Jeneratörler için HECI GCB – Hızlı SF₆ Devre Kesicisi

1.Tanım ve Fonksiyon

1.1 Jeneratör Devre Kesicinin Rolü

Jeneratör Devre Kesicisi (GCB), jeneratör ile yükseltme transformatörü arasında bulunan kontrol edilebilir bir ayrılma noktasıdır ve jeneratör ile elektrik şebekesi arasındaki arayüz görevini görür. Ana fonksiyonları, jeneratör tarafındaki hataları izole etmek ve jeneratör senkronizasyonu sırasında operasyonel kontrol sağlamaktır. GCB'nin çalışma prensibi, standart bir devre kesicininkinden önemli ölçüde farklı değildir; ancak, jeneratör hata akımlarında yüksek DC bileşeni nedeniyle, GCB'ler hataları hızlıca izole etmek için son derece hızlı çalışmak zorundadır.

1.2 Jeneratör Devre Kesicisi Olan ve Olmayan Sistemler Arasındaki Karşılaştırma

Şekil 1, jeneratör devre kesicisi olmayan bir sistemde jeneratör hata akımını kesme durumunu göstermektedir.

Şekil 2, jeneratör devre kesicisi (GCB) donanımlı bir sistemde jeneratör hata akımını kesme durumunu göstermektedir.

Yukarıdaki karşılaştırmada gösterildiği gibi, jeneratör devre kesicisi (GCB) kurulumunun avantajları şu şekilde özetlenebilir:

Üretim biriminin normal başlatma ve kapatma sırasında yardımcı güç kaynağı geçişi gerekmemektedir—sadece jeneratör devre kesicisinin işletilmesi yeterlidir, bu da istasyon servis gücünün güvenilirliğini önemli ölçüde artırmaktadır.

Jeneratörün içine (yani GCB'nin jeneratör tarafına) bir hata olduğunda, sadece jeneratör devre kesicisinin tetiklenmesi gerekmektedir, bu da birim hatalarında operasyonel karmaşıklığı büyük ölçüde azaltmaktadır.

Ana transformatöre ve yüksek gerilimli istasyon servis transformatörüne daha iyi koruma sağlar. Bu transformatörlerden herhangi birindeki dahili bir hatadan dolayı, jeneratör, ana transformatörün yüksek gerilimli tarafındaki devre kesicisi koruma rölesi tarafından açıldığında bile, alan (uyarlamalı) akımının sönmüş olmasına rağmen hata akımı beslemeye devam etmektedir. GCB ile, jeneratör hızla ayrılabilir, bu da ana transformatöre olan hasarı en aza indirir—bu, büyük üretim birimleri için kritik bir avantajdır.

Bir başka önemli avantaj, yüksek gerilimli devre kesicisinin eş zamanlı olmayan (pol uyuşmazlığı) çalışması nedeniyle jeneratöre olan zararı azaltma veya ortadan kaldırma yönündedir. Jeneratör-transformatör birim bağlantılarında, yüksek gerilimli devre kesicisi yüksek nominal gerilimde çalışır ve açık tip anahtar kasalarında fazlar arası büyük uzaklık, mekanik üç faz kilitlemeyi önler. Bu nedenle, normal anahtarlama sırasında bile eş zamanlı olmayan işlem gerçekleştirebilir. Bu koşullar, jeneratör statoründe negatif dizi akımlarını tetikler ve rotorda negatif dizi manyetik alanlara karşı çok sınırlı tolerans vardır—bu, ciddi rotor hasarlarına yol açabilir. Modern GCB'ler ise, üç faz mekanik kilitleme ile tasarlanıp üretilmiştir, bu da eş zamanlı olmayan işlemi etkili bir şekilde önler.

GCB'nin jeneratör tarafında oluşan hatalar için, sadece jeneratör devre kesicisinin tetiklenmesi gerekmektedir—ana transformatörün yüksek gerilimli tarafındaki devre kesicisini açmadan—bu da genel şebeke yapısına olan etkiyi minimize eder ve sistem istikrarına katkıda bulunur.

