Дълбок анализ на механизми за защита при аварии за генераторни прекъсвачи

1. Въведение

1.1 Основни функции и фон на GCB
Генераторният цепен разединител (GCB), като критичен възел, свързващ генератора с трансформатора за повишаване на напрежението, е отговорен за прекъсване на тока както при нормални, така и при аварийни условия. В противовес на традиционните подстанционни цепен разединители, GCB директно понася огромния краткосрочен ток от генератора, с номинални краткосрочни токове за прекъсване, достигащи стотици килоампери. В големите генериращи агрегати надеждната работа на GCB е пряко свързана с безопасността на самия генератор и стабилната работа на електрическата мрежа.

1.2 Важността на механизми за защита при аварии
Когато се случи авария в генератора или на изходящата му линия, аварийният ток може да достигне максимум в десетки милисекунди. Без целеви механизми за защита, ще се появи необратимо повредяване, като прехлаждане/деформация на витковете и пробив на изолацията. Анализ на инцидент в регионалната мрежа на Северна Америка през 2010 година показа, че оборудването за произвеждане на енергия, което липсваше бърза защита, имаше разходи за ремонт след авария, които бяха над 300% по-високи. Ето защо, създаването на многомерен, координиран механизъм за защита е основната защита за осигуряване на надеждността на системите за производство на електроенергия.

2. Основни принципи на механизмите за защита на GCB
2.1 Дефиниция и основни цели на механизмите за защита
Механизмът за защита на GCB е по същество системно решение, което наблюдава аномални електрически параметри в реално време и активира операцията за прекъсване на цепен разединителя на базата на предварително дефинирана логика. Неговите основни цели са три: първо, да прекъснат аварийния ток в рамките на три цикла (60 ms); второ, да различават точно вътрешни аварии от външни смущения; и трето, да определят точно местоположението на аварията, за да подкрепят последващите решения за поддръжка.

2.2 Общ преглед на типичните видове аварии
Типичните аварийни сценарии попадат в три категории: (1) фазно-фазни краткосрочни замыкания, характеризирани от внезапни скачове на тока и изключителна трифазна несъответствие; (2) единично-фазни земни замыкания, идентифицирани по отклонение на напрежението в нейтралната точка; и (3) развиващи се аварии, които започват като аномални частични разряди и постепенно се развиват в пробив на изолацията. Статистиката показва, че в агрегати над 600 MW, земните замыкания представляват 67%, което поставя по-високи изисквания към чувствителността на системите за защита.

3. Основни видове механизми за защита
3.1 Механизъм за защита при прекомерен ток
Мултиетапен композитен критерий позволява градиран отговор: моментно бързо прекъсване е насочено към сериозни близки аварии с време на действие, контролирано в рамките на 25 ms; определено време обратни криви съответстват на термичната устойчивост на оборудването, инициираше забавено прекъсване, когато токът надхвърли 1,5 пъти номиналната стойност продължително; елементи за дискриминация по посока ефективно предотвратяват неправилно действие при външни аварии. Полеви данни от приморска електроцентрала потвърдиха, че този机制似乎在翻译过程中被意外截断了。让我继续完成剩余部分的保加利亚语翻译： ```този mechanism успешно ограничи продължителността на краткосрочния ток до 83 ms.

3.2 Диференциален mechanism за защита
Пълен цифров protection scheme е изграден на базата на Закона на Кирхоф за тока. Трансформатори на тока клас 0.2S са синхронно инсталирани в нейтралната точка на генератора и на изходящата страна на GCB. Когато векторната разлика между двете страни надвиши прага (обикновено зададен на 15% от номиналния ток), обявява се вътрешна авария. Последната реализация включва алгоритъм за корекция на фаза, успешно решавайки грешката от 15° на фазовия ъгъл, причинена от распределени емпирични токове.

3.3 Mechanism за защита при земна авария
За system с висок импеданс на земята, е разработена защита по нуловому сечению: компоненти на нулово сечение се получават чрез специални трансформатори на напрежението и комбинирани с нулов ток, за да се формира матрица за дискриминация на посока. Иновативна техника за блокиране на третата хармоника ефективно избягва interference от хармонични напрежения в нейтралната точка при нормална работа. Полеви практики показват, че този mechanism постига 98,7% успех в откриването на земни аварии със съпротивление над 10 Ω.

