जनरेटर सर्किट ब्रेकरको दोष संरक्षण प्रणालीको गहिरो विश्लेषण

1.परिचय

1.1 GCB की मूल कार्य और पृष्ठभूमि
जनरेटर सर्किट ब्रेकर (GCB), जो जनरेटर और स्टेप-अप ट्रांसफ़ोर्मर के बीच का महत्वपूर्ण नोड है, नियमित और दोष स्थितियों दोनों में धारा को रोकने के लिए जिम्मेदार होता है। पारंपरिक सबस्टेशन सर्किट ब्रेकरों के विपरीत, GCB जनरेटर से आने वाली विशाल छोटे-सर्किट धारा को सीधे सहन करता है, जिसकी निर्धारित छोटे-सर्किट ट्रिपिंग धारा सैकड़ों किलोएम्पियर तक पहुंच जाती है। बड़ी जनरेटिंग इकाइयों में, GCB का विश्वसनीय संचालन जनरेटर की सुरक्षा और विद्युत ग्रिड के स्थिर संचालन से सीधे जुड़ा होता है।

1.2 दोष संरक्षण मेकानिज्म का महत्व
जब जनरेटर के अंदर या उसकी आउटगोइंग लाइन पर दोष होता है, तो दोष धारा दसों मिलीसेकंड के भीतर अपने चरम पर पहुंच सकती है। लक्ष्यित संरक्षण मेकानिज्म के बिना, वाइंडिंग का अत्यधिक गर्म होना/विकृत होना और इन्सुलेशन ब्रेकडाउन जैसे अपरिवर्तनीय क्षति हो सकती हैं। 2010 के उत्तर अमेरिकी क्षेत्रीय ग्रिड घटना का विश्लेषण दिखाता है कि तेज संरक्षण की कमी वाले विद्युत उत्पादन उपकरणों के लिए दोष के बाद की मरम्मत की लागत 300% से अधिक थी। इसलिए, विद्युत उत्पादन प्रणालियों की विश्वसनीयता को सुनिश्चित करने का मुख्य रक्षा एक बहु-आयामी, समन्वित संरक्षण मेकानिज्म बनाना है।

2.GCB संरक्षण मेकानिज्म के मौलिक सिद्धांत
2.1 संरक्षण मेकानिज्म की परिभाषा और मुख्य उद्देश्य
GCB संरक्षण मेकानिज्म मूल रूप से एक प्रणाली इंजीनियरिंग समाधान है जो वास्तविक समय में असामान्य विद्युत पैरामीटर्स की निगरानी करता है और पूर्वनिर्धारित तर्क के आधार पर सर्किट ब्रेकर की ट्रिपिंग संचालन को ट्रिगर करता है। इसके मुख्य उद्देश्य तीन हैं: पहला, तीन चक्रों (60 मिलीसेकंड) के भीतर दोष धारा को रोकना; दूसरा, आंतरिक दोषों और बाह्य विक्षोभों को सटीक रूप से अलग करना; और तीसरा, फ़्लॉट की स्थिति को सटीक रूप से निर्धारित करना ताकि बाद के रखरखाव के निर्णयों का समर्थन किया जा सके।

2.2 सामान्य दोष प्रकारों का सारांश
सामान्य दोष परिदृश्य तीन श्रेणियों में आते हैं: (1) फेज-से-फेज छोटे-सर्किट, जिसकी विशेषता है अचानक धारा की वृद्धि और अत्यधिक तीन-फेज असंतुलन; (2) एकल-फेज ग्राउंड दोष, जिसे न्यूट्रल-पॉइंट वोल्टेज ऑफसेट द्वारा पहचाना जाता है; और (3) विकसित दोष, जो प्रारंभ में असामान्य आंशिक डिस्चार्ज के रूप में प्रकट होते हैं और धीरे-धीरे इन्सुलेशन ब्रेकडाउन में विकसित होते हैं। आंकड़े दिखाते हैं कि 600 MW से अधिक की इकाइयों में, ग्राउंड दोष 67% का हिस्सा रखते हैं, जो संरक्षण प्रणालियों की विसंवेदनशीलता पर उच्च आवश्यकताएं डालते हैं।

