Komprehensibong Solusyon sa Proteksyon Batay sa Microprocessor para sa mga Malalaking Generator

1. Buod

Sa pag-unlad ng mga sistema ng kuryente patungo sa mas mataas na parametro, mas malaking kapasidad, at mas komplikadong istraktura ng grid, ang ligtas at matatag na operasyon ng mga yunit ng pag-generate ay mahalaga para sa kabuuang reliabilidad ng grid. Ang mga tradisyonal na relay protection device ay may mga hamon tulad ng blind zones at hindi sapat na sensitibidad sa pagtugon sa mga komplikadong internal generator faults. Ang solusyon na ito ay gumagamit ng napakabagong microprocessor-based protection technology, nagbibigay ng mabilis, maasahan, at komprehensibong sistema ng proteksyon para sa mga malalaking generator (halimbawa, thermal, nuclear, at hydroelectric units). Layunin nito na buwisan ng balat ang mga blind spots sa proteksyon at tiyakin ang seguridad ng mga asset sa pag-generate ng kuryente.

2. Puso ng mga Hamon

Ang mga malalaking generator ay nakaharap sa maraming banta ng internal fault habang nakapag-operasyon, kasama:

• ​Mga Fault sa Stator Winding: Phase-to-phase short circuits, inter-turn short circuits, at ground faults. Lalo na ang inter-turn short circuits, na nagpapakita ng mababang initial fault currents, ginagawang mahirap silang detekto gamit ang traditional transverse differential protection dahil sa inherent na blind zones.
• ​Mga Fault sa Rotor Circuit: Single-point ground faults, double-point ground faults, at open o short circuits sa excitation circuit. Habang maaaring magpatuloy ang operasyon sa single-point ground fault, ang pag-usbong nito sa double-point ground fault ay maaaring magdulot ng magnetic asymmetry at malubhang pagkakalindog ng unit.
• ​Abnormal na Mga Kondisyon ng Operasyon: Reverse power, loss of excitation, over-excitation, overvoltage, at frequency abnormalities. Bagama't hindi ito mga instant fault, ang mga kondisyong ito ay maaaring makasira ng malubha ang generator o maging banta sa estabilidad ng grid.

3. Detalyadong Solusyon

Ang aming microprocessor-based protection solution ay sumusunod sa isang hierarchical distributed architecture. Ang core protection relay ay nagbibigay ng robust hardware processing platform na may mature protection algorithms, bilang detalyado sa ibaba:

3.1 Para sa Inter-Turn Short Circuits ng Stator: Multi-Criteria Composite Protection

Upang tugunan ang insensitivity ng traditional transverse differential protection sa inter-turn short circuits sa parehong phase, ang solusyon na ito ay gumagamit ng multi-criteria fusion decision algorithm, na lubos na nagpapataas ng detection reliability at sensitivity.

• ​Teknikal na Prinsipyo:
• Negative-Sequence Power Direction Criterion: Monitors negative-sequence current at voltage sa mga terminal ng generator upang kalkulahin ang direksyon ng negative-sequence power. Ang internal asymmetric faults (halimbawa, inter-turn short circuits) ay naggagawa ng negative-sequence source, na ang direksyon ng power ay nagmumula sa generator papunta sa sistema, nagbibigay ng accurate internal fault detection.
• Third Harmonic Voltage Variation Criterion: Tracks ang ratio ng amplitude at phase difference sa pagitan ng neutral at terminal third harmonic voltages. Ang inter-turn short circuits ay nagdidisturbo sa inherent na distribution pattern ng third harmonic voltages, kung saan ang criterion na ito ay napakasensitive.
• Neutral Point Displacement Voltage Criterion: Tumutulong bilang auxiliary enhancement upang mapataas ang reliability.
• ​Pagkakaiba-iba sa Performance:
• High Sensitivity: Kayang detektuhin ang minor inter-turn short circuits hanggang 0.5%.
• Rapid Operation: Full operation time under 20 ms, na limitado ang damage sa fault.
• High Reliability: Multiple criteria interlock o operate in parallel upang iwasan ang maloperation at failure to operate.
• ​Case Study: Pagkatapos ng implementation sa 500MW coal-fired generator, ang solusyon ay nagtagumpay na nakuha ang 98% sensitivity sa pag-detect ng inter-turn short circuits, na matagumpay na pinrevented ang major burn-out accidents dahil sa minor insulation defects.

