Izsmalcināta mikroprocesoru balstīta aizsardzības risinājuma programma lieliem ģeneratoriem

1. Pārskats

Ar enerģētiskajiem sistēmām, kas strādā ar augstākiem parametriem, lielākiem jaudas apjomiem un sarežģītākām tīkla struktūrām, ģeneratoru droša un stabila darbība ir būtiska vispārējai tīkla uzticamībai. Parastie relaisa aizsardzības ierīces saskaras ar izaicinājumiem, piemēram, slepnāmi un nepietiekama jūtība, risinot sarežģītas iekšējas ģeneratora kļūdas. Šis risinājums izmanto modernu mikroprocesoru balstītu aizsardzības tehnoloģiju, integrējot daudzas informācijas avotas un intelektuālas algoritmus, lai nodrošinātu ātru, uzticamu un visaptverošu aizsardzības sistēmu lieliem ģeneratoriem (piemēram, termo, kodolu un hidroelektrostacijas). Tā mērķis ir pilnībā izbeigt aizsardzības slepnās vietas un nodrošināt elektroenerģijas ražošanas aktīvu drošību.

2. Baziskās grūtības

Lielos ģeneratoros operācijas laikā saskaras ar vairākiem iekšējiem kļūdu draudiem, tostarp:

• ​Statora spuldzes kļūdas: Fāzes starpnieka šķērsojošās saites, stāvokļa šķērsojošās saites un zemes saites. Īpaši stāvokļa šķērsojošās saites parāda zemas sākotnējās kļūdas strāvas, padarot tos grūti izcelami, izmantojot tradicionālo transversālo diferenciālo aizsardzību, tāpēc ka tajās ir inerentas slepnās vietas.
• ​Rotorā esošās šķērsnes: Vienkāršas punktu zemes saite, divpunktu zemes saite un piesārņojuma ceļa atvērta vai šķērsojošā saite. Lai gan vienkārša punktu zemes saite varētu ļaut turpināt darbību, tās attīstība divpunktām zemes saiti var izraisīt magnētisko asimetriju un smagu vienības vibrāciju.
• ​Nepareizi darbības stāvokļi: Obrīvojošā jauda, dzēsinājuma zaudēšana, pārmērīga dzēsinājuma, pārsprogums un frekvences neatbilstības. Lai arī šie stāvokļi nav momentāni kļūdas, tie var nopietni bojāt ģeneratoru vai apdraudēt tīkla stabilitāti.

3. Detaļēts risinājums

Mūsu mikroprocesoru balstītā aizsardzības risinājumā tiek izmantota hierarhiski sadalīta arhitektūra. Galvenais aizsargrelais integrē stipru aparātu apstrādes platformu ar pilnveidotiem aizsardzības algoritmiem, kā tas ir aprakstīts tālāk:

3.1 Statora stāvokļa šķērsojošām saitēm: Daudzkritēriju savienoto aizsardzību

Lai atrisinātu parasto transversālo diferenciālo aizsardzības nejūtību pret stāvokļa šķērsojošām saitēm vienā fāzē, šis risinājums izmanto daudzkritēriju līdzsvara lemjumu algoritmu, nozīmīgi uzlabojot detektora uzticamību un jūtību.

• ​Tehniskie principi:
• Negatīvās sekvences jaudas virziena kritērijs: Uzrauga negatīvo sekvences strāvu un spriegumu ģeneratora galā, lai aprēķinātu negatīvās sekvences jaudas virzieni. Iekšējie asimetriskie defekti (piemēram, stāvokļa šķērsojošās saites) radīs negatīvo sekvences avotu, kur jaudas virzienšanās notiek no ģeneratora uz sistēmu, ļaujot precīzi identificēt iekšējos defektus.
• Trešā harmonika sprieguma maiņas kritērijs: Seko trešās harmonikas amplitūdas attiecībai un fāzes atšķirībai starp neutrales un terminālā trešās harmonikas spriegumiem. Stāvokļa šķērsojošās saites pārtrauc ievērojamās trešās harmonikas spriegumu sadalīšanās modeli, kam šis kritērijs ir ļoti jūtīgs.
• Neutrales punkta novietojuma sprieguma kritērijs: Darbojas kā papildu pastiprinājums, lai uzlabotu uzticamību.
• ​Izpildes priekšrocības:
• Augsta jūtība: Spēj izcelt pat mazas stāvokļa šķērsojošās saites, sākot no 0,5%.
• Ātrs darbības laiks: Pilns darbības laiks zem 20 ms, būtiski ierobežojot defektu kaitējumu.
• Augsta uzticamība: Vairāki kritēriji darbojas savstarpēji vai paralēli, lai novērstu nepareizu darbību un izvairītos no nedarbības.
• ​Piemērs: Pēc iespējošanas 500 MW oglekļa ģeneratorā, risinājums sasniedza 98% jūtību stāvokļa šķērsojošām saitēm, veiksmīgi novēršot lielus izgāšanas incidentus, ko izraisīja mazi izolācijas defekti.

