ژنراتور سیرکیټ بریکرز لپاره خرابۍ پروتیکشن مکانزمونو د جوړښت ګڼ او لاپسې تحلیل
1. مقدمه
1.1 وظایف اساسی و پسزمینه GCB
برق‌کندن‌گر مولد (GCB) که به عنوان گره بحرانی متصل به مولد و ترانسفورماتور بالاپر است، مسئول قطع جریان در شرایط عادی و خرابی است. برخلاف برق‌کندن‌گرهای معمولی زیراستانیون، GCB به طور مستقیم با جریان خرابی بسیار زیادی از مولد مقاومت می‌کند، با جریان خرابی نامیده شده به صد‌ها کیلوآمپر. در واحدهای تولید بزرگ، عملکرد مطمئن GCB به طور مستقیم با امنیت خود مولد و عملکرد پایدار شبکه برق مرتبط است.
1.2 اهمیت سازوکارهای حفاظت از خرابی
هنگامی که خرابی داخل مولد یا خط خروجی آن رخ دهد، جریان خرابی می‌تواند در چند ده میلی ثانیه به پیک خود برسد. بدون سازوکارهای حفاظت مناسب، خسارات غیرقابل برگشتی مانند گرم شدن/تغییر شکل پیچک و خرابی عایق رخ می‌دهد. تحلیل یک حادثه شبکه منطقه‌ای شمال آمریکا در سال ۲۰۱۰ نشان داد که تجهیزات تولید برق که فاقد حفاظت سریع هستند، هزینه‌های تعمیر بعد از خرابی بیش از ۳۰۰٪ بیشتر داشتند. بنابراین، ایجاد یک سازوکار حفاظتی چندبعدی و هماهنگ، هسته دفاعی برای تضمین قابلیت اعتماد سیستم‌های تولید برق است.
2. اصول اساسی سازوکارهای حفاظت GCB
2.1 تعریف و اهداف اصلی سازوکارهای حفاظت
سازوکار حفاظت GCB به طور اساسی یک راه‌حل مهندسی سیستمی است که پارامترهای الکتریکی ناهماهنگ را به طور زنده‌ای 监视并根据预定义逻辑触发断路器跳闸操作。其核心目标有三点：首先，在三个周期（60毫秒）内中断故障电流；其次，准确区分内部故障和外部干扰；第三，精确定位故障位置以支持后续维护决策。
2.2 常见故障类型概述
典型的故障场景分为三类：(1)相间短路，其特征是电流突然激增且三相不平衡严重；(2)单相接地故障，通过中性点电压偏移识别；以及(3)演变故障，最初表现为异常局部放电，逐渐发展为绝缘击穿。统计数据显示，在600 MW以上的机组中，接地故障占67%，对保护系统的灵敏度提出了更高的要求。
3. 保护机制的主要类型
3.1 过流保护机制
多级复合判据实现分级响应：瞬时高速跳闸针对严重的近端故障，操作时间控制在25毫秒以内；定时反时限曲线与设备的热耐受能力相匹配，当电流连续超过额定值的1.5倍时启动延迟跳闸；方向判别元件有效防止外部故障时的误动作。某沿海电厂的现场数据证实了该机制成功将短路电流持续时间限制在83毫秒。
3.2 差动保护机制
基于基尔霍夫电流定律构建全数字化保护方案。在发电机中性点和GCB出口侧同步安装0.2S级电流互感器。当两侧矢量差超过阈值（通常设置为额定电流的15%）时，宣布内部故障。最新实施结合了相位校正算法，成功解决了由分布电容电流引起的15°相角误差。
3.3 接地故障保护机制
对于高阻抗接地系统，开发了零序方向保护：通过专用电压互感器获取零序电压分量，并与零序电流结合形成方向判别矩阵。创新的三次谐波闭锁技术有效避免了正常运行期间中性点谐波电压的干扰。现场实践表明，该机制在检测电阻高于10 Ω的接地故障方面达到了98.7%的成功率。
4. 保护机制的实施过程
4.1 继电器和控制系统的作用
现代基于微处理器的保护装置采用三层架构：测量层以4000 Hz采样率实时捕获波形；决策层采用多CPU并行处理，在10毫秒内完成32次计算——包括傅里叶变换和谐波分析；执行层使用光纤直接跳闸电路确保命令传输延迟小于2毫秒。关键单元通常采用“三取二”表决逻辑来消除单点故障风险。
4.2 故障检测和快速操作序列
典型的跳闸序列包括八个关键步骤：故障电流发生 → 电流互感器二次信号转换 → 保护装置激活 → 故障类型识别 → 跳闸逻辑计算 → 阻塞信号验证 → 断路器跳闸线圈通电 → 灭弧。时间优化研究表明，使用预加压灭弧室可以将总中断时间减少到58毫秒，比传统机制提高了22%。
5. 结论
5.1 保护机制要点总结
现代GCB保护已演变为多层次、智能化的防御系统：过流保护作为基础层，差动保护提供精确的区域隔离，接地故障保护加强了脆弱性覆盖。核心突破在于在三个周期内清除故障的同时保持误跳闸率低于每年0.01次。然而，应注意的是，保护设置必须每两年根据设备老化曲线重新校准。
1. مقدمه
1.1 وظایف اساسی و پسزمینه GCB
برق‌کندن‌گر مولد (GCB) که به عنوان گره بحرانی متصل به مولد و ترانسفورماتور بالاپر است، مسئول قطع جریان در شرایط عادی و خرابی است. برخلاف برق‌کندن‌گرهای معمولی زیراستانیون، GCB به طور مستقیم با جریان خرابی بسیار زیادی از مولد مقاومت می‌کند، با جریان خرابی نامیده شده به صد‌ها کیلوآمپر. در واحدهای تولید بزرگ، عملکرد مطمئن GCB به طور مستقیم با امنیت خود مولد و عملکرد پایدار شبکه برق مرتبط است.
