Teljes Mikroprocesszor-alapú Védelmi Megoldás Nagy Gépeltárgépekhez

1. Áttekintés

Az energiarendszerek fejlődése magasabb paraméterek, nagyobb kapacitások és összetettebb hálózati struktúrák irányába történik. A generátorok biztonságos és stabil működése létfontosságú a hálózat teljes megbízhatóságának fenntartása szempontjából. A hagyományos relévédelmi eszközök komplex belső generátorgöröghelyzetekkel szemben találkoznak olyan kihívásokkal, mint a vakzónák és a nem megfelelő érzékenység. Ez a megoldás kihasználja az általánosított mikroprocesszor-alapú védelmi technológiát, integrálva többszörös forrású információkat és intelligens algoritmusokat, hogy gyors, megbízható és átfogó védelmi rendszert nyújtson a nagy generátorok (pl. sütő-, nukleáris- és vízerőműegységek) számára. Célja a védelmi vakzónák teljes kiküszöbölése és a termelési vagyon biztonságának garantálása.

2. Központi Kihívások

A nagy generátorok működése során több belső göröghelyzettel is szembesülnek, beleértve:

• ​Stator csomófolyam Göröghelyzetek: Fázis-közti rövidzárt, vonal-közti rövidzárt, és földhuzamos göröghelyzet. A vonal-közti rövidzártok különösen kevés kezdeti görögáramot mutatnak, ami miatt a hagyományos transzverz differenciális védelemnek sajátos vakzónái vannak.
• ​Rotor kör Göröghelyzetek: Egy pontbeli földhuzamos göröghelyzet, két pontbeli földhuzamos göröghelyzet, és izgalék körben lévő nyitott vagy rövidzárt körök. Bár egy pontbeli földhuzamos göröghelyzet mellett a működést folytathatják, ha ez továbbhalad két pontbeli földhuzamos göröghelyzetbe, akkor ez aszimmetriát és súlyos egység rezgést okozhat.
• ​Normál Működés Túlmenetei: Fordított teljesítmény, izgalék elvesztése, túlizgalék, túlfeszültség, és frekvencia eltérések. Bár ezek nem azonnali göröghelyzetek, mégis súlyos károkat okozhatnak a generátoron, vagy fenyegethetik a hálózat stabilitását.

3. Részletes Megoldás

Az általunk javasolt mikroprocesszor-alapú védelmi megoldás hierarchikus elosztott architektúrát alkalmaz. A központi védelmi relé robust hardveres feldolgozási platformmal és megbízható védelmi algoritmusokkal rendelkezik, amelyeket a következőkben részletezünk:

3.1 Stator Vonal-Közti Rövidzártokhoz: Többkritériumú Összetett Védelem

A hagyományos transzverz differenciális védelem érzékenységének hiányával szemben ugyanazon fázisban lévő vonal-közti rövidzártok esetében ez a megoldás többkritériumú összeolvadó döntési algoritmust alkalmaz, ami jelentősen javítja a detektálás megbízhatóságát és érzékenységét.

• ​Műszaki Elvek:
• Negatív Szekvencia Teljesítmény Irány Critérium: Monitorozza a negatív szekvencia áramot és feszültséget a generátor termináljain, hogy kiszámítsa a negatív szekvencia teljesítmény irányát. A belső aszimmetrikus göröghelyzetek (pl. vonal-közti rövidzártok) negatív szekvencia forrásokat generálnak, ahol a teljesítményirány a generátortól a rendszer felé halad, lehetővé téve a pontos belső göröghelyzet detektálást.
• Harmadik Harmonikus Feszültség Változás Critérium: Nyomon követi a neutrális és terminál harmadik harmonikus feszültség amplitúdó arányát és fázis különbségét. A vonal-közti rövidzártok megszakítják a harmadik harmonikus feszültség természetes eloszlását, amire ez a critérium nagyon érzékeny.
• Neutrális Pont Eltolódás Feszültség Critérium: Segéd eszközként használható, hogy javítsa a megbízhatóságot.
• ​Teljesítményi Elméleti Előnyök:
• Nagy Érzékenység: 0,5%-os vonal-közti rövidzártok detektálására képes.
• Gyors Működés: A teljes működési idő 20 ms alatt, jelentősen korlátozva a göröghelyzet által okozott károkat.
• Nagy Megbízhatóság: Több critérium egymással interakcióban vagy párhuzamosan működik, hogy elkerülje a rosszindulatú működést és a működési hibákat.
• ​Esettanulmány: Egy 500MW sütőgenerátoron való implementáció után a megoldás 98% érzékenységet ért el a vonal-közti rövidzártok detektálásában, sikeresen megelőzve a kis izolációs defektek által okozott súlyos égési baleseteket.

