Põhjalik analüüs generaatoripõhja katkestusseadmete veakaitsemehanismide kohta

1.Sissejuhatus

1.1 GCB põhifunktsioon ja taust
Generaatorikontaktor (GCB), mis on kriitiline sõlm, mis ühendab generaatori tõstmustransformiga, on vastutav elektrivoolu katkestamise eest nii normaalsete kui ka vigastuseolude korral. Tavaliste alamjaama kontaktoritega erinevalt võtab GCB otse suure lühikese kringilooga voolu, mille nimetatud vigastusvool võib ulatuda sadade kiloamperete kuni. Suurte tootmiskogumite puhul on GCB usaldusväline töö otseselt seotud generaatori enda ohutusega ja elektri võrgu stabiilse toimimisega.

1.2 Vigaehituste olulisus
Kui generaatori sees või tema väljamineva joone kaudu tekib viga, võib viga vool saavutada oma tippväärtust küllakümnete millisekundite jooksul. Ilma konkreetsete kaitsemeetodideta võivad ilmneda tagasikutsemata kahjud nagu rullide liiglanebemine/kujunemine ja eralduslike osade purune. 2010. aasta Põhja-Ameerika piirkonna võrgu sündmuse analüüs näitas, et kiire kaitsepuudusega elektritootmise seadmetel oli vigastuse järgne kulud üle 300% kõrgemad. Seetõttu on mitmemõõtmeline, kooskõlastatud kaitsemeetode süsteemi loomine keskne kaitsevahend elektritootmise süsteemide usaldusväärsuse tagamiseks.

2.GCB kaitsemeetodite põhieeldused
2.1 Kaitsemeetodite määratlus ja peamised eesmärgid
GCB kaitsemeetod on põhimõtteliselt süsteemingine lahendus, mis jälgib reaalajas ebatavalisi elektrilisi parameetreid ja käivitab kontaktori tripping operatsiooni eelmääratletud loogika põhjal. Selle peamised eesmärgid on kolmekordne: esiteks, lühikese kringilooga voolu katkestamine kolme tsükli (60 ms) jooksul; teiseks, sisemiste vigade täpne eristamine välisest segadusest; ja kolmandaks, vigaposisiooni täpne tuvastamine, et aidata järgnevate hooldusotsuste langetamist.

2.2 Tavaliste vigatüüpide ülevaade
Tavalised vigasituatsioonid jagunevad kolme kategooriasse: (1) faasi-kahefaasi lühikese kringiloog, mis on iseloomustatud ootamatult voolu tõusu ja ülemäärast kolmefaasilise ebavõrdsusega; (2) ühefaasi maaviga, mis on tuvastatud neutraalpunktide voltaga; ja (3) arenedes vigad, mis alguses ilmnevad ebatavalise osalisena vooluna ja aeglaselt arenedevad isolatsiooni murdumiseks. Statistika näitab, et ület 600 MW ühikutes moodustavad maavigad 67%, mis panustab kaitsemeetodite tundlikkusele suuremate nõudmistega.

3.Põhilised kaitsemeetodite tüübid
3.1 Üleliigne voolu kaitsemeetod
Mitmeasteine kompleksne kriteerium võimaldab sammeliidelda: otsene kiirtoiming on suunatud tugevate lähedaste vigadele, mille toiminguaeg on kontrollitud 25 ms piires; kindlakspäästuv inversne kõver vastab seadmete soojuskestavusele, käivitades viivitatud toiminguid, kui vool ületab 1,5 korda niminaarväärtust pidevalt; suunalised eristamiselementid tõhusalt ennetavad väärtoiminguid välisvigade ajal. Ranniku elektrijaama andmed kinnitasid, et see meetod edukalt piiratas lühikese kringilooga voolu kestust 83 ms-ni.

