ژنریٹر سरکٹ بریکرز کے فلٹ پروٹیکشن مکانزمز کا عمقی تجزیہ

1. مقدمہ

1.1 بنیادی کارکردہ اور جنریٹر سرکٹ بریکر (GCB) کا پس منظر
جنریٹر سرکٹ بریکر (GCB)، جو جنریٹر کو بڑھائی کے ترانسفارمر سے مربوط کرنے کا حتمی نوڈ ہے، نرمال اور فلٹ شرائط دونوں میں کرنٹ کو قطع کرنے کی ذمہ دار ہوتا ہے۔ روایتی سب سٹیشن سرکٹ بریکروں کے مقابلے میں، GCB جنریٹر سے آنے والے وسیع شورٹ سرکٹ کرنٹ کو مستقیم برداشت کرتا ہے، جس کی ریٹڈ شورٹ سرکٹ بریکنگ کرنٹ کئی سینکڑوں کلوامپیر تک پہنچ سکتی ہے۔ بڑے جنریٹنگ یونٹز میں، GCB کا موثوق عمل صرف جنریٹر کی خود کی سلامتی سے بلکہ برقی شبکے کے مستقر کارکردہ سے بھی منسلک ہوتا ہے۔

1.2 فلٹ حفاظت کے نظام کی اہمیت
جب جنریٹر کے اندر یا اس کی باہر نکلنے والی لائن پر فلٹ ہوتا ہے تو فلٹ کرنٹ کئی ملی سیکنڈوں کے اندر اپنے عروج تک پہنچ سکتا ہے۔ مخصوص حفاظت کے نظام کے بغیر، وینڈنگ کا اوور ہیٹنگ/ڈیفارمیشن اور انسریشن کا ٹیک ہونے جیسے قابل اعادہ نہیں ضرر واقع ہوسکتے ہیں۔ 2010 کے شمالی امریکی علاقائی برقی شبکے کے حادثے کا تجزیہ ظاہر کرتا ہے کہ تیز حفاظت کے بغیر برقی تولید کے معدات کو بعد از فلٹ میں مرمت کے لئے 300% سے زائد کی قیمت کا خرچ ہوا۔ اس لیے، متعدد جہتی، متناسق حفاظت کے نظام کو تیار کرنا تولید کے نظام کی موثوقیت کی تحفظ کا مرکزی دفاع ہے۔

2. GCB حفاظت کے نظام کے بنیادی مبادی
2.1 حفاظت کے نظام کی تعریف اور بنیادی مقاصد
GCB حفاظت کا نظام اسے انجینئرنگ کا حل ہے جو غیر معمولی برقی پیرامیٹرز کو وقت پر مراقبت کرتا ہے اور پیش سے متعین کردہ منطق کے تحت سرکٹ بریکر کو ٹرپنگ کا عمل شروع کرتا ہے۔ اس کے بنیادی مقاصد تین ہیں: پہلا، تین سائکل (60 ملی سیکنڈ) کے اندر فلٹ کرنٹ کو قطع کرنا؛ دوسرا، داخلی فلٹ کو بیرونی اضطرابات سے درست تشخیص دینا؛ اور تیسرا، فلٹ کی مکانی مقام کو درست تعین کرنا تاکہ بعد از مرمت کے فیصلوں کی مدد کی جا سکے۔

2.2 عام فلٹ کی شرح کا خلاصہ
معمولی فلٹ کی صورتحال تین قسم کی ہوتی ہیں: (1) فیز سے فیز کے درمیان کی شورٹ سرکٹ، جس کی مشخصہ خصوصیات مفاجا کرنٹ کی طوفان اور بہت زیادہ تین فیز کی غیر توازن ہوتی ہیں؛ (2) واحد فیز کی زمین سے فلٹ، جس کی تشخیص محايدر نقطہ کے ولٹیج کی میلان سے ہوتی ہے؛ اور (3) تکاملی فلٹ، جو شروع میں غیر معمولی جزیی ڈیشارج کی شکل میں ظاہر ہوتا ہے اور بالکل کی طور پر انسریشن کی ٹیک ہو جاتا ہے۔ اعدادوشمار ظاہر کرتے ہیں کہ 600 MW سے زائد یونٹوں میں، زمین سے فلٹ 67% کا حصہ رکھتے ہیں، جس سے حفاظت کے نظام کی حساسیت کی لازمیت بڑھ جاتی ہے۔