3.2 100% statora zemes saites aizsardzībai: Divtehnoloģiju savienojums

Parastā fundamentālā nulles sekvences sprieguma aizsardzība rāda slepnās vietas tuvāk neutrales punktam. Šis risinājums kombinē divas pilnveidotās tehnoloģijas, lai sasniegtu 100% aizsardzības apmierinājumu no termināļiem līdz neutrales punktam.

• ​Tehniskie principi:
• Parastā zona (85-95%): Izmanto trešās harmonikas sprieguma attiecības metodi, lai aizsargātu lielāko daļu statora spuldzes no neutrales punkta uz termināļiem.
• Slepnās vietas kompensācija (tuvo neutrales punktam, 5-15%): Izmanto injicēšanas pamatā esošu statora zemes saites aizsardzību. Zema frekvence (20 Hz vai 12,5 Hz) sprieguma signāls tiek injicēts rotorā, un tiek sekotas injicēšanas strāvas izmaiņas, lai precīzi aprēķinātu izolācijas rezistanci un defekta atrašanās vietu, pilnībā izbeidzot slepnās vietas tuvāk neutrales punktam.
• ​Izpildes priekšrocības:
• 100% apmierinājums: Bez slepnām vietām, nodrošinot pilnu statora spuldzes aizsardzību.
• Precīzs atrašanās vietas noteikšana: Precīzi nosaka zemes saites atrašanās vietas, lai nodrošinātu mērķtiecīgu remontu.
• ​Piemērs: Kodolenerģijas elektrostacijā, risinājums veiksmīgi noskaidroja zemes saiti tikai 3% no neutrales punkta, ar mazāk nekā 1% kļūdu, ļaujot plānot remontu un izvairīties no neparedzētām apturēm.

3.3 Rotorā esošās šķērnes veselībai: Dinamiskais uzraudzīšanas un agrīnas brīdināšanas

Rotorā esošās šķērnes, īpaši atvērtas rotējošās diodas, ir bieži sastopami slēptie draudi. Šis risinājums maina "pēc defekta aizsardzību" uz "pirms defekta brīdinājumu" reāllaikā notiekošo uzraudzību.

• ​Tehniskie principi:
• Augstfrekvences strāvas transformatori (CT) vai speciālie uzraudzības moduļi, kas instalēti slip rinķī, apkopo reāllikuma dzēsinājuma strāvas formas.
• Iebūvētie algoritmi veic ātru Furje pārveidojumu (FFT) harmoniku analīzi strāvā.
• Atvērtas rotējošās diodas izraisa smagu dzēsinājuma strāvas formas deformāciju, būtiski palielinot raksturīgās harmonikas (piemēram, piektais harmonisks).
• ​Izpildes priekšrocības:
• Agrīns brīdinājums: Izsniedz brīdinājumus, balstoties uz harmoniku saturu, kas pārsniedz robežas (piemēram, piektais harmonisks pārsniedz 8%), mudinot veikt remonta pārbaudes rotējošajās diodās pirms defektu radīšanas.
• Preventīvs pasākums: Laicīgi brīdinājumi novērš tādas kā izolācijas bojājumu, dzēsinājuma strāvas zaudēšanu un rotora pārsiltumu izraisītās katastrofālas situācijas.
• Prognostiskā remonta datu sniegšana: Sniedz kritiskus datus prognozējamā remonta nolūkā.

4. Kopsavilkums un vērtība

Šis mikroprocesoru balstītā aizsardzības risinājums integrē modernas sensoru tehnoloģijas, signālu apstrādes algoritmus un daudzkritēriju intelektuālus lemjumu, lai risinātu tradicionālos ģeneratora aizsardzības trūkumus:

• Izbeidz aizsardzības slepnās vietas, sasniedzot 100% apmierinājumu stāvokļa šķērsojošām saitēm un zemes saitēm.
• Maina pēc defekta aizsardzību uz pirms defekta brīdinājumu, efektīvi novēršot defektus, izmantojot dinamisku rotoru uzraudzību.
• Reālās lietderības pierādījumi parāda, ka risinājums piedāvā augstu jūtību, ātrumu un uzticamību, atbilstot lielu un ļoti lielu ģeneratoru (500 MW un augstāk) drošības prasībām.