HECI GCB for Generators – Fast SF₆ Circuit Breaker HECI GCB cho Máy phát điện – Bộ cắt điện nhanh SF₆

1. Định nghĩa và Chức năng

1.1 Vai trò của Áp tô mát Đường dẫn Tạo điện

Áp tô mát Đường dẫn Tạo điện (GCB) là điểm ngắt có thể kiểm soát nằm giữa máy tạo điện và biến áp tăng áp, đóng vai trò như giao diện giữa máy tạo điện và lưới điện. Các chức năng chính bao gồm cách ly các lỗi ở phía máy tạo điện và cho phép kiểm soát hoạt động trong quá trình đồng bộ hóa máy tạo điện và kết nối với lưới điện. Nguyên lý hoạt động của GCB không khác nhiều so với áp tô mát mạch tiêu chuẩn; tuy nhiên, do thành phần DC cao có trong dòng lỗi của máy tạo điện, GCB cần phải hoạt động cực kỳ nhanh để cách ly lỗi một cách nhanh chóng.

1.2 So sánh giữa Hệ thống Có và Không có Áp tô mát Đường dẫn Tạo điện

Hình 1 minh họa tình huống ngắt dòng lỗi máy tạo điện trong hệ thống không có Áp tô mát Đường dẫn Tạo điện.

Hình 2 thể hiện tình huống ngắt dòng lỗi máy tạo điện trong hệ thống được trang bị Áp tô mát Đường dẫn Tạo điện (GCB).

Như được minh họa trong so sánh trên, lợi ích của việc lắp đặt Áp tô mát Đường dẫn Tạo điện (GCB) có thể tóm tắt như sau:

Trong quá trình khởi động và dừng bình thường của đơn vị tạo điện, không cần chuyển đổi nguồn cung cấp phụ trợ—chỉ cần vận hành áp tô mát đường dẫn tạo điện, nâng cao đáng kể độ tin cậy của nguồn điện trạm.

Trong trường hợp xảy ra lỗi nội bộ trong máy tạo điện (tức là phía máy tạo điện của GCB), chỉ cần mở áp tô mát đường dẫn tạo điện, giảm đáng kể sự phức tạp trong quá trình xử lý lỗi của đơn vị.

Nó cung cấp bảo vệ tốt hơn cho biến áp chính và biến áp trạm dịch vụ điện áp cao. Khi xảy ra lỗi nội bộ trong bất kỳ biến áp nào, máy tạo điện tiếp tục cung cấp dòng lỗi trong thời gian suy giảm dòng từ (dòng kích thích)—cả khi áp tô mát phía điện áp cao của biến áp chính đã được mở bởi thiết bị bảo vệ. Với GCB được lắp đặt, máy tạo điện có thể được ngắt nhanh chóng, nhờ đó giảm thiểu thiệt hại cho biến áp chính—một lợi ích quan trọng đối với các đơn vị tạo điện lớn.

Một lợi ích đáng kể khác là giảm hoặc loại bỏ thiệt hại cho máy tạo điện do hoạt động không đồng thời (không nhất quán về cực) của áp tô mát điện áp cao. Trong kết nối đơn vị máy tạo điện-biến áp, áp tô mát điện áp cao hoạt động ở điện áp định mức cao, và trong thiết bị chuyển mạch dạng mở, khoảng cách pha-to-pha lớn ngăn chặn khóa cơ học ba cực. Do đó, hoạt động không đồng thời có thể xảy ra ngay cả trong quá trình chuyển mạch bình thường. Những điều kiện này gây ra dòng điện thứ tự âm trong stator máy tạo điện, và rotor có độ chịu đựng rất hạn chế đối với từ trường thứ tự âm—có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng rotor. Tuy nhiên, các GCB hiện đại được thiết kế và sản xuất với khóa cơ học ba pha, hiệu quả ngăn chặn hoạt động không đồng thời.

Đối với lỗi xảy ra ở phía máy tạo điện của GCB, chỉ cần mở áp tô mát đường dẫn tạo điện—không cần mở áp tô mát phía điện áp cao của biến áp chính—giảm thiểu tác động lên cấu trúc lưới điện tổng thể và có lợi cho sự ổn định của hệ thống.

