S cjelovitom mikroprocesorskim sustavom zaštite za velike generator

1. Pregled

S obzirom na evoluciju električnih sustava prema većim parametrima, većim kapacitetima i složenijim mrežnim strukturama, sigurno i stabilno funkcioniranje generatora ključno je za opću pouzdanost mreže. Tradicionalni uređaji za reljefnu zaštitu suočavaju se s izazovima poput slijepih zona i nedostatka osjetljivosti prilikom suzbijanja složenih unutarnjih grešaka generatora. Ova rješenja koriste napredne tehnologije zaštitne mikroprocesorske zaštite, integrirajući višeizvorne informacije i inteligentne algoritme kako bi osigurali brzu, pouzdanu i sveobuhvatnu zaštitu za velike generatore (npr. termoelektrane, nuklearne i hidroelektrane). Cilj je potpuno ukloniti slijepa mjesta zaštite i osigurati sigurnost resursa proizvodnje energije.

2. Ključni Izazovi

Veliki generatori tijekom rada suočavaju se s mnogostrukim unutarnjim prijetnjama grešaka, uključujući:

• ​Greške statora: faza-faza kratak spoj, međuvitkovni kratak spoj i zemljni spoj. Međuvitkovni kratki spojevi posebno pokazuju niske početne struje greške, što ih čini teškim za otkrivanje tradicionalnom transverzalnom diferencijalnom zaštitom zbog svojih slijepih zona.
• ​Greške rotor sklopova: jednotočkovni zemljni spoj, dvotočkovni zemljni spoj i otvoreni ili kratki spojevi u navodnom sklopu. Iako jednotočkovni zemljni spoj može dopustiti nastavak rada, njegov napredak u dvotočkovni zemljni spoj može uzrokovati magnetsku asimetriju i ozbiljnu vibraciju agregata.
• ​Nestandardne radne uvjete: obrnuti snaga, gubitak navoda, prenavod, prenapon i anomalije u frekvenciji. Iako se ne radi o trenutnim greškama, ovi uvjeti mogu ozbiljno oštetiti generator ili prijetiti stabilnosti mreže.

3. Detaljna Rješenja

Naše mikroprocesorsko rješenje za zaštitu temelji se na hijerarhijskoj distribuiranoj arhitekturi. Glavni relé za zaštitu integira robustnu hardversku platformu za obradu s dozrijele algoritmi zaštitne obrade, kao što je detaljno opisano u nastavku:

3.1 Za međuvitkovne kratke spojeve statora: Višekriterijska kombinirana zaštita

Za rješavanje nesenzibilnosti tradicionalne transverzalne diferencijalne zaštite na međuvitkovne kratke spojeve unutar iste faze, ovo rješenje koristi višekriterijski algoritam za donošenje odluka, znatno poboljšavajući pouzdanost i osjetljivost detekcije.

• ​Tehnički principi:
• Kriterij smjera negativne sekvence snage: Praćenje negativne sekvence struje i napona na terminalima generatora radi izračuna smjera negativne sekvence snage. Unutarnje asimetrične greške (npr. međuvitkovni kratki spojevi) generiraju izvor negativne sekvence, s smjerom snage koji teče od generatora prema sustavu, omogućujući točno otkrivanje unutarnjih grešaka.
• Kriterij varijacije treće harmonične napona: Praćenje omjera amplituda i razlike u fazama između neutralne i terminalne treće harmonične napona. Međuvitkovni kratki spojevi ruši intrinsični raspored treće harmonične napona, na što ovaj kriterij vrlo osjetljivo reagira.
• Kriterij pomaka napona neutralne točke: Služi kao pomoćno jačanje za poboljšanje pouzdanosti.
• ​Prednosti u performansama:
• Visoka osjetljivost: Sposobnost otkrivanja manjih međuvitkovnih krataka spojeva do 0,5%.
• Brza operacija: Potpuno vrijeme operacije ispod 20 ms, značajno ograničavajući oštećenje greškom.
• Visoka pouzdanost: Višekriterijski interlok ili paralelna operacija spriječava pogrešnu operaciju i izbjegava propus.
• ​Slučajevi studija: Nakon implementacije u 500MW ugljenog generatora, rješenje postiglo je 98% osjetljivosti u otkrivanju međuvitkovnih krataka spojeva, uspješno sprečavajući velike ogorjelične nesreće uzrokovane manjim defektima izolacije.

