HECI GCB per generatori – Spezzacircuiti veloci SF₆
1.Definizione e funzione
1.1 Ruolo dell'interruttore del generatore
L'Interruttore del Generatore (GCB) è un punto di disconnessione controllabile situato tra il generatore e il trasformatore di rialzo, funzionando come interfaccia tra il generatore e la rete elettrica. Le sue funzioni principali includono l'isolamento dei guasti lato generatore e l'abilitazione del controllo operativo durante la sincronizzazione del generatore e la connessione alla rete. Il principio di funzionamento di un GCB non differisce significativamente da quello di un interruttore standard; tuttavia, a causa della forte componente continua presente nelle correnti di guasto del generatore, i GCB devono operare estremamente rapidamente per isolare velocemente i guasti.
1.2 Confronto tra sistemi con e senza interruttore del generatore
La figura 1 illustra lo scenario di interruzione della corrente di guasto del generatore in un sistema senza Interruttore del Generatore.
La figura 2 mostra lo scenario di interruzione della corrente di guasto del generatore in un sistema dotato di un Interruttore del Generatore (GCB).
Come illustrato nel confronto sopra, i vantaggi dell'installazione di un Interruttore del Generatore (GCB) possono essere riassunti come segue:
Durante l'avvio e lo spegnimento normale dell'unità di generazione, non è necessario commutare l'alimentazione ausiliaria—è sufficiente l'operazione dell'interruttore del generatore, migliorando significativamente l'affidabilità dell'alimentazione della stazione.
In caso di guasto interno al generatore (cioè lato generatore del GCB), è necessario solo azionare l'interruttore del generatore, riducendo notevolmente la complessità operativa durante i guasti dell'unità.
Fornisce una migliore protezione per il trasformatore principale e il trasformatore di servizio ad alta tensione. Quando si verifica un guasto interno in uno di questi trasformatori, il generatore continua a fornire corrente di guasto durante il periodo di decadimento della corrente di campo (eccitazione)—anche dopo che l'interruttore lato alta tensione del trasformatore principale è stato aperto dai dispositivi di protezione. Con un GCB installato, il generatore può essere disconnesso rapidamente, minimizzando così i danni al trasformatore principale—un beneficio critico per le grandi unità di generazione.
Un ulteriore vantaggio significativo è la mitigazione o l'eliminazione dei danni al generatore causati dall'operazione non simultanea (discrepanza tra i poli) dell'interruttore ad alta tensione. Nelle connessioni generatore-trasformatore, l'interruttore ad alta tensione opera a un'elevata tensione nominale, e negli apparati di commutazione a disposizione aperta, la grande distanza tra fasi impedisce l'interblocco meccanico a tre poli. Di conseguenza, può verificarsi un'operazione non simultanea anche durante la commutazione normale. Tali condizioni inducono correnti negative sequenza nello statore del generatore, e il rotore ha una tolleranza molto limitata ai campi magnetici di sequenza negativa—potenzialmente portando a gravi danni al rotore. Tuttavia, gli interruttori moderni GCB sono progettati e costruiti con un interblocco meccanico a tre poli, prevenendo efficacemente l'operazione non simultanea.
Per i guasti che si verificano lato generatore del GCB, è necessario solo azionare l'interruttore del generatore—senza aprire l'interruttore lato alta tensione del trasformatore principale—minimizzando l'impatto sulla struttura complessiva della rete e beneficiando la stabilità del sistema.
La disposizione della centrale diventa più semplice ed economica, riducendo i tempi e i costi di installazione e messa in servizio. Il trasformatore di servizio e i relativi apparati di commutazione a media e alta tensione possono essere eliminati. Con l'implementazione del GCB, la disponibilità media della centrale aumenta del 0,3%–0,6%, e una maggiore disponibilità del generatore si traduce direttamente in un aumento dei ricavi energetici.
2. Struttura e funzione
2.1 Struttura complessiva
Il sistema di interruzione essenzialmente consiste nei seguenti componenti e apparecchiature, tutti montati su un telaio di supporto comune. A seconda delle specifiche dell'ordine d'acquisto, alcuni componenti elencati potrebbero essere esclusi.
Il design standard degli apparati HEC/HECI include:
interruttore SF₆
separatore (interruttore di isolamento)
interruttore di terra (di messa a terra)
condensatori
trasformatori di corrente (CTs)
trasformatori di tensione (VTs)
I parafulmini, i collegamenti di cortocircuito e l'interruttore di avviamento (per il Convertitore Statico di Frequenza, SFC) sono disponibili come opzioni.
1 – Interruttore 2 – Separatore (interruttore di isolamento) 3a – Interruttore di terra 3b – Interruttore di terra 4 – Collegamento di cortocircuito 5 – Interruttore di avviamento (SFC) 6 – Condensatore
7 – Trasformatore di corrente 8 – Trasformatore di tensione 9 – Parafulmine 10 – Contenitore
L'interruttore è riempito con gas SF₆ come mezzo di spegnimento dell'arco. I contatti principali e i contatti d'arco sono separati. I contatti sono azionati da un meccanismo a molla. I tre poli dell'interruttore sono collegati meccanicamente tra loro.
