حل شامل لحماية المولدات الكبيرة المستندة إلى المعالج الدقيق
- نظرة عامة
مع تطور أنظمة الطاقة نحو معايير أعلى، وسعة أكبر، وهياكل شبكة أكثر تعقيدًا، أصبح التشغيل الآمن والاستقرار للوحدات الكهربائية أمرًا حيويًا لموثوقية الشبكة بشكل عام. تواجه أجهزة الحماية التقليدية تحديات مثل المناطق العمياء وعدم كفاية الحساسية عند التعامل مع الأعطال الداخلية المعقدة للمولدات. تستفيد هذه الحل من تقنية الحماية المبنية على المعالجات الدقيقة المتقدمة، وتقوم بتجميع المعلومات من مصادر متعددة والخوارزميات الذكية لتوفير نظام حماية سريع وموثوق وشامل للمولدات الكبيرة (مثل الوحدات الحرارية والنووية والمائية). يهدف إلى القضاء التام على المناطق العمياء في الحماية وضمان أمن أصول إنتاج الطاقة.
- التحديات الأساسية
تواجه المولدات الكبيرة العديد من التهديدات للأعطال الداخلية أثناء التشغيل، بما في ذلك:
- أعطال ملفات الستاتور: قصر الدائرة بين الفازات، وقصور الدائرة بين الدوائر، وأعطال الأرض. خاصةً، أعطال الدائرة بين الدوائر تظهر تيار أعطال أولي منخفض، مما يجعلها صعبة الكشف باستخدام الحماية التفاضلية العرضية التقليدية بسبب المناطق العمياء المتأصلة فيها.
- أعطال دوائر الروتور: أعطال الأرض النقطية الواحدة، وأعطال الأرض النقطية الثنائية، وقصور أو قصور الدائرة في دائرة الإثارة. بينما قد يسمح عطل الأرض النقطي الواحد بمواصلة التشغيل، فإن تطوره إلى عطل الأرض النقطي الثنائي يمكن أن يسبب عدم تناظر مغناطيسي واهتزاز شديد للوحدة.
- ظروف التشغيل غير الطبيعية: الطاقة العكسية، فقدان الإثارة، الإثارة الزائدة، الجهد الزائد، واختلال التردد. رغم أنها ليست أعطال فورية، إلا أن هذه الظروف يمكن أن تتسبب في تلف شديد للمولد أو تهديد استقرار الشبكة.
- الحل التفصيلي
يتبنى حل الحماية المبني على المعالجات الدقيقة لدينا هيكلًا توزيعيًا هرميًا. يقوم جهاز الحماية الرئيسي بدمج منصة معالجة مادية قوية مع خوارزميات حماية ناضجة، كما هو مفصل أدناه:
3.1 لأعطال الدائرة بين الدوائر في الستاتور: حماية مركبة بناءً على عدة معايير
لحل مشكلة عدم الحساسية لحماية التفاضل العرضي التقليدية لأعطال الدائرة بين الدوائر في نفس الفاز، يستخدم هذا الحل خوارزمية اتخاذ القرار بالاندماج بناءً على عدة معايير، مما يحسن بشكل كبير من موثوقية وكفاءة الكشف.
- المبادئ التقنية:
- مبدأ اتجاه الطاقة السلبية: يراقب التيار والجهد السلبيين في طرفي المولد لحساب اتجاه الطاقة السلبية. الأعطال غير المتناظرة الداخلية (مثل أعطال الدائرة بين الدوائر) تنتج مصدرًا سلبيًا، حيث يتدفق اتجاه الطاقة من المولد إلى النظام، مما يتيح الكشف الدقيق عن الأعطال الداخلية.
- مبدأ تغير الجهد التوافقي الثالث: يتتبع نسبة السعة والفروق الطورية بين الجهد التوافقي الثالث المحايد والطرف. أعطال الدائرة بين الدوائر تزعزع نمط التوزيع الطبيعي للجهد التوافقي الثالث، وهو ما يكون لهذا المعيار حساسية عالية له.
