Laaja Mikroprosessoripohjainen Suojalaitos Isoille Generaattoreille

1. Yleiskatsaus

Kun sähköjärjestelmät kehittyvät suurempiin parametreihin, kapasiteetteihin ja monimutkaisiin verkkostruktuureihin, tuotantoyksiköiden turvallinen ja vakaa toiminta on kriittistä koko verkon luotettavuuden kannalta. Perinteiset suojalaitteet kohtaavat haasteita, kuten sokeat alueet ja riittämätön herkkyys, kun käsitellään monimutkaisia sisäisiä generaattorivikoja. Tämä ratkaisu hyödyntää edistynyttä mikroprosessoripohjaista suojateknologiaa, joka yhdistää useita tietolähteitä ja älykkäitä algoritmeja tarjotakseen nopeän, luotettavan ja kattavan suojajärjestelmän suurille generaattoreille (esimerkiksi lämpövoima-, ydin- ja vesivoima-units). Tavoitteena on täysin poistaa suojan sokeat alueet ja varmistaa sähköntuotannon aktiviteettien turvallisuus.

2. Ytimen haasteet

Suurilla generaattoreilla on useita sisäisiä vika-uhkia toiminnassa, mukaan lukien:

• ​Statoripyhävikoja: vaihe-vaihe-pistoke, välinen pistoke ja maapistoke. Välinen pistoke erityisesti osoittaa alhaisen alkuperäisen vikasähkövirran, mikä tekee niiden havaitsemisesta vaikeaksi perinteisillä transversaalidifferentiaalisilla suojeilla sokeiden alueiden vuoksi.
• ​Rotoripyhävikoja: yksipistepistoke, kaksipistepistoke ja virityskierrossa olevat avoimet tai pistokesireitit. Vaikka yksipistepistoke voi sallia jatkuvan toiminnan, sen eteneminen kaksipistepistokkeeksi voi aiheuttaa magnetisen epätasapainon ja vakavan yksikön värähtelyn.
• ​Poikkeavat toimintatilat: käänteinen voima, virityksen menetyminen, liian suuri viritys, ylikirjasto ja taajuuden epätavallisuudet. Vaikka nämä eivät ole välittömiä vikoja, ne voivat vakavasti vahingoittaa generaattoria tai uhata verkon vakautta.

3. Yksityiskohtainen ratkaisu

Mikroprosessoripohjainen suojaratkaisumme hyödyntää hierarkista hajautettua arkkitehtuuria. Ydinsuojarelay yhdistää vankan laitteenkäsittelyalustan ja kypsyneet suojialgoritmit, kuten alla selitetään:

3.1 Statorin väliselle pistokesireitille: Moniperusteinen yhdistetty suoja

Jotta vastattaisiin perinteisten transversaalidifferentiaalisten suojausten heikkoon herkkyysasteeseen saman vaiheen väliselle pistokesireitille, tämä ratkaisu käyttää moniperusteista yhdistettyä päätös­algoritmia, mikä parantaa huomattavasti havaitsemisen luotettavuutta ja herkkyysastetta.

• ​Tekniset periaatteet:
• Negatiivisen järjestyksen tehonsuuntaperuste: Seuraa negatiivista järjestystä koskevaa virtaa ja jännitettä generaattorin päätepisteissä laskentaan negatiivisen järjestyksen tehon suuntaa. Sisäiset epätasapainoiset vikat (esimerkiksi väliset pistokesireitit) luo negatiivisen järjestyksen lähteen, jonka tehonsuunta virtaa generaattorista järjestelmään, mikä mahdollistaa tarkan sisäisen vikan havaitsemisen.
• Kolmannen harmonisen jännitteen muutoksen peruste: Seuraa neutraalin ja päätepisteen kolmannen harmonisen jännitteen amplitudisuhteen ja vaiheeroon. Väliset pistokesireitit häiritsevät kolmannen harmonisen jännitteen luonnollista jakautumismallia, mihin tämä peruste on erittäin herkkä.
• Neutraalin pisteen siirtymäjännitteen peruste: Toimii apuna lisätäkseen luotettavuutta.
• ​Suorituskykyedut:
• Korkea herkkyys: Kykenee havaitsemaan pieniä välisiä pistokesireittejä aina 0,5% asti.
• Nopea toiminta: Koko toiminta-aika alle 20 ms, mikä rajoittaa huomattavasti vikan aiheuttamaa vahinkoa.
• Korkea luotettavuus: Useat perusteet toimivat yhdessä tai rinnakkain estääkseen väärän toiminnan ja välttääkseen toimimatta jäämisen.
• ​Tapauskuvailu: Kun 500 MW:n hiilivoiman generaattoriin otettiin käyttöön, ratkaisu saavutti 98 %:n herkkyysasteen väliselle pistokesireitille, mikä onnistui estämään merkittäviä palovammat onnettomuudet pienistä eristyshäiriöistä johtuen.