1 – Collegamento flessibile 2 – Interruttore di isolamento (interruttore sezionatore) 3 – Camera di spegnimento dell'arco 4 – Isolamento 5 – Involucro 6 – Interruttore di messa a terra 7 – Collegamento della sbarra trifase isolata
8 – Trasformatore di corrente
I componenti interni all'interno dell'involucro del GCB sono mostrati nella figura seguente.
2.2 Composizione e funzione dei componenti
1) Meccanismo di comando
L'interruttore GCB di tipo HECI5 utilizza il meccanismo di comando AHMA 4. La foto fisica di questo meccanismo di comando è la seguente:
1 – Motore combinato (motore della pompa oleodinamica) 2 – Contatti ausiliari della valvola di controllo 3 – Contatti ausiliari
① Modulo di comando:
Il modulo adotta una struttura a differenza di pressione costante, in cui l'olio ad alta pressione agisce continuamente sull'estremità superiore del pistone. Le velocità di apertura e chiusura possono essere regolate separatamente tramite apposite viti di strozzamento.
② Modulo di accumulo energia:
Sotto l'azione dell'olio idraulico, il pistone dell'accumulatore comprime le molle a disco e immagazzina energia idraulica nel cilindro del pistone di accumulo, fornendo la riserva energetica necessaria per le operazioni di apertura e chiusura.
③ Modulo di controllo:
I segnali elettrici di comando provenienti dalla sala di controllo principale attivano le valvole solenoidi di apertura/chiusura, che a loro volta spostano la valvola direzionale per realizzare l'apertura o la chiusura dell'interruttore.
④ Modulo adattatore (collegamento):
Durante il movimento del pistone, una manovella collegata aziona la rotazione dell'interruttore ausiliario, commutando così i segnali di posizione di apertura/chiusura.
⑤ Modulo pompa idraulica:
Un motore elettrico aziona la pompa idraulica per iniettare olio nell'accumulatore, trasformando l'energia elettrica in energia idraulica.
⑥ Modulo di monitoraggio:
La compressione delle molle a disco aziona una cam su un interruttore di finecorsa, che ruotando apre o chiude i contatti di un microinterruttore. Ciò fornisce segnali di allarme e funzioni di interblocco automatico alla sala di controllo principale. (Quando la pressione supera il valore stabilito, la valvola di scarico si apre automaticamente per garantire la protezione contro la sovrappressione.)
2) Interruttore
L'interruttore è il componente principale del GCB. Il suo principio strutturale non è complesso e il suo diagramma funzionale è mostrato di seguito:
S1 – Interruttore di finecorsa della molla S0 – Interruttore ausiliario SA – Indicatore di posizione Y1 – Bobina di chiusura Y2, Y3 – Bobine di apertura 1 e 2 M0 – Motore di accumulo energia R10 – Resistenza riscaldante DI – Indicatore di densità
F6 – Monitor di densità
3) Sistema gas SF₆
Nel GCB, il gas SF₆ è presente soltanto nell'interruttore, nel relè di densità, nel manometro di densità e nelle tubazioni di collegamento del gas.
Il monitor di densità è un dispositivo di monitoraggio della pressione compensato termicamente, utilizzato per controllare la densità del gas SF₆ nell'interruttore trifase (tre poli). La pressione del gas può essere osservata direttamente tramite il manometro. Quando la pressione scende al di sotto di una soglia prestabilita, il monitor di densità invia un segnale “RIEMPIMENTO GAS”. Se la pressione del gas SF₆ continua a diminuire, due microinterruttori indipendenti attiveranno degli interblocchi che impediscono qualsiasi operazione di manovra: l'interruttore viene bloccato meccanicamente ed elettricamente.
I punti di taratura del monitor di densità sono specificati nei relativi schemi di comando e nelle curve caratteristiche della densità del gas SF₆.
Il pannello di controllo dell'armadio di comando è composto principalmente da quattro parti:
Interruttore di interblocco
Contatore di manovre
Indicatori di funzionamento e di allarme
Pulsanti per la modalità di comando locale
4) Armadio di controllo
Tutte le funzioni del meccanismo di comando dell'interruttore sono integrate nell'armadio di controllo. La configurazione finale e la disposizione funzionale sono dettagliate nei diagrammi di controllo rilevanti. I seguenti componenti di controllo sono alloggiati all'interno dell'armadio di controllo:
S2 – Interruttore selettore Locale/Remoto: La modalità di funzionamento viene selezionata tramite l'interruttore S2.
Nella posizione Remoto, i comandi possono essere emessi solo dalla sala di controllo principale.
Nella posizione Locale, i comandi possono essere iniziati solo dall'armadio di controllo dell'interruttore.
Quando si trova nella posizione Locale, la chiave dell'interruttore selettore S2 non può essere rimossa. Si consiglia di conservare la chiave nella sala di controllo.
S11/S12 – Pulsanti luminosi per l'operazione dell'interruttore.
5) Sistema di Rilascio della Pressione (Protezione contro le Esplosioni)
Disco di rottura: In caso di un guasto arco interno (causato da una corrente di cortocircuito prolungata), se la pressione del gas all'interno dell'involucro raggiunge la soglia di attivazione, il disco di rottura si rompe per rilasciare istantaneamente la pressione eccessiva. Questo rilascio rapido impedisce un fallimento catastrofico dell'involucro scaricando in sicurezza il gas SF₆ sovrappressurizzato.
