Kapsamlı Mikroişlemci Tabanlı Koruma Çözümü Büyük Jeneratörler için

1. Genel Bakış

Güç sistemlerinin daha yüksek parametreler, daha büyük kapasiteler ve daha karmaşık ağ yapılarına doğru gelişmesiyle, ünite işlemlerinin güvenli ve istikrarlı olması genel ağ güvenilirliği için kritik öneme sahiptir. Geleneksel röle koruma cihazları, karmaşık iç jeneratör arızalarını ele alırken kör bölgeler ve hassasiyet yetersizliği gibi zorluklarla karşı karşıyadır. Bu çözüm, gelişmiş mikroişlemci tabanlı koruma teknolojisini kullanarak, çok kaynaklı bilgiyi ve akıllı algoritmaları entegre ederek, büyük jeneratörler (örneğin, termal, nükleer ve hidroelektrik üniteler) için hızlı, güvenilir ve kapsamlı bir koruma sistemi sağlar. Hedef, koruma kör noktalarının tamamen ortadan kaldırılması ve elektrik üretimi varlıklarının güvenliğinin sağlanmasıdır.

2. Temel Zorluklar

Büyük jeneratörler, işletim sırasında birden fazla iç arıza tehdidine maruz kalabilir:

• ​Stator Bobin Arızaları: Faz arası kısa devreler, bobin arası kısa devreler ve toprak arızaları. Özellikle bobin arası kısa devreler, başlangıçtaki arıza akımının düşük olmasından dolayı geleneksel transversal diferansiyel koruma ile tespit edilmesi zordur.
• ​Rotor Devresi Arızaları: Tek nokta toprak arızaları, çift nokta toprak arızaları ve tahrik devresinde açık veya kısa devre. Tek nokta toprak arızası, devam etmeyi sağlasa da, çift nokta toprak arızasına dönüşmesi manyetik asimetri ve ciddi bir ünite titreşimine neden olabilir.
• ​Anormal İşletim Koşulları: Ters güç, manyetik kayıp, aşırı manyetik, aşırı gerilim ve frekans anormallikleri. Bu durumlar anlık arızalar olmasa da, jeneratörü ciddi şekilde hasarlayabilir veya ağ istikrarını tehdit edebilir.

3. Ayrıntılı Çözüm

Mikroişlemci tabanlı koruma çözümümüz, hiyerarşik dağıtılmış bir mimariyi benimsemiştir. Çekirdek koruma rölesi, sağlam bir donanım işleme platformunu olgun koruma algoritmalarıyla birleştirir, aşağıdaki gibi detaylandırılmıştır:

3.1 Stator Bobin Arası Kısa Devreler İçin: Çok Kriterli Bileşik Koruma

Aynı faz içindeki bobin arası kısa devrelerin geleneksel transversal diferansiyel koruma ile tespit edilememesi sorununu çözmek için, bu çözüm çok kriterli füzyon karar algoritması kullanır, bu da tespit güvenirliğini ve hassasiyetini önemli ölçüde artırır.

• ​Teknik İlkeler:
• Olumsuz Dizi Güç Yönü Kriteri: Jeneratör uçlarındaki olumsuz dizi akımı ve gerilim izlenerek, olumsuz dizi gücün yönü hesaplanır. İç asimetrik arızalar (örneğin, bobin arası kısa devreler), olumsuz dizi bir kaynağını oluşturur ve güç yönü, jeneratörden sisteme doğru akar, böylece iç arızaların doğru bir şekilde tespiti sağlanır.
• Üçüncü Harmonik Gerilim Değişim Kriteri: Nötr ve uç üçüncü harmonik gerilimler arasındaki amplitüd oranı ve faz farkı izlenir. Bobin arası kısa devreler, üçüncü harmonik gerilimlerin doğal dağılım desenini bozar, bu kriter bu değişikliğe çok hassastır.
• Nötr Nokta Kayma Gerilimi Kriteri: Güvenilirliği artırmak için yardımcı bir güç olarak hizmet eder.
• ​Performans Avantajları:
• Yüksek Hassasiyet: %0,5'lik küçük bobin arası kısa devreleri tespit edebilir.
• Hızlı İşlem: 20 ms'den az tam işlem süresi, arıza hasarını önemli ölçüde sınırlar.
• Yüksek Güvenilirlik: Birden fazla kriter birbirini destekleyerek veya paralel çalışarak yanlış işlemeyi önler ve işlemeyi engellemez.
• ​Vaka Çalışması: 500MW kömür yakıtlı jeneratörde uygulanmasından sonra, çözüm, küçük yalıtım eksikliklerinden kaynaklanan büyük yanma kazalarını başarıyla önleyerek, bobin arası kısa devrelerin %98 hassasiyetle tespit edilmesini sağladı.