Bố trí nhà máy trở nên đơn giản và kinh tế hơn, giảm thời gian lắp đặt, thử nghiệm và chi phí. Biến áp trạm dịch vụ và thiết bị chuyển mạch trung và cao áp liên quan có thể được loại bỏ. Với việc triển khai GCB, khả năng sẵn sàng trung bình của nhà máy tăng 0,3%–0,6%, và khả năng sẵn sàng cao hơn của máy tạo điện trực tiếp chuyển thành doanh thu năng lượng tăng.

2. Cấu trúc và Chức năng

2.1 Cấu trúc Tổng thể

Hệ thống áp tô mát cơ bản bao gồm các thành phần và thiết bị sau, tất cả đều được gắn trên khung đỡ chung. Tùy thuộc vào yêu cầu đặt hàng, một số thành phần được liệt kê có thể bị loại trừ.

Thiết kế tiêu chuẩn của thiết bị chuyển mạch loại HEC/HECI bao gồm:

• Áp tô mát SF₆

• Cầu dao ngắt (cầu dao cách ly)

• Cầu dao nối đất

• Dụng cụ tụ điện

• Biến dòng (CTs)

• Biến điện áp (VTs)

Bộ hạn chế xung, cầu ngắn mạch, và công tắc khởi động (cho Bộ Chuyển Tần Số Tĩnh, SFC) có sẵn dưới dạng tùy chọn.

1 – Áp tô mát 2 – Cầu dao ngắt (Cầu dao cách ly) 3a – Cầu dao nối đất 3b – Cầu dao nối đất 4 – Cầu ngắn mạch 5 – Công tắc khởi động (SFC) 6 – Dụng cụ tụ điện

7 – Biến dòng 8 – Biến điện áp 9 – Bộ hạn chế xung 10 – vỏ bọc

Cầu chì được nạp khí SF₆ làm môi trường dập hồ quang. Các tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang được tách riêng. Các tiếp điểm được điều khiển bởi cơ chế hoạt động bằng lò xo. Ba cực của cầu chì được liên kết cơ học với nhau.

1 – Kết nối linh hoạt 2 – Cầu dao ngắt (cầu dao cách ly) 3 – Buồng dập hồ quang 4 – Cách điện 5 – Vỏ bọc 6 – Cầu dao nối đất (cầu dao nối mát) 7 – Kết nối thanh cái pha cách ly

8 – Biến dòng

Các thành phần bên trong vỏ GCB được hiển thị trong hình dưới đây.

2.2 Thành phần và chức năng

1) Cơ chế hoạt động

Cầu chì HECI5 sử dụng cơ chế hoạt động AHMA 4. Hình ảnh thực tế của cơ chế hoạt động này như sau:

1 – Động cơ kết hợp (động cơ bơm dầu) 2 – Tiếp điểm phụ trợ van điều khiển 3 – Tiếp điểm phụ trợ

① Mô-đun Hoạt động:

Mô-đun này sử dụng cấu trúc chênh lệch áp suất không đổi, trong đó dầu áp suất cao liên tục tác động lên đầu trên của piston. Tốc độ đóng và mở có thể điều chỉnh riêng biệt thông qua các vít tiết lưu tương ứng.

② Mô-đun Lưu trữ Năng lượng:

Dưới tác động của dầu thủy lực, piston tích trữ nén các lò xo đĩa và lưu trữ năng lượng thủy lực lâu dài trong xy-lanh tích trữ, cung cấp năng lượng dự trữ cần thiết cho các thao tác đóng và mở.

③ Mô-đun Điều khiển:

Các tín hiệu lệnh điện từ phòng điều khiển chính kích hoạt các van điện từ đóng/mở, từ đó chuyển đổi van điều khiển hướng để thực hiện việc đóng hoặc mở cầu chì.

④ Mô-đun Giữa (Liên kết):

Trong quá trình di chuyển của piston, một cánh tay khuỷu kết nối đẩy công tắc phụ quay, từ đó chuyển đổi tín hiệu vị trí đóng/mở.

