1.Definicja i funkcja
1.1 Rola wyłącznika generatorowego
Wyłącznik generatorowy (GCB) to sterowany punkt rozłączenia znajdujący się między generatorem a transformatorem podwyższającym, pełniąc rolę interfejsu między generatorem a siecią energetyczną. Jego główne funkcje obejmują izolowanie uszkodzeń po stronie generatora oraz umożliwienie kontroli operacyjnej podczas synchronizacji generatora i podłączenia do sieci. Zasada działania GCB nie różni się znacząco od zasady działania standardowego wyłącznika obwodowego jednak ze względu na wysoką składową prądu stałego w prądach uszkodzeniowych generatora, GCB muszą działać bardzo szybko, aby szybko izolować uszkodzenia.
1.2 Porównanie systemów z i bez wyłącznika generatorowego
Rysunek 1 ilustruje scenariusz przerywania prądu uszkodzeniowego generatora w systemie bez Wyłącznika Generatorowego.
Rysunek 2 pokazuje scenariusz przerywania prądu uszkodzeniowego generatora w systemie wyposażonym w Wyłącznik Generatorowy (GCB).
Jak pokazano w powyższym porównaniu, zalety montażu Wyłącznika Generatorowego (GCB) można streścić następująco:
Podczas normalnego uruchamiania i zatrzymywania jednostki produkcyjnej nie jest wymagana zmiana zasilania pomocniczego—wystarczy obsługa wyłącznika generatorowego, co znacznie zwiększa niezawodność zasilania stacji.
W przypadku wewnętrznego uszkodzenia generatora (czyli po stronie generatora GCB), wystarczy skok tylko wyłącznika generatorowego, co znacznie zmniejsza złożoność operacyjną podczas uszkodzeń jednostki.
Zapewnia lepsze ochrony dla głównego transformatora i transformatora stacji napięcia wysokiego. W przypadku wewnętrznego uszkodzenia któregoś z tych transformatorów, generator nadal podaje prąd uszkodzeniowy podczas okresu zaniku prądu pola (namagnesowania)—nawet po otwarciu przełącznika strony napięcia wysokiego głównego transformatora przez relé ochronne. Dzięki zainstalowanemu GCB, generator może być szybko odłączony, minimalizując uszkodzenia głównego transformatora—kluczowa korzyść dla dużych jednostek produkcyjnych.
Dodatkową istotną zaletą jest zmniejszenie lub eliminacja uszkodzeń generatora spowodowanych niemultifazowym działaniem (niezgodnością faz) przełącznika napięcia wysokiego. W połączeniach generator-transformator, przełącznik napięcia wysokiego działa przy wysokim napięciu nominalnym, a w otwartym sprzęcie przełącznikowym, duże odstępy między fazami uniemożliwiają mechaniczne blokowanie trójfazowe. W konsekwencji, niemultifazowe działanie może wystąpić nawet podczas normalnego przełączania. Takie warunki indukują prądy sekwencyjne ujemne w statorysie generatora, a wirnik ma bardzo ograniczoną tolerancję na pola magnetyczne sekwencyjne ujemne—potencjalnie prowadzące do ciężkich uszkodzeń wirnika. Nowoczesne GCB są jednak zaprojektowane i wykonane z trójfazowym blokowaniem mechanicznym, efektywnie zapobiegając niemultifazowemu działaniu.
Dla uszkodzeń występujących po stronie generatora GCB, wystarczy skok tylko wyłącznika generatorowego—bez otwierania przełącznika strony napięcia wysokiego głównego transformatora—minimalizując wpływ na ogólną strukturę sieci i sprzyjając stabilności systemu.
Układ elektrowni staje się prostszy i bardziej ekonomiczny, redukując czas instalacji, uruchomienia i koszty. Transformator stacji i związane z nim urządzenia średniego i wysokiego napięcia mogą zostać usunięte. Dzięki implementacji GCB, średnia dostępność elektrowni wzrasta o 0,3%–0,6%, a wyższa dostępność generatora bezpośrednio przekłada się na zwiększone dochody energetyczne.
2. Struktura i funkcja
2.1 Ogólna struktura
System wyłącznika składa się zasadniczo z poniższych komponentów i urządzeń zamontowanych na wspólnym ramieniu nośnym. W zależności od specyfikacji zamówienia, niektóre wymienione komponenty mogą być pominięte.
Standardowy projekt sprzętu typu HEC/HECI obejmuje:
wyłącznik SF₆
rozłącznik (przełącznik izolujący)
przełącznik ziemny (przełącznik uziemienia)
kondensatory
przekształtniki prądowe (CTs)
przekształtniki napięcia (VTs)
Ochraniacze przeciwuderzeniowe, połączenia krótkujące i przełącznik startowy (dla Statycznego Przetwornika Częstotliwości, SFC) są dostępne jako opcjonalne elementy.
1 – Wyłącznik 2 – Rozłącznik (Przełącznik izolujący) 3a – Przełącznik ziemny 3b – Przełącznik ziemny 4 – Połączenie krótkujące 5 – Przełącznik startowy (SFC) 6 – Kondensator
7 – Przekształtnik prądowy 8 – Przekształtnik napięcia 9 – Ochraniacz przeciwuderzeniowy 10 – Obudowa
Przerzutnik jest wypełniony gazem SF₆ jako medium gaszącym łuk. Główne kontakty i kontakty łukowe są rozdzielone. Kontakty są obsługiwane przez mechanizm napędzany sprężyną. Trzy fazy przerzutnika są mechanicznie połączone.
