Nogļūdošās aizsardzības mehānismu detaļēta analīze ģeneratora līknes izbeidzējiem

1.Ievads

1.1 Pamatfunkcija un fons GCB
Ģeneratora šķēršķītājs (GCB), kā atzīts kritiskais mezgls starp ģeneratoru un paaugstinātāja transformatoru, ir atbildīgs par strāvas pārtraukšanu gan normālajās, gan neparedzētajās situācijās. Atšķirībā no parastiem apgaismojuma staciju šķēršķītājiem, GCB tieši iztur masīvu īsosavas strāvu no ģeneratora, ar nominalo īsosavas pārtraukšanas strāvas rādītāju, kas sasniedz simtiem kiloamperes. Lielos ražošanas vienumbos GCB droša darbība tieši saistīta ar paša ģeneratora drošumu un elektrības tīkla stabilo darbību.

1.2 Nepieciešamība pēc kļūdas aizsardzības mehānismiem
Kad notiek kļūda iekšā ģeneratorā vai uz tā izietošajā līnijā, kļūdas strāva var sasniedzt savu maksimumu vairāk nekā desmit milisekundēs. Bez mērķtiecīgiem aizsardzības mehānismiem, notiktu neapgriežama kaitēšana, piemēram, virvju pārsildīšanās/deformācija un izolācijas bojājums. 2010. gada ziemeļamerikāņu reģionālā tīkla incidenta analīze parādīja, ka elektroenerģijas ražošanas aprīkojumam, kurām trūka ātras aizsardzības, pēckļūdas remonta izmaksas bija par 300% lielākas. Tādēļ, daudzdimensionāla, koordinēta aizsardzības mehānisma izveidošana ir galvenais defences līdzeklis, lai nodrošinātu enerģijas ražošanas sistēmu uzticamību.

2.GCB Aizsardzības mehānismu pamatprincipi
2.1 Definīcija un galvenie mērķi aizsardzības mehānismiem
GCB aizsardzības mehānisms ir būtībā sistēmas inženierijas risinājums, kas reāllaikā monitorē neobiļus elektrisko parametru vērtības un aktivizē šķēršķītāja trippēšanas operāciju, balstoties uz iepriekš noteikto loģiku. Tā galvenie mērķi ir trīs: pirmkārt, pārtraukt kļūdas strāvu trīs ciklos (60 ms); otrkārt, precīzi atšķirt iekšējas kļūdas no ārējiem traucējumiem; treškārt, precīzi noteikt kļūdas atrašanās vietu, lai atbalstītu nākamās uzturēšanas lēmumus.

2.2 Pārskats par biežāk sastopamiem kļūdu veidiem
Parastie kļūdu scenāriji sadalās trīs kategorijās: (1) fāzes starpības īsosava, raksturota nejaušu strāvas pieaugumu un pārāk lielu trīsfāzes nesaskaņotību; (2) vienas fāzes zemes kļūda, identificēta ar neutrales punkta sprieguma nobīdi; un (3) attīstības kļūdas, kas sākas kā neobiļs dalījuma signāls un pēc tam attīstās par izolācijas bojājumu. Statistika rāda, ka vienumbos virs 600 MW, zemes kļūdas veido 67%, kas liek augstākas prasības aizsardzības sistēmu jūtībai.

3.Galvenie aizsardzības mehānismu veidi
3.1 Pārstrāvas aizsardzības mehānisms
Daudzstadija savienojuma kritērijs ļauj grādveida reakciju: momentāna augsta ātruma trippēšana mērķē uz smagām tuvām kļūdām, ar darbības laiku kontrolētu līdz 25 ms; noteiktais laiks inversās līknes sakrīt ar aprīkojuma termiskajām izturības spējām, aktivizējot aizlemtu trippēšanu, kad strāva pārsniedz 1,5 reizes nominālo vērtību; virziena atšķirības elementi efektīvi novērš nepareizu darbību ārējo kļūdu gadījumā. Krasta elektrostacijas laukdati apstiprināja, ka šis mehānisms veiksmīgi ierobežoja īsosavas strāvas ilgumu līdz 83 ms.