3.2 Za 100% zaštitu statora od zemljnih spojeva: Dvostruko-tehnološko pozicioniranje

Tradicionalna fundamentalna nultosekvencijska voltaza zaštita pokazuje slijepa mjesta blizu neutralne točke. Ovo rješenje kombinira dvije dozrijele tehnologije kako bi dostiglo 100% pokrivenost od terminala do neutralne točke.

• ​Tehnički principi:
• Standardna zona (85–95%): Koristi metodu omjera treće harmonične napona za zaštitu većine statora od neutralne točke prema terminalima.
• Kompensacija slijepih mjesta (blizu neutralne točke, 5–15%): Koristi injekcijsku zaštitu od zemljnih spojeva statora. Niskofrekventni (20Hz ili 12,5Hz) signal napona injicira se u rotor sklop, a promjene u injekcijskoj striji praćene su kako bi se točno izračunala otpornost izolacije i lokacija greške, potpuno eliminirajući slijepa mjesta blizu neutralne točke.
• ​Prednosti u performansama:
• 100% pokrivenost: Bez slijepih mjesta, osiguravajući potpunu zaštitu statora.
• Točno pozicioniranje: Točno lokira lokacije zemljnih spojeva za ciljanu održavaju.
• ​Slučajevi studija: U nuklearnoj elektranji, rješenje uspješno lokiralo je zemljni spoj samo 3% od neutralne točke, s manje od 1% greške, omogućujući planirano održavanje i izbjegavanje nepredviđenih prekida.

3.3 Za zdravlje rotor sklopova: Dinamičko praćenje i rani upozori

Greške u rotor sklopovima, posebno otvoreni rotirajući dijodi, su uobičajeni skriveni opasnosti. Ovo rješenje prelazi s "zaštite nakon greške" na "ranu upozoru" putem stvarnog vremena praćenja.

• ​Tehnički principi:
• Visokofrekventni transformatori struje (CT-ovi) ili specijalni moduli za praćenje instalirani na klizeće prstenove prikupljaju stvarne vremenske valove navodne struje.
• Ugrađeni algoritmi provode analizu harmonika FFT-a na struju.
• Otvoreni rotirajući dijodi uzrokuju ozbiljnu distorziju vala navodne struje, značajno povećavajući karakteristične harmonike (npr. petu harmoniku).
• ​Prednosti u performansama:
• Rani upozori: Izdaje upozore na temelju sadržaja harmonika koji prelaze granice (npr. peta harmonika prelazi 8%), podsticući kontrole održavanja rotacijskog mosta dijoda prije pojavljivanja grešaka.
• Sprečavanje eskalacije: Timely warnings prevent severe accidents such as insulation damage due to excitation current loss and rotor overheating.
• Condition-Based Maintenance: Provides critical data for predictive maintenance.

4. Sažetak i Vrijednost

Ovo mikroprocesorsko rješenje za zaštitu integrira napredne senzorske tehnologije, algoritme obrade signala i višekriterijsko inteligentno donošenje odluka kako bi riješilo tradicionalne bolne točke zaštite generatora:

• Eliminira slijepa mjesta zaštite, ostvarujući 100% pokrivenost za međuvitkovne krakte spojeve i zemljne spojeve statora.
• Transformira zaštitu nakon greške u ranu upozoru, efikasno sprečavajući greške putem dinamičkog praćenja rotora.
• Validirano stvarnim slučajevima, rješenje nudi visoku osjetljivost, brzinu i pouzdanost, zadovoljavajući zahtjeve za sigurnošću velikih i velikih generatora (500MW i više).