3.2 100% Stator Toprak Arızası Koruması İçin: İki Teknoloji Füzyonu Konumlandırma

Geleneksel temel sıfır dizi gerilim koruması, nötr noktasına yakın kör bölgeler gösterir. Bu çözüm, nötr noktadan uçlara kadar %100 koruma kapsamı sağlamak için iki olgun teknolojiyi birleştirir.

• ​Teknik İlkeler:
• Geleneksel Bölge (85-95%): Üçüncü harmonik gerilim oranı yöntemini kullanarak, stator bobininin çoğunluğunu nötr noktasından uçlara doğru korur.
• Kör Bölge Tazminatı (Nötr Noktanın Yanında, 5-15%): Enjeksiyon tabanlı stator toprak arızası korumasını kullanır. Rotor devresine düşük frekanslı (20Hz veya 12,5Hz) gerilim sinyali enjekte edilir ve enjeksiyon akımındaki değişiklikler izlenerek yalıtım direnci ve arıza konumu kesin olarak hesaplanır, nötr noktasına yakın kör bölgeler tamamen ortadan kaldırılır.
• ​Performans Avantajları:
• 100% Kapsama: Kör bölge yok, stator bobininin tamamını korur.
• Kesin Lokalizasyon: Toprak arızası konumlarını hedefli bakım için kesin olarak belirler.
• ​Vaka Çalışması: Bir nükleer enerji santralinde, çözüm, nötr noktasından sadece %3'te bir toprak arızasını, %1'den az hata ile başarıyla belirledi, planlı bakımı mümkün kılarak planlanmayan kesintileri önledi.

3.3 Rotor Devresi Sağlığı İçin: Dinamik İzleme ve Erken Uyarı

Rotor devresi arızaları, özellikle açılan dönen diyotlar, yaygın gizli tehlikelerdir. Bu çözüm, gerçek zamanlı izleme yoluyla "sonrası koruma"dan "öncesi uyarıya" geçiş yapar.

• ​Teknik İlkeler:
• Kayma halkalarına monte edilmiş yüksek frekanslı akım dönüştürücüler (CT) veya özel izleme modülleri, gerçek zamanlı tahrik akımı şekillerini toplar.
• Sistemin içerdiği algoritmalar, akımda Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) harmonik analizi gerçekleştirir.
• Açılan dönen diyotlar, tahrik akımı şeklini ciddi şekilde bozarak, karakteristik harmonikleri (örneğin, beşinci harmonik) önemli ölçüde artırır.
• ​Performans Avantajları:
• Erken Uyarı: Harmonik içerik eşiği aşınca (örneğin, beşinci harmonik %8'i aşınca) uyarı verir, böylece arızalar gerçekleşmeden önce dönen dikdörtgen köprü üzerinde bakım kontrolleri yapılmasını sağlar.
• Yükselişten Koruma: Zamanında uyarılar, tahrik akımı kaybı ve rotor ısınmasına bağlı yalıtım hasarına neden olan ciddi kazaları önler.
• Koşullara Göre Bakım: Tahmini bakım için kritik veriler sağlar.

4. Özet ve Değer

Bu mikroişlemci tabanlı koruma çözümü, gelişmiş algılama teknolojisi, sinyal işleme algoritmaları ve çok kriterli akıllı karar alma ile jeneratör korumasındaki geleneksel sorunları ele alır:

• Koruma kör bölgelerini ortadan kaldırır, stator bobin arası kısa devreler ve toprak arızaları için %100 kapsama sağlar.
• Sonrası korumayı öncesi uyarılara dönüştürerek, dinamik rotor izlemesi yoluyla arızaları etkili bir şekilde önler.
• Gerçek vaka örnekleriyle doğrulanmış, çözüm, büyük ve süper büyük jeneratörler (500MW ve üzeri) için yüksek hassasiyet, hız ve güvenilirlik sunar, güvenlik gerekliliklerini karşılar.