3.2 100% Stator Földhuzamos Göröghelyzet Védelem: Két Technológia Összekapcsolása

A hagyományos alapvető null-szekvencia feszültség védelemnek van vakzónája a neutrális pont közelében. Ez a megoldás két érett technológiát kombinál, hogy 100%-os védelmi lefedettséget érjen el a terminálok és a neutrális pont között.

• ​Műszaki Elvek:
• Hagyományos Zóna (85–95%): A harmadik harmonikus feszültség arány módszert használja a stator csomófolyam legnagyobb részének védelmére a neutrális ponttól a terminálok felé.
• Vakzóna Kiegyenlítés (Közeli Neutrális Pont, 5–15%): Beszúrási alapú stator földhuzamos göröghelyzet védelmet alkalmaz. Alacsonyfrekvenciás (20Hz vagy 12,5Hz) feszültség jelet beszúr a rotor körbe, és a beszúrási áram változásait figyeli, hogy pontosan kiszámítsa az izolációs ellenállást és a göröghelyzet helyét, teljesen kiesztve a neutrális pont közelében lévő vakzónákat.
• ​Teljesítményi Elméleti Előnyök:
• 100% Lefedettség: Nincs vakzóna, biztosítva a stator csomófolyam teljes védelmét.
• Pontos Lokalizáció: Pontosan meghatározza a földhuzamos göröghelyzet helyét célzott karbantartáshoz.
• ​Esettanulmány: Egy nukleáris erőműben a megoldás sikeresen meghatározta egy 3%-os távolságban a neutrális ponttól lévő földhuzamos göröghelyzetet, kevesebb, mint 1% hibával, lehetővé téve a tervezett karbantartást és a nem tervezett állást elkerülését.

3.3 Rotor Kör Egészségének: Dinamikus Figyelés és Korai Riasztás

A rotor kör göröghelyzetek, különösen a nyitott forgó diodák, gyakori rejtett veszélyek. Ez a megoldás a "göröghelyzet utáni védelem" helyett "göröghelyzet előtti riasztást" biztosít a valós idejű monitorozás révén.

• ​Műszaki Elvek:
• Magasfrekvenciás áramerősítők (CT) vagy dedikált monitorozási modulok telepítése a slip gyűrűkben, hogy valós idejű izgalék áram hullámformákat gyűjtsenek.
• A beépített algoritmusok gyors Fourier-transzformációt (FFT) végeznek a jelenlegi harmonikus elemzésére.
• A nyitott forgó diodák jelentős torzítást okoznak az izgalék áram hullámformájában, jelentősen növelve a karakterisztikus harmonikusokat (pl. az ötödik harmonikus).
• ​Teljesítményi Elméleti Előnyök:
• Korai Riasztás: Riasztást ad, ha a harmonikus tartalom meghaladja a küszöbértéket (pl. az ötödik harmonikus 8% feletti), segítve a forgó rectifikációs híd karbantartási ellenőrzését a göröghelyzetek előtt.
• Bajok Elkerülése: Időben adott riasztások megelőzik a rosszindulatú baleseteket, mint például az izgalék áram elvesztése és a rotor túlmelegedése okozta izolációs károk.
• Feltételes Karbantartás: Fontos adatokat nyújt a prediktív karbantartáshoz.

4. Összefoglalás és Érték

Ez a mikroprocesszor-alapú védelmi megoldás haladó országos érzékelő technológiát, jel feldolgozó algoritmusokat és többkritériumú intelligens döntési modelleket integrálja, hogy megoldja a hagyományos generátorvédelmi problémákat:

• Kiveszi a védelmi vakzónákat, 100%-os lefedettséget érve a stator vonal-közti rövidzártok és a földhuzamos göröghelyzetek esetében.
• Átalakítja a göröghelyzet utáni védelmet göröghelyzet előtti riasztássá, hatékonyan megelőzve a dinamikus rotor monitorozás révén a göröghelyzeteket.
• Valós esetekben ellenőrizve, a megoldás nagy érzékenységgel, sebességgel és megbízhatósággal rendelkezik, megfelelve a nagy és nagyon nagy generátorok (500MW és annál nagyobb) biztonsági követelményeinek.