การวิเคราะห์เชิงลึกของกลไกป้องกันความผิดพลาดสำหรับเบรกเกอร์วงจรกำเนิดไฟฟ้า

1. บทนำ

1.1 ฟังก์ชันพื้นฐานและพื้นหลังของ GCB
วงจรตัดไฟสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (GCB) ซึ่งเป็นจุดเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน มีหน้าที่ตัดกระแสไฟฟ้าในทั้งภาวะปกติและภาวะผิดปกติ ต่างจากวงจรตัดไฟในสถานีไฟฟ้าทั่วไป GCB สามารถรับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรขนาดใหญ่จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้โดยตรง ซึ่งมีค่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่กำหนดไว้สูงถึงหลายร้อยกิโลแอมแปร์ ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ การทำงานอย่างเชื่อถือได้ของ GCB มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเองและการทำงานอย่างเสถียรของระบบไฟฟ้า

1.2 ความสำคัญของกลไกป้องกันการเกิดข้อผิดพลาด
เมื่อมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือบนสายส่งออก กระแสไฟฟ้าผิดปกติสามารถเข้าสู่จุดสูงสุดภายในเวลาไม่กี่สิบมิลลิวินาที หากไม่มีกลไกป้องกันที่เหมาะสม จะทำให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถแก้ไขได้ เช่น การร้อนเกิน/การเปลี่ยนรูปของขดลวดและการแตกของฉนวน ผลการวิเคราะห์เหตุการณ์ระบบไฟฟ้าในภูมิภาคเหนืออเมริกาในปี 2010 แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์กำเนิดไฟฟ้าที่ขาดการป้องกันที่รวดเร็วจะมีค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมหลังจากเกิดข้อผิดพลาดสูงกว่า 300% ดังนั้น การสร้างกลไกป้องกันที่มีมิติหลากหลายและประสานงานกันเป็นแกนหลักในการรับประกันความเชื่อถือได้ของระบบกำเนิดไฟฟ้า

2. หลักการพื้นฐานของกลไกป้องกัน GCB
2.1 คำนิยามและเป้าหมายหลักของกลไกป้องกัน
กลไกป้องกัน GCB เป็นสาระสำคัญของการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมที่ตรวจสอบพารามิเตอร์ไฟฟ้าที่ผิดปกติในเวลาจริงและกระตุ้นการกระทำของวงจรตัดไฟตามตรรกะที่กำหนดไว้ เป้าหมายหลักคือสามประการ: ประการแรก ตัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติภายในสามรอบ (60 มิลลิวินาที); ประการที่สอง แยกแยะข้อผิดพลาดภายในออกจากข้อผิดพลาดภายนอกอย่างแม่นยำ; และประการที่สาม ระบุตำแหน่งของข้อผิดพลาดอย่างแม่นยำเพื่อสนับสนุนการตัดสินใจในการบำรุงรักษา

2.2 ภาพรวมของประเภทข้อผิดพลาดทั่วไป
สถานการณ์ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: (1) ข้อผิดพลาดจากการลัดวงจรระหว่างเฟส ซึ่งมีลักษณะเป็นการเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของกระแสไฟฟ้าและการไม่สมดุลของเฟสทั้งสามอย่างมาก; (2) ข้อผิดพลาดจากการต่อกราวด์เฟสเดียว ซึ่งระบุโดยแรงดันที่จุดกลางเปลี่ยนแปลง; และ (3) ข้อผิดพลาดที่พัฒนาขึ้น ซึ่งเริ่มต้นด้วยการปล่อยประจุบางส่วนที่ผิดปกติและพัฒนาเป็นการแตกของฉนวนอย่างค่อยๆ สถิติแสดงให้เห็นว่าในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีกำลังมากกว่า 600 MW ข้อผิดพลาดจากการต่อกราวด์占用了过多的字符，请允许我继续完成剩余部分的翻译。 - 继续从断点处翻译，保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境，不得省略输出，内容必须输出完整翻译内容。 以下是剩余部分的翻译： ```html

