HECI GCB for Generators – Hurtig SF₆ strømkjederør

1. Definisjon og funksjon

1.1 Generator sirkuitsbryterens rolle

Generator sirkuitsbryteren (GCB) er et kontrollerbart avkoblingspunkt plassert mellom generatoren og spenningsforhøyende transformator, som fungerer som en grensesnitt mellom generatoren og kraftnettet. Dets primære funksjoner inkluderer å isolere feil på generator-siden og å muliggjøre driftskontroll under synkronisering av generatoren og kobling til nettet. Driftsprinsippet for en GCB er ikke vesentlig forskjellig fra det for en standard sirkuitsbryter; imidlertid, grunnet den høye DC-komponenten i generatorfeilstrømmer, må GCB-er operere ekstremt raskt for å hurtig isolere feil.

1.2 Sammenligning mellom systemer med og uten generator sirkuitsbryter

Figur 1 viser situasjonen for avbryting av generatorfeilstrømmen i et system uten Generator Circuit Breaker.

Figur 2 viser situasjonen for avbryting av generatorfeilstrømmen i et system utstyrt med en Generator Circuit Breaker (GCB).

Som vist i sammenligningen over, kan fordelerne ved installasjon av en Generator Circuit Breaker (GCB) summeres som følger:

Under normal start og stopp av produksjonsenheten, er det ikke nødvendig med skifting av hjelpestrømforsyning—bare operasjon av generator sirkuitsbryteren er nødvendig, noe som betydelig øker påliteligheten av stasjonens strømforsyning.

I tilfelle en intern feil i generatoren (dvs., på generator-siden av GCB), trenger bare generator sirkuitsbryteren å tripes, noe som betydelig reduserer driftskompleksiteten under enhetsfeil.

Den gir bedre beskyttelse for hovedtransformator og høyspennings stasjonstransformator. Når det oppstår en intern feil i noen av disse transformatorer, fortsetter generatoren å levere feilstrøm under nedbrytningsperioden for dens feltstrøm (oppitsstrøm)—selv etter at høyspennings sider bryteren av hovedtransformator har blitt åpnet av beskyttelsesrelé. Med en GCB installert, kan generatoren raskt dekobles, noe som minimerer skade på hovedtransformator—et kritisk fordel for store produksjonsenheter.

Et ytterligere betydelig fordel er nedsinking eller eliminering av skader på generatoren forårsaket av ikke-simultan (pol-disagreement) operasjon av høyspenningsbryteren. I generator-transformator enhetsforbindelser, opererer høyspenningsbryteren ved høy nominal spenning, og i åpent type skruvegear, forebygger den store fase til fase avstand mekanisk tre-fase låsing. Dermed kan ikke-simultan operasjon oppstå selv under normal skruving. Slike forhold inducerer negative sekvensstrømmer i generator rotoren, og roteren har meget begrenset toleranse for negative sekvens magnetfelt—potensielt som fører til alvorlig rotor skade. Moderne GCB-er er imidlertid designet og produsert med tre-fase mekanisk låsing, effektivt forhindrer ikke-simultan operasjon.

For feil som oppstår på generator-siden av GCB, trenger kun generator sirkuitsbryteren å tripes—uten å åpne hovedtransformatorens høyspennings sider bryter—minimerer innvirkningen på det totale nettstrukturen og gynner systemstabilitet.

Kraftverkslayout blir enklere og mer økonomisk, reduserer installasjon, justering tid og kostnader. Stasjonens transformator og dens tilknyttede medium- og høyspennings skruvegear kan elimineres. Med GCB implementering, økes gjennomsnittlig anleggs tilgjengelighet med 0,3%–0,6%, og høyere generator tilgjengelighet oversettes direkte til økt energiinntekt.

2. Struktur og funksjon

2.1 Helhetlig struktur

Sirkuitsbrytersystemet består i grunn av følgende komponenter og utstyr, alle montert på en felles støtte ramme. Avhengig av bestillings spesifikasjoner, kan noen av de nevnte komponentene utelates.

Standarddesignet for HEC/HECI-type skruvegear inkluderer:

• SF₆ sirkuitsbryter

• Avkobler (isoleringsswitch)

• Jordingswitch

• Kondensatorer

• Strømtransformatorer (CTs)

• Spenningstransformatorer (VTs)

Overvoltagebeskyttere, kortslutningslenker og oppstartsswitch (for Static Frequency Converter, SFC) er tilgjengelige som valgfrie elementer.

1 – Sirkuitsbryter 2 – Avkobler (Isoleringsswitch) 3a – Jordingswitch 3b – Jordingswitch 4 – Kortslutningslenke 5 – Oppstartsswitch (SFC) 6 – Kondensator

7 – Strømtransformator 8 – Spenningstransformator 9 – Overvoltagebeskytter 10 – Omslutning

Bryteren er fylt med SF₆-gass som bueutslukkende medium. Hovedkontaktene og buelokkene er adskilt. Kontakene drives av en fjærdrivmekanisme. De tre polene i bryteren er mekanisk koblet sammen.

