Πλήρης Λύση Προστασίας Με Μικροεπεξεργαστή για Μεγάλους Γεννητές

1. Επισκόπηση

Καθώς τα συστήματα ενέργειας εξελίσσονται προς υψηλότερους παράμετρους, μεγαλύτερες δυνατότητες και πιο περίπλοκες δομές δικτύων, η ασφαλής και σταθερή λειτουργία των μονάδων παραγωγής είναι κρίσιμη για την συνολική αξιοπιστία του δικτύου. Τα παραδοσιακά συστήματα προστασίας με ρελέ διατρέχουν τον κίνδυνο των τυφλών σημείων και ανεπαρκούς ευαισθησίας όταν αντιμετωπίζουν περίπλοκες εσωτερικές βλάβες στους γεννήτριες. Αυτή η λύση εκμεταλλεύεται την προηγμένη τεχνολογία προστασίας με βάση μικροεπεξεργαστή, ενοποιώντας πληροφορίες από πολλαπλές πηγές και νοηματικούς αλγόριθμους για να παρέχει ένα γρήγορο, αξιόπιστο και ολοκληρωμένο σύστημα προστασίας για μεγάλους γεννήτριες (π.χ. θερμοηλεκτρικές, πυρηνικές και υδροηλεκτρικές μονάδες). Στόχος της είναι να εξαλείψει εντελώς τα τυφλά σημεία προστασίας και να εξασφαλίσει την ασφάλεια των επενδύσεων στην παραγωγή ενέργειας.

2. Κύριες Προκλήσεις

Οι μεγάλοι γεννήτριες αντιμετωπίζουν πολλαπλές εσωτερικές απειλές βλάβης κατά τη λειτουργία, συμπεριλαμβανομένων:

• ​Βλάβες Στρωτής Δέσμης: Κατάκορτη μεταξύ φάσεων, κατάκορτη μεταξύ τροχίων και βλάβες σε σύνδεση με το έδαφος. Η κατάκορτη μεταξύ τροχίων, ειδικά, εμφανίζει χαμηλή αρχική ροή σφάλματος, κάτι που την καθιστά δύσκολη για ανίχνευση με την παραδοσιακή διαφορική προστασία λόγω των τυφλών σημείων.
• ​Βλάβες Στον Ρότορα: Μοναδική σημειακή βλάβη σε σύνδεση με το έδαφος, διπλή σημειακή βλάβη σε σύνδεση με το έδαφος και ανοιχτές ή κατάκορτες συνδέσεις στον κύκλο ενθάρρυνσης. Ενώ μια μοναδική σημειακή βλάβη σε σύνδεση με το έδαφος μπορεί να επιτρέπει τη συνέχιση λειτουργίας, η εξέλιξή της σε διπλή σημειακή βλάβη μπορεί να προκαλέσει μαγνητική ανασυμμετρία και σοβαρή ταλάντωση της μονάδας.
• ​Ανωμαλίες Λειτουργίας: Αντίστροφη ισχύ, απώλεια ενθάρρυνσης, υπερενθάρρυνση, υπερτάση και ανωμαλίες συχνότητας. Αν και δεν είναι άμεσες βλάβες, αυτές οι συνθήκες μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές βλάβες στον γεννήτρια ή να απειλήσουν τη σταθερότητα του δικτύου.

3. Αναλυτική Λύση

Η λύση προστασίας με βάση μικροεπεξεργαστή μας χρησιμοποιεί μια κατανεμημένη ιεραρχική αρχιτεκτονική. Το κύριο ρελέ προστασίας ενσωματώνει μια αντοχής πλατφόρμα επεξεργασίας υλικού με ωριμές αλγόριθμους προστασίας, όπως ανατρέχει παρακάτω:

3.1 Για την Κατάκορτη Μεταξύ Τροχίων της Στρωτής Δέσμης: Πολυκριτήρια Συνδυασμένη Προστασία

Για να αντιμετωπιστεί η ανευθυνότητα της παραδοσιακής διαφορικής προστασίας στις κατάκορτες μεταξύ τροχίων της ίδιας φάσης, αυτή η λύση χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο πολυκριτηριακής συνδυασμένης απόφασης, βελτιώνοντας σημαντικά την αξιοπιστία και την ευαισθησία της ανίχνευσης.