Güç santrali düzeni daha basit ve ekonomik hale gelir, kurulum ve komisyonlama süresi ile maliyetler azalır. İstasyon servis transformatörü ve onunla ilişkili orta ve yüksek gerilimli anahtar kasa ekipmanları atlanabilir. GCB uygulamasıyla, ortalama santral kullanılabilirliği %0,3–%0,6 artar ve daha yüksek jeneratör kullanılabilirliği doğrudan enerji geliri artışına dönüşür.

2. Yapı ve Fonksiyon

2.1 Genel Yapı

Devre kesici sistemi esas olarak aşağıdaki bileşenler ve ekipmanlardan oluşur, hepsi ortak bir destek çerçevesine monte edilir. Sipariş şartlarına bağlı olarak, belirtilen bazı bileşenler hariç tutulabilir.

HEC/HECI-tipi anahtar kasanın standart tasarımı şunları içerir:

• SF₆ devre kesici

• Ayrıklayıcı (ayırma anahtarı)

• Kendiliğinden ayarlama (topraklama) anahtarı

• Kondansatörler

• Akım transformatörleri (CT'ler)

• Gerilim transformatörleri (VT'ler)

Fırtına emici, kısa devre bağları ve başlangıç anahtarı (SFC için) seçenege bağlı olarak mevcuttur.

1 – Devre kesici 2 – Ayrıklayıcı (Ayırma anahtarı) 3a – Topraklama anahtarı 3b – Topraklama anahtarı 4 – Kısa devre bağlantısı 5 – Başlatma anahtarı (SFC) 6 – Kondansatör

7 – Akım transformatörü 8 – Gerilim transformatörü 9 – Fırtına emici 10 – Kasa

Kısmalı kesicinin yayma ortamı olarak SF₆ gazı ile doldurulmuştur. Ana temaslar ve parçacılık temaslar ayrılmıştır. Temaslar bir faydalı mekanizma tarafından işletilir. Kısmalı kesicinin üç bacağı mekanik olarak bağlantılıdır.

1 – Esnek bağlantı 2 – Ayırıcı anahtar (Ayırma anahtarı) 3 – Yayma odası 4 – yalıtım 5 – Kapsül 6 – Topraklama (Yerleştirmek) anahtarı 7 – İzole fazlı anahtar bağlantı hattı

8 – Akım transformatörü

GCB kapsülünün içindeki iç bileşenler aşağıdaki resimde gösterilmiştir.

2.2 Bileşen Kompozisyonu ve Fonksiyonu

1) İşletme Mekanizması

HECI5 tipi GCB anahtarı AHMA 4 işletme mekanizmasını kullanmaktadır. Bu işletme mekanizmasının fiziksel fotoğrafı şu şekildedir:

1 – Birleştirilmiş motor (Yağ pompası motoru) 2 – Kontrol valfi yardımcı kontakları 3 – Yardımcı kontaklar

① İşletme Modülü:

Modül, yüksek basınçlı yağın sürekli olarak piston çubuğun üst ucuna etki ettiği sabit basınç farkı yapısını benimsemiştir. Açma ve kapatma hızları, karşılık gelen talaş vidaları aracılığıyla ayrı ayrı ayarlanabilir.

② Enerji Depolama Modülü:

Hidrolik yağın etkisi altında, akümülatör pistonu disk yayları sıkıştırır ve enerji depolama piston silindirinde uzun süreli hidrolik enerji depolar, açma ve kapatma işlemlerine gerekli enerji rezervini sağlar.

③ Kontrol Modülü:

Ana kontrol odasından gelen elektrik komut sinyalleri, aç/kapat elektromanyetik valfleri etkinleştirir, bu da yönlendirme kontrol valfinin kaymasına neden olup, kısmalı kesicinin açılmasını veya kapanmasını sağlar.

④ Uyarlama (Bağlantı) Modülü:

Piston çubuğu hareket ederken, bir bağlayıcı çark kolu yardımcı anahtarı döndürerek, aç/kapat pozisyon sinyallerini değiştirir.

