HECI GCB para sa Mga Generator – Mabilis na SF₆ Circuit Breaker

1. Paglalarawan at Paggamit

1.1 Tungkulin ng Generator Circuit Breaker

Ang Generator Circuit Breaker (GCB) ay isang kontroladong punto ng paghihiwalay na matatagpuan sa pagitan ng generator at ng step-up transformer, na nagbibigay ng interface sa pagitan ng generator at ng grid ng kuryente. Ang mga pangunahing tungkulin nito ay kasama ang paghihiwalay ng mga pagkakamali sa gilid ng generator at pagbibigay ng operasyonal na kontrol sa panahon ng sinkronisasyon ng generator at koneksyon sa grid. Ang prinsipyong operasyonal ng GCB ay hindi lubhang iba mula sa standard na circuit breaker; gayunpaman, dahil sa mataas na DC component na naroroon sa fault current ng generator, kinakailangan ng GCB na gumana nang napakabilis upang mapabilis na ihiwalay ang mga pagkakamali.

1.2 Pagkakaiba-iba ng mga Sistema na May at Walang Generator Circuit Breaker

Ipinalalalarawan ng Figura 1 ang scenario ng paghihiwalay ng fault current ng generator sa isang sistema na walang Generator Circuit Breaker.

Ipinalalalarawan ng Figura 2 ang scenario ng paghihiwalay ng fault current ng generator sa isang sistema na mayroong Generator Circuit Breaker (GCB).

Bilang ipinapakita sa paghahambing sa itaas, ang mga benepisyo ng pag-install ng Generator Circuit Breaker (GCB) ay maaaring buuin bilang sumusunod:

Sa normal na pagsisimula at pagtigil ng unit ng generator, hindi kinakailangan ang switching ng auxiliary power supply—kailangan lamang ang operasyon ng generator circuit breaker, na siyang nagpapataas ng siguridad ng station service power.

Kapag may internal fault sa loob ng generator (i.e., sa gilid ng generator ng GCB), kailangan lamang tripin ang generator circuit breaker, na siyang nagbabawas ng operational complexity sa panahon ng mga pagkakamali ng unit.

Ito ay nagbibigay ng mas mahusay na proteksyon para sa main transformer at high-voltage station service transformer. Kapag may internal fault sa anumang mga transformer na ito, patuloy pa ring nagbibigay ng fault current ang generator sa panahon ng decay period ng field (excitation) current nito—kahit na binuksan na ang high-voltage side circuit breaker ng main transformer ng protective relaying. Mayroong GCB, maaaring mabilis na ihiwalay ang generator, na siyang nagbubuwisit sa pinsala sa main transformer—a critical benefit para sa malalaking generating units.

Isang karagdagang mahalagang benepisyo ay ang pagbawas o pagalis ng pinsala sa generator dulot ng hindi simultaneous (pole-disagreement) operation ng high-voltage circuit breaker. Sa mga koneksyon ng generator-transformer unit, ang high-voltage circuit breaker ay gumagana sa mataas na rated voltage, at sa open-type switchgear, ang malaking phase-to-phase spacing ay nagpipigil ng mechanical three-pole interlocking. Bilang resulta, maaari pa ring mangyari ang hindi simultaneous operation kahit sa normal switching. Ganitong kondisyon ay nagdudulot ng negative-sequence currents sa stator ng generator, at ang rotor ay may napakalimitadong tolerance sa negative-sequence magnetic fields—na maaaring magresulta sa seryosong pinsala sa rotor. Ang modernong GCBs, gayunpaman, ay disenyo at ginawa na may three-phase mechanical interlocking, na siyang nagpapabuti ng pagpapahinto ng hindi simultaneous operation.

Para sa mga fault na nangyayari sa gilid ng generator ng GCB, kailangan lamang tripin ang generator circuit breaker—walang pagbubuksan ng high-voltage side breaker ng main transformer—na siyang nagbubuwisit sa impact sa kabuuang grid structure at nakakabuti sa system stability.

Ang layout ng power plant ay naging mas simple at mas ekonomiko, na nagbabawas ng oras ng installation, commissioning, at cost. Maaaring alisin ang station service transformer at ang kasamang medium- at high-voltage switchgear. Sa implementasyon ng GCB, ang average plant availability ay tumataas ng 0.3%–0.6%, at ang mas mataas na availability ng generator ay direktang nagreresulta sa mas mataas na energy revenue.

2. Estruktura at Paggamit

2.1 Kabuuang Estruktura

Ang circuit breaker system ay esensyal na binubuo ng sumusunod na komponente at equipment, lahat na naka-mount sa isang common support frame. Dependiendo sa purchase order specifications, maaaring hindi kasama ang ilang nakalista na komponente.

Ang standard design ng HEC/HECI-type switchgear ay kasama ang:

• SF₆ circuit breaker

• Disconnector (isolating switch)

• Earthing (grounding) switch

• Capacitors

• Current transformers (CTs)

• Voltage transformers (VTs)

Surge arresters, shorting links, at ang start-up switch (para sa Static Frequency Converter, SFC) ay available bilang optional items.

1 – Circuit breaker 2 – Disconnector (Isolating switch) 3a – Earthing switch 3b – Earthing switch 4 – Shorting link 5 – Start-up switch (SFC) 6 – Capacitor

7 – Current transformer 8 – Voltage transformer 9 – Surge arrester 10 – Enclosure

Ang circuit breaker ay puno ng SF₆ gas bilang medium para sa pagpapatigil ng arc. Ang pangunahing kontak at arcing contacts ay hiwalay. Ang mga kontak ay pinapatakbo ng spring-operated mechanism. Ang tatlong poles ng circuit breaker ay mekanikal na interlinked.

