HECI GCB za generatorje – Hitri preklopnik s plinom SF₆

1.Definicija in funkcija

1.1 Vloga preklopnika generatorja

Preklopnik generatorja (GCB) je kontrollabilna odsevnica, ki se nahaja med generatorjem in napajalnim transformatorjem, in deluje kot vmesnik med generatorjem in električnim omrežjem. Njegove glavne funkcije so izolacija napak na strani generatorja in omogočanje operativnega nadzora med sinhronizacijo generatorja in povezavo z omrežjem. Načelo delovanja GCB-a ni bistveno drugačno od standardnega preklopnika, vendar zaradi visoke DC komponente v tokovih napak generatorja morajo GCB-i delovati zelo hitro, da lahko hitro izolirajo napake.

1.2 Primerjava sistemov z in brez preklopnika generatorja

Slika 1 prikazuje situacijo prekinjanja toka napake generatorja v sistemu brez preklopnika generatorja.

Slika 2 prikazuje situacijo prekinjanja toka napake generatorja v sistemu opremljenem s preklopnikom generatorja (GCB).

Kot je prikazano v zgornji primerjavi, prednosti namestitve preklopnika generatorja (GCB) se lahko povzetje naslednje:

Med normalnim zagonom in ustavitvijo generiranja, ni potrebno preklopit oskrbe z nadomestno energijo—potrebna je le operacija preklopnika generatorja, kar znatno poveča zanesljivost stanice.

V primeru notranje napake v generatorju (tj. na strani generatorja GCB), je potrebno le preklopiti preklopnik generatorja, kar veliko zmanjša operativni kompleksnost med napakami enote.

Ponuja boljša zaščita glavnega transformatorja in visokonapetostnega transformatorja stanje. Ko pride do notranje napake v katerem od teh transformatorjev, generator nadaljuje z krklanjem toka napake tudi po razpadu njegovega polja (navijanja) toka, celo po odpiranju visokonapetostnega preklopnika glavnega transformatorja s strani varnostnih rele. S nameščenim GCB-om se generator lahko hitro odloči, kar minimalizira škodo glavnemu transformatorju—kriticalna prednost za velike generirne enote.

Dodatna značilna prednost je zmanjševanje ali odpravljanje škode generatorju, ki jo povzroči nesinkrona (pole-disagreement) operacija visokonapetostnega preklopnika. V povezavah generator-transformator operira visokonapetostni preklopnik pri visoki nazivni napetosti, in v odprtih vratah sklopov velika razmika med fazama preprečujejo mehansko trofazno interlock. Tako lahko nesinkrona operacija nastane tudi med običajnim preklopljanjem. Take razmere inducirajo negativne sekvenčne tokove v statorju generatorja, kjer ima rotor zelo omejena toleranca do negativnih sekvenčnih magnetnih polj—kar lahko vodi do težke škode rotorja. Moderni GCB-ji pa so zasnovani in izdelani z trofaznim mehanskim interlockom, ki učinkovito preprečuje nesinkrono operacijo.

Za napake, ki se pojavijo na strani generatorja GCB, je potrebno le preklopiti preklopnik generatorja—brez odpiranja visokonapetostnega preklopnika glavnega transformatorja—kar minimalizira vpliv na splošno strukturo omrežja in koristi stabilnosti sistema.

Razporeditev elektrarne postane preprostnejša in ekonomičnejša, zmanjša se čas in stroški namestitve in komisij. Transformator stanje in njegova pripadajoča srednje- in visokonapetostna sklopna oprema lahko izpuščeni. Z implementacijo GCB-ja se povprečna dostopnost elektrarne poveča za 0,3%–0,6%, in višja dostopnost generatorja se neposredno pretvori v večje prihodke iz energije.

2. Struktura in funkcija

2.1 Splošna struktura

Sistem preklopnika v bistvu sestavljen iz naslednjih komponent in opreme, vse montiranih na skupnem nosilcu. Glede na specifikacije naročilne liste, določene naštete komponente morda ne bodo vključene.

Standardni dizajn HEC/HECI tipa sklopne opreme vključuje:

• SF₆ preklopnik

• Izolacijski preklopnik (odsevalnik)

• Zemljeni preklopnik

• Kondenzatorji

• Trenutni transformatorji (CTs)

• Napetostni transformatorji (VTs)

Odvračalniki, kračne povezave in začetni preklopnik (za Statični Frekvenčni Pretvorjalka, SFC) so na voljo kot dodatne izbire.

1 – Preklopnik 2 – Izolacijski preklopnik (Odsevalnik) 3a – Zemljeni preklopnik 3b – Zemljeni preklopnik 4 – Kračna povezava 5 – Začetni preklopnik (SFC) 6 – Kondenzator

7 – Trenutni transformator 8 – Napetostni transformator 9 – Odvračalnik 10 – Ohišje

Preklopnik je napolnjen s plinom SF₆ kot sredstvom za ugasanje električnih lukov. Glavni stiki in luki so ločeni. Stiki delujejo z mehanskim mehanizmom, ki deluje na principu oprčenja. Tri poli preklopnika so mehansko povezani.

