Komprehensivno rešenie za zaštita bazirano na mikroprocesori za golemi generatori

1. Преглед

Со еволуција на електропреводните системи кон повисоки параметри, поголеми капацитети и комплексни мрежни структури, безбедна и стабилна работа на генерирачките агрегати е критична за општата релевантност на мрежата. Традиционалните реле заштитни уреди се соочуваат со предизвици како слепи зони и недостаток на осетливост при справување со комплексни внатрешни грешки во генераторите. Оваа решенија користи напредна микропроцесорска технологија за заштита, интегрирајќи информации од повеќе извори и интелигентни алгоритми за да пружи брз, надежен и целосен систем за заштита на големи генератори (на пример, термални, нуклеарни и хидроелектрани агрегати). Целта е да се елиминираат комплетно слепите зони за заштита и да се осигура безбедноста на активите за производство на електрична енергија.

2. Основни предизвици

Големите генератори се соочуваат со многу внатрешни опасности од грешки во работата, вклучувајќи:

• ​Грешки во обмотката на станцијата: Краткосмени спојови меѓу фази, краткосмени спојови меѓу ѕиркови и земјски грешки. Посебно, краткосмени спојови меѓу ѕиркови имаат ниска почетна грешна ток, што ги прави тешки за детектирање со традиционалната трансверзална диференцијална заштита поради нејзините вградени слепи зони.
• ​Грешки во роторската цеп: Едно-точки земјски грешки, дво-точки земјски грешки и отворени или краткосмени спојови во цепот за возбудување. Иако едно-точката земјска грешка може да дозволи наставна работа, нејзиното прогресирање до дво-точката земјска грешка може да причини магнетна асиметрија и сериозна вибрација на агрегатот.
• ​Нормални услови на работа: Обратна моќ, загуба на возбудување, прекомерна возбуда, прекомерна напонска вредност и аномалии во фреквенцијата. Иако овие услови не се моментални грешки, можат да нанесат сериозни штети на генераторот или да запризораат стабилноста на мрежата.

3. Детална решенија

Нашата микропроцесорска решенија за заштита применува иерархија распределена архитектура. Главниот реле за заштита интегрира робустна платформа за хардверска обработка со зрелите алгоритми за заштита, како што е детално опишано подолу:

3.1 За краткосмени спојови меѓу ѕиркови на станцијата: Комплексна заштита со повеќекритериумска фузија

За да се справи со неосетливоста на традиционалната трансверзална диференцијална заштита на краткосмени спојови меѓу ѕиркови во иста фаза, оваа решенија користи алгоритам за фузија на решение со повеќекритериумска, значително подобрувајќи надежноста и осетливоста на детекција.

• ​Технички принципи:
• Критериум на насока на негативната секвенција на моќта: Мониторира негативната секвенција на ток и напон на крајните точки на генераторот за да се пресмета насоката на негативната секвенција на моќта. Внатрешните асиметрични грешки (на пример, краткосмени спојови меѓу ѕиркови) генерираат извор на негативна секвенција, со насока на моќта која текне од генераторот кон системот, што овозможува точна детекција на внатрешни грешки.
• Критериум на варијација на третата хармоника на напонот: Прати амплитудната количина и фазната разлика помеѓу третата хармоника на напонот на нейтралната точка и крајните точки. Краткосмени спојови меѓу ѕиркови нарушуваат вградените модели на дистрибуција на третата хармоника, на што овој критериум е високо осетлив.
• Критериум на преместување на напонот на нейтралната точка: Служи како помошно подобрување за подобрување на надежноста.
• ​Преимущества во перформансите:
• Висока осетливост: Способна да детектира мале краткосмени спојови меѓу ѕиркови до 0,5%.
• Брза операција: Полната времетраење под 20 милисекунди, значително ограничувајќи штетите од грешките.
• Висока надежност: Множество критериуми функционираат во интерлок или паралелно за да се спречат лажни операции и да се избегнува невообичаено функционирање.
• ​Студија на случај: По имплементација во 500MW вуглен генератор, решенијата постигнаа 98% осетливост во детекција на краткосмени спојови меѓу ѕиркови, успешно спречувајќи големи инциденти со горење поради мале дефекти на изолацијата.

3.2 За 100% заштита од земјски грешки на станцијата: Фузија на позиционирање со две технологии

Традиционалната основна нулта секвенција на напонот за заштита има слепи зони близу до нейтралната точка. Оваа решенија комбинира две зрели технологии за да постигне 100% покриеност на заштита од крајните точки до нейтралната точка.

• ​Технички принципи:
• Традиционална зона (85–95%): Користи метод на однос на третата хармоника на напонот за заштита на повеќето обмотки на станцијата од нейтралната точка кон крајните точки.
• Компензација на слепи зони (близу до нейтралната точка, 5–15%): Применува заштита против земјски грешки на станцијата базирана на инџекција. Нискочестотен (20Hz или 12.5Hz) сигнал на напон се инџектира во цепот на роторот, и се мониторираат промени во токот на инџекција за точно пресметување на отпорноста на изолацијата и локацијата на грешката, потполно елиминирајќи слепите зони близу до нейтралната точка.
• ​Преимущества во перформансите:
• 100% покриеност: Без слепи зони, осигурувајќи целосна заштита на обмотката на станцијата.
• Точна локализација: Точно локализира местата на земјските грешки за целосно одржување.
• ​Студија на случај: Во една нуклеарна електропрефрсница, решенијата успешно локализираа земјска грешка само 3% од нейтралната точка, со грешка под 1%, овозможувајќи планирано одржување и спречувајќи непланисани прекини.

3.3 За здравјето на цепот на роторот: Динамичко мониторинг и рано опozoruvanje

Грешки во цепот на роторот, особено отворени ротирачки диоди, се заеднички скриени опасности. Оваа решенија се преместува од „заштита после грешка“ кон „рано опozoruvanje“ преку реално време мониторинг.

• ​Технички принципи:
• Високочестотни трансформатори на ток (CTs) или специјализирани модули за мониторинг инсталирани на клизачките прстени собираат реално време форми на ток на возбудување.
• Вградени алгоритми вршат хармоничка анализа на токот со брза Фуриева трансформација (FFT).
• Отворените ротирачки диоди причинуваат сериозна дисторзија на формата на токот на возбудување, значително зголемувајќи карактеристичните хармоники (на пример, петата хармоника).
• ​Преимущества во перформансите:
• Рано опozoruvanje: Издава опozoruvanja на основа на содржина на хармонии над превишени прагови (на пример, петата хармоника над 8%), побарувајќи проверки на одржување на ротирачката диодна мост пре него што се случат грешки.
• Спречување на ескалација: Тимевти своевремени опozoruvanja предупреждуваат лоши инциденти како што се штети на изолацијата поради губење на ток на возбудување и прекомерно загревање на роторот.
• Одржување на основа на состојба: Презема критични податоци за предиктивно одржување.

4. Заклучок и вредност

Оваа микропроцесорска решенија за заштита интегрира напредна сензорска технологија, алгоритми за обработка на сигнали и многокритериумско интелигентно донесување на решение за да се справи со традиционалните болни места во заштитата на генераторите:

• Елиминира слепите зони за заштита, постигнувајќи 100% покриеност за краткосмени спојови меѓу ѕиркови и земјски грешки на станцијата.
• Претворува заштита после грешка во рано опozoruvanje, ефективно спречувајќи грешки преку динамички мониторинг на роторот.
• Потврдена со реални случаи, решенијата нуди висока осетливост, брзина и надежност, задоволувајќи безбедносните барања на големи и мега генератори (500MW и повеќе).