4. Процес на implementация на mechanism за защита
4.1 Ролята на релета и control system
Съвременните устройства за защита на базата на микропроцесори adopt three-layer architecture: слой за measurement capture waveforms в реално време с пробиване на 4000 Hz; слой за decision layer employs multi-CPU parallel processing to complete 32 calculations—including Fourier transform and harmonic analysis—within 10 ms; слой за execution layer uses fiber-optic direct tripping circuits to ensure command transmission delay is less than 2 ms. Критични unit commonly implement a “two-out-of-three” voting logic to eliminate single-point failure risks.

4.2 Откриване на аварии и бърза операционна последователност
Обичайна последователност за прекъсване включва осем ключови стъпки: occurrence of fault current → secondary signal conversion by current transformers → activation of the protection device → identification of the type of fault → computation of the tripping logic → verification of the blocking signal → energization of the circuit breaker trip coil → extinction of the arc. Time optimization studies show that using pre-pressurized arc-quenching chambers can reduce total interruption time to 58 ms, a 22% improvement over conventional mechanisms.

5. Заключение
5.1 Сумиране на ключови точки на mechanism за защита
Съвременната защита на GCB се е evoluated into a multi-layered, intelligent defense system: overcurrent protection serves as the foundational layer, differential protection provides precise zone isolation, and ground fault protection strengthens vulnerability coverage. The core breakthrough lies in achieving fault clearance within three cycles while maintaining a false-trip rate below 0.01 times per year. However, it should be noted that protection settings must be re-calibrated every two years according to equipment aging curves.

1. Въведение

1.1 Основни функции и фон на GCB
Генераторният цепен разединител (GCB), като критичен възел, свързващ генератора с трансформатора за повишаване на напрежението, е отговорен за прекъсване на тока както при нормални, така и при аварийни условия. В противовес на традиционните подстанционни цепен разединители, GCB директно понася огромния краткосрочен ток от генератора, с номинални краткосрочни токове за прекъсване, достигащи стотици килоампери. В големите генериращи агрегати надеждната работа на GCB е пряко свързана с безопасността на самия генератор и стабилната работа на електрическата мрежа.

1.2 Важността на механизми за защита при аварии
Когато се случи авария в генератора или на изходящата му линия, аварийният ток може да достигне максимум в десетки милисекунди. Без целеви механизми за защита, ще се появи необратимо повредяване, като прехлаждане/деформация на витковете и пробив на изолацията. Анализ на инцидент в регионалната мрежа на Северна Америка през 2010 година показа, че оборудването за произвеждане на енергия, което липсваше бърза защита, имаше разходи за ремонт след авария, които бяха над 300% по-високи. Ето защо, създаването на многомерен, координиран механизъм за защита е основната защита за осигуряване на надеждността на системите за производство на електроенергия.

2. Основни принципи на механизмите за защита на GCB
2.1 Дефиниция и основни цели на механизмите за защита
Механизмът за защита на GCB е по същество системно решение, което наблюдава аномални електрически параметри в реално време и активира операцията за прекъсване на цепен разединителя на базата на предварително дефинирана логика. Неговите основни цели са три: първо, да прекъснат аварийния ток в рамките на три цикла (60 ms); второ, да различават точно вътрешни аварии от външни смущения; и трето, да определят точно местоположението на аварията, за да подкрепят последващите решения за поддръжка.

2.2 Общ преглед на типичните видове аварии
Типичните аварийни сценарии попадат в три категории: (1) фазно-фазни краткосрочни замыкания, характеризирани от внезапни скачове на тока и изключителна трифазна несъответствие; (2) единично-фазни земни замыкания, идентифицирани по отклонение на напрежението в нейтралната точка; и (3) развиващи се аварии, които започват като аномални частични разряди и постепенно се развиват в пробив на изолацията. Статистиката показва, че в агрегати над 600 MW, земните замыкания представляват 67%, което поставя по-високи изисквания към чувствителността на системите за защита.

