HECI GCB za generator – Brzi prekidač sa šestfluoridom ugljenika

1. Definicija i funkcija

1.1 Uloga prekidača generatora

Prekidač generatora (GCB) je kontrolabilna tačka odsečanja smještena između generatora i transformatora za povećanje napona, posluži kao sučelje između generatora i električne mreže. Njegove glavne funkcije uključuju izolaciju grešaka na strani generatora i omogućavanje operativnog kontrole tijekom sinhronizacije generatora i povezivanja s mrežom. Princip rada GCB-a nije značajno različit od principa rada standardnog prekidača; međutim, zbog visokog DC komponente prisutne u strujama grešaka generatora, GCB-ovi moraju raditi izuzetno brzo kako bi ubrzano izolirali greške.

1.2 Uporedba sistema sa i bez prekidača generatora

Slika 1 ilustruje scenarij prekidanja struje greške generatora u sistemu bez prekidača generatora.

Slika 2 pokazuje scenarij prekidanja struje greške generatora u sistemu opremljenom prekidačem generatora (GCB).

Kao što je prikazano u gornjoj uporedbi, prednosti instalacije prekidača generatora (GCB) mogu se sažeti ovako:

Tijekom normalnog pokretanja i gašenja jedinice za proizvodnju, neophodno je samo upravljanje prekidačem generatora, bez potrebe za prebacivanjem rezervnih struja snabdijevanja, što značajno unapređuje pouzdanost struje stanice.

U slučaju unutarnje greške unutar generatora (tj. na strani generatora prekidača GCB), potrebno je samo isključiti prekidač generatora, što značajno smanjuje složenost operacija tijekom grešaka jedinice.

Pruža bolju zaštitu glavnog transformatora i visokonaponskog transformatora stanice. Kada dođe do unutarnje greške u bilo kojem od ovih transformatora, generator nastavlja podizati struju greške tijekom raspadnog perioda njegovog polja (bujanja) čak i nakon što je visokonaponski prekidač glavnog transformatora otvoren zaštitnim relejem. Sa instaliranim GCB-om, generator može biti brzo odvojen, time minimalizirajući oštećenje glavnog transformatora - ključna prednost za velike jedinice proizvodnje.

Dodatna značajna prednost je umanjenje ili eliminacija oštećenja generatora uzrokovana nesimultanim (neslaganjem polova) radom visokonaponskog prekidača. U vezama generator-transformator, visokonaponski prekidač radi na visokom nominalnom naponu, a u otvorenoj switchgear-u, velika razmak između faza sprečava mehaničko tri-plovno zaključavanje. Stoga, nesimultan rad može se dogoditi čak i tijekom normalnog prebacivanja. Takve situacije induciraju negativne sekvenčne struje u statoru generatora, a rotor ima vrlo ograničenu toleranciju na negativne sekvenčne magnetske polja - što može dovesti do ozbiljnog oštećenja rotora. Suvremeni GCB-ovi, međutim, dizajnirani su i proizvedeni sa tri-faznim mehaničkim zaključavanjem, efektivno sprečavajući nesimultan rad.

Za greške koje se javljaju na strani generatora prekidača GCB, potrebno je samo isključiti prekidač generatora - bez otvaranja visokonaponskog prekidača glavnog transformatora - minimizirajući uticaj na ukupnu strukturu mreže i koristeći stabilnost sistema.

Raspored elektrane postaje jednostavniji i ekonomičniji, smanjujući vreme instalacije, komisijonisanja i troškove. Transformator stanice i njegovo povezano srednjeg i visokog naponskog switchgear može se eliminirati. Sa implementacijom GCB-a, prosječna dostupnost stanice povećava se za 0,3%–0,6%, a veća dostupnost generatora direktno rezultira povećanjem prihoda od energije.

2. Struktura i funkcija

2.1 Ukupna struktura

Sistem prekidača u osnovi sastoji se od sljedećih komponenti i opreme, sve montirane na zajedničkoj nosačnoj konstrukciji. Ovisno o specifikacijama narudžbe, određene navedene komponente mogu biti isključene.

Standardni dizajn HEC/HECI tipa switchgear-a uključuje:

• SF₆ prekidač

• Odvojač (izolacioni prekidač)

• Zaštitni (zemljani) prekidač

• Kondenzatori

• Transformatori struje (CTs)

• Transformatori napona (VTs)

Prijelazni zaustavljači, skraćujući spojevi i start-up prekidač (za statički frekvencijski pretvarač, SFC) dostupni su kao opcionalni elementi.

1 – Prekidač 2 – Odvojač (Izolacioni prekidač) 3a – Zemljani prekidač 3b – Zemljani prekidač 4 – Skraćujući spoj 5 – Start-up prekidač (SFC) 6 – Kondenzator

7 – Transformator struje 8 – Transformator napona 9 – Prijelazni zaustavljač 10 – Oklop

Prekidac je ispunjen SF₆ gasom kao sredstvom za ugasevanje luka. Glavni kontakti i kontakti za luk su odvojeni. Kontakti se upravljaju mehanizmom sa oprugama. Tri pola prekidaca su mehanički povezana.