⑤ Hidrolik Pompa Modülü:

Bir elektrik motoru, hidrolik pompayı çalıştırarak yağı akümülatöre enjekte eder, böylece elektrik enerjisini hidrolik enerjiye dönüştürür.

⑥ İzleme Modülü:

Disk yaylarının sıkışması, bir limit anahtarı üzerindeki bir kamı hareket ettirir, bu da bir mikro anahtarın kontaklarını açıp kapatır. Bu, ana kontrol odası için alarm sinyalleri ve otomatik kilitlenme fonksiyonları sağlar. (Basınç belirlenen değeri aşarsa, basınç rahatlatma vanası otomatik olarak açılır ve aşırı basınç koruması sağlanır.)

2) Kısmalı Kesici

Kısmalı kesici, GCB'nin ana bileşenidir. Yapısal prensipi karmaşık değildir ve işlevsel şeması aşağıdaki gibidir:

S1 – Yay limit anahtarı S0 – Yardımcı anahtar SA – Pozisyon göstergesi Y1 – Kapatma bobini Y2, Y3 – Açma bobinleri 1 ve 2 M0 – Enerji depolama motoru R10 – Isıtıcı DI – Yoğunluk göstergesi 

F6 – Yoğunluk izleyici

3) SF₆ Gaz Sistemi

GCB'de, SF₆ gazı sadece kısmalı kesicide, yoğunluk rölesi, yoğunluk göstergesinde ve bunları birbirine bağlayan gaz borularında bulunur.

Yoğunluk izleyici, üç bacaklı (üç fazlı) kısmalı kesicideki SF₆ gaz yoğunluğunu izlemek için kullanılan, sıcaklıkla telafi edilmiş bir basınç izleme cihazıdır. Gaz basıncı, basınç göstergesi aracılığıyla doğrudan gözlemlenebilir. Basınç belirlenen eşiğin altına düşerse, yoğunluk izleyici "GAZ DOLDUR" sinyali gönderir. Eğer SF₆ basıncı devam ederse azalırsa, iki bağımsız mikro anahtar, herhangi bir anahtar işlemleri önleyen kilitlemeleri etkinleştirir—kısmalı kesici mekanik ve elektriksel olarak kilitlenir.

Yoğunluk izleyicinin ayar noktaları, ilgili kontrol şemalarında ve SF₆ gaz yoğunluğu karakteristik eğrilerinde belirtilmiştir.

Kontrol kabının kontrol paneli, genel olarak dört bölümden oluşur:

• Kilitleme anahtarı

• İşlem sayacı

• İşlem ve alarm göstergeleri

• Yerel işlem modu düğmeleri

4) Kontrol Kabineti

Kesici mekanizmasının tüm fonksiyonları kontrol kabineti içinde entegre edilmiştir. Son yapılandırma ve işlevsel düzenlemeler ilgili kontrol şemalarında detaylandırılmıştır. Aşağıdaki kontrol bileşenleri hepsi kontrol kabineti içinde yer almaktadır:

S2 – Yerel/Uzak Seçici Anahtarı: İşleme modu S2 anahtarı ile seçilir.

Uzak konumda, komutlar sadece ana kontrol odasından verilebilir.

Yerel konumda, komutlar sadece kesicinin kontrol kabinetinden başlatılabilir.

Yerel konumdayken, seçici anahtar S2'nin anahtarı çıkarılamaz. Anahtarın kontrol odasında saklanması önerilmektedir.

S11/S12 – Kesici işlemini gerçekleştirmek için aydınlatmalı düğme anahtarlardır.

5) Basınç Azaltma (Patlama Koruma) Sistemi

Patlayıcı Disk: İç arka hat hata durumunda (uzun süreli kısa devre akımı nedeniyle), eğer kapalı alandaki gaz basıncı aktivasyon eşiğini aşarsa, patlayıcı disk açılır ve fazla basıncı anında serbest bırakır. Bu hızlı ventilasyon, SF₆ gazının güvenli bir şekilde boşaltılmasıyla kritik bir kaplama başarısızlığını önler.