1.2 اهمیت سازوکارهای حفاظت از خرابی
هنگامی که خرابی داخل مولد یا خط خروجی آن رخ دهد، جریان خرابی می‌تواند در چند ده میلی ثانیه به پیک خود برسد. بدون سازوکارهای حفاظت مناسب، خسارات غیرقابل برگشتی مانند گرم شدن/تغییر شکل پیچک و خرابی عایق رخ می‌دهد. تحلیل یک حادثه شبکه منطقه‌ای شمال آمریکا در سال ۲۰۱۰ نشان داد که تجهیزات تولید برق که فاقد حفاظت سریع هستند، هزینه‌های تعمیر بعد از خرابی بیش از ۳۰۰٪ بیشتر داشتند. بنابراین، ایجاد یک سازوکار حفاظتی چندبعدی و هماهنگ، هسته دفاعی برای تضمین قابلیت اعتماد سیستم‌های تولید برق است.
2. اصول اساسی سازوکارهای حفاظت GCB
2.1 تعریف و اهداف اصلی سازوکارهای حفاظت
سازوکار حفاظت GCB به طور اساسی یک راه‌حل مهندسی سیستمی است که پارامترهای الکتریکی ناهماهنگ را به طور زنده‌ای مراقبت می‌کند و براساس منطق پیش‌تعیین شده عملیات قطع برق را انجام می‌دهد. اهداف اصلی آن شامل سه نقطه است: اولاً، قطع جریان خرابی در سه دور (60 میلی‌ثانیه)؛ ثانیاً، تشخیص دقیق خرابی‌های داخلی از اختلالات خارجی؛ و سوماً، تعیین دقیق موقعیت خرابی برای پشتیبانی از تصمیمات نگهداری بعدی.
2.2 مروری بر انواع خرابی‌های رایج
سناریوهای خرابی معمول به سه دسته تقسیم می‌شوند: (1) خرابی‌های بین فازی، مشخص شده با افزایش ناگهانی جریان و عدم توازن بسیار زیاد در سه فاز؛ (2) خرابی‌های تک فاز-زمین، شناسایی شده با تغییر ولتاژ نقطه خنثی؛ و (3) خرابی‌های تکاملی، که ابتدا با تخلیه جزئی ناهماهنگ ظاهر می‌شوند و به تدریج به خرابی عایق تبدیل می‌شوند. آمار نشان می‌دهد که در واحدهای با ظرفیت بیش از 600 MW، خرابی‌های زمینی 67% را تشکیل می‌دهند، که نیاز به حساسیت بیشتر سیستم‌های حفاظتی را مطرح می‌کند.
3. انواع اصلی سازوکارهای حفاظت
3.1 سازوکار حفاظت از جریان بیش از حد
معیار ترکیبی چند مرحله‌ای امکان پاسخ‌دهی لایه‌ای را فراهم می‌کند: قطع سریع فوری به خرابی‌های شدید نزدیک به سمت با زمان عملیات کنترل شده در 25 میلی‌ثانیه؛ منحنی‌های معکوس زمان‌دار با توان تحمل حرارتی تجهیزات مطابقت دارد، و وقتی جریان بیش از 1.5 برابر مقدار اسمی به طور مداوم افزایش یابد، قطع تأخیری را آغاز می‌کند؛ عناصر تشخیص جهت مؤثر برای جلوگیری از عملیات اشتباه در خرابی‌های خارجی. داده‌های میدانی از یک نیروگاه ساحلی تأیید کرد که این سازوکار موفق به محدود کردن مدت زمان جریان خرابی به 83 میلی‌ثانیه شده است.
3.2 سازوکار حفاظت دیفرانسیل
یک طرح حفاظتی کاملاً دیجیتال بر اساس قانون جریان کیرشهوف بنا شده است. ترانسفورماتورهای جریان کلاس 0.2S به طور همزمان در نقطه خنثی مولد و سمت خروجی GCB نصب می‌شوند. وقتی تفاوت برداری بین دو سمت از آستانه (معمولاً در 15٪ جریان اسمی تنظیم شده) بیشتر شود، خرابی داخلی اعلام می‌شود. آخرین اجرایی از این سازوکار الگوریتم تصحیح جهت را شامل می‌شود، که موفق به حل خطای 15 درجه جهت ناشی از جریان‌های خازنی پخش شده است.
