolón lévő camot hajt, amely elfordul, hogy nyissa vagy zárja a mikrokapcsoló kapcsolópontjait. Ez riasztási jeleket és automatikus összekötő funkciókat biztosít az őrszobának. (Ha a nyomás meghaladja a megadott értéket, a nyomáslevédő kapcsoló automatikusan megnyílik, így túlnyomás-védelmet biztosít.)

2) Áramkör-törő

Az áramkör-törő a GCB fő komponense. Szerkezeti elve nem összetett, és a funkcionális sémája a következő:

S1 – Rugó korlátozókapcsoló S0 – Segédkapcsoló SA – Pozíció jelző Y1 – Záró tekercs Y2, Y3 – Nyitó tekercsek 1 és 2 M0 – Energia tároló motor R10 – Fűtőelem DI – Sűrűség jelző 

F6 – Sűrűség monitor

3) SF₆ Gáz Rendszer

A GCB-ben az SF₆ gáz csak az áramkör-törőben, a sűrűség-erőgében, a sűrűség-mérőben és a csatlakozó gázvezetékekben található.

A sűrűség monitor egy hőmérséklet-kompenzált nyomásmonitor, amely feladata a hárompolusú (háromfázisú) áramkör-törőben lévő SF₆ gáz sűrűségének figyelése. A gáznyomást közvetlenül a nyomásmérőn lehet megfigyelni. Ha a nyomás alá esik egy meghatározott küszöbérték alá, a sűrűség monitor "GÁZ TÖLTÉSE" jelet küld. Ha az SF₆ nyomás tovább csökken, két független mikrokapcsoló aktiválja az összekötőket, ami megakadályozza bármilyen kapcsoló műveleteket — az áramkör-törő mechanikailag és elektronikusan záródik ki.

A sűrűség monitor beállítási pontjai a releváns vezérlő diagramokban és az SF₆ gáz sűrűség karakterisztikus görbéiben vannak meghatározva.

A vezérlő szekrény vezérlőpanelje négy részből áll:

• Összekötő kapcsoló

• Működés számláló

• Működés és riasztási indikátorok

• Helyi működési mód gombok

4) Vezérlő szekrény

A vezeték átmeneti működésének minden funkciója integrálva van a vezérlő szekrényben. A végső konfiguráció és funkcionális elrendezés részletesen megtalálható a kapcsolódó vezérlő rajzon. A következő vezérlő komponensek mind a vezérlő szekrényben találhatók:

S2 – Helyi/Távoli választókapcsoló: A működési mód a S2 kapcsolóval választható.

A Távoli helyzetben a parancsok csak a fő vezérlő teremben adhatók ki.

A Helyi helyzetben a parancsok csak a vezeték vezérlő szekrényéből indíthatók el.

A Helyi helyzetben a S2 választókapcsoló kulcsát nem lehet eltávolítani. Javasolt, hogy a kulcsot a vezérlő teremben tárolják.

S11/S12 – Világított gombkapcsolók a vezeték működtetéséhez.

5) Nyomáslevezető (robbanásvédelmi) rendszer

Szakadólap: Belső ívhibák esetén (hosszú ideig tartó rövidzártárami okozta) ha a berendezés belső nyomása elérte az aktiválási küszöböt, a szakadólap szakad, és az túlnyomást azonnal kivenni. Ez a gyors ventiláció megelőzi a katastrofális burkolat meghibásodását, biztonságosan kivenve a túlnyomású SF₆ gázt.