HECI GCB voor Generatoren – Snelle SF₆ Schakelaar
1.Definitie en functie
1.1 Rol van de Generator Circuit Breaker
De Generator Circuit Breaker (GCB) is een controleerbare onderbrekingspunt gelegen tussen de generator en de opstaptransformatie, fungerend als interface tussen de generator en het elektriciteitsnet. De primaire functies omvatten het isoleren van storingen aan de generatorzijde en het mogelijk maken van operationele controle tijdens de synchronisatie van de generator en het aansluiten op het net. Het werkingprincipe van een GCB verschilt niet aanzienlijk van dat van een standaard circuitbreker; echter, vanwege het hoge DC-component in generatorstoringstromen, moeten GCB's extreem snel werken om storingen snel te isoleren.
1.2 Vergelijking tussen systemen met en zonder Generator Circuit Breaker
Figuur 1 illustreert het scenario van het onderbreken van de generatorstoringstroom in een systeem zonder Generator Circuit Breaker.
Figuur 2 toont het scenario van het onderbreken van de generatorstoringstroom in een systeem uitgerust met een Generator Circuit Breaker (GCB).
Zoals in de bovenstaande vergelijking wordt geïllustreerd, kunnen de voordelen van het installeren van een Generator Circuit Breaker (GCB) worden samengevat als volgt:
Tijdens normale start- en stopprocedures van de generatorenit is overschakeling van de noodvoorziening niet nodig—alleen bediening van de generatorcircuitbreker is vereist, wat de betrouwbaarheid van de stationsvoorziening aanzienlijk verhoogt.
Bij het optreden van een interne storing in de generator (d.w.z., aan de generatorzijde van de GCB), hoeft alleen de generatorcircuitbreker te worden geactiveerd, waardoor de operationele complexiteit bij eenhidsstoringen sterk wordt verminderd.
Het biedt betere bescherming voor de hoofdtransformatie en de hoogspanningsstationsvoorzieningstransformatie. Wanneer er een interne storing optreedt in een van deze transformatoren, blijft de generator zelfs na het openen van de hoogspanningszijde-circuitbreker door de beveiligingsrelais doorstromen gedurende de afnameperiode van zijn veld (opwinding)stroom. Met een GCB geïnstalleerd kan de generator snel worden losgekoppeld, waardoor schade aan de hoofdtransformatie—een cruciaal voordeel voor grote generatie-eenheden—wordt geminimaliseerd.
Een extra significant voordeel is de verminderde of geëlimineerde schade aan de generator veroorzaakt door niet-simultane (pool-disagreement) bediening van de hoogspanningscircuitbreker. Bij generator-transformatoreenheidsverbindingen werkt de hoogspanningscircuitbreker op een hoge nominale spanning, en in open-type schakelkasten voorkomt de grote fase-aan-fase afstand mechanische driefase-interlocking. Daarom kan niet-simultane bediening zelfs tijdens normale schakeling optreden. Deze omstandigheden veroorzaken negatieve reeksenstromen in de generatorstator, en de rotor heeft zeer beperkte tolerantie voor negatieve reeksenmagnetische velden—wat potentiële ernstige rotorschade kan veroorzaken. Moderne GCB's zijn echter ontworpen en geproduceerd met driefasemachinale interlocking, wat effectief niet-simultane bediening voorkomt.
Voor storingen die optreden aan de generatorzijde van de GCB, hoeft alleen de generatorcircuitbreker te worden geactiveerd—zonder het openen van de hoogspanningszijde-circuitbreker van de hoofdtransformatie—waarmee de impact op de algemene netstructuur wordt geminimaliseerd en het systeemstabiel blijft.
De indeling van de energiecentrale wordt eenvoudiger en economischer, met minder installatie- en inbedrijfstellingstijd en -kosten. De stationsvoorzieningstransformatie en de daaraan gerelateerde middel- en hoogspanningsschakelapparatuur kunnen worden geëlimineerd. Met de implementatie van GCB neemt de gemiddelde beschikbaarheid van de centrale toe met 0,3%–0,6%, en hogere generatorbeschikbaarheid leidt direct tot meer energie-inkomsten.
2. Structuur en functie
2.1 Algemene structuur
Het circuitbrekersysteem bestaat in essentie uit de volgende componenten en apparatuur, alle gemonteerd op een gemeenschappelijk dragersysteem. Afhankelijk van de specificaties in de bestelling kunnen sommige genoemde componenten worden weggelaten.
De standaardontwerp van de HEC/HECI-type schakelapparatuur omvat:
SF₆ circuitbreker
Onderbreker (isolatieschakelaar)
Aardingsschakelaar
Condensatoren
Stroomtransformatoren (CT's)
Spanningstransformatoren (VT's)
Overstroombeveiligingen, kortsluitverbinders en de startschakelaar (voor Statische Frequentie Omvormer, SFC) zijn beschikbaar als optionele items.
1 – Circuitbreker 2 – Onderbreker (Isolatieschakelaar) 3a – Aardingsschakelaar 3b – Aardingsschakelaar 4 – Kortsluitverbinder 5 – Startschakelaar (SFC) 6 – Condensator
7 – Stroomtransformator 8 – Spanningtransformator 9 – Overstroombeveiliging 10 – Behuizing
De stroomafbreker is gevuld met SF₆-gas als boogdoofmedium. De hoofdcontacten en de boogcontacten zijn gescheiden. De contacten worden bediend door een veermechanisme. De drie polen van de stroomafbreker zijn mechanisch gekoppeld.