3.3 سازوکار حفاظت از خرابی زمینی
برای سیستم‌های زمینی با امپدانس بالا، حفاظت جهت‌دار زیر-ترتیب توسعه یافته است: مولفه‌های ولتاژ زیر-ترتیب از طریق ترانسفورماتورهای ولتاژ اختصاصی به دست می‌آیند و با جریان زیر-ترتیب ترکیب می‌شوند تا ماتریس تشخیص جهت را تشکیل دهند. تکنیک مسدود کردن هارمونیک سوم نوآورانه مداخله ولتاژ هارمونیک در نقطه خنثی در طول عملیات عادی را موثرانه جلوگیری می‌کند. تجربیات میدانی نشان می‌دهد که این سازوکار موفق به شناسایی 98.7٪ خرابی‌های زمینی با مقاومت بالاتر از 10 اهم شده است.
4. فرآیند اجرای سازوکارهای حفاظت
4.1 نقش رله‌ها و سیستم‌های کنترل
دستگاه‌های حفاظتی مبتنی بر میکروپروسسور ساختار سه لایه‌ای را اتخاذ می‌کنند: لایه اندازه‌گیری شکل موج‌ها را به طور زنده با نمونه‌برداری 4000 هرتز ضبط می‌کند؛ لایه تصمیم‌گیری از پردازش موازی چند CPU برای انجام 32 محاسبه – از جمله تبدیل فوریه و تحلیل هارمونیک – در 10 میلی‌ثانیه استفاده می‌کند؛ لایه اجرا از مدارهای قطع برق مستقیم با فیبر نوری برای تضمین زمان انتقال دستور کمتر از 2 میلی‌ثانیه استفاده می‌کند. واحدهای مهم معمولاً منطق رأی‌گیری "دو از سه" را برای حذف ریسک‌های شکست نقطه تکی اجرا می‌کنند.
4.2 تشخیص خرابی و دنباله عملیات سریع
یک دنباله قطع معمولی شامل هشت مرحله کلیدی است: رخ دادن جریان خرابی → تبدیل سیگنال ثانویه توسط ترانسفورماتورهای جریان → فعال شدن دستگاه حفاظت → شناسایی نوع خرابی → محاسبه منطق قطع برق → تأیید سیگنال مسدود کننده → تغذیه سیم‌پیچ قطع برق → خاموشی قوس. مطالعات بهینه‌سازی زمان نشان می‌دهد که استفاده از اتاق‌های خاموشی قوس تحت فشار می‌تواند زمان کل قطع را به 58 میلی‌ثانیه کاهش دهد، یعنی 22٪ بهتر از سازوکارهای معمولی.
5. نتیجه‌گیری
5.1 خلاصه نقاط کلیدی سازوکارهای حفاظت
حفاظت مدرن GCB به یک سیستم دفاعی چند لایه و هوشمند تبدیل شده است: حفاظت از جریان بیش از حد به عنوان لایه اساسی، حفاظت دیفرانسیل برای جدا کردن دقیق مناطق، و حفاظت از خرابی زمینی برای تقویت پوشش آسیب‌پذیری. پیشرفت اصلی در رسیدن به پاکسازی خرابی در سه دور در حالی که نرخ قطع اشتباه را کمتر از 0.01 بار در سال نگه می‌دارد. با این حال، باید توجه داشت که تنظیمات حفاظتی باید هر دو سال یکبار بر اساس منحنی‌های پیری تجهیزات دوباره تنظیم شوند.
۵.۲ په عملیې کارونو کې بهرنیزولو ترمنځنې
سه پرتله د غوره کولو اړتیا وړاندیز شوي دي: نومبر، د لرونکي سفرې د خرابۍ موقعیت معلومولو تکنالوژي جوړول؛ دا د خرابۍ موقعیت معلومولو دقت ته چمتو کړي ±۵ متر ته؛ دوه، د واحده د کارولو عمر په بنسټ د حساسیت ضربې د خودکار تنظیم کولو الګوریتمونه رامنځته کول؛ سه، د سویچ کلنکر مکانيکي حالت د آنلاین د پیگیرۍ پرمختګ، د ۱۲ پارامیټرونه په کارولو سره-په واسطه د کلنکر د بازولو سرعت او کنتاکټونو د لوړولو په توګه-د ماشینې د پام ونیولو قابلیت په پیښه کول. د دې اړتیاوې د یو نمونه د هیوادی کارخانې په منځ کې پایدار شوې وه چې دا د حفاظت نظام د دروازې په ۹۹.۹۷٪ بنسټ ته لوړولو ته اړتیا ورکړه.