3.2 100 % statorin maapistokesireitinsuojalle: Kaksitekniikan yhdistetty paikannus

Perinteinen perusjärjestön nolla-järjestyksen jännitesuoja osoittaa sokeita alueita neutraalin pisteen lähellä. Tämä ratkaisu yhdistää kaksi kypsyneitä teknologioita saavuttaakseen 100 % suojakattavuuden päätepisteistä neutraaliin pisteeseen.

• ​Tekniset periaatteet:
• Perinteinen alue (85–95 %): Käyttää kolmannen harmonisen jännitteen suhteen menetelmää suojatakseen suurimman osan statorin pyhästä neutraalin pisteen suuntaan päätepisteisiin.
• Sokean alueen korvaus (lähellä neutraalin pistettä, 5–15 %): Hyödyntää injektio-perustavaa statorin maapistokesireitin suojaa. Matalta taajuudelta (20 Hz tai 12,5 Hz) jännitteen signaali injisoitetaan rotorin piiriin, ja injektiovirtauksen muutoksia seurataan tarkasti laskentaan erityishäiriöresistanssia ja vikan sijaintia, mikä poistaa kokonaan sokeat alueet neutraalin pisteen läheltä.
• ​Suorituskykyedut:
• 100 % kattavuus: Ei sokeita alueita, mikä takaa täyden statorin pyhänsuojan.
• Tarkka paikannus: Tarkasti paikannetaan maapistokesireitin sijainti kohdennettujen huollon tarpeisiin.
• ​Tapauskuvailu: Ydinvoimalassa ratkaisu onnistui paikantamaan maapistokesireitin vain 3 %:n päässä neutraalin pistettä, alle 1 %:n virheellisyydellä, mikä mahdollisti suunnitellun huollon ja vältti suunnitelmattomia keskeytyksiä.

3.3 Rotorin piirin terveydelle: Dynaaminen valvonta ja ennakkovaroitus

Rotorin piiriviat, erityisesti avoin roikkuvat diodit, ovat yleisiä piilotettuja vaaroja. Tämä ratkaisu siirtyy "jälki-vikasuojasta" "ennen-vikavaroitukseen" reaaliaikaisella valvonnalla.

• ​Tekniset periaatteet:
• Korkean taajuuden virtamuuntimet (CT) tai erityiset valvontamoduulit asennetaan slip-rengeihin kerätäkseen reaaliaikaisia viritysvirtauksia.
• Built-in algoritmit suorittavat nopean Fourier-muunnoksen (FFT) harmonianalyysin viritysvirtaukselle.
• Avoin roikkuvat diodit aiheuttavat huomattavan vääristymän viritysvirtauksen aallonmuodossa, mikä lisää merkittävästi ominaisharmonioita (esimerkiksi viides harmoninen).
• ​Suorituskykyedut:
• Ennakkovaroitus: Lähetetään varoituksia harmonioiden määrän ylittäessä kynnyksensä (esimerkiksi viides harmoninen ylittää 8 %), mikä kannustaa ylläpitotoimenpiteisiin roikkuvan suoran kytkentäsiltaan ennen vikojen ilmettyä.
• Vahingon leviämisen ehkäisy: Ajoitettu varoitus estää vakavia onnettomuuksia, kuten erityishäiriötä aiheuttava viritysvirtauksen menetys ja rotorin ylikuumeneminen.
• Olosuhteisiin perustuva ylläpito: Tarjoaa kriittistä dataa ennakoivalle ylläpidolle.

4. Yhteenveto ja arvo

Tämä mikroprosessoripohjainen suojaratkaisu yhdistää edistyneitä anturiteknologioita, signaalinkäsittelyalgoritmeja ja moniperusteisia älykkäitä päätös­mekanismeja vastatakseen perinteisiin generaattorisuojan kipupisteisiin:

• Poistaa suojan sokeat alueet, saavuttaen 100 % kattavuuden statorin väliselle pistokesireitille ja maapistokesireitteille.
• Muuttaa jälki-vikasuojan ennen-vikavaroitukseksi, mikä tehokkaasti estää vikoja dynaamisella rotori­valvonnalla.
• Todistettu todellisissa tapauksissa, ratkaisu tarjoaa korkean herkkyysasteen, nopeuden ja luotettavuuden, vastaten turvallisuusvaatimuksia suurille ja jättiläisgeneraattoreille (500 MW ja yli).