Malamang na Analisis ng Mekanismo ng Proteksyon sa mga Sakit para sa mga Circuit Breaker ng Generator

1.Pagkakatawan

1.1 Pundamental na Pamamaraan at Background ng GCB
Ang Generator Circuit Breaker (GCB), bilang kritikal na node na nagsasama-sama ng generator sa step-up transformer, ay may tungkulin na pighiling ang kasalukuyan sa normal at abnormal na kondisyon. Hindi tulad ng mga conventional substation circuit breaker, ang GCB ay direktang tumatanggap ng malaking short-circuit current mula sa generator, na may rated short-circuit breaking currents na umabot sa daang libong amperes. Sa mga malalaking generating units, ang maasintas na pag-operate ng GCB ay direkta na nakakonekta sa kaligtasan ng generator mismo at sa matatag na operasyon ng power grid.

1.2 Kahalagahan ng Mekanismo ng Proteksyon Laban sa Sakit
Kapag may sakit na nangyari sa loob ng generator o sa kanyang outgoing line, ang fault current ay maaaring umabot sa tuktok nito sa loob ng sampung milisegundo. Walang tinutukoy na mekanismo ng proteksyon, mangyayari ang hindi maaalis na pinsala tulad ng overheating/deformation ng winding at insulation breakdown. Ang isang pag-aaral ng insidente ng rehiyonal na grid sa Hilagang Amerika noong 2010 ay nagpakita na ang mga kagamitan ng pagbuo ng enerhiya na walang mabilis na proteksyon ay inilaan ang halos 300% mas mataas na gastos para sa pag-ayos pagkatapos ng sakit. Kaya, ang pagtatatag ng multi-dimensional, koordinadong mekanismo ng proteksyon ay ang pangunahing depensa para siguruhin ang reliabilidad ng mga sistema ng pagbuo ng enerhiya.

2.Mga Pundamental na Prinsipyong ng Mekanismo ng Proteksyon ng GCB
2.1 Definisyon at Puso ng Layunin ng Mekanismo ng Proteksyon
Ang mekanismo ng proteksyon ng GCB ay esensyal na isang solusyon sa system engineering na real-time na pinagmamasdan ang abnormal na electrical parameters at trigger ang tripping operation ng circuit breaker batay sa pre-defined logic. Ang kanyang puso ng layunin ay tatlo: una, upang pighiling ang fault current sa loob ng tatlong siklo (60 ms); pangalawa, upang accurately distinguish internal faults mula sa external disturbances; at pangatlo, upang precise locate ang posisyon ng fault upang suportahan ang susunod na maintenance decisions.

2.2 Buod ng Karaniwang Uri ng Sakit
Ang karaniwang scenario ng sakit ay nasa tatlong kategorya: (1) phase-to-phase short circuits, na may marka ng biglaang pagtaas ng kasalukuyan at excessive three-phase imbalance; (2) single-phase ground faults, na nakilala sa pamamagitan ng neutral-point voltage offset; at (3) evolving faults, na unang lumilitaw bilang abnormal partial discharge at unti-unting lumalaki hanggang sa magiging insulation breakdown. Ang mga estadistika ay nagpapakita na sa mga unit na higit sa 600 MW, ang ground faults ay umabot sa 67%, na nagbibigay ng mas mataas na demand sa sensitivity ng mga sistema ng proteksyon.

3.Pangunahing Uri ng Mekanismo ng Proteksyon
3.1 Overcurrent Protection Mechanism
Ang multi-stage composite criterion ay nagbibigay-daan sa graded response: ang instantaneous high-speed tripping ay naka-target sa severe near-end faults na may operation time na kontrolado sa loob ng 25 ms; ang definite-time inverse curves ay tugma sa thermal withstand capability ng equipment, na nagsisimula ng delayed tripping kapag ang kasalukuyan ay lumampas sa 1.5 beses ng rated value continuously; ang directional discrimination elements ay effective na nagpapahinto ng maloperation sa panahon ng external faults. Ang field data mula sa coastal power station ay napatunayan na ang mekanismong ito ay matagumpay na limitado ang duration ng short-circuit current sa 83 ms.