1 – Flexible connection 2 – Disconnector (Isolating switch) 3 – Arc extinguishing chamber 4 – Insulation 5 – Enclosure 6 – Earthing (Grounding) switch 7 – Isolated-phase busbar connection

8 – Current transformer

Ang mga komponente sa loob ng GCB enclosure ay ipinapakita sa larawan sa ibaba.

2.2 Komposisyon at Function ng Component

1) Operating Mechanism

Ang HECI5-type GCB switch ay gumagamit ng AHMA 4 operating mechanism. Ang pisikal na litrato ng operating mechanism na ito ay gayon:

1 – Combined motor (oil pump motor) 2 – Control valve auxiliary contacts 3 – Auxiliary contacts

① Operating Module:

Ang module ay gumagamit ng constant pressure differential structure, kung saan ang mataas na presyurang langis ay patuloy na nagsasalamin sa itaas na dulo ng piston rod. Ang bilis ng pagbubukas at pagsasara ay maaaring i-adjust nang hiwalay gamit ang corresponding throttle screws.

② Energy Storage Module:

Sa aksyon ng hydraulic oil, ang accumulator piston ay pumipigsa ng disc springs at nag-iimbak ng hydraulic energy sa mahabang panahon sa energy storage piston cylinder, nagbibigay ng kinakailangang enerhiyang reserve para sa pagbubukas at pagsasara ng operasyon.

③ Control Module:

Ang electrical command signals mula sa main control room ay nagpapabilis ng open/close solenoid valves, na sa kanyang pagkakataon ay nag-shift ng directional control valve upang makamit ang pagbubukas o pagsasara ng circuit breaker.

④ Adapter (Linkage) Module:

Sa paggalaw ng piston rod, ang connecting crank arm ay nagpapagalaw ng auxiliary switch upang umikot, sa pamamagitan ng pag-switch ng open/close position signals.

⑤ Hydraulic Pump Module:

Ang electric motor ay nagpapabilis ng hydraulic pump upang mag-inject ng langis sa accumulator, na nagco-convert ng electrical energy sa hydraulic energy.

⑥ Monitoring Module:

Ang pagsiksik ng disc springs ay nagpapabilis ng isang cam sa limit switch, na umiikot upang buksan o sarado ang mga kontak ng microswitch. Ito ay nagbibigay ng alarm signals at automatic interlocking functions para sa main control room. (Kapag ang presyon ay lumampas sa inilaan na halaga, ang pressure relief valve ay awtomatikong bubuksan upang makamit ang overpressure protection.)

2) Circuit Breaker

Ang circuit breaker ay ang pangunahing komponente ng GCB. Ang kanyang structural principle ay hindi komplikado, at ang functional schematic diagram nito ay ipinapakita sa ibaba:

S1 – Spring limit switch S0 – Auxiliary switch SA – Position indicator Y1 – Closing coil Y2, Y3 – Opening coils 1 and 2 M0 – Energy storage motor R10 – Heater DI – Density indicator 

F6 – Density monitor

3) SF₆ Gas System

Sa GCB, ang SF₆ gas ay naroroon lamang sa circuit breaker, ang density relay, ang density gauge, at ang interconnecting gas piping.

Ang density monitor ay isang temperature-compensated pressure monitoring device na ginagamit upang monitorin ang densidad ng SF₆ gas sa tatlong-pole (three-phase) circuit breaker. Ang presyon ng gas ay maaaring diretso na obserbahan sa pamamagitan ng pressure gauge. Kapag ang presyon ay bumaba sa ilalim ng inilaan na threshold, ang density monitor ay magpapadala ng “REPLENISH GAS” signal. Kung ang presyon ng SF₆ ay patuloy na bumababa, dalawang independent na microswitches ay magpapabilis ng interlocks na nagpipigil ng anumang switching operations—ang circuit breaker ay maging mekanikal at elektrikal na nakakandado.

Ang set points ng density monitor ay inilaan sa relevant control diagrams at ang SF₆ gas density characteristic curves.

Ang control panel ng control cabinet ay binubuo ng pangunahing apat na bahagi:

• Interlock switch

• Operation counter

• Operation and alarm indicators

• Local operation mode buttons

4) Kabinet Kontrol

Lahat ng mga punsiyon ng mekanismo ng operasyon ng circuit breaker ay naka-integrate sa kabinet ng kontrol. Ang huling konfigurasyon at layout ng punsiyon ay detalyado sa mga kaugnay na diagrama ng kontrol. Ang mga sumusunod na komponente ng kontrol ay naka-housed sa loob ng kabinet ng kontrol:

S2 – Local/Remote Selector Switch: Ang mode ng operasyon ay pinili sa pamamagitan ng switch S2.

Sa Remote position, ang mga utos ay maaaring ibigay lamang mula sa pangunehing silid ng kontrol.

Sa Local position, ang mga utos ay maaaring simulan lamang mula sa kabinet ng kontrol ng circuit breaker.

Kapag nasa Local position, ang susi ng selector switch S2 ay hindi maaaring alisin. Inirerekomenda na itago ang susi sa silid ng kontrol.

S11/S12 – Ilighted push-button switches para sa operasyon ng circuit breaker.

5) Pressure Relief (Explosion Protection) System

Bursting Disc: Sa kaso ng internal arc fault (dahil sa mahabang short-circuit current), kung ang presyur ng gas sa loob ng enclosure ay umabot sa threshold ng aktibasyon, ang bursting disc ay pumuputok upang agad na ilabas ang labis na presyur. Ang mabilis na pag-vent ay nagpapahinto ng mapanganib na pagkasira ng enclosure sa pamamagitan ng ligtas na pag-discharge ng overpressurized SF₆ gas.