پاسخ جامع مبتنی بر میکروپروسسور برای حفاظت از ژنراتورهای بزرگ
- نظربین
با تکامل سیستم‌های برق به پارامترهای بالاتر، ظرفیت‌های بزرگتر و ساختارهای شبکه پیچیده‌تر، عملکرد ایمن و پایدار یکاهای تولید برق کلیدی برای قابلیت اطمینان کلی شبکه است. دستگاه‌های حفاظت معمول با چالش‌هایی مانند نواحی کور و حساسیت ناکافی در مواجهه با خرابی‌های داخلی پیچیده ژنراتورها روبرو هستند. این راه‌حل از فناوری حفاظت مبتنی بر میکروپروسسور پیشرفته استفاده می‌کند، اطلاعات چند منبعی و الگوریتم‌های هوشمند را تلفیق می‌کند تا یک سیستم حفاظتی سریع، قابل اعتماد و جامع برای ژنراتورهای بزرگ (مانند یکاهای حرارتی، هسته‌ای و آبی) ارائه دهد. هدف آن حذف کامل نواحی کور حفاظتی و تضمین امنیت دارایی‌های تولید برق است.
- چالش‌های اصلی
ژنراتورهای بزرگ در طول عملکرد با تهدیدهای متعدد خرابی داخلی مواجه هستند، از جمله:
- خرابی‌های پیچه‌های استاتور: کوتاه‌مداری بین فازها، کوتاه‌مداری بین دورها و خرابی‌های زمینی. به ویژه کوتاه‌مداری بین دورها با جریان خرابی اولیه کم، باعث می‌شود که با حفاظت دیفرانسیل عرضی معمولی به دلیل نواحی کور ذاتی آن مشکل شناسایی شوند.
- خرابی‌های مدار روتور: خرابی‌های زمینی تک نقطه‌ای، خرابی‌های زمینی دو نقطه‌ای و کوتاه یا باز شدن مدار برانگیزش. اگرچه خرابی زمینی تک نقطه‌ای می‌تواند به عملکرد ادامه دهد، اما تبدیل آن به خرابی زمینی دو نقطه‌ای می‌تواند نامتقارنی مغناطیسی و لرزش شدید یکا را ایجاد کند.
- شرایط عملکرد غیرطبیعی: توان معکوس، از دست دادن برانگیزش، برانگیزش اضافی، ولتاژ اضافی و ناهماهنگی فرکانس. اگرچه این شرایط خرابی‌های فوری نیستند، اما می‌توانند به شدت ژنراتور را آسیب ببینند یا ثبات شبکه را تهدید کنند.
- راه‌حل دقیق
راه‌حل حفاظت مبتنی بر میکروپروسسور ما از یک معماری توزیع شده سلسله مراتبی استفاده می‌کند. رله حفاظت اصلی یک پلتفرم پردازش سخت‌افزاری قوی با الگوریتم‌های حفاظتی رسیده به سن را تلفیق می‌کند، به شرح زیر:
۳.۱ برای کوتاه‌مداری بین دورهای استاتور: حفاظت ترکیبی چند معیاری
برای مقابله با عدم حساسیت حفاظت دیفرانسیل عرضی معمولی به کوتاه‌مداری بین دورهای فاز یکسان، این راه‌حل از یک الگوریتم تصمیم‌گیری ترکیبی چند معیاری استفاده می‌کند که قابلیت تشخیص را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
- اصول فنی:
- معیار جهت توان سیکلوئیدی منفی: جریان و ولتاژ سیکلوئیدی منفی در انتهای ژنراتور را می‌سنجد تا جهت توان سیکلوئیدی منفی را محاسبه کند. خرابی‌های نامتقارن داخلی (مانند کوتاه‌مداری بین دورها) منبع سیکلوئیدی منفی ایجاد می‌کنند، با جهت توان از ژنراتور به سمت سیستم، که تشخیص دقیق خرابی داخلی را امکان‌پذیر می‌کند.
- معیار تغییر ولتاژ هارمونیک سوم: نسبت دامنه و اختلاف فاز بین ولتاژ هارمونیک سوم نوک و انتهایی را ردیابی می‌کند. کوتاه‌مداری بین دورها الگوی توزیع ذاتی ولتاژ هارمونیک سوم را مختل می‌کند، که این معیار به آن بسیار حساس است.
- معیار ولتاژ جابجایی شده نقطه مرکزی: به عنوان یک تقویت کننده کمکی برای افزایش قابلیت اطمینان عمل می‌کند.
- مزایای عملکرد:
- حساسیت بالا: قادر به تشخیص کوتاه‌مداری بین دورهای کوچک تا ۰.۵٪ است.
- عملکرد سریع: زمان کامل عملکرد کمتر از ۲۰ میلی‌ثانیه، که به طور قابل توجهی آسیب خرابی را محدود می‌کند.