3.2 Differential Protection Mechanism
Isang fully digital protection scheme ay binuo batay sa Kirchhoff’s Current Law. Ang Class 0.2S current transformers ay synchronously installed sa generator neutral point at ang GCB outlet side. Kapag ang vector difference sa pagitan ng dalawang bahagi ay lumampas sa threshold (karaniwang itinakda sa 15% ng rated current), inilalarawan ang internal fault. Ang pinakabagong implementasyon ay naglalaman ng phase-correction algorithm, na matagumpay na nagsolusyon sa 15° phase-angle error na dulot ng distributed capacitive currents.

3.3 Ground Fault Protection Mechanism
Para sa high-impedance grounded systems, ang zero-sequence directional protection ay nailathala: ang zero-sequence voltage components ay nakuha sa pamamagitan ng dedicated voltage transformers at pinagsama sa zero-sequence current upang makabuo ng directional discrimination matrix. Ang isang innovative third-harmonic blocking technique ay effective na nag-iwas sa interference mula sa harmonic voltages sa neutral point sa normal na operasyon. Ang field practice ay nagpapakita na ang mekanismong ito ay nagtagumpay ng 98.7% sa pagdetect ng ground faults na may resistance na higit sa 10 Ω.

4.Implementasyon ng Proseso ng Mekanismo ng Proteksyon
4.1 Tungkulin ng Relays at Control Systems
Ang modern microprocessor-based protection devices ay gumagamit ng tatlong-layer architecture: ang measurement layer ay real-time na nacapture ang waveforms sa 4000 Hz sampling rate; ang decision layer ay gumagamit ng multi-CPU parallel processing upang matapos ang 32 calculations—kabilang ang Fourier transform at harmonic analysis—sa loob ng 10 ms; ang execution layer ay gumagamit ng fiber-optic direct tripping circuits upang siguraduhin ang command transmission delay ay mas maliit sa 2 ms. Ang critical units ay karaniwang gumagamit ng “two-out-of-three” voting logic upang alisin ang single-point failure risks.

4.2 Pag-detekto ng Sakit at Mabilis na Operasyon Sequence
Ang isang typical tripping sequence ay kinabibilangan ng walong key steps: fault current occurrence → secondary signal conversion by current transformers → protection device activation → fault type identification → tripping logic computation → blocking signal verification → energization of the circuit breaker trip coil → arc extinction. Ang mga pag-aaral ng time optimization ay nagpapakita na ang paggamit ng pre-pressurized arc-quenching chambers ay maaaring bawasan ang total interruption time sa 58 ms, isang 22% improvement sa conventional mechanisms.

5.Kulimlim
5.1 Buod ng Key Points ng Mekanismo ng Proteksyon
Ang modern GCB protection ay lumago sa isang multi-layered, intelligent defense system: ang overcurrent protection ay nagsisilbing foundational layer, ang differential protection ay nagbibigay ng precise zone isolation, at ang ground fault protection ay nagpapalakas ng vulnerability coverage. Ang core breakthrough ay nasa pagkamit ng fault clearance sa loob ng tatlong siklo habang itinatamo ang false-trip rate na mas mababa sa 0.01 times per year. Gayunpaman, dapat tandaan na ang settings ng proteksyon ay kailangang recalibrated tuwing dalawang taon ayon sa equipment aging curves.

5.2 Mga Rekomendasyon para sa Pag-optimize ng mga Praktikal na Aplikasyon
Tinatalakay ang tatlong mahusay na pamamaraan ng pagpapabuti: una, ang integrasyon ng teknolohiya ng pansamantalang traveling-wave fault location upang mapataas ang katumpakan ng pag-locate ng suliran sa ±5 metro; pangalawa, ang pagbuo ng mga algoritmo ng adaptive protection na awtomatikong ayusin ang mga sensitivity coefficient batay sa edad ng operasyon ng yunit; at pangatlo, ang pag-implement ng online monitoring ng mekanikal na kondisyon ng circuit breaker, gamit ang 12 parameter—kabilang ang bilis ng pagbubukas at wear ng contact—upang maihanda ang reliabilidad ng mekanismo. Isang demonstration power station ang nagpatunay na ang mga pamamaraang ito ay nagsulong sa availability ng protection system hanggang 99.97%.