HECI GCB для генераторов – быстродействующий выключатель на SF₆

1. Определение и функции

1.1 Роль выключателя генераторного контура

Выключатель генераторного контура (GCB) представляет собой управляемую точку разъединения, расположенную между генератором и повышающим трансформатором, служащую интерфейсом между генератором и электросетью. Его основные функции включают изоляцию неисправностей на стороне генератора и обеспечение оперативного управления при синхронизации генератора и подключении к сети. Принцип работы GCB не значительно отличается от принципа работы стандартного выключателя; однако, из-за высокой постоянной составляющей в токах неисправности генератора, GCB должны работать чрезвычайно быстро для быстрой изоляции неисправностей.

1.2 Сравнение систем с и без выключателя генераторного контура

Рисунок 1 показывает сценарий прерывания тока неисправности генератора в системе без выключателя генераторного контура.

Рисунок 2 показывает сценарий прерывания тока неисправности генератора в системе, оснащенной выключателем генераторного контура (GCB).

Как показано в сравнении выше, преимущества установки выключателя генераторного контура (GCB) можно суммировать следующим образом:

Во время нормального запуска и остановки генерирующего агрегата переключение источника питания вспомогательных устройств не требуется — достаточно только операции с выключателем генераторного контура, что значительно повышает надежность станционного питания.

При возникновении внутренней неисправности в генераторе (то есть на стороне генератора относительно GCB) необходимо лишь сработать выключатель генераторного контура, что значительно уменьшает сложность операций при неисправностях агрегата.

Он обеспечивает лучшую защиту главного трансформатора и высоковольтного трансформатора станционного питания. При возникновении внутренней неисправности в одном из этих трансформаторов, генератор продолжает подавать ток неисправности во время периода затухания его поля (возбуждения) — даже после того, как по реле защиты был открыт выключатель высокого напряжения главного трансформатора. С установленным GCB генератор может быть быстро отключен, что минимизирует повреждения главного трансформатора — это критически важно для крупных генерирующих агрегатов.

Дополнительное значительное преимущество заключается в снижении или устранении повреждений генератора, вызванных неодновременным (несогласованным) действием высоковольтного выключателя. В соединениях генератор-трансформатор высоковольтный выключатель работает при высоком номинальном напряжении, и в открытых распределительных устройствах большое расстояние между фазами препятствует механическому трехполюсному взаимодействию. Поэтому неодновременное действие может происходить даже при нормальном переключении. Такие условия вызывают отрицательные последовательные токи в статоре генератора, и ротор имеет очень ограниченную терпимость к отрицательным последовательным магнитным полям — что потенциально может привести к серьезному повреждению ротора. Современные GCB, однако, проектируются и производятся с трехполюсным механическим взаимодействием, эффективно предотвращая неодновременное действие.

Для неисправностей, возникающих на стороне генератора относительно GCB, достаточно сработать только выключатель генераторного контура — без открытия выключателя высокого напряжения главного трансформатора — что минимизирует влияние на общую структуру сети и способствует стабильности системы.

Расположение электростанции становится проще и экономичнее, что сокращает время и затраты на установку и пуско-наладку. Трансформатор станционного питания и связанное с ним средневольтное и высоковольтное коммутационное оборудование могут быть исключены. С внедрением GCB средняя доступность станции увеличивается на 0,3%–0,6%, а более высокая доступность генератора напрямую приводит к увеличению доходов от энергии.

2. Структура и функции

2.1 Общая структура

Система выключателя в основном состоит из следующих компонентов и оборудования, всех смонтированных на общей опорной раме. В зависимости от спецификаций заказа некоторые перечисленные компоненты могут быть исключены.

Стандартная конструкция коммутационного оборудования типа HEC/HECI включает:

• Выключатель SF₆

• Разъединитель (выключающий выключатель)

• Заземляющий выключатель

• Конденсаторы

• Трансформаторы тока (CTs)

• Трансформаторы напряжения (VTs)

Устройства защиты от перенапряжений, короткозамыкатели и стартовый выключатель (для статического частотного преобразователя, SFC) доступны в качестве опциональных элементов.

1 — Выключатель 2 — Разъединитель (выключающий выключатель) 3а — Заземляющий выключатель 3b — Заземляющий выключатель 4 — Короткозамыкатель 5 — Стартовый выключатель (SFC) 6 — Конденсатор

7 — Трансформатор тока 8 — Трансформатор напряжения 9 — Устройство защиты от перенапряжений 10 — Корпус

Выключатель заполнен газом SF₆ в качестве среды для гашения дуги. Главные контакты и дугогасительные контакты разделены. Контакты приводятся в действие пружинным механизмом. Три полюса выключателя механически связаны.