• ​Τεχνικές Αρχές:
• Κριτήριο Κατεύθυνσης Νέγατης Δευτερεύουσας Ισχύος: Επιτηρεί την νέγατη δευτερεύουσα ροή και την τάση στα άκρα του γεννήτρια για τον υπολογισμό της κατεύθυνσης της νέγατης δευτερεύουσας ισχύος. Οι εσωτερικές ανασυμμετρικές βλάβες (π.χ. κατάκορτη μεταξύ τροχίων) παράγουν μια πηγή νέγατης δευτερεύουσας, με την κατεύθυνση της ισχύος να είναι από τον γεννήτρια προς το σύστημα, επιτρέποντας ακριβή ανίχνευση εσωτερικών βλάβων.
• Κριτήριο Μεταβολής Τάσης Τρίτης Αρμονικής: Επιτηρεί το λόγο των πλάτων και τη διαφορά φάσης μεταξύ της τρίτης αρμονικής τάσης στο ουδέτερο σημείο και των άκρων. Οι κατάκορτες μεταξύ τροχίων διαταράσσουν το φυσικό μοτίβο κατανομής της τρίτης αρμονικής τάσης, στο οποίο αυτό το κριτήριο είναι υψηλά ευαίσθητο.
• Κριτήριο Τάσης Μετατόπισης Ουδέτερου Σημείου: Λειτουργεί ως επιπλέον ενίσχυση για τη βελτίωση της αξιοπιστίας.
• ​Πλεονεκτήματα Απόδοσης:
• Υψηλή Ευαισθησία: Έχει τη δυνατότητα να ανιχνεύει μικρές κατάκορτες μεταξύ τροχίων ως το 0,5%.
• Γρήγορη Λειτουργία: Η συνολική χρόνια λειτουργία είναι κάτω από 20 ms, περιορίζοντας σημαντικά τη βλάβη από το σφάλμα.
• Υψηλή Αξιοπιστία: Πολλαπλά κριτήρια ενεργοποιούνται είτε σε σειρά είτε παράλληλα για να αποφύγουν την λανθασμένη λειτουργία και την αποτυχία λειτουργίας.
• ​Παράδειγμα Περίπτωσης: Μετά την εφαρμογή σε έναν 500MW θερμοηλεκτρικό γεννήτρια, η λύση επέτυχε 98% ευαισθησία στην ανίχνευση κατάκορτων μεταξύ τροχίων, επιτυχώς προλαμβάνοντας σοβαρές βλάβες από μικρές ελλείψεις μόνωσης.

3.2 Για 100% Προστασία Στην Κατάκορτη Σύνδεσης με το Έδαφος της Στρωτής Δέσμης: Διπλή Τεχνολογία Σύνθεσης Θέσης

Η παραδοσιακή προστασία με βάση την τρίτη αρμονική τάση παρουσιάζει τυφλά σημεία κοντά στο ουδέτερο σημείο. Αυτή η λύση συνδυάζει δύο ωριμές τεχνολογίες για να επιτευχθεί 100% κάλυψη προστασίας από τα άκρα μέχρι το ουδέτερο σημείο.

• ​Τεχνικές Αρχές:
• Συμβατική Ζώνη (85-95%): Χρησιμοποιεί τη μέθοδο λόγου τρίτης αρμονικής τάσης για την προστασία της πλειοψηφίας της στρωτής δέσμης από το ουδέτερο σημείο προς τα άκρα.
• Επαναφορά Τυφλών Σημείων (Κοντά στο Ουδέτερο Σημείο, 5-15%): Χρησιμοποιεί προστασία σύνδεσης με το έδαφος με εισαγωγή. Ένα χαμηλής συχνότητας (20Hz ή 12,5Hz) σήμα τάσης εισάγεται στον κύκλο του ρότορα, και παρακολουθούνται οι μεταβολές της ροής εισαγωγής για την ακριβή υπολογισμό της αντίστασης μόνωσης και της θέσης της βλάβης, εξαλείφοντας εντελώς τα τυφλά σημεία κοντά στο ουδέτερο σημείο.
• ​Πλεονεκτήματα Απόδοσης:
• 100% Κάλυψη: Χωρίς τυφλά σημεία, εξασφαλίζοντας πλήρη προστασία της στρωτής δέσμης.
• Ακριβής Τοποθέτηση: Ακριβής πίνακας τοποθέτησης βλάβης σύνδεσης με το έδαφος για στοχευμένη συντήρηση.
• ​Παράδειγμα Περίπτωσης: Σε μια πυρηνική ενεργειακή εγκατάσταση, η λύση επιτύχει την τοποθέτηση μιας βλάβης σύνδεσης με το έδαφος μόνο 3% από το ουδέτερο σημείο, με λάθος λιγότερο του 1%, επιτρέποντας προγραμματισμένη συντήρηση και αποφυγή απρογραμματισμένων αποσυνδέσεων.