3.2 Diferenciālais aizsardzības mehānisms
Pilnībā digitāls aizsardzības plāns ir izveidots, balstoties uz Kirhhofa strāvas likumu. Klases 0,2S strāvas pārveidotāji tiek sinhronizēti instalēti ģeneratora neitrālā punktā un GCB izietošajā pusē. Ja divu pusēju vektoru atšķirība pārsniedz slieksni (parasti iestatīts 15% no nominālās strāvas), tiks deklarēta iekšēja kļūda. Jaunākie pielāgojumi iekļauj fāzes korekcijas algoritmu, veiksmīgi atrisinot 15° fāzes leju, kas izraisīta izplatītajiem kapacitīvajiem strāvām.

3.3 Zemes kļūdas aizsardzības mehānisms
Lielimpedance zemes sistēmām ir izstrādāta nulles sekvenses virziena aizsardzība: nulles sekvenes sprieguma komponenti tiek iegūti caur speciālajiem sprieguma pārveidotājiem un kombinēti ar nulles seknes strāvu, lai veidotu virziena atšķirības matricu. Inovatīvs trešā harmonika bloķēšanas tehnoloģija efektīvi izvairās no harmoniskā sprieguma interferences neitrālā punktā normālas darbības laikā. Praktiskais pierādījums parāda, ka šis mehānisms sasniedz 98,7% panākumu detektējot zemes kļūdas ar pretestību virs 10 Ω.

4.Aizsardzības mehānismu ieviešanas process
4.1 Relēju un kontroles sistēmu loma
Mūsdienu mikroprocesora balstītās aizsardzības ierīces pieņem trīscēļu arhitektūru: mērīšanas cēlis reāllaikā uzsver formas ar 4000 Hz mērīšanas frekvenci; lēmumu cēlis izmanto daudz-CPU paralēlu procesēšanu, lai pilnveidotu 32 aprēķinus, tostarp Furjē transformāciju un harmoniskās analīzes, 10 ms laikā; izpildes cēlis izmanto optisko fibru tiešu trippēšanas ceļus, lai nodrošinātu komandas pārraides aizkavēšanos mazāku par 2 ms. Kritiskajos vienumbos parasti ievieš "divi no trim" balsošanas loģiku, lai izslēgtu vienpunkta kļūdu risku.

4.2 Kļūdu uztveršana un ātra darbības secība
Parasts trippēšanas secība ietver astoņus galvenos soļus: kļūdas strāvas radīšanās → sekundārās signālu konvertēšana ar strāvas pārveidotājiem → aizsardzības ierīces aktivizācija → kļūdas tipa identifikācija → trippēšanas loģikas aprēķins → bloķēšanas signāla pārbaude → šķēršķītāja trippēšanas bobīnas energoziede → loka iznīcināšana. Laika optimizācijas pētījumi parāda, ka izmantojot priekšpieprasītus loka iznīcināšanas kamerus, kopējo pārtraukšanas laiku var samazināt līdz 58 ms, kas ir 22% uzlabojums salīdzinājumā ar tradicionālajiem mehānismiem.

5.Sekšķirsme
5.1 Galveno aizsardzības mehānismu punktu kopsavilkums
Mūsdienu GCB aizsardzība ir evoluējusi par daudzslāņu, inteliģento aizsardzības sistēmu: pārstrāvas aizsardzība sniedz pamata slāni, diferenciālā aizsardzība nodrošina precīzu zonas izolāciju, un zemes kļūdas aizsardzība stiprina neaizsargāto teritoriju. Galvenais pārākmeņš ir sasniedzts, izveidojot kļūdas pārtraukšanu trīs ciklos, saglabājot nepareizu trippēšanas rādītāju zem 0,01 reizes gadā. Tomēr, jāatzīmē, ka aizsardzības iestatījumi jākalibrē katros divos gados, ņemot vērā aprīkojuma novecošanas grafikus.

5.2 Optimizācijas ieteikumi praktiskai lietošanai
Tiek piedāvātas trīs paātrinātas uzlabšanas pasākumu: pirmkārt, integrēt pagaidu ceļa defektu lokācijas tehnoloģiju, lai paaugstinātu defektu lokācijas precizitāti līdz ±5 metriem; otrkārt, izstrādāt adaptīvos aizsardzības algoritmus, kas automātiski pielāgo jūtīguma koeficientus atkarībā no vienības darbības vecuma; treškārt, ieviest elektriskās šķēršanas mehānisko stāvokļa tiešsaistes monitoringu, izmantojot 12 parametrus, tostarp atvēršanas ātrumu un kontaktu apjaukumu, lai prognozētu mehānismu uzticamību. Demonstrējošā elektrostacija apstiprināja, ka šie pasākumi paaugstināja aizsardzības sistēmas pieejamību līdz 99,97%.