3. حفاظت کے نظام کی اہم قسمیں
3.1 اوور کرنٹ حفاظت کا نظام
مکمل مرحلہ وار کمپوزیٹ کریٹریا کی مدد سے گریڈڈ ری ایکشن ممکن ہوتا ہے: فوری تیز ٹرپنگ نزدیک کے شدید فلٹ کو نشانہ بناتا ہے جس کا کارکردہ وقت 25 ملی سیکنڈ کے اندر کنٹرول کیا جاتا ہے؛ مقررہ وقت کی الٹ کریو کی مطابقت معدات کی حرارتی برداشت کے ساتھ ہوتی ہے، جب کرنٹ ریٹڈ قدر سے 1.5 گنا زیادہ مستقل طور پر بڑھ جاتا ہے تو ٹرپنگ کو موثر بنایا جاتا ہے؛ سمتوں کی تشخیص کے عنصر کو بیرونی فلٹ کے دوران غلط کارکردہ کی روک تھام کرتے ہیں۔ کسٹل برقی سٹیشن کے میدانی معلومات کی تصدیق کرتے ہیں کہ یہ نظام کامیابی سے شورٹ سرکٹ کرنٹ کی مدت کو 83 ملی سیکنڈ تک محدود کر لیا ہے۔

3.2 ڈفرنٹیل حفاظت کا نظام
کرچھوف کی کرنٹ لا کی بنیاد پر مکمل ڈیجیٹل حفاظت کا نظام تیار کیا گیا ہے۔ کلاس 0.2S کرنٹ ٹرانسفرمر جنریٹر کے محايدر نقطہ اور GCB آؤٹ لیٹ سائیڈ پر متناسب طور پر نصب کیے گئے ہیں۔ جب دونوں سائیڈز کے درمیان سمتیہ کا فرق مقررہ حد (عام طور پر ریٹڈ کرنٹ کا 15%) سے زیادہ ہو جاتا ہے تو داخلی فلٹ کا اعلان کیا جاتا ہے۔ آخری تنفیذ میں فیز کی تصحیح کا الگورتھم شامل کیا گیا ہے، جس نے کامیابی سے ڈسٹری بیوٹ کیپیسٹو کرنٹ کے سبب ہونے والے 15° فیز کے زاویہ کی غلطی کو حل کیا ہے۔

3.3 زمین سے فلٹ کا حفاظت کا نظام
زیادہ امپیڈنس والا زمین شدہ نظاموں کے لئے، زیرو سیکوئنس سمتوں کی حفاظت تیار کی گئی ہے: زیرو سیکوئنس ولٹیج کمپوننٹس خصوصی ولٹیج ٹرانسفرمر کے ذریعے حاصل کیے جاتے ہیں اور زیرو سیکوئنس کرنٹ کے ساتھ مل کر سمتوں کی تشخیص کی میٹرکس بناتے ہیں۔ نئی تیاری میں تیسری ہارمونک بلاکنگ کی تکنیک کامیابی سے نرمال عمل کے دوران محايدر نقطہ پر ہارمونک ولٹیج کی آزادی کو روکتی ہے۔ میدانی تجربات ظاہر کرتے ہیں کہ یہ نظام 10 Ω سے زائد ریزسٹنس کے ساتھ زمین سے فلٹ کو 98.7% کی کامیابی سے تشخیص دیتا ہے۔