3. Основни видове механизми за защита
3.1 Механизъм за защита при прекомерен ток
Мултиетапен композитен критерий позволява градиран отговор: моментно бързо прекъсване е насочено към сериозни близки аварии с време на действие, контролирано в рамките на 25 ms; определено време обратни криви съответстват на термичната устойчивост на оборудването, инициираше забавено прекъсване, когато токът надхвърли 1,5 пъти номиналната стойност продължително; елементи за дискриминация по посока ефективно предотвратяват неправилно действие при външни аварии. Полеви данни от приморска електроцентрала потвърдиха, че този mechanism успешно ограничи продължителността на краткосрочния ток до 83 ms.

3.2 Диференциален mechanism за защита
Пълен цифров protection scheme е изграден на базата на Закона на Кирхоф за тока. Трансформатори на тока клас 0.2S са синхронно инсталирани в нейтралната точка на генератора и на изходящата страна на GCB. Когато векторната разлика между двете страни надвиши прага (обикновено зададен на 15% от номиналния ток), обявява се вътрешна авария. Последната реализация включва алгоритъм за корекция на фаза, успешно решавайки грешката от 15° на фазовия ъгъл, причинена от распределени емпирични токове.

3.3 Mechanism за защита при земна авария
За системи с висок импеданс на земята, е разработена защита по нуловому сечению: компоненти на нулово сечение се получават чрез специални трансформатори на напрежението и комбинирани с нулов ток, за да се формира матрица за дискриминация на посока. Иновативна техника за блокиране на третата хармоника ефективно избягва interference от хармонични напрежения в нейтралната точка при нормална работа. Полеви практики показват, че този mechanism постига 98,7% успех в откриването на земни аварии със съпротивление над 10 Ω.

4. Процес на implementация на mechanism за защита
4.1 Ролята на релета и control system
Съвременните устройства за защита на базата на микропроцесори adopt three-layer architecture: слой за measurement capture waveforms в реално време с пробиване на 4000 Hz; слой за decision layer employs multi-CPU parallel processing to complete 32 calculations—including Fourier transform and harmonic analysis—within 10 ms; слой за execution layer uses fiber-optic direct tripping circuits to ensure command transmission delay is less than 2 ms. Критични unit commonly implement a “two-out-of-three” voting logic to eliminate single-point failure risks.

4.2 Откриване на аварии и бърза операционна последователност
Обичайна последователност за прекъсване включва осем ключови стъпки: occurrence of fault current → secondary signal conversion by current transformers → activation of the protection device → identification of the type of fault → computation of the tripping logic → verification of the blocking signal → energization of the circuit breaker trip coil → extinction of the arc. Time optimization studies show that using pre-pressurized arc-quenching chambers can reduce total interruption time to 58 ms, a 22% improvement over conventional mechanisms.

5. Заключение
5.1 Сумиране на ключови точки на mechanism за защита
Съвременната защита на GCB се е evoluated into a multi-layered, intelligent defense system: overcurrent protection serves as the foundational layer, differential protection provides precise zone isolation, and ground fault protection strengthens vulnerability coverage. The core breakthrough lies in achieving fault clearance within three cycles while maintaining a false-trip rate below 0.01 times per year. However, it should be noted that protection settings must be re-calibrated every two years according to equipment aging curves.

5.2 Предложения за оптимизация в практически приложения
Предлагат се три напредъкварстващи мерки за подобряване: първо, интегриране на технологията за преходно вълново местоположение на дефектите, за да се подобри точността на определянето до ±5 метра; второ, разработване на адаптивни алгоритми за защита, които автоматично коригират коефициентите на чувствителност в зависимост от възрастта на единицата; трето, внедряване на онлайн мониторинг на механичното състояние на прекъсвачите, използвайки 12 параметъра – включително скоростта на откриване и износ на контактите – за предвиждане на надеждността на механизма. Демонстрационна електроцентрала потвърди, че тези мерки увеличиха наличността на системата за защита до 99,97%.