- قابلیت اطمینان بالا: معیارهای چندگانه به صورت متقابل یا موازی عمل می‌کنند تا از عملکرد نادرست جلوگیری کرده و از عدم عملکرد پرهیز کنند.
- مطالعه موردی: پس از اجرای این راه‌حل در یک ژنراتور حرارتی ۵۰۰ مگاواتی، حساسیت ۹۸٪ در تشخیص کوتاه‌مداری بین دورها به دست آمد و با موفقیت حوادث سوختن بزرگ ناشی از نقص‌های عایق کوچک جلوگیری شد.
۳.۲ برای حفاظت ۱۰۰٪ از خرابی زمینی استاتور: ترکیب دو فناوری موقعیت یابی
حفاظت ولتاژ صفر سیکلوئیدی بنیادی معمولی نواحی کور نزدیک به نقطه مرکزی دارد. این راه‌حل دو فناوری رسیده به سن را ترکیب می‌کند تا پوشش ۱۰۰٪ از انتهایی تا نقطه مرکزی را ارائه دهد.
- اصول فنی:
- ناحیه معمولی (۸۵-۹۵٪): از روش نسبت ولتاژ هارمونیک سوم برای حفاظت از بیشتر پیچه‌های استاتور از نقطه مرکزی به سمت انتهایی استفاده می‌کند.
- جبران ناحیه کور (نزدیک به نقطه مرکزی، ۵-۱۵٪): از حفاظت 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 در جریان تزریق مورد نظارت قرار می‌گیرد تا مقاومت عایق و محل خرابی را به طور دقیق محاسبه کند و نواحی کور نزدیک به نقطه مرکزی را به طور کامل حذف کند.
- مزایای عملکرد:
- پوشش ۱۰۰٪: بدون ناحیه کور، اطمینان از حفاظت کامل پیچه‌های استاتور.
- موقعیت یابی دقیق: محل خرابی زمینی را به طور دقیق تعیین می‌کند تا نگهداری هدفمند انجام شود.
- مطالعه موردی: در یک نیروگاه هسته‌ای، این راه‌حل با خطای کمتر از ۱٪ یک خرابی زمینی را در تنها ۳٪ از نقطه مرکزی مکان‌یابی کرد و اجازه نگهداری برنامه‌ریزی شده را داد و از خاموشی‌های غیرمنتظره جلوگیری کرد.
۳.۳ برای سلامت مدار روتور: نظارت پویا و هشدار زودرس
خرابی‌های مدار روتور، به ویژه دیودهای چرخان باز، خطرات پنهانی رایج هستند. این راه‌حل از "حفاظت پس از خرابی" به "هشدار قبل از خرابی" انتقال می‌یابد از طریق نظارت زنده.
- اصول فنی:
- جهت‌سنج‌های جریان با فرکانس بالا (CTs) یا ماژول‌های نظارتی اختصاصی در حلقه‌های لیز نصب شده و موج‌های جریان برانگیزش را به صورت زنده جمع‌آوری می‌کنند.
- الگوریتم‌های داخلی تجزیه هارمونیک سریع (FFT) روی جریان انجام می‌دهند.
- دیودهای چرخان باز باعث تحریف شدید موج جریان برانگیزش می‌شوند و هارمونیک‌های مشخص (مانند هارمونیک پنجم) را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند.
- مزایای عملکرد:
- هشدار زودرس: بر اساس محتوای هارمونیکی که حد آستانه را تجاوز می‌کند (مانند هارمونیک پنجم که بیش از ۸٪ است)، هشدارها صادر می‌شوند و نگهداری بر روی پل مستطیلی چرخان قبل از وقوع خرابی توصیه می‌شود.
- جلوگیری از افزایش: هشدارهای به موقع جلوگیری از حوادث شدید مانند آسیب به عایق به دلیل از دست دادن جریان برانگیزش و گرم شدن روتور را امکان‌پذیر می‌کند.
- نگهداری بر اساس وضعیت: داده‌های کلیدی برای نگهداری پیش‌بینی شده ارائه می‌دهد.
- خلاصه و ارزش
این راه‌حل حفاظت مبتنی بر میکروپروسسور از فناوری‌های حسگری پیشرفته، الگوریتم‌های پردازش سیگنال و تصمیم‌گیری هوشمند چند معیاری استفاده می‌کند تا نقاط دردناک معمولی حفاظت ژنراتور را حل کند:
- حذف نواحی کور حفاظتی و دستیابی به پوشش ۱۰۰٪ برای کوتاه‌مداری بین دورهای استاتور و خرابی‌های زمینی.
- تبدیل حفاظت پس از خرابی به هشدار قبل از خرابی از طریق نظارت پویای روتور.
- با تأیید موارد واقعی، این راه‌حل حساسیت، سرعت و قابلیت اطمینان بالا را ارائه می‌دهد و نیازهای ایمنی ژنراتورهای بزرگ و فوق بزرگ (۵۰۰ مگاوات و بالاتر) را برآورده می‌کند.