1 – Гибкое соединение 2 – Разъединитель (выключатель-разъединитель) 3 – Камера гашения дуги 4 – Изоляция 5 – Корпус 6 – Заземляющий (заземляющий) выключатель 7 – Соединение с изолированным фазным шинопроводом

8 – Трансформатор тока

Внутренние компоненты внутри корпуса ВКУ показаны на рисунке ниже.

2.2 Состав и функции компонентов

1) Приводной механизм

Выключатель типа HECI5 использует приводной механизм AHMA 4. Фотография этого приводного механизма представлена ниже:

1 – Комбинированный двигатель (мотор масляного насоса) 2 – Вспомогательные контакты управляющего клапана 3 – Вспомогательные контакты

① Модуль управления:

Модуль имеет структуру постоянного давления, при которой высокое давление масла постоянно действует на верхний конец поршневого стержня. Скорости открытия и закрытия можно регулировать отдельно с помощью соответствующих винтов дросселирования.

② Модуль накопления энергии:

Под воздействием гидравлического масла поршень аккумулятора сжимает дисковые пружины и длительное время хранит гидравлическую энергию в цилиндре поршня аккумулятора, обеспечивая необходимый запас энергии для операций открытия и закрытия.

③ Управляющий модуль:

Электрические командные сигналы из главной диспетчерской активируют электромагнитные клапаны открытия/закрытия, которые, в свою очередь, переключают направляющий клапан, чтобы достичь либо открытия, либо закрытия выключателя.

④ Адаптер (связующий) модуль:

Во время движения поршневого стержня соединительный кривошип приводит в движение вспомогательный выключатель, что позволяет переключать сигналы положения открытия/закрытия.

⑤ Модуль гидравлического насоса:

Электродвигатель приводит в действие гидравлический насос, который подает масло в аккумулятор, преобразуя электрическую энергию в гидравлическую.

⑥ Модуль мониторинга:

Сжатие дисковых пружин приводит в движение камень предельного выключателя, который вращается, открывая или закрывая контакты микровыключателя. Это обеспечивает сигнализацию тревоги и автоматические блокировки для главной диспетчерской. (При превышении установленного значения давления срабатывает предохранительный клапан, обеспечивая защиту от перегрузки.)

2) Выключатель

Выключатель является основным компонентом ВКУ. Его конструктивный принцип не сложен, его функциональная схема представлена ниже:

S1 – Предельный выключатель пружины S0 – Вспомогательный выключатель SA – Индикатор положения Y1 – Катушка замыкания Y2, Y3 – Катушки отключения 1 и 2 M0 – Двигатель накопления энергии R10 – Нагреватель DI – Индикатор плотности 

F6 – Монитор плотности

3) Система газа SF₆

В ВКУ газ SF₆ присутствует только в выключателе, реле плотности, манометре плотности и соединительных газовых трубопроводах.

Монитор плотности — это устройство для контроля давления с температурной компенсацией, используемое для мониторинга плотности газа SF₆ в трехполюсном (трехфазном) выключателе. Давление газа можно напрямую наблюдать через манометр. При снижении давления ниже установленного порога монитор плотности отправляет сигнал «ЗАПОЛНИТЬ ГАЗ». Если давление SF₆ продолжает падать, два независимых микровыключателя активируют блокировки, предотвращающие любые коммутационные операции — выключатель механически и электрически блокируется.

Установленные точки монитора плотности указаны в соответствующих схемах управления и характеристических кривых плотности газа SF₆.

Панель управления шкафа управления состоит в основном из четырех частей:

• Переключатель блокировки

• Счетчик операций

• Индикаторы работы и тревоги

• Кнопки локального режима работы

4) Шкаф управления

Все функции привода выключателя интегрированы в шкаф управления. Конечная конфигурация и функциональное расположение подробно описаны в соответствующих схемах управления. Внутри шкафа управления находятся следующие компоненты управления:

S2 – Переключатель выбора режима "Локально/Удаленно": Режим работы выбирается с помощью переключателя S2.

В положении "Удаленно" команды могут быть поданы только из главного пульта управления.

В положении "Локально" команды могут быть инициированы только из шкафа управления выключателя.

Когда переключатель находится в положении "Локально", ключ переключателя S2 не может быть удален. Рекомендуется хранить ключ в пульте управления.

S11/S12 – Подсвеченные кнопочные переключатели для управления выключателем.

5) Система сброса давления (защита от взрыва)

Разрывной диск: В случае внутренней дуговой аварии (вызванной длительным коротким замыканием), если давление газа внутри корпуса достигает порога активации, разрывной диск разрушается, чтобы немедленно сбросить избыточное давление. Этот быстрый сброс предотвращает катастрофическое разрушение корпуса, безопасно выпуская переполненный газ SF₆.