3.2 Erinevuslik kaitsemeetod
Täielikult digitaalne kaitsemeetod on rajatud Kirchhoffi voolu seadusele. Generaatori neutraalpunkti ja GCB väljumispunktis on samasugusesse paigutatud 0,2S klassi voolu transformatoriga. Kui kahel pool olevate vektoriaarse vahe ületab limiiti (tavaliselt seatud 15% niminaarväärtusest), deklareeritakse sisemine viga. Uusim implementeerimine sisaldab faasisooretuse korrigeerimise algoritmi, mis edukalt lahendas 15 kraadi faasisooretuse vea, mida põhjustasid hajutatud kapasitiivsed voolud.

3.3 Maaviga kaitsemeetod
Kõrge impedantsiga maandatud süsteemide jaoks on arendatud nulljärjestuslik suunaline kaitse: nulljärjestuslike voltagokomponentide saamiseks kasutatakse spetsiaalseid voltagetransformatoreid ja kombinatakse need nulljärjestusliku vooluga, et moodustada suunaline eristamismatriks. Innovatiivne kolmanda harmonilise blokeerimise tehnik tõhusalt vältib harmooniliste voltaga neutraalpunktide segadust tavapärase toimimise ajal. Valdkonnakogemus näitab, et see meetod saavutab 98,7% edukuse maavigade tuvastamisel, kui vastupanu on 10 Ω-l või suurem.

4.Kaitsemeetodite rakendamise protsess
4.1 Relaidide ja juhtimissüsteemide roll
Moderna mikroprotsessoripõhised kaitseseadmed kasutavad kolmikihi arhitektuuri: mõõtmiskiht võtab reaalajas lainekujusid 4000 Hz valimisfreentsusega; otsustamiskiht kasutab mitme-CPU paralleelset töötlemist, et 10 ms jooksul lõpetada 32 arvutust, sealhulgas Fourier teisendus ja harmonilise analüüsi; tegemiskiht kasutab optiliste kaablite otseste tripping tsüklite, et tagada käskluste edastamise viivitus vähem kui 2 ms. Olulistes üksustes on tavaliselt rakendatud "kaks kolmest" häältemeetod, et elimineerida ühe punkti väljakutsumise risk.

4.2 Vigade tuvastamine ja kiire toimingusekuens
Tavaline tripping sekuens sisaldab kaheksa olulist sammu: viga voolu ilmumine → voolu transformatoriga sekundaarsete signaalide teisendamine → kaitseseadme aktiveerimine → viga tüübi identifitseerimine → tripping loogika arvutamine → blokeerimise signaali kontroll → kontaktori trip coil energiseerimine → plazmikese kustutamine. Ajaoptymimise uuringud näitavad, et eelpressuriseeritud plazmikeste kammrate kasutamine võib kokkuviivituse vähendada 58 ms-ni, mis on 22% parandus tava meetoditega võrreldes.

5.Järeldus
5.1 Kaitsemeetodite põhipunktid
Moderna GCB kaitse on arenenud mitmekihiliseks, intelligentsesse kaitseks: üleliigne voolu kaitse meetod on põhikihina, erinevuslik kaitse meetod pakub täpset piirkondlikku isolatsiooni, ja maaviga kaitse meetod tugevdab haavatavuse katta. Põhiline läbimurde on saavutada viga voolu katkestamine kolme tsükli jooksul, säilitades väärapärase tripping sageduse allpool 0,01 korda aastas. Siiski tuleb märkida, et kaitsemeetode seaded peavad olema korraks kaks aastat seadmete vananemise kõverate põhjal ümber kalibreeritud.

5.2 Praktika rakenduste optimiseerimise soovitused
On esitatud kolm edasijõudnud parandusmeetodit: esiteks, lühiajaliste lainepärimete fookusepaigutustehnika integreerimine, et suurendada fookusepaigutuse täpsust ±5 meetrini; teiseks, kohanduvate kaitsealgoritmide arendamine, mis automaatselt korrigeerivad tundlikkuskordajaid seadme kasutusaegu arvestades; kolmandaks, lüliti mehaanilise seisundi internetiülese jälgimise rakendamine, kasutades 12 parameetrit, sealhulgas avamiskiirust ja kontaktide sõrmemist, et ennustada mehanismi usaldusväärsust. Näidisjõukuris kinnitati, et need meetodid tõstsid kaitse süsteemi saadavust 99,97%.