1 – Fleksibel tilkobling 2 – Frakobler (Isolerende spenningsbryter) 3 – Buetyngjerkammer 4 – Isolasjon 5 – Omslutning 6 – Jordbryter 7 – Forbindelse til isolert fasebuss

8 – Strømtransformator

De interne komponentene inne i GCB-omhylningen vises nedenfor.

2.2 Komponentkomposisjon og funksjon

1) Drivmekanisme

HECI5-type GCB-bryter bruker AHMA 4 drivmekanisme. Fysisk bilde av denne drivmekanismen er som følger:

1 – Kombinert motor (olje-pumpe-motor) 2 – Kontrollventil-hjelpkontakter 3 – Hjelpkontakter

① Drivmodul:

Modulen bruker en struktur med konstant trykkdifferens, der høytrykk olje virker kontinuerlig på den øvre enden av kolben. Åpne- og lukkehastigheter kan justeres separat ved hjelp av tilsvarende tjuveroppskreve.

② Energilagringmodul:

Under virkningen av hydraulisk olje, presser akkumulatorkolben ned diskfjærer og lagrer hydraulisk energi over lengre tid i energilagringskolbe, noe som gir nødvendig energireserve for åpne- og lukkeoperasjoner.

③ Kontrollmodul:

Elektriske kommandosignaler fra hovedkontrollrommet aktiverer åpne/lukke solenoideventiler, som igjen skifter retningssvitsj for å oppnå enten åpning eller lukking av bryteren.

④ Adapter (Kobling) modul:

Under bevegelsen av kolberoden, driver en koblet krykkearm hjelpeswitch til å rotere, og dermed skifte åpne/lukke posisjonssignaler.

⑤ Hydraulisk pumpe modul:

En elektrisk motor driver hydraulisk pumpe for å sprøyte olje inn i akkumulatoren, som konverterer elektrisk energi til hydraulisk energi.

⑥ Overvåkingsmodul:

Komprimeringen av diskfjærene driver en kam på en grensesvitsj, som roterer for å åpne eller lukke kontaktene til en mikrosvitsj. Dette gir alarm-signaler og automatiske låsefunksjoner for hovedkontrollrommet. (Når trykket overstiger det spesifiserte verdien, åpner trykkavlastningsventilen automatisk for å oppnå overtrykkbeskyttelse.)

2) Bryter

Bryteren er hovedkomponenten i GCB. Dens konstruksjonsprinsipp er ikke kompleks, og dens funksjonsskjema vises nedenfor:

S1 – Fjær-grensesvitsj S0 – Hjelpeswitch SA – Posisjonsindikator Y1 – Lukkebobin Y2, Y3 – Åpningsbobiner 1 og 2 M0 – Energilagringsmotor R10 – Oppvarmer DI – Tetthetsindikator

F6 – Tetthetsovervåker

3) SF₆-gassystem

I GCB finnes SF₆-gass bare i bryteren, tetthetsreléet, tetthetsmåleren og forbinder gassrør.

Tetthetsovervåkeren er en temperatur-kompensert trykkovervåkingsenhet brukt for å overvåke SF₆-gasstettheten i de tre-polene (tre-fase) bryteren. Gasspressingen kan direkte observeres via trykkmåleren. Når pressingen synker under et spesifisert terskel, sender tetthetsovervåkeren et "FYLL PÅ GASS"-signal. Hvis SF₆-pressingen fortsetter å synke, vil to uavhengige mikrosvitsjer aktivere låsinger som forhindrer alle skruoperasjoner—bryteren blir både mekanisk og elektrisk låst ut.

Settpunktene for tetthetsovervåkeren er spesifisert i relevante kontroll-diagrammer og SF₆-gasstetthets-karakteristikkurver.

Kontrollpanelen i kontrollkabinettet består hovedsakelig av fire deler:

• Låsesvitsj

• Operasjonsteller

• Operasjon- og alarmindikatorer

• Lokale operasjonsmodusknapper

4) Kontrollkabinet

Alle funksjoner til sirkuitsbryterens driftsmekanisme er integrert i kontrollkabinetet. Den endelige konfigurasjonen og funksjonell oppsett er detaljert i de relevante kontrolldiagrammene. Følgende kontrolelementer er alle plassert inni kontrollkabinetet:

S2 – Lokal/Fjerntilstandsvelger: Driftstilstanden velges via bryter S2.

I fjerntilstand kan kommandoer kun gis fra hovedkontrollrommet.

I lokaltilstand kan kommandoer kun initieres fra sirkuitsbryterens kontrollkabinet.

Når den er i lokaltilstand, kan nøkkelen til velgerbryter S2 ikke fjernes. Det anbefales å holde nøkkelen lagret i kontrollrommet.

S11/S12 – Belyste trykkknapper for sirkuitsbryterdrift.

5) Trykkavlastning (Eksplosjonsvern) System

Sprangplate: Hvis det oppstår en intern buelastfeil (forårsaket av langvarig kortslutningsstrøm), og gasstrykket inne i omslutningen når utløseterskelen, spranger sprangplaten for å slippe ut overskytende trykk øyeblikkelig. Denne raske ventilasjonen forebygger katastrofale omslutningsfeil ved å slippe ut overtrykket SF₆-gass på en sikker måte.