3.3 Για την Υγεία του Κύκλου του Ρότορα: Δυναμική Επιτήρηση και Προειδοποίηση

Οι βλάβες στον κύκλο του ρότορα, ειδικά οι ανοιχτές περιστρεφόμενες διόδους, είναι κοινές κρυμμένες απειλές. Αυτή η λύση μετατρέπει την "προστασία μετά τη βλάβη" σε "προειδοποίηση πριν τη βλάβη" μέσω πραγματικού χρόνου επιτήρησης.

• ​Τεχνικές Αρχές:
• Υψηλής συχνότητας μετατροπείς ροής (CTs) ή ειδικά μόντουλα επιτήρησης εγκαταστάνται στα σλάινγκ ρίνγκ για τη συλλογή πραγματικού χρόνου μορφών ροής ενθάρρυνσης.
• Ενσωματωμένοι αλγόριθμοι εκτελούν γρήγορη μετατροπή Fourier (FFT) αρμονικής ανάλυσης της ροής.
• Οι ανοιχτές περιστρεφόμενες διόδους προκαλούν σοβαρή διαστροφή της μορφής ροής ενθάρρυνσης, αυξάνοντας σημαντικά τις χαρακτηριστικές αρμονικές (π.χ. την πέμπτη αρμονική).
• ​Πλεονεκτήματα Απόδοσης:
• Προειδοποίηση: Εκδίδει προειδοποιήσεις βάσει της υπερβολής των ορίων αρμονικών (π.χ. η πέμπτη αρμονική υπερβαίνει το 8%), προκαλώντας ελέγχους συντήρησης της περιστρεφόμενης μοντουλαρικής γέφυρας πριν από την εμφάνιση βλάβης.
• Πρόληψη Εξάπλωσης: Οι εγκαίριες προειδοποιήσεις προλαμβάνουν την εξάπλωση, προστατεύοντας από βλάβες μόνωσης λόγω απώλειας ροής ενθάρρυνσης και υπερθέρμανσης του ρότορα.
• Προστασία Βάσει Συνθήκης: Παρέχει κρίσιμα δεδομένα για προγνωστική συντήρηση.

4. Σύνοψη και Αξία

Αυτή η λύση προστασίας με βάση μικροεπεξεργαστή ενσωματώνει προηγμένη τεχνολογία αισθητήρων, αλγόριθμους επεξεργασίας σήματος και πολυκριτηριακή νοηματική λήψη αποφάσεων για την αντιμετώπιση των παραδοσιακών πόνων στην προστασία των γεννητήρων:

• Εξαλείφει τα τυφλά σημεία προστασίας, επιτυγχάνοντας 100% κάλυψη για κατάκορτες μεταξύ τροχίων και βλάβες σύνδεσης με το έδαφος.
• Μετατρέπει την προστασία μετά τη βλάβη σε προειδοποίηση πριν τη βλάβη, αποτελεσματικά προλαμβάνοντας βλάβες μέσω δυναμικής επιτήρησης του ρότορα.
• Επιβεβαιωμένη από πραγματικές περιπτώσεις, η λύση παρέχει υψηλή ευαισθησία, ταχύτητα και αξιοπιστία, πληρούντας τις απαιτήσεις ασφάλειας για μεγάλους και υπερμεγάλους γεννητήρες (500MW και πάνω).