3.संरक्षण मेकानिज्म के मुख्य प्रकार
3.1 ओवरकरंट संरक्षण मेकानिज्म
एक बहु-स्तरीय भागीदारी क्रिटेरिया ग्रेडेड प्रतिक्रिया को सक्षम करता है: तात्कालिक उच्च-गति ट्रिपिंग गंभीर निकट-सिरे के दोषों को लक्ष्य करता है, जिसका संचालन समय 25 मिलीसेकंड के भीतर नियंत्रित किया जाता है; निश्चित-समय व्युत्क्रम वक्र उपकरणों की थर्मल टोलरेंस क्षमता से मेल खाते हैं, जब धारा 1.5 गुना निर्धारित मूल्य से अधिक लगातार बढ़ जाती है, तो देरी से ट्रिपिंग शुरू होती है; दिशात्मक विभेदन तत्व बाह्य दोषों के दौरान गलत संचालन को प्रभावी रूप से रोकते हैं। एक समुद्र तटीय विद्युत स्टेशन से फील्ड डेटा ने यह सत्यापित किया कि यह मेकानिज्म छोटे-सर्किट धारा की अवधि को 83 मिलीसेकंड तक सीमित करने में सफल रहा।

3.2 डिफ़रेंशियल संरक्षण मेकानिज्म
किर्चहॉफ़ के धारा कानून पर आधारित पूरी तरह से डिजिटल संरक्षण योजना बनाई गई है। जनरेटर न्यूट्रल पॉइंट और GCB आउटलेट साइड पर ग्रेड 0.2S धारा ट्रांसफ़ोर्मर सिंक्रोनाइज़ कर इंस्टॉल किए गए हैं। जब दोनों तरफ के वेक्टर अंतर थ्रेशहोल्ड (आमतौर पर निर्धारित धारा का 15%) से अधिक होता है, तो आंतरिक दोष घोषित किया जाता है। नवीनतम लागू करने में एक फेज-संशोधन एल्गोरिथ्म सफलतापूर्वक वितरित कैपेसिटिव करंट्स के कारण 15° फेज-कोण त्रुटि को हल करता है।

3.3 ग्राउंड दोष संरक्षण मेकानिज्म
उच्च-आवेग ग्राउंड वाले प्रणालियों के लिए, जीरो-सिक्वेंस दिशात्मक संरक्षण विकसित किया गया है: विशेष वोल्टेज ट्रांसफ़ोर्मर द्वारा जीरो-सिक्वेंस वोल्टेज घटक प्राप्त किए जाते हैं और जीरो-सिक्वेंस धारा के साथ संयोजित किया जाता है ताकि दिशात्मक विभेदन मैट्रिक्स बनाया जा सके। एक नवीन तीसरे-हार्मोनिक ब्लॉकिंग तकनीक नियमित संचालन के दौरान न्यूट्रल पॉइंट पर हार्मोनिक वोल्टेज से होने वाले हस्तक्षेप को प्रभावी रूप से रोकती है। फील्ड प्रथा दिखाती है कि यह मेकानिज्म 10 Ω से अधिक प्रतिरोध के साथ ग्राउंड दोषों का 98.7% सफलता दर से पता लगाने में सफल रहा है।