- مبدأ جهد الانزياح المحايد: يعمل كتعزيز مساعد لتحسين الموثوقية.
- مزايا الأداء:
- حساسية عالية: قادر على الكشف عن أعطال الدائرة بين الدوائر الصغيرة تصل إلى 0.5%.
- عمل سريع: وقت التشغيل الكامل أقل من 20 مللي ثانية، مما يحد بشكل كبير من ضرر العطل.
- موثوقية عالية: تعمل المعايير المتعددة بطريقة مترابطة أو متوازية لمنع التشغيل الخاطئ وتلافي عدم التشغيل.
- دراسة حالة: بعد التنفيذ في مولد حراري بقدرة 500 ميجاوات، حقق الحل حساسية تبلغ 98% في الكشف عن أعطال الدائرة بين الدوائر، مما نجح في منع حوادث الاحتراق الكبرى الناجمة عن عيوب العزل الصغيرة.
3.2 لحماية أعطال الأرض بنسبة 100% في الستاتور: دمج تقنيتين موضعتين
تحتوي حماية الجهد الأساسي الصفري التقليدية على مناطق عمياء قريبة من نقطة المحايد. يجمع هذا الحل بين تقنيتين ناضجتين لتحقيق تغطية حماية بنسبة 100% من الطرف إلى نقطة المحايد.
- المبادئ التقنية:
- المنطقة التقليدية (85-95%): يستخدم طريقة نسبة الجهد التوافقي الثالث لحماية معظم ملفات الستاتور من نقطة المحايد نحو الطرف.
- تعويض المنطقة العمياء (قريبة من نقطة المحايد، 5-15%): يستخدم حماية أعطال الأرض المستندة على الحقن. يتم حقن إشارة جهد ذات تردد منخفض (20 هرتز أو 12.5 هرتز) في دائرة الروتور، ويتم مراقبة تغييرات تيار الحقن لحساب مقاومة العزل وموقع العطل بدقة، مما يقضي تمامًا على المناطق العمياء القريبة من نقطة المحايد.
- مزايا الأداء:
- تغطية بنسبة 100%: لا توجد مناطق عمياء، مما يضمن حماية كاملة لملفات الستاتور.
- تحديد دقيق للموقع: يحدد بدقة مواقع أعطال الأرض للصيانة المستهدفة.
- دراسة حالة: في محطة طاقة نووية، نجح الحل في تحديد موقع عطل الأرض بنسبة 3% فقط من نقطة المحايد، مع خطأ أقل من 1%，非常抱歉，我似乎在翻译过程中出现了错误。以下是正确的阿拉伯语翻译：
```html
- نظرة عامة
مع تطور أنظمة الطاقة نحو معايير أعلى، وسعة أكبر، وهياكل شبكة أكثر تعقيدًا، أصبح التشغيل الآمن والاستقرار للوحدات الكهربائية أمرًا حيويًا لموثوقية الشبكة بشكل عام. تواجه أجهزة الحماية التقليدية تحديات مثل المناطق العمياء وعدم كفاية الحساسية عند التعامل مع الأعطال الداخلية المعقدة للمولدات. تستفيد هذه الحل من تقنية الحماية المبنية على المعالجات الدقيقة المتقدمة، وتقوم بتجميع المعلومات من مصادر متعددة والخوارزميات الذكية لتوفير نظام حماية سريع وموثوق وشامل للمولدات الكبيرة (مثل الوحدات الحرارية والنووية والمائية). يهدف إلى القضاء التام على المناطق العمياء في الحماية وضمان أمن أصول إنتاج الطاقة.