2.2 ภาพรวมของประเภทข้อผิดพลาดทั่วไป
สถานการณ์ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: (1) ข้อผิดพลาดจากการลัดวงจรระหว่างเฟส ซึ่งมีลักษณะเป็นการเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของกระแสไฟฟ้าและการไม่สมดุลของเฟสทั้งสามอย่างมาก; (2) ข้อผิดพลาดจากการต่อกราวด์เฟสเดียว ซึ่งระบุโดยแรงดันที่จุดกลางเปลี่ยนแปลง; และ (3) ข้อผิดพลาดที่พัฒนาขึ้น ซึ่งเริ่มต้นด้วยการปล่อยประจุบางส่วนที่ผิดปกติและพัฒนาเป็นการแตกของฉนวนอย่างค่อยๆ สถิติแสดงให้เห็นว่าในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีกำลังมากกว่า 600 MW ข้อผิดพลาดจากการต่อกราวด์คิดเป็น 67% ซึ่งต้องการความไวของระบบป้องกันที่สูงขึ้น

3. ประเภทหลักของกลไกป้องกัน
3.1 กลไกป้องกันกระแสเกิน
เกณฑ์คอมโพสิตหลายระดับช่วยให้มีการตอบสนองแบบเกรด: การทริปที่รวดเร็วทันท่วงทีมุ่งเป้าไปที่ข้อผิดพลาดที่ใกล้เคียงกับจุดต้นทาง โดยควบคุมเวลาการทำงานภายใน 25 มิลลิวินาที; เส้นโค้งเวลาย้อนกลับที่แน่นอนตรงกับความสามารถในการทนความร้อนของอุปกรณ์ โดยเริ่มทริปเมื่อกระแสไฟฟ้าเกินค่าที่กำหนดไว้ 1.5 เท่าอย่างต่อเนื่อง; องค์ประกอบการจำแนกทิศทางช่วยป้องกันการปฏิบัติการผิดพลาดในกรณีข้อผิดพลาดภายนอก ข้อมูลจากสถานีไฟฟ้าชายฝั่งยืนยันว่ากลไกนี้สามารถจำกัดระยะเวลาของกระแสไฟฟ้าลัดวงจรได้ภายใน 83 มิลลิวินาที

3.2 กลไกป้องกันแบบความแตกต่าง
แผนการป้องกันที่เป็นดิจิทัลทั้งหมดสร้างขึ้นตามกฎของเคิร์ชฮอฟ ตัวแปลงกระแสระดับ 0.2S ติดตั้งอย่างซิงโครนัสที่จุดกลางของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและด้านออกของ GCB เมื่อความแตกต่างเวกเตอร์ระหว่างสองด้านเกินค่าเกณฑ์ (โดยทั่วไปตั้งค่าที่ 15% ของกระแสที่กำหนด) จะประกาศว่ามีข้อผิดพลาดภายใน การดำเนินการล่าสุดรวมถึงอัลกอริธึมการแก้ไขเฟส สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดของเฟส 15° ที่เกิดจากกระแสคาปาซิทีกระจาย

3.3 กลไกป้องกันข้อผิดพลาดจากการต่อกราวด์
สำหรับระบบต่อกราวด์ที่มีความต้านทานสูง ได้พัฒนาการป้องกันทิศทางลำดับที่ศูนย์: ส่วนประกอบแรงดันลำดับที่ศูนย์ได้รับผ่านตัวแปลงแรงดันเฉพาะและรวมกับกระแสลำดับที่ศูนย์เพื่อสร้างเมทริกซ์การจำแนกทิศทาง เทคนิคการปิดกั้นฮาร์โมนิกลำดับที่สามที่นวัตกรรมสามารถหลีกเลี่ยงการรบกวนจากแรงดันฮาร์โมนิกที่จุดกลางในภาวะปกติ ผลการปฏิบัติงานในสนามแสดงให้เห็นว่ากลไกนี้มีอัตราความสำเร็จในการตรวจจับข้อผิดพลาดจากการต่อกราวด์ที่มีความต้านทานสูงกว่า 10 Ω ที่ 98.7%