1 – Elastyczne połączenie 2 – Wyłącznik (przełącznik izolujący) 3 – Komora gaszenia łuku 4 – Izolacja 5 – Obudowa 6 – Przełącznik ziemny (grounding) 7 – Połączenie z pojedynczo izolowaną szyną
8 – Przekształtnik prądowy
Wewnętrzne komponenty w obudowie GCB są przedstawione na poniższym rysunku.
2.2 Skład i funkcje komponentów
1) Mechanizm sterujący
Przerzutnik typu HECI5 używa mechanizmu AHMA 4. Poniżej znajduje się zdjęcie tego mechanizmu:
1 – Zespół silników (silnik tłoczkowy) 2 – Pomocnicze kontakty zaworu sterującego 3 – Pomocnicze kontakty
① Moduł operacyjny:
Moduł wykorzystuje strukturę stałej różnicy ciśnień, gdzie wysokociśnieniowy olej ciągle działa na górny koniec tłoka. Prędkości otwierania i zamykania można dostosować osobno za pomocą odpowiednich śrub przepustowych.
② Moduł akumulacji energii:
Pod wpływem oleju hydraulicznego, tłok akumulatora kompresuje sprężyny dyskowe i długoterminowo magazynuje energię hydrauliczną w cylindrze tłoka akumulatora, zapewniając niezbędny zasób energii do operacji otwierania i zamykania.
③ Moduł sterujący:
Elektryczne sygnały sterujące z głównego stanowiska kontrolnego aktywują elektromagnetyczne zawory otwierające/zamykające, które następnie przestawiają zawór kierunkowy, umożliwiając otwarcie lub zamknięcie przerzutnika.
④ Moduł adaptacyjny (połączeniowy):
Podczas ruchu tłoka, łącząca ramka napędza pomocniczy przełącznik, co powoduje przełączenie sygnałów pozycji otwarcia/zamknięcia.
⑤ Moduł pomp hydraulicznych:
Silnik elektryczny napędza pompę hydrauliczną, która wstrzykuje olej do akumulatora, przekształcając energię elektryczną w energię hydrauliczną.
⑥ Moduł monitorowania:
Kompresja sprężyn dyskowych napędza korbę na przełączniku granicznym, który obraca się, otwierając lub zamykając kontakty mikroprzełącznika. To zapewnia sygnały alarmowe i funkcje automatycznego blokowania dla głównego stanowiska kontrolnego. (Gdy ciśnienie przekracza określoną wartość, zawór bezpieczeństwa automatycznie otwiera się, zapewniając ochronę przed nadciśnieniem.)
2) Przerzutnik
Przerzutnik jest głównym komponentem GCB. Jego struktura i zasada działania nie są skomplikowane, a schemat funkcjonalny jest przedstawiony poniżej:
S1 – Przełącznik graniczny sprężyny S0 – Pomocniczy przełącznik SA – Wskaźnik pozycji Y1 – Cewka zamykająca Y2, Y3 – Cewki otwierające 1 i 2 M0 – Silnik akumulacji energii R10 – Grzałka DI – Wskaźnik gęstości
F6 – Monitor gęstości
3) System gazu SF₆
W GCB gaz SF₆ występuje tylko w przerzutniku, relesie gęstości, manometrze gęstości i łączących go rurociągach gazowych.
Monitor gęstości to urządzenie monitorujące ciśnienie z kompensacją temperatury, używane do monitorowania gęstości gazu SF₆ w trójfazowym przerzutniku. Ciśnienie gazu można bezpośrednio obserwować za pomocą manometru. Gdy ciśnienie spadnie poniżej określonego progu, monitor gęstości wysyła sygnał „DOŁĄCZ GAZ”. Jeśli ciśnienie SF₆ będzie dalej maleć, dwa niezależne mikroprzełączniki aktywują blokady, uniemożliwiające jakiekolwiek operacje przełączania — przerzutnik staje się mechanicznie i elektrycznie zablokowany.
Ustawienia monitora gęstości są określone w odpowiednich diagramach sterujących i krzywych charakterystycznych gęstości gazu SF₆.
Panel sterujący szafy kontrolnej składa się głównie z czterech części:
Przełącznik blokujący
Licznik operacji
Wskaźniki operacji i alarmów
Przyciski trybu lokalnego działania
4) Szafka sterownicza
Wszystkie funkcje mechanizmu operacyjnego przekaźnika są zintegrowane w szafce sterowniczej. Końcowa konfiguracja i układ funkcjonalny są szczegółowo opisane w odpowiednich diagramach sterowania. Wszystkie następujące komponenty sterujące są umieszczone wewnątrz szafki sterowniczej:
S2 – Przełącznik wyboru trybu Lokalny/Zdalny: Tryb pracy jest wybierany za pomocą przełącznika S2.
W pozycji Zdalny polecenia mogą być wydawane tylko z głównego pomieszczenia sterowania.
W pozycji Lokalny polecenia mogą być inicjowane tylko ze szafki sterowniczej przekaźnika.
Gdy przełącznik jest w pozycji Lokalny, klucz przełącznika S2 nie może zostać usunięty. Zaleca się przechowywanie klucza w pomieszczeniu sterowania.
S11/S12 – Oświetlone przyciski do obsługi przekaźnika.
5) System odciążania (ochrona przed eksplozją)
Płata rozrywająca: W przypadku wewnętrznego uszkodzenia łuku elektrycznego (spowodowanego długotrwałym prądem krótkiego spięcia), jeśli ciśnienie gazu w obudowie osiągnie próg aktywacji, płata rozrywająca pęka, aby natychmiastowo uwolnić nadmiarowe ciśnienie. Szybkie odprowadzenie zapobiega katastroficznemu uszkodzeniu obudowy, bezpiecznie uwalniając nadciśniony gaz SF₆.