⑤ Mô-đun Bơm Thủy lực:

Động cơ điện điều khiển bơm thủy lực để bơm dầu vào bộ tích trữ, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng thủy lực.

⑥ Mô-đun Giám sát:

Sự nén của các lò xo đĩa đẩy một cam trên công tắc giới hạn, làm quay để mở hoặc đóng các tiếp điểm của công tắc vi mô. Điều này cung cấp các tín hiệu báo động và chức năng khóa tự động cho phòng điều khiển chính. (Khi áp suất vượt quá giá trị quy định, van xả áp tự động mở để đạt được bảo vệ quá áp.)

2) Cầu chì

Cầu chì là thành phần chính của GCB. Nguyên lý cấu tạo của nó không phức tạp, và sơ đồ nguyên lý chức năng được hiển thị dưới đây:

S1 – Công tắc giới hạn lò xo S0 – Công tắc phụ trợ SA – Bộ chỉ thị vị trí Y1 – Cuộn đóng Y2, Y3 – Cuộn mở 1 và 2 M0 – Động cơ tích trữ năng lượng R10 – Bộ sưởi DI – Bộ chỉ thị mật độ 

F6 – Bộ theo dõi mật độ

3) Hệ thống khí SF₆

Trong GCB, khí SF₆ chỉ tồn tại trong cầu chì, rơ-le mật độ, đồng hồ đo mật độ và đường ống dẫn khí liên kết.

Bộ theo dõi mật độ là thiết bị theo dõi áp suất được bù nhiệt độ, dùng để theo dõi mật độ khí SF₆ trong cầu chì ba cực (ba pha). Áp suất khí có thể được quan sát trực tiếp thông qua đồng hồ đo áp. Khi áp suất giảm xuống dưới ngưỡng quy định, bộ theo dõi mật độ gửi tín hiệu "BỔ SUNG KHÍ". Nếu áp suất SF₆ tiếp tục giảm, hai công tắc vi mô độc lập sẽ kích hoạt các khóa liên kết ngăn chặn bất kỳ thao tác chuyển mạch nào — cầu chì trở nên bị khóa cơ học và điện.

Các điểm đặt của bộ theo dõi mật độ được chỉ định trong các sơ đồ điều khiển liên quan và các đường cong đặc trưng mật độ khí SF₆.

Bảng điều khiển của tủ điều khiển chủ yếu bao gồm bốn phần:

• Công tắc khóa liên kết

• Đếm số lần hoạt động

• Các chỉ báo hoạt động và cảnh báo

• Nút chế độ hoạt động cục bộ

4) Tủ điều khiển

Tất cả các chức năng của cơ chế hoạt động của cầu chì được tích hợp trong tủ điều khiển. Cấu hình cuối cùng và bố cục chức năng được chi tiết trong các sơ đồ điều khiển liên quan. Các thành phần điều khiển sau đây đều được chứa bên trong tủ điều khiển:

S2 – Công tắc chọn chế độ Địa phương/Xa: Chế độ hoạt động được chọn thông qua công tắc S2.

Ở vị trí Xa, lệnh chỉ có thể được gửi từ phòng điều khiển chính.

Ở vị trí Địa phương, lệnh chỉ có thể được khởi tạo từ tủ điều khiển của cầu chì.

Khi ở vị trí Địa phương, chìa khóa của công tắc chọn S2 không thể được tháo ra. Đề nghị lưu trữ chìa khóa trong phòng điều khiển.

S11/S12 – Nút nhấn sáng để vận hành cầu chì.

5) Hệ thống giảm áp (Bảo vệ chống nổ)

Đĩa vỡ: Trong trường hợp xảy ra lỗi hồ quang nội bộ (do dòng điện ngắn mạch kéo dài), nếu áp suất khí bên trong vỏ đạt đến ngưỡng kích hoạt, đĩa vỡ sẽ bị vỡ để giải phóng áp suất dư thừa ngay lập tức. Việc xả áp nhanh chóng này ngăn chặn sự hỏng hóc thảm khốc của vỏ bằng cách xả an toàn khí SF₆ quá áp.