4. กระบวนการดำเนินการของกลไกป้องกัน
4.1 บทบาทของรีเลย์และระบบควบคุม
อุปกรณ์ป้องกันที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ใช้โครงสร้างสามชั้น: ชั้นวัดจับภาพคลื่นในเวลาจริงด้วยอัตราการสุ่มตัวอย่าง 4000 Hz; ชั้นตัดสินใจใช้การประมวลผลแบบหลาย CPU ขนานเพื่อทำการคำนวณ 32 รายการ รวมถึงการแปลงฟูริเยร์และการวิเคราะห์ฮาร์โมนิกภายใน 10 มิลลิวินาที; ชั้นดำเนินการใช้วงจรทริปโดยตรงผ่านใยแก้วนำแสงเพื่อให้แน่ใจว่าการล่าช้าในการส่งคำสั่งน้อยกว่า 2 มิลลิวินาที หน่วยงานสำคัญมักใช้ตรรกะการลงคะแนน "สองในสาม" เพื่อกำจัดความเสี่ยงจากการล้มเหลวที่จุดเดียว

4.2 การตรวจจับข้อผิดพลาดและการดำเนินการอย่างรวดเร็ว
ลำดับการทริปที่พบบ่อยประกอบด้วยแปดขั้นตอนสำคัญ: การเกิดกระแสไฟฟ้าผิดปกติ → การแปลงสัญญาณรองโดยตัวแปลงกระแส → การเปิดใช้งานอุปกรณ์ป้องกัน → การระบุประเภทข้อผิดพลาด → การคำนวณตรรกะการทริป → การตรวจสอบสัญญาณการปิดกั้น → การจ่ายพลังงานให้กับคอยล์ทริปวงจรตัดไฟ → การดับอาร์กไฟฟ้า การศึกษาการปรับปรุงเวลาแสดงให้เห็นว่าการใช้ห้องดับอาร์กไฟฟ้าที่มีแรงดันเบื้องต้นสามารถลดเวลาการตัดกระแสไฟฟ้าทั้งหมดลงเหลือ 58 มิลลิวินาที ซึ่งเป็นการปรับปรุง 22% จากกลไกแบบดั้งเดิม

5. สรุป
5.1 สรุปประเด็นสำคัญของกลไกป้องกัน
การป้องกัน GCB สมัยใหม่ได้พัฒนาเป็นระบบป้องกันที่มีหลายชั้นและมีความฉลาด: การป้องกันกระแสเกินเป็นชั้นพื้นฐาน การป้องกันแบบความแตกต่างให้การแยกเขตที่แม่นยำ และการป้องกันข้อผิดพลาดจากการต่อกราวด์เสริมการครอบคลุมความอ่อนแอ จุดสำคัญของการพัฒนาคือการสามารถกำจัดข้อผิดพลาดภายในสามรอบ ในขณะที่รักษาอัตราการทริปผิดพลาดไว้ต่ำกว่า 0.01 ครั้งต่อปี อย่างไรก็ตาม ควรทราบว่าการตั้งค่าการป้องกันต้องถูกปรับแต่งทุกสองปีตามเส้นโค้งการเสื่อมสภาพของอุปกรณ์

5.2 ข้อเสนอแนะในการปรับแต่งสำหรับการใช้งานจริง
ได้เสนอมาตรการปรับปรุงขั้นสูงสามประการ: ประการแรก การรวมเทคโนโลยีการระบุตำแหน่งความผิดพลาดแบบคลื่นเดินทางชั่วขณะเพื่อเพิ่มความแม่นยำในการระบุตำแหน่งความผิดพลาดเป็น ±5 เมตร; ประการที่สอง การพัฒนาอัลกอริธึมป้องกันแบบปรับตัวที่สามารถปรับค่าสัมประสิทธิ์ความไวโดยอัตโนมัติตามอายุการทำงานของหน่วย; ประการที่สาม การตรวจสอบสภาพกลไกวงจรป้อนอย่างต่อเนื่อง โดยใช้พารามิเตอร์ 12 รายการ รวมถึงความเร็วในการเปิดและสึกหรอของตัวต่อ เพื่อทำนายความน่าเชื่อถือของกลไก สถานีผลิตไฟฟ้าสาธิตยืนยันว่ามาตรการเหล่านี้เพิ่มความพร้อมใช้งานของระบบป้องกันให้สูงถึง 99.97%.