1 – Prilagodljiva povezava 2 – Odločitelj (Izolacijski preklopnik) 3 – Kamera za ugasanje luka 4 – Izolacija 5 – Ohišje 6 – Zazemljevalni preklopnik 7 – Povezava izolirane faze

8 – Tokovna transformatorja

Notranji komponenti znotraj ohišja GCB so prikazani na spodnji sliki.

2.2 Sestava in funkcija komponent

1) Operativni mehanizem

Preklopnik tipa HECI5 uporablja operativni mehanizem AHMA 4. Fizična fotografija tega operativnega mehanizma je naslednja:

1 – Kombiniran motor (motor črpalka) 2 – Pomozne kontakte krmilnega ventila 3 – Pomozne kontakte

① Operativni modul:

Modul uporablja strukturo stalne razlike tlaka, kjer visokotlačno olje zvezno deluje na zgornji konec štapa. Hitrosti odpiranja in zapiranja lahko posebej nastavite s pomočjo ustreznih šrafov za dajanje gaza.

② Modul za shranjevanje energije:

Pod vplivom hidravličnega olja se akumulatorski štap pritišče proti diskastim oprčejem in dolgoročno shranjuje hidravlično energijo v akumulatorskem cilindru, kar zagotavlja potrebno energetsko rezervo za operacije odpiranja in zapiranja.

③ Krmilni modul:

Električni ukazni signali iz glavne nadzorne sobe aktivirajo magnetične ventile za odpiranje/zapiranje, ki nato prestavijo smerni kontrolni ventil za dosego odpiranja ali zapiranja preklopnika.

④ Spregonski (povezovalni) modul:

Med gibanjem štapa štapska krivulja poganja pomozni preklopnik, da se obrne, s tem pa se spremenijo signali položaja odpiranja/zapiranja.

⑤ Modul hidravlične črpalki:

Električni motor poganja hidravlično črpalnik, ki vstrmljuje olje v akumulator, s tem pretvarja električno energijo v hidravlično energijo.

⑥ Nadzorni modul:

Pritisnitev diskastih oprčev pogoni kamno na končnem ventulu, ki se obrne in odpre ali zapre kontakte mikroventila. To zagotavlja alarmne signale in avtomatske zaklepne funkcije za glavno nadzorno sobo. (Ko preseže določeno vrednost, se relefni ventil samodejno odpre za dosego zaščite pred previsokim tlakom.)

2) Preklopnik

Preklopnik je glavna komponenta GCB. Njegov strukturni princip ni kompleksen, njegov funkcijski shema je prikazana spodaj:

S1 – Končni ventili ogranka S0 – Pomozni preklopnik SA – Kazalo položaja Y1 – Bobina za zapiranje Y2, Y3 – Bobine za odpiranje 1 in 2 M0 – Motor za shranjevanje energije R10 – Grelec DI – Kazalnik gostote F6 – Monitor gostote

F6 – Monitor gostote

3) Sistem SF₆ plina

V GCB je plin SF₆ prisoten samo v preklopniku, relju za gostoto, merilniku gostote in medpovezavah plina.

Monitor gostote je naprava za spremljanje tlaka, kompenzirana po temperaturi, ki se uporablja za spremljanje gostote plina SF₆ v tri-polnem (trofaznem) preklopniku. Tlak plina se lahko neposredno opazuje preko merilnika tlaka. Ko tlak pada pod določeno mejo, monitor gostote pošlje signal "DODAJ PLIN". Če tlak SF₆ nadaljuje s padanjem, bosta dva neodvisna mikroventila aktivirala zaklepne mehanizme, ki preprečujejo katerekoli operacije preklopnika – preklopnik postane mehansko in električno zaklenjen.

Nastavljene točke monitorja gostote so podane v relevantnih nadzornih diagramih in karakterističnih krivuljah gostote plina SF₆.

Nadzorna plošča nadzornega ohišja se sestoji predvsem iz štirih delov:

• Zaklepni ventili

• Števec operacij

• Indikatorji operacij in alarmov

• Gumbi za lokalno upravljanje

4) Škornik za nadzor

Vse funkcije mehanizma delovanja prekinitve so integrirane v škorniku za nadzor. Končna konfiguracija in funkcionalna razporeditev so podrobno opisani v relevantnih diagramih nadzora. V škorniku za nadzor so nameščeni naslednji komponenti nadzora:

S2 – Prehodišče med lokalnim in oddaljenim nadzorom: Način delovanja je izbran preko prehodišča S2.

V položaju Oddaljeno se ukazi lahko izdajajo samo iz glavne nadzorne sobe.

V položaju Lokalno se ukazi lahko zagnajo samo iz škornika za nadzor prekinitve.

Ko je prehodišče S2 v položaju Lokalno, ključ prehodišča S2 ni mogoče odstraniti. Priporočljivo je, da se ključ hranil v nadzorni sobi.

S11/S12 – Osvetljeni stiskalni gumbi za delovanje prekinitve.

5) Sistem za olajšanje tlaka (zaščita pred eksplozijami)

Prahovka: V primeru notranje luknjave (pogosto povzročene dolgotrajnim strmiščem) se, če notranji plinski tlak doseže aktivacijski prag, prahovka raztrgni in takoj izpusti prekomerni tlak. Ta hitro izpust prepreči katastrofalen odpad obloge s varnim izpustom pretlačenega SF₆ plina.