4. حفاظت کے نظام کی تنفیذ کا عمل
4.1 ریلےز اور کنٹرول سسٹمز کا کردار
جدید مائیکروپروسیسر بنیادی حفاظت کے آلات تین لیئرز کی معماری کو اختیار کرتے ہیں: پیمائش کا لیئر وقت پر ویو فارمز کو 4000 Hz کی سینسنگ ریٹ پر لوٹاتا ہے؛ فیصلہ کا لیئر ملٹی-CPU پیرالل پروسسنگ کو استعمال کرتا ہے تاکہ 10 ملی سیکنڈ کے اندر 32 کیلکلیشنز - فوریئر تبدیلی اور ہارمونک تجزیہ شامل کرے؛ اجرائی لیئر فائر-آپٹک سیکیور ٹرپنگ سرکٹ کو استعمال کرتا ہے تاکہ امر کی منتقلی کا وقت 2 ملی سیکنڈ سے کم رہے۔ کریٹیکل یونٹس عام طور پر "تین میں سے دو" ووٹنگ لاکیک کو استعمال کرتے ہیں تاکہ ایکل پوائنٹ فیلیور کی خطرات کو ختم کر دیں۔

4.2 فلٹ کی تشخیص اور تیز کارکردہ سیکوئنس
کامیاب ٹرپنگ سیکوئنس میں آٹھ کلیدی مرحلے شامل ہوتے ہیں: فلٹ کرنٹ کی وقوع → کرنٹ ٹرانسفرمرز کی جانب سے ثانوی سگنل کی تبدیلی → حفاظت کے آلے کی کارکردگی کا آغاز → فلٹ کی قسم کی تشخیص → ٹرپنگ لاکیک کا کیلکلیشن → بلاکنگ سگنل کی تصدیق → سرکٹ بریکر کے ٹرپ کوئل کی انجیجیشن → آرک کی ختمی۔ وقت کی بہتری کی مطالعات ظاہر کرتی ہیں کہ پری-پریشرائزڈ آرک کوئشنگ چیمبرز کا استعمال کل کیلکلیشن کا وقت 58 ملی سیکنڈ تک کم کر سکتا ہے، جو معمولی نظاموں کی نسبت سے 22% کی بہتری ہے۔

5. خلاصہ
5.1 حفاظت کے نظام کے کلیدی نقاط کا خلاصہ
جدید GCB حفاظت کو مکمل طور پر ملٹی لیئر، سمارٹ دفاعی نظام میں تبدیل کر دیا گیا ہے: اوور کرنٹ حفاظت بنیادی لیئر کی خدمات فراہم کرتی ہے، ڈفرنٹیل حفاظت درست زون کی تنہائی فراہم کرتی ہے، اور زمین سے فلٹ کا حفاظت کمزوری کی کوریج کو مضبوط کرتا ہے۔ بنیادی کامیابی فلٹ کی ختمی کو تین سائکل کے اندر حاصل کرنا ہے جبکہ غلط ٹرپنگ کی شرح سالانہ 0.01 سے کم رکھی جاتی ہے۔ لیکن یہ نوٹ کرنا ہے کہ حفاظت کے سیٹنگز کو معدات کی سینکڑوں کے کیوو کے مطابق ہر دو سال میں دوبارہ کیلیبریٹ کیا جانا چاہئے۔

5.2 عملی تجویزات کے لئے بہترین کارکردگی کی تجویزات
تین مقدم اصلاحی اقدامات پیش کیے گئے ہیں: پہلا، عارضی سفری موج کی فلٹ کی سیٹنگ کی تکنالوجی کو ضم کریں تاکہ فلٹ کی سیٹنگ کی دقت ±5 میٹر تک بہتر ہو; دوسرا، وحدانی آپریشنل عمر کے بنیاد پر حساسیت کے عدد کو خودکار طور پر تبدیل کرنے والے مطابق الگورتھم کو ترقی دیں; تیسرا، سرکٹ بریکر کی مکینکل حالت کی آن لائن مونیٹرنگ کو لاگو کریں، 12 پیرامیٹرز کا استعمال کرتے ہوئے—جن میں اوپن کرنے کی رفتار اور کنٹیکٹ کی تیز شدگی شامل ہیں—مکینزم کی قابلیت کی توقع کریں۔ ایک مظاہرہ کی طاقت کے اسٹیشن نے تصدیق کی کہ ان اقدامات نے صرف نظام کی دستیابی کو 99.97% تک بڑھا دیا ہے۔