- التحديات الأساسية
تواجه المولدات الكبيرة العديد من التهديدات للأعطال الداخلية أثناء التشغيل، بما في ذلك:
- أعطال ملفات الستاتور: قصر الدائرة بين الفازات، وقصور الدائرة بين الدوائر، وأعطال الأرض. خاصةً، أعطال الدائرة بين الدوائر تظهر تيار أعطال أولي منخفض، مما يجعلها صعبة الكشف باستخدام الحماية التفاضلية العرضية التقليدية بسبب المناطق العمياء المتأصلة فيها.
- أعطال دوائر الروتور: أعطال الأرض النقطية الواحدة، وأعطال الأرض النقطية الثنائية، وقصور أو قصور الدائرة في دائرة الإثارة. بينما قد يسمح عطل الأرض النقطي الواحد بمواصلة التشغيل، فإن تطوره إلى عطل الأرض النقطي الثنائي يمكن أن يسبب عدم تناظر مغناطيسي واهتزاز شديد للوحدة.
- ظروف التشغيل غير الطبيعية: الطاقة العكسية، فقدان الإثارة، الإثارة الزائدة، الجهد الزائد، واختلال التردد. رغم أنها ليست أعطال فورية، إلا أن هذه الظروف يمكن أن تتسبب في تلف شديد للمولد أو تهديد استقرار الشبكة.
- الحل التفصيلي
يتبنى حل الحماية المبني على المعالجات الدقيقة لدينا هيكلًا توزيعيًا هرميًا. يقوم جهاز الحماية الرئيسي بدمج منصة معالجة مادية قوية مع خوارزميات حماية ناضجة، كما هو مفصل أدناه:
3.1 لأعطال الدائرة بين الدوائر في الستاتور: حماية مركبة بناءً على عدة معايير
لحل مشكلة عدم الحساسية لحماية التفاضل العرضي التقليدية لأعطال الدائرة بين الدوائر في نفس الفاز، يستخدم هذا الحل خوارزمية اتخاذ القرار بالاندماج بناءً على عدة معايير، مما يحسن بشكل كبير من موثوقية وكفاءة الكشف.
- المبادئ التقنية:
- مبدأ اتجاه الطاقة السلبية: يراقب التيار والجهد السلبيين في طرفي المولد لحساب اتجاه الطاقة السلبية. الأعطال غير المتناظرة الداخلية (مثل أعطال الدائرة بين الدوائر) تنتج مصدرًا سلبيًا، حيث يتدفق اتجاه الطاقة من المولد إلى النظام، مما يتيح الكشف الدقيق عن الأعطال الداخلية.
- مبدأ تغير الجهد التوافقي الثالث: يتتبع نسبة السعة والفروق الطورية بين الجهد التوافقي الثالث المحايد والطرف. أعطال الدائرة بين الدوائر تزعزع نمط التوزيع الطبيعي للجهد التوافقي الثالث، وهو ما يكون لهذا المعيار حساسية عالية له.
- مبدأ جهد الانزياح المحايد: يعمل كتعزيز مساعد لتحسين الموثوقية.
- مزايا الأداء:
- حساسية عالية: قادر على الكشف عن أعطال الدائرة بين الدوائر الصغيرة تصل إلى 0.5%.
- عمل سريع: وقت التشغيل الكامل أقل من 20 مللي ثانية، مما يحد بشكل كبير من ضرر العطل.
- موثوقية عالية: تعمل المعايير المتعددة بطريقة مترابطة أو متوازية لمنع التشغيل الخاطئ وتلافي عدم التشغيل.
- دراسة حالة: بعد التنفيذ في مولد حراري بقدرة 500 ميجاوات، حقق الحل حساسية تبلغ 98% في الكشف عن أعطال الدائرة بين الدوائر، مما نجح في منع حوادث الاحتراق الكبرى الناجمة عن عيوب العزل الصغيرة.
