پاسخ جامع مبتنی بر میکروپروسسور برای حفاظت از ژنراتورهای بزرگ
- نظرة عامة
با تکامل سیستم‌های برق به سمت پارامترهای بالاتر، ظرفیت‌های بزرگتر و ساختارهای شبکه پیچیده‌تر، عملکرد ایمن و پایدار یونیتهای تولید کننده برای قابلیت اطمینان کلی شبکه حیاتی است. دستگاه‌های محافظ رله‌ای سنتی با چالش‌هایی مانند مناطق ناپوشاندنی و حساسیت ناکافی در مواجهه با خطاها پیچیده داخلی ژنراتور مواجه هستند. این راه‌حل از فناوری محافظی مبتنی بر میکروپروسسور پیشرفته استفاده می‌کند، اطلاعات چند منبعی و الگوریتم‌های هوشمند را یکپارچه می‌سازد تا سیستم محافظی سریع، قابل اعتماد و جامع برای ژنراتورهای بزرگ (مانند یونیتهای حرارتی، هسته‌ای و آبی) ارائه دهد. هدف آن کاملاً حذف مناطق ناپوشاندنی محافظ و اطمینان از امنیت دارایی‌های تولید برق است.
- چالش‌های اصلی
ژنراتورهای بزرگ در طول عملکرد با تهدیدات متعدد خطا داخلی مواجه هستند، از جمله:
- خطاهای پیچه‌بندی استاتور: کوتاه شدن فاز به فاز، کوتاه شدن لپ به لپ و خطاهای زمینی. به ویژه کوتاه شدن لپ به لپ، با جریان اولیه خطا کم، باعث می‌شود که شناسایی آن با محافظ تفاضلی عرضی سنتی به دلیل مناطق ناپوشاندنی ذاتی دشوار باشد.
- خطاهای مدار روتور: خطاهای زمینی نقطه‌ای، خطاهای زمینی دو نقطه‌ای و کوتاه یا باز شدن مدار تحریک. اگرچه خطای زمینی نقطه‌ای ممکن است اجازه عملکرد ادامه‌دار را بدهد، اما تبدیل آن به خطای زمینی دو نقطه‌ای می‌تواند باعث نامتقارنی مغناطیسی و لرزش شدید یونیت شود.
- شرایط عملکرد غیرطبیعی: توان معکوس، از دست دادن تحریک، تحریک بیش از حد، ولتاژ بیش از حد و ناهماهنگی فرکانس. اگرچه این شرایط خطاهاي فوری نیستند، اما می‌توانند به طور جدی ژنراتور را خراب کنند یا ثبات شبکه را تهدید کنند.
- راه‌حل دقیق
راه‌حل محافظی مبتنی بر میکروپروسسور ما از یک معماری توزیع شده سلسله مراتبی استفاده می‌کند. رله محافظ اصلی یک پلتفرم پردازش سخت‌افزاری قوی را با الگوریتم‌های محافظ سازگار ماهرانه یکپارچه می‌سازد، به شرح زیر:
۳.۱ برای کوتاه شدن لپ به لپ استاتور: محافظ مرکب چند معیاری
برای حل عدم حساسیت محافظ تفاضلی عرضی سنتی به کوتاه شدن لپ به لپ در یک فاز، این راه‌حل از یک الگوریتم تصمیم‌گیری ترکیبی چند معیاری استفاده می‌کند که قابلیت تشخیص و حساسیت را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.
- اصول فنی:
- معیار جهت توان دنباله‌ای منفی: جریان و ولتاژ دنباله‌ای منفی در انتهای ژنراتور را می‌سنجد تا جهت توان دنباله‌ای منفی را محاسبه کند. خطاهای نامتقارن داخلی (مانند کوتاه شدن لپ به لپ) منبع دنباله‌ای منفی ایجاد می‌کنند که با جهت توان از ژنراتور به سمت سیستم، تشخیص دقیق خطا داخلی را ممکن می‌سازد.
- معیار تغییر ولتاژ هارمونیک سوم: نسبت دامنه و اختلاف فاز بین ولتاژ هارمونیک سوم محاوره و انتهای ژنراتور را ردیابی می‌کند. کوتاه شدن لپ به لپ الگوی توزیع ذاتی ولتاژ هارمونیک سوم را مختل می‌کند که این معیار به آن بسیار حساس است.
- معیار ولتاژ جابجایی نقطه محاوره: به عنوان یک افزودنی کمکی برای بهبود قابلیت اطمینان عمل می‌کند.
- مزایای عملکرد:
- حساسیت بالا: قادر به شناسایی کوتاه شدن لپ به لپ کوچک تا ۰.۵٪ است.
- عملکرد سریع: زمان عملکرد کامل کمتر از ۲۰ میلی‌ثانیه، که به طور قابل توجهی خسارت خطا را محدود می‌کند.
- قابلیت اطمینان بالا: معیارهای متعدد به صورت متقابل یا موازی عمل می‌کنند تا از عملکرد غیرصحیح جلوگیری کرده و از عدم عملکرد پرهیز کنند.