3.2 Para sa 100% Stator Ground Fault Protection: Dual-Technology Fusion Positioning

Ang traditional fundamental zero-sequence voltage protection ay nagpapakita ng blind zones malapit sa neutral point. Ang solusyon na ito ay naglalayong makamit ang 100% coverage mula sa mga terminal hanggang sa neutral point sa pamamagitan ng pagsasama ng dalawang mature technologies.

• ​Teknikal na Prinsipyo:
• Conventional Zone (85–95%): Gumagamit ng third harmonic voltage ratio method upang protektahan ang karamihan ng stator winding mula sa neutral point papunta sa mga terminal.
• Blind Zone Compensation (Near Neutral Point, 5–15%): Gumagamit ng injection-based stator ground fault protection. Isinasalang low-frequency (20Hz or 12.5Hz) voltage signal sa rotor circuit, at ang mga pagbabago sa injection current ay ino-monitor upang accurately calculate ang insulation resistance at fault location, completely eliminating blind zones near the neutral point.
• ​Pagkakaiba-iba sa Performance:
• 100% Coverage: Walang blind zones, ensuring full stator winding protection.
• Precise Localization: Accurately pinpoints ground fault locations para sa targeted maintenance.
• ​Case Study: Sa isang nuclear power plant, ang solusyon ay matagumpay na nakalocate ang ground fault na lang 3% mula sa neutral point, na may error na less than 1%, enabling planned maintenance at avoiding unplanned outages.

3.3 Para sa Kalusugan ng Rotor Circuit: Dynamic Monitoring at Early Warning

Ang mga rotor circuit faults, lalo na ang open rotating diodes, ay karaniwang hidden dangers. Ang solusyon na ito ay lumilipat mula sa "post-fault protection" patungo sa "pre-fault warning" sa pamamagitan ng real-time monitoring.

• ​Teknikal na Prinsipyo:
• High-frequency current transformers (CTs) o dedicated monitoring modules na ininstall sa slip rings ay nagsasaliksik ng real-time excitation current waveforms.
• Built-in algorithms na nagpapatakbo ng Fast Fourier Transform (FFT) harmonic analysis sa current.
• Ang open rotating diodes ay nagdudulot ng severe distortion sa excitation current waveform, significantly increasing characteristic harmonics (halimbawa, ang fifth harmonic).
• ​Pagkakaiba-iba sa Performance:
• Early Warning: Nag-iissue ng alerts batay sa harmonic content na lumampas sa threshold (halimbawa, fifth harmonic na lumampas sa 8%), prompting maintenance checks sa rotating rectifier bridge bago mangyari ang fault.
• Prevention of Escalation: Timely warnings na nagpaprevent ng malicious accidents tulad ng insulation damage dahil sa excitation current loss at rotor overheating.
• Condition-Based Maintenance: Nagbibigay ng critical data para sa predictive maintenance.

4. Buod at Value

Ang microprocessor-based protection solution na ito ay nagbibigay ng advanced sensing technology, signal processing algorithms, at multi-criteria intelligent decision-making upang tugunan ang mga traditional pain points sa generator protection:

• Eliminates protection blind zones, achieving 100% coverage for stator inter-turn short circuits and ground faults.
• Transforms post-fault protection into pre-fault warning, effectively preventing faults through dynamic rotor monitoring.
• Validated by real-world cases, the solution offers high sensitivity, speed, and reliability, meeting the safety requirements of large and mega generators (500MW and above).