1 – Fleksibilna veza 2 – Odvojnik (Izolator) 3 – Kamerica za ugašenje luka 4 – Izolacija 5 – Korpus 6 – Zemlja (Zemljanje) prekidača 7 – Veza izolovane faze šine

8 – Transformator struje

Unutrašnji komponenti unutar korpusa GCB prikazani su na slici ispod.

2.2 Sastav komponenti i funkcija

1) Upravljački mehanizam

Prekidač tipa HECI5 koristi upravljački mehanizam AHMA 4. Fizička fotografija ovog upravljačkog mehanizma je sledeća:

1 – Kombinovani motor (motor pumpa za ulje) 2 – Pomoćni kontakti kontrolne ventile 3 – Pomoćni kontakti

① Operativni modul:

Modul koristi konstantnu strukturu diferencijalnog pritiska, gde visok pritisak ulja stalno deluje na gornji deo čivca. Brzine otvaranja i zatvaranja mogu se posebno podešavati preko odgovarajućih šrafova za ograničavanje protoka.

② Modul za skladištenje energije:

Pod dejstvom hidrauličkog ulja, akumulatorski čivac stisne diskovite opruge i dugoročno skladišti hidrauličku energiju u cilindru za skladištenje energije, obezbeđujući potrebnu energetsku rezervu za operacije otvaranja i zatvaranja.

③ Kontrolni modul:

Električni komandni signali iz glavne kontrolne sobe aktiviraju elektromagnetne ventile za otvaranje/zatvaranje, koji na svoju vezu pomeraju smerni kontrolni ventil kako bi se ostvarilo otvaranje ili zatvaranje prekidaca.

④ Adapter (Veza) modul:

Tokom kretanja čivca, spojnica sa klipom pokreće pomoćni prekidač da se okreće, time menjajući signale o poziciji otvaranja/zatvaranja.

⑤ Modul hidrauličke pumpa:

Električni motor pokreće hidrauličku pumpu da ubaci ulje u akumulator, pretvarajući električnu energiju u hidrauličku energiju.

⑥ Monitor modul:

Stisnutje diskovitih opruga pokreće kamionik na limitnom prekidaču, koji se okreće da otvori ili zatvori kontakte mikro prekidača. To pruža alarmne signale i funkcije automatskog zaključavanja za glavnu kontrolnu sobu. (Kada pritisak pređe preko određene vrednosti, ventil za oslobađanje pritiska automatski se otvori kako bi se postigla zaštita od prekomernog pritiska.)

2) Prekidač

Prekidač je glavna komponenta GCB. Njegov strukturni princip nije složen, a njegov funkcionalni dijagram prikazan je ispod:

S1 – Prekidač za ograničavanje opruge S0 – Pomoćni prekidač SA – Pokazivač položaja Y1 – Bobina za zatvaranje Y2, Y3 – Bobine za otvaranje 1 i 2 M0 – Motor za skladištenje energije R10 – Grejač DI – Pokazivač gustine 

F6 – Monitor gustine

3) Sistema SF₆ gasa

U GCB, SF₆ gas se nalazi samo u prekidaču, releju za gustinu, merilu gustine i povezujućim cevima za gas.

Monitor gustine je uređaj za nadgledanje pritiska kompenziranog temperaturom koji se koristi za nadgledanje gustine SF₆ gasa u tri pola (tri faze) prekidača. Pritisak gasa može se direktno posmatrati preko manometra. Kada pritisak pada ispod određene granice, monitor gustine šalje signal „NAPUNI GAS“. Ako pritisak SF₆ nastavi da opada, dva nezavisna mikro prekidača aktiviraju interlokove koji sprječavaju bilo kakve operacije prekidanja — prekidač postaje mehanički i električki zaključan.

Tačke podešavanja monitorya gustine navedene su u relevantnim kontrolnim dijagramima i karakteristikama gustine SF₆ gasa.

Kontrolna ploča kontrolne kutije sastoji se uglavnom od četiri dela:

• Interlok prekidač

• Brojač operacija

• Indikatori radnje i alarma

• Dugmići za lokalni način rada

4) Kontrolni kabinet

Sve funkcije mehanizma rada prekidača su integrisane unutar kontrolnog kabijeta. Konačna konfiguracija i funkcionalna raspodela detaljno su opisani u odgovarajućim kontrolnim dijagramima. U kontrolnom kabinetu se nalaze sledeće kontrole:

S2 – Prekidač za biranje lokalnog/daljinske upravljanja: Način rada bira se preko prekidača S2.

U položaju Daljinski, komande mogu biti ispaljene samo iz glavne kontrolne sobe.

U položaju Lokalni, komande mogu biti inicirane samo iz kontrolnog kabijeta prekidača.

Kada je u položaju Lokalni, ključ prekidača S2 ne može se ukloniti. Preporučuje se da se ključ čuva u kontrolnoj sobi.

S11/S12 – Osvetljene tasteri za upravljanje prekidačem.

5) Sistem za smanjenje pritiska (Zaštita od eksplozije)

Prekidni disk: U slučaju unutrašnjeg lukovog defekta (uzrokovana dugotrajnim strujnim prekidom), ako pritisak gasa unutar oklopne kutije dosegne prag aktivacije, prekidni disk se razbija kako bi se trenutno oslobodio prekomerni pritisak. Ova brza ventilacija sprečava katastrofalan propad oklopne kutije sigurno otpuštanjem prekomernog SF₆ gasa.