1 – Flexibele verbinding 2 – Afschuiver (Isolerende schakelaar) 3 – Boogdoofkamer 4 – Isolatie 5 – Behuizing 6 – Aardingsschakelaar 7 – Geïsoleerde fasebusverbinding
8 – Stroomtransformator
De interne componenten in de GCB-behuizing worden weergegeven in de onderstaande figuur.
2.2 Componentensamenstelling en Functie
1) Bedieningsmechanisme
De HECI5-type GCB-schakelaar gebruikt het AHMA 4-bedieningsmechanisme. De fysieke foto van dit bedieningsmechanisme is als volgt:
1 – Gecombineerde motor (oliepomp motor) 2 – Hulpcontacten van de besturingklep 3 – Hulpcontacten
① Bedieningsmodule:
De module heeft een constante drukverschilstructuur, waarbij hoogdruk olie continu werkt op het bovenste uiteinde van de zuigerstang. De openings- en sluitingssnelheden kunnen afzonderlijk worden aangepast via de corresponderende stuwknoppen.
② Energiestoragemodule:
Onder de werking van hydraulische olie comprimeert de accumulatorpistool schijfveren en slaat hydraulische energie langdurig op in de energiestoragepistoolcilinder, waardoor de noodzakelijke energiereserve wordt verstrekt voor openings- en sluitingoperaties.
③ Controlemodule:
Elektrische commandosignalen van de hoofdbedieningsruimte activeren de open/sluit-elektromagneten, die vervolgens de richtingscontroleschakelaar verschuiven om het openen of sluiten van de stroomafbreker te realiseren.
④ Adapter (Koppeling) Module:
Tijdens de beweging van de zuigerstang drijft een verbindingsexcentrische arm de hulpschakelaar aan om te roteren, waardoor de open/sluitpositie signalen worden geschakeld.
⑤ Hydraulische pompmodule:
Een elektrische motor drijft de hydraulische pomp aan om olie in de accumulator te pompen, zodat elektrische energie wordt omgezet in hydraulische energie.
⑥ Monitoringmodule:
De compressie van de schijfveren drijft een cam op een eindschakelaar, die roteert om de contacten van een microschakelaar te openen of te sluiten. Dit biedt alarmsignalen en automatische koppelingsfuncties voor de hoofdbedieningsruimte. (Wanneer de druk de gespecificeerde waarde overschrijdt, opent de overdruckventiel automatisch om overdruckschade te voorkomen.)
2) Stroomafbreker
De stroomafbreker is de hoofdcomponent van de GCB. Het structuurprincipe ervan is niet complex, en de functionele schematische weergave is als volgt:
S1 – Veerlimiet schakelaar S0 – Hulpschakelaar SA – Positieindicator Y1 – Sluitingspoel Y2, Y3 – Openingsspoelen 1 en 2 M0 – Energiestorage motor R10 – Verwarmer DI – Dichtheidswijzer
F6 – Dichtheidsmonitor
3) SF₆ Gas Systeem
In de GCB is SF₆-gas alleen aanwezig in de stroomafbreker, de dichtheidrelais, de dichtheidsmeter en de verbindingsgasleidingen.
De dichtheidsmonitor is een temperatuur gecompenseerd drukbewakingstoestel dat wordt gebruikt om de dichtheid van het SF₆-gas in de drie-polige (driefase) stroomafbreker te bewaken. De gasdruk kan rechtstreeks worden waargenomen via de manometer. Wanneer de druk onder een gespecificeerde drempelwaarde daalt, stuurt de dichtheidsmonitor een "GAS BIJVOEREN" signaal. Als de SF₆-druk blijft dalen, zullen twee onafhankelijke microschakelaars interlocks activeren die elke schakeloperatie voorkomen — de stroomafbreker wordt mechanisch en elektrisch uitgesloten.
De instelpunten van de dichtheidsmonitor staan vermeld in de relevante bedieningsdiagrammen en de SF₆-gas dichtheid kenlijnen.
Het bedieningspaneel van de bedieningskast bestaat voornamelijk uit vier delen:
Interlock schakelaar
Bedieningsmeter
Bedienings- en alarmsignalen
Lokale bedieningsmodus knoppen
4) Bedieningskast
Alle functies van het bedieningssysteem van de schakelaar zijn geïntegreerd in de bedieningskast. De uiteindelijke configuratie en functionele indeling staan gedetailleerd in de relevante bedieningsschema's. De volgende bedieningselementen zijn allemaal ondergebracht in de bedieningskast:
S2 – Lokale/Verre keuzeschakelaar: De bedieningsmodus wordt geselecteerd via schakelaar S2.
In de Verre stand kunnen commando's alleen worden uitgevoerd vanuit de hoofdbedieningsruimte.
In de Lokale stand kunnen commando's alleen worden gestart vanuit de bedieningskast van de schakelaar.
Wanneer in de Lokale stand, kan de sleutel van keuzeschakelaar S2 niet worden verwijderd. Het wordt aanbevolen om de sleutel op te slaan in de bedieningsruimte.
S11/S12 – Verlichte drukknoppen voor de bediening van de schakelaar.
5) Drukafgifte (Explosiebeveiliging) Systeem
Springplaat: Bij een interne boogfout (veroorzaakt door een langdurige kortsluitstroom), als de gasdruk binnen de behuizing de activeringsdrempel bereikt, breekt de springplaat om de overtollige druk onmiddellijk af te geven. Deze snelle afvoer voorkomt catastrofale falen van de behuizing door de overgedrukte SF₆-gas veilig af te voeren.