3.2 لحماية أعطال الأرض بنسبة 100% في الستاتور: دمج تقنيتين موضعتين
تحتوي حماية الجهد الأساسي الصفري التقليدية على مناطق عمياء قريبة من نقطة المحايد. يجمع هذا الحل بين تقنيتين ناضجتين لتحقيق تغطية حماية بنسبة 100% من الطرف إلى نقطة المحايد.
- المبادئ التقنية:
- المنطقة التقليدية (85-95%): يستخدم طريقة نسبة الجهد التوافقي الثالث لحماية معظم ملفات الستاتور من نقطة المحايد نحو الطرف.
- تعويض المنطقة العمياء (قريبة من نقطة المحايد، 5-15%): يستخدم حماية أعطال الأرض المستندة على الحقن. يتم حقن إشارة جهد ذات تردد منخفض (20 هرتز أو 12.5 هرتز) في دائرة الروتور، ويتم مراقبة تغييرات تيار الحقن لحساب مقاومة العزل وموقع العطل بدقة، مما يقضي تمامًا على المناطق العمياء القريبة من نقطة المحايد.
- مزايا الأداء:
- تغطية بنسبة 100%: لا توجد مناطق عمياء، مما يضمن حماية كاملة لملفات الستاتور.
- تحديد دقيق للموقع: يحدد بدقة مواقع أعطال الأرض للصيانة المستهدفة.
- دراسة حالة: في محطة طاقة نووية، نجح الحل في تحديد موقع عطل الأرض بنسبة 3% فقط من نقطة المحايد، مع خطأ أقل من 1%، مما مكن من صيانة مخططة وتجنب التوقف غير المخطط له.
3.3 لصحة دوائر الروتور: المراقبة الديناميكية والإنذار المبكر
تعتبر أعطال دوائر الروتور، وخاصة دودة الدوائر المفتوحة، من الأخطار الخفية الشائعة. يتحول هذا الحل من "حماية ما بعد العطل" إلى "إنذار قبل العطل" من خلال المراقبة في الوقت الحقيقي.
- المبادئ التقنية:
- تتم تركيب محولات التيار ذات التردد العالي (CTs) أو الوحدات المخصصة للمراقبة في حلقات الانزلاق لجمع موجات التيار الإثارة في الوقت الحقيقي.
- تقوم الخوارزميات المدمجة بتحليل التوافقية السريعة (FFT) للموجات الحالية.
- تسبب الدودة المفتوحة تشوهًا شديدًا لموجة التيار الإثارة، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في التوافقيات المميزة (مثل التوافقي الخامس).
- مزايا الأداء:
- إنذار مبكر: يصدر إنذارات بناءً على محتوى التوافقية الذي يتجاوز العتبات (مثل التوافقي الخامس يتجاوز 8%)، مما يحفز على فحص جسر التوصيل الدوار قبل حدوث الأعطال.
- منع التدهور: الإنذارات في الوقت المناسب تمنع الحوادث الخطيرة مثل تلف العزل بسبب فقدان التيار الإثارة وارتفاع درجة حرارة الروتور.
- الصيانة القائمة على الحالة: توفر بيانات أساسية للصيانة التنبؤية.
- ملخص والقيمة
هذا الحل للحماية المبنية على المعالجات الدقيقة يدمج تقنية الاستشعار المتقدمة، وخوارزميات معالجة الإشارات، واتخاذ القرارات الذكية بناءً على عدة معايير لمعالجة نقاط الألم التقليدية في حماية المولدات:
- يُزيل المناطق العمياء في الحماية، ويحقق تغطية بنسبة 100% لأعطال الدائرة بين الدوائر والأرض في الستاتور.
- يتحول من حماية ما بعد العطل إلى إنذار قبل العطل، مما يمنع الأعطال بشكل فعال من خلال المراقبة الديناميكية للروتور.
- تم التحقق منه في الحالات العملية، يقدم الحل حساسية عالية وسرعة وموثوقية، مما يلبي متطلبات الأمان للمولدات الكبيرة والميجا (500 ميجاوات وما فوق).