- مطالعه موردی: پس از اجرای راه‌حل در یک ژنراتور حرارتی ۵۰۰ مگاواتی، راه‌حل ۹۸٪ حساسیت در شناسایی کوتاه شدن لپ به لپ داشت و با موفقیت حوادث سوختن بزرگ ناشی از نقص‌های عایق کوچک را پیشگیری کرد.
۳.۲ برای محافظت ۱۰۰٪ خطا زمینی استاتور: ترکیب دو فناوری برای موقعیت‌یابی
محافظ ولتاژ دنباله‌ای صفر سنتی مناطق ناپوشاندنی نزدیک نقطه محاوره دارد. این راه‌حل دو فناوری ماهرانه را ترکیب می‌کند تا پوشش ۱۰۰٪ محافظت را از انتهای ژنراتور تا نقطه محاوره ارائه دهد.
- اصول فنی:
- منطقه معمولی (۸۵-۹۵٪): از روش نسبت ولتاژ هارمونیک سوم برای محافظت از بیشتر پیچه‌بندی استاتور از نقطه محاوره به سمت انتهای ژنراتور استفاده می‌کند.
- جبران مناطق ناپوشاندنی (نزدیک نقطه محاوره، ۵-۱۵٪): از محافظ خطا زمینی استاتور مبتنی بر تزریق استفاده می‌کند. یک سیگنال ولتاژ با فرکانس کم (۲۰ هرتز یا ۱۲.۵ هرتز) به مدار روتور تزریق می‌شود و تغییرات جریان تزریق مورد نظارت قرار می‌گیرد تا مقاومت عایق و موقعیت خطا را با دقت محاسبه کند و مناطق ناپوشاندنی نزدیک نقطه محاوره را کاملاً حذف کند.
- مزایای عملکرد:
- پوشش ۱۰۰٪: بدون مناطق ناپوشاندنی، اطمینان از محافظت کامل پیچه‌بندی استاتور.
- موقعیت‌یابی دقیق: محل خطا زمینی را با دقت تعیین می‌کند تا نگهداری هدفمند انجام شود.
- مطالعه موردی: در یک نیروگاه هسته‌ای، راه‌حل موفقیت‌آمیز بود در یافتن یک خطا زمینی تنها ۳٪ از نقطه محاوره با خطای کمتر از ۱٪، که اجازه نگهداری برنامه‌ریزی شده را می‌داد و از توقف‌های غیرمنتظره جلوگیری می‌کرد.
۳.۳ برای سلامت مدار روتور: نظارت پویا و هشدار اولیه
خطاهای مدار روتور، به ویژه دیودهای چرخان باز، خطرات پنهانی معمولی هستند. این راه‌حل از "محافظت پس از خطا" به "هشدار پیش از خطا" از طریق نظارت زنده تغییر می‌کند.
- اصول فنی:
- تبدیل‌کننده‌های جریان با فرکانس بالا (CTs) یا ماژول‌های نظارتی اختصاصی در حلقه‌های لیز نصب می‌شوند تا نمودارهای جریان تحریک زنده را جمع‌آوری کنند.
- الگوریتم‌های داخلی تحلیل هارمونیک FFT روی جریان انجام می‌دهند.
- دیودهای چرخان باز باعث تحریف شدید نمودار جریان تحریک می‌شوند و هارمونیک‌های مشخص (مانند هارمونیک پنجم) را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند.
- مزایای عملکرد:
- هشدار اولیه: بر اساس محتوای هارمونیکی که از حد تعریف شده (مانند هارمونیک پنجم بیش از ۸٪) بیشتر می‌شود، هشدار می‌دهد و نگهداری پل مستطیلی چرخان را قبل از وقوع خطا تشویق می‌کند.
- جلوگیری از افزایش: هشدارهای به موقع جلوگیری از حوادث بدی مانند آسیب به عایق به دلیل از دست دادن جریان تحریک و گرم شدن بیش از حد روتور را انجام می‌دهد.
- نگهداری بر اساس وضعیت: داده‌های مهمی برای نگهداری پیش‌بینی‌شده ارائه می‌دهد.
- خلاصه و ارزش
این راه‌حل محافظی مبتنی بر میکروپروسسور فناوری‌های حسگری پیشرفته، الگوریتم‌های پردازش سیگنال و تصمیم‌گیری هوشمند چند معیاری را یکپارچه می‌سازد تا نقاط دردناک محافظ ژنراتور سنتی را حل کند:
- حذف مناطق ناپوشاندنی محافظ و دستیابی به پوشش ۱۰۰٪ برای کوتاه شدن لپ به لپ و خطا زمینی استاتور.
- تبدیل محافظت پس از خطا به هشدار پیش از خطا از طریق نظارت پویا بر روتور.
- به تأیید موارد واقعی، راه‌حل حساسیت، سرعت و قابلیت اطمینان بالا را ارائه می‌دهد و نیازهای ایمنی ژنراتورهای بزرگ و بسیار بزرگ (۵۰۰ مگاوات و بالاتر) را برآورده می‌کند.
