Napakilala na Analisis ng Mga Pamamaraan ng Proteksyon sa mga Sakuna para sa mga Circuit Breaker ng Generator

1.Pagpapakilala

1.1 Pambansang Katungkulan at Paglalayong Konteksto ng GCB
Ang Generator Circuit Breaker (GCB), bilang kritikal na node na nag-uugnay sa generator patungo sa step-up transformer, ay may tungkulin na pagsunod-sunurin ang kasalukuyan sa normal at abnormal na kondisyon. Hindi tulad ng mga tradisyonal na substation circuit breakers, 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 malalaking generating units, ang maasintas na paggana ng GCB ay direkta na naka-ugnay sa kaligtasan ng generator mismo at sa matatag na operasyon ng power grid.

1.2 Kahalagahan ng Mekanismo ng Proteksyon Laban sa Sakuna
Kapag nangyari ang sakuna sa loob ng generator o sa kanyang outgoing line, ang fault current ay maaaring umabot sa tuktok nito sa loob ng sampung milisegundo. Kung wala ang layuning proteksyon, ang irreversible na pinsala tulad ng sobrang init/deformation ng winding at insulation breakdown ay maaaring mangyari. Ang isang pag-aaral ng insidente ng rehiyonal na grid sa Hilagang Amerika noong 2010 ay ipinakita na ang mga kagamitan ng pag-generate ng kuryente na walang mabilis na proteksyon ay nagresulta sa mas mahal na halaga ng repair cost na higit sa 300% pagkatapos ng sakuna. Kaya, ang pagtatatag ng multi-dimensional, coordinated na mekanismo ng proteksyon ay ang pangunahing depensa para siguruhin ang reliabilidad ng mga sistema ng pag-generate ng kuryente.

2.Pundamental na Prinsipyo 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 ng system engineering na sumusunod sa abnormal na electrical parameters sa real time at nag-trigger ng tripping operation ng circuit breaker batay sa pre-defined na logic. Ang kanyang puso ng layunin ay tatlo: una, upang pagsunod-sunurin ang fault current sa loob ng tatlong cycle (60 ms); pangalawa, upang ma-identify nang wasto ang internal faults mula sa external disturbances; at pangatlo, upang ma-locate nang tama ang posisyon ng fault upang suportahan ang susunod na desisyon sa maintenance.

2.2 Buod ng Karaniwang Uri ng Faults
Ang karaniwang scenario ng fault ay nasa tatlong kategorya: (1) phase-to-phase short circuits, na may marka ng biglaang pagdami ng kasalukuyan at labis na three-phase imbalance; (2) single-phase ground faults, na nakikilala sa pamamagitan ng neutral-point voltage offset; at (3) evolving faults, na unang lumilitaw bilang abnormal na partial discharge at unti-unting lumilikha ng insulation breakdown. Ang estadistika ay nagpapakita na sa mga unit na higit sa 600 MW, ang ground faults ay nagsasakop ng 67%, na nagbibigay ng mas mataas na demand sa sensitibidad ng mga sistema ng proteksyon.

3.Pangunahing Uri ng Mekanismo ng Proteksyon
3.1 Overcurrent Protection Mechanism
Ang multi-stage composite criterion ay nagbibigay ng 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 nang walang pagkakatiis; ang directional discrimination elements ay makakaprevent ng maloperation sa panahon ng external faults. Ang field data mula sa coastal power station ay napatunayan na ang mekanismo na 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 itinayo 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 itinalaga sa 15% ng rated current), inihayag ang internal fault. Ang pinakabagong implementasyon ay kinabibilangan 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 isinulong: ang zero-sequence voltage components ay nakuha sa pamamagitan ng dedicated voltage transformers at pinagsama sa zero-sequence current upang mabuo ang directional discrimination matrix. Ang isang innovative third-harmonic blocking technique ay makakaiwas sa interference mula sa harmonic voltages sa neutral point sa panahon ng normal na operasyon. Ang field practice ay nagpapakita na ang mekanismo na ito ay nagtagumpay ng 98.7% sa pag-detect ng ground faults na may resistance na higit sa 10 Ω.

4.Implementasyon ng Mekanismo ng Proteksyon
4.1 Tungkulin ng Relays at Control Systems
Ang modernong microprocessor-based protection devices ay gumagamit ng tatlong-layer architecture: ang measurement layer ay nagsusumite ng waveforms sa real time 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 siguruhin ang command transmission delay na mas mababa sa 2 ms. Ang critical units ay karaniwang nag-implement ng “two-out-of-three” voting logic upang alisin ang single-point failure risks.

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

5.Katapusang Talata
5.1 Buod ng Pangunahing Mekanismo ng Proteksyon
Ang modernong GCB protection ay lumago sa multi-layered, intelligent defense system: ang overcurrent protection ay nagsisilbing pundamental na 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 cycle habang inaasikaso ang false-trip rate na mas mababa sa 0.01 times per year. Gayunpaman, dapat tandaan na ang settings ng proteksyon ay dapat i-re-calibrate tuwing dalawang taon batay sa aging curves ng equipment.

5.2 Mga Rekomendasyon sa Pagsasaayos para sa mga Praktikal na Aplikasyon
Tinatayuhang tatlong mahusay na pamamaraan ng pagpapabuti: una, ang pagsasama ng teknolohiyang transient traveling-wave fault location upang mapataas ang katumpakan ng paglalagay ng kaparusahan hanggang ±5 metro; pangalawa, ang pagbuo ng mga algoritmo ng adaptive protection na awtomatikong nag-aadjust ng mga sensitivity coefficients 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 bukas na bilis at contact wear—upang mabigay ang inaasahang reliabilidad ng mekanismo. Isang demonstration power station ang nagpatunay na ang mga itong pamamaraan ay naitaas ang availability ng sistema ng proteksyon hanggang 99.97%.