Generator kəsici çərçivələrinin səhvlərə qarşı himayə mekanizmlərinin gəncliklərdən təhlili

1.Giriş

1.1 GCB-nin Temel Fonksiyonu ve Arka Planı
Generator Dövme Anahtarı (GCB), jeneratörü yükseltici transformatöre bağlayan kritik düğüm olarak, normal ve hata koşullarında akımı kesmekle sorumludur. Geleneksel alt istasyon dövme anahtarlarından farklı olarak, GCB doğrudan jeneratörden gelen büyük kısa devre akımını dayanır, belirlenmiş kısa devre kesme akımları yüzlerce kiloamperlere ulaşabilir. Büyük üretim birimlerinde, GCB'nin güvenilir çalışması, jeneratörün kendisinin güvenliğiyle ve elektrik şebekesinin istikrarlı çalışmasıyla doğrudan bağlantılıdır.

1.2 Hata Koruma Mekanizmalarının Önemi
Jeneratörün içinde veya çıkış hatlarında hata oluştuğunda, hata akımı onlarca milisaniye içinde zirveye ulaşabilir. Hedefli koruma mekanizmaları olmaksızın, sarım aşırı ısınma/deformasyon ve yalıtım çökmesi gibi geri dönüşü olmayan hasarlar meydana gelebilir. 2010 yılında Kuzey Amerika bölgesel şebeke olayına yapılan bir analiz, hızlı koruma eksikliği olan güç üretim ekipmanlarının, hata sonrası onarma maliyetlerinin %300'den fazla olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, güç üretim sistemlerinin güvenilirliğini sağlamak için çok boyutlu, koordineli bir koruma mekanizması kurmak, temel savunmadır.

2.GCB Koruma Mekanizmalarının Temel Prensipleri
2.1 Koruma Mekanizmalarının Tanımı ve Temel Amaçları
GCB koruma mekanizması, esas olarak gerçek zamanlı olarak anormal elektrik parametrelerini izleyen ve önceden belirlenmiş mantıkla dövme anahtarı tetikleme işlemini başlatan bir sistem mühendisliği çözümüdür. Temel amaçları üçlüdür: ilk olarak, üç döngü (60 ms) içinde hata akımını kesmek; ikinci olarak, iç hatadan dış pertürbasyonları doğru bir şekilde ayırt etmek; ve üçüncü olarak, hata konumunu hassas bir şekilde belirlemek, böylece sonraki bakım kararlarını desteklemek.

2.2 Yaygın Hata Türlerine Genel Bakış
Tipik hata senaryoları üç kategoriye ayrılır: (1) faz-arası kısa devreler, ani akım sıçramaları ve aşırı üç faz dengesizliği ile karakterize edilir; (2) tek fazda toprağa kısa devre, nötr nokta voltajının ofseti ile tanımlanır; ve (3) gelişen hatalar, başlangıçta anormal kısmi salınım şeklinde ortaya çıkar ve yavaş yavaş yalıtım çökmesine dönüşür. İstatistikler, 600 MW üzerindeki birimlerde, toprak hatalarının %67'yi oluşturduğunu gösterir, bu da koruma sistemlerinin hassasiyeti üzerinde daha yüksek talepler yaratır.

3.Koruma Mekanizmalarının Ana Türleri
3.1 Aşırı Akım Koruma Mekanizması
Birden çok aşamalı bileşik kriter, dereceli tepki sağlar: anlık yüksek hızlı tetikleme, operasyon süresi 25 ms içinde kontrol edilen ciddi yakın uç hataları hedef alır; belirlenmiş süre ters eğrileri, ekipmanın termal dayanıklılığıyla eşleşir, akım sürekli olarak nominal değerden 1,5 kat üstü olduğunda gecikmeli tetiklemeyi başlatır; yönlendirme ayrım elemanları, dış hatalar sırasında yanlış çalışma riskini etkili bir şekilde önler. Sahil bir enerji santralinden elde edilen saha verileri, bu mekanizmanın kısa devre akım süresini 83 ms'e sınırladığını doğrulamıştır.

3.2 Diferansiyel Koruma Mekanizması
Kirchhoff Akım Yasası üzerine tamamen dijital bir koruma şeması oluşturulmuştur. Sınıf 0,2S akım dönüştürücüleri, jeneratör nötr noktasına ve GCB çıkış tarafına eş zamanlı olarak monte edilmiştir. İki taraf arasındaki vektörel fark, belirlenmiş eşiğin (genellikle nominal akımın %15'i olarak ayarlanır) üzerindeyse, dahili bir hata bildirilir. En son uygulama, dağıtılmış kapasitif akımlardan kaynaklanan 15° faz açısı hatasını başarılı bir şekilde çözümlenmiş bir faz-düzeltme algoritmasını içerir.