4.संरक्षण मेकानिज्म का लागू करने की प्रक्रिया
4.1 रिले और नियंत्रण प्रणालियों की भूमिका
आधुनिक माइक्रोप्रोसेसर-आधारित संरक्षण उपकरण तीन-स्तरीय आर्किटेक्चर का उपयोग करते हैं: मापन स्तर 4000 Hz नमूना दर पर वास्तविक समय में वेवफ़ॉर्म को कैप्चर करता है; निर्णय स्तर बहु-CPU समान्तर प्रोसेसिंग का उपयोग करता है ताकि 10 मिलीसेकंड के भीतर 32 गणनाएं—फूरिये ट्रांसफ़ोर्म और हार्मोनिक विश्लेषण—पूरा की जा सकें; निष्पादन स्तर फाइबर-ऑप्टिक डायरेक्ट ट्रिपिंग सर्किट का उपयोग करता है ताकि कमांड प्रसारण देरी 2 मिलीसेकंड से कम रहे। महत्वपूर्ण इकाइयों में आमतौर पर "तीन में से दो" वोटिंग लॉजिक का उपयोग किया जाता है ताकि एकल-बिंदु विफलता के जोखिम को खत्म किया जा सके।

4.2 दोष पता लगाना और तेज संचालन अनुक्रम
एक आम ट्रिपिंग अनुक्रम आठ महत्वपूर्ण चरणों से गुजरता है: दोष धारा का होना → धारा ट्रांसफ़ोर्मर द्वारा द्वितीयक सिग्नल कन्वर्जन → संरक्षण उपकरण का सक्रियीकरण → दोष प्रकार की पहचान → ट्रिपिंग तर्क की गणना → ब्लॉकिंग सिग्नल की सत्यापन → सर्किट ब्रेकर ट्रिप कोइल का ऊर्जाकरण → आर्क निरोध। समय अनुकूलन अध्ययन दिखाते हैं कि प्रेसराइज्ड आर्क-क्वेंचिंग चेम्बर का उपयोग करके कुल बंद करने का समय 58 मिलीसेकंड तक कम किया जा सकता है, जो पारंपरिक मेकानिज्मों से 22% की सुधार है।

5.समाप्ति
5.1 संरक्षण मेकानिज्म के मुख्य बिंदुओं का सारांश
आधुनिक GCB संरक्षण एक बहु-स्तरीय, बुद्धिमान रक्षा प्रणाली में विकसित हो गया है: ओवरकरंट संरक्षण मौलिक स्तर का काम करता है, डिफ़रेंशियल संरक्षण सटीक जोन अलगाव प्रदान करता है, और ग्राउंड दोष संरक्षण दुर्बलताओं के कवरेज को मजबूत करता है। मुख्य ब्रेकथ्रू तीन चक्रों के भीतर दोष स्पष्ट करने में है, जबकि वार्षिक 0.01 बार से कम गलत ट्रिपिंग दर बनाए रखना है। हालांकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि संरक्षण सेटिंग्स हर दो वर्षों में उपकरणों के उम्रन-कर्व के अनुसार फिर से कैलिब्रेट की जानी चाहिए।

५.२ व्यावहारिक अनुप्रयोगका लागि आवश्यक परिमार्जन
तीन उन्नत सुधार उपाय सुझाइएको छ: पहिलो, ट्रान्सिएन्ट ट्राभलिङ फाउल लोकेशन प्रविधि समेट्ने द्वारा फाउल लोकेशनको सटीकता ±५ मिटरमा बढाउने; दोस्रो, युनिटको संचालन आयुको आधारमा संवेदनशीलता गुणांकहरूलाई स्वचालित रूपमा समायोजन गर्ने एडाप्टिभ सुरक्षा एल्गोरिथ्म विकसित गर्ने; तेस्रो, सर्किट ब्रेकरको यान्त्रिक स्थितिको ऑनलाइन निरीक्षण लागू गर्ने, जसमा १२ परामितिहरू—यसमा खुल्ने गति र कन्टाक्ट ध्वस्त हुनु शामिल छ—बाट मेकेनिज्मको विश्वसनीयता पूर्वानुमान गर्ने। एउटा प्रदर्शन विद्युत स्टेशनले यी उपायहरूले सुरक्षा प्रणालीको उपलब्धतालाई ९९.९७% बढाएको पुष्टि गरेको छ।