3.3 Toprak Hatası Koruma Mekanizması
Yüksek impedanslı topraklanmış sistemler için, sıfır-sekans yönlendirme koruması geliştirilmiştir: özel voltaj dönüştürücüler aracılığıyla sıfır-sekans voltaj bileşenleri elde edilir ve sıfır-sekans akımı ile birleştirilerek bir yönlendirme ayrım matrisi oluşturulur. Yeni bir üçüncü harmonik engelleme tekniği, normal işlem sırasında nötr noktada harmonik voltajlardan gelen interferansı etkili bir şekilde önler. Sahadaki uygulamalar, bu mekanizmanın 10 Ω'dan yüksek dirençli toprak hatalarını %98,7 başarı oranıyla tespit ettiğini göstermektedir.

4.Koruma Mekanizmalarının Uygulanma Süreci
4.1 Rölelerin ve Kontrol Sistemlerinin Rolü
Modern mikroişlemci tabanlı koruma cihazları, üç katmanlı bir mimariyi benimser: ölçüm katmanı, dalga biçimlerini 4000 Hz örnekleme hızıyla gerçek zamanlı olarak yakalar; karar alma katmanı, Fourier dönüşümü ve harmonik analiz dahil 32 hesaplama yapmak için çok-CPU paralel işlem kullanır ve 10 ms içinde tamamlar; yürütme katmanı, komut iletim gecikmesinin 2 ms altında olmasını sağlamak için fiber optik doğrudan tetikleme devreleri kullanır. Kritik birimler genellikle, tek nokta başarısızlık risklerini ortadan kaldırmak için "üçten ikisi" oy puanlama mantığını uygular.

4.2 Hata Tespiti ve Hızlı İşlem Sıralaması
Tipik bir tetikleme sırası sekiz ana adımı içerir: hata akımının oluşumu → akım dönüştürücüler tarafından ikincil sinyal dönüştürme → koruma cihazının aktivasyonu → hata tipi belirleme → tetikleme mantığı hesaplaması → bloklama sinyalinin doğrulanması → dövme anahtarı tetik bobininin enerjilendirilmesi → yay kapanması. Zaman optimizasyonu çalışmaları, önbasmış yay söndürme odaları kullanarak toplam kesme süresinin 58 ms'ye düşürülebileceğini, bu da geleneksel mekanizmalara göre %22 iyileştirme olduğunu göstermiştir.

5.Sonuç
5.1 Ana Koruma Mekanizmalarının Özet Noktaları
Modern GCB koruması, çok katmanlı, zeki bir savunma sistemine evrimleşmiştir: aşırı akım koruması temel katmanı oluşturur, diferansiyel koruma hassas bölge izolasyonu sağlar ve toprak hata koruması zayıflıkları üzerindeki kapsamlılığı güçlendirir. Temel ilerleme, üç döngü içinde hata temizlemeyi sağlamaktadır ve aynı zamanda yılda 0,01 kez altında bir yanlış tetikleme oranını sürdürmektedir. Ancak, koruma ayarlarının, ekipman yaşlanma eğrilerine göre her iki yıl da yeniden kalibre edilmesi gerektiğini unutmamak gerekir.

5.2 Praktiki tətbiqlər üçün optimallaşdırma tövsiyələri
Üç inkişaf etmiş iyeləşdirmə tədbiri təklif olunur: birincisi, dövrəvi səyahət edən dalğalı arızanın yerini müəyyən etmək texnologiyasını təkmilləşdirməklə arıza yerinin dəqiqliyini ±5 metrə qaldırmaq; ikinci, avtomatik olaraq həssaslıq koeffisientlərini ünvana əsasən tənzimləyən adaptiv himayə alqoritmləri inkişaf etdirmək; üçüncüsü, kontaktların aşınması və açılma sürəti daxil olmaqla 12 parametrin istifadəsi ilə dövrəkilərin mexaniki vəziyyətinin onlayn izlənməsi və mechanismun nəzarət edilə biləcəyi məhdudluqların proqnozlaşdırılması. Bu tədbirlərin demokstrasiya elektrik stansiyası tərəfindən təsdiqləndi və himayə sisteminin mövcudluğunu 99,97%-ə qaldırmasına nail oldular.