Penyelesaian Perlindungan Berasaskan Mikropemprosesan yang Komprehensif untuk Jana Elektrik Besar

1. Gambaran Keseluruhan

Dengan sistem kuasa yang berkembang ke arah parameter yang lebih tinggi, kapasiti yang lebih besar, dan struktur grid yang lebih kompleks, operasi yang selamat dan stabil bagi unit penjana adalah penting untuk kebolehpercayaan grid secara keseluruhan. Peranti pelindung tradisional menghadapi cabaran seperti zon buta dan sensitiviti yang tidak mencukupi apabila menangani kerusakan dalaman generator yang kompleks. Penyelesaian ini menggunakan teknologi perlindungan berasaskan mikropemproses canggih, mengintegrasikan maklumat berbilang sumber dan algoritma pintar untuk menyediakan sistem perlindungan yang cepat, boleh dipercayai, dan menyeluruh bagi penjana besar (seperti unit termal, nuklear, dan hidroelektrik). Ia bertujuan untuk sepenuhnya menghapuskan zon buta perlindungan dan memastikan keselamatan aset penjanaan kuasa.

2. Cabaran Utama

Penjana besar menghadapi ancaman pelbagai kerusakan dalaman semasa operasi, termasuk:

• ​Kerusakan Gulungan Stator: Korting antara fasa, korting antara putaran, dan kerosakan ke bumi. Khususnya, korting antara putaran menunjukkan arus kerosakan awal yang rendah, menjadikannya sukar untuk dikesan dengan perlindungan beza transversal tradisional disebabkan zon buta yang wujud.
• ​Kerusakan Litar Rotor: Kerosakan ke bumi titik tunggal, kerosakan ke bumi dua titik, dan litar terbuka atau tertutup dalam litar penggetiran. Walaupun kerosakan ke bumi titik tunggal mungkin membolehkan operasi berterusan, perkembangan kepada kerosakan ke bumi dua titik boleh menyebabkan ketidakseimbangan magnetik dan getaran unit yang serius.
• ​Keadaan Operasi Abnormal: Kuasa songsang, hilang penggetiran, penggetiran berlebihan, tegangan berlebihan, dan anormaliti frekuensi. Walaupun bukan kerosakan seketika, keadaan-keadaan ini boleh merosakkan penjana secara serius atau mengancam kestabilan grid.

3. Penyelesaian Terperinci

Penyelesaian perlindungan berasaskan mikropemproses kami menggunakan arkitektur berperingkat yang tersebar. Relai perlindungan inti mengintegrasikan platform pemprosesan peranti keras yang kukuh dengan algoritma perlindungan matang, seperti yang diterangkan di bawah:

3.1 Untuk Korting Antara Putaran Stator: Perlindungan Komposit Berbilang Kriteria

Untuk mengatasi ketidaksensitifan perlindungan beza transversal tradisional terhadap korting antara putaran dalam fasa yang sama, penyelesaian ini menggunakan algoritma keputusan fusyen berbilang kriteria, meningkatkan kebolehpercayaan dan sensitiviti pengesanan secara signifikan.

• ​Prinsip Teknikal:
• Kriteria Arah Kuasa Negatif Urutan: Memantau arus dan voltan urutan negatif pada terminal penjana untuk mengira arah kuasa urutan negatif. Kerusakan asimetri dalaman (seperti korting antara putaran) menghasilkan sumber urutan negatif, dengan arah kuasa mengalir dari penjana ke sistem, membolehkan pengesanan kerusakan dalaman yang tepat.
• Kriteria Variasi Voltan Harmonik Ketiga: Menjejaki nisbah amplitudo dan perbezaan fasa antara voltan harmonik ketiga neutral dan terminal. Korting antara putaran mengganggu corak pembagian semula jadi voltan harmonik ketiga, di mana kriteria ini sangat sensitif.
• Kriteria Voltan Penempatan Titik Neutral: Berfungsi sebagai penguatan tambahan untuk meningkatkan kebolehpercayaan.
• ​Kelebihan Prestasi:
• Sensitiviti Tinggi: Mampu mengesan korting antara putaran minor sehingga 0.5%.
• Operasi Cepat: Masa operasi penuh kurang daripada 20 ms, menghadkan kerusakan kerusakan secara signifikan.
• Kebolehpercayaan Tinggi: Kriteria berbilang saling mengunci atau beroperasi secara selari untuk mencegah operasi salah dan mengelakkan gagal beroperasi.
• ​Kajian Kasus: Selepas pelaksanaan dalam penjana berbahan api arang 500MW, penyelesaian ini mencapai sensitiviti 98% dalam mengesan korting antara putaran, berjaya mencegah kemalangan pembakaran utama akibat cacat insulasi minor.

3.2 Untuk Perlindungan Kerosakan Ke Bumi 100% Stator: Posisi Fusyen Dua Teknologi

Perlindungan voltan urutan asas tradisional menunjukkan zon buta hampir titik neutral. Penyelesaian ini menggabungkan dua teknologi matang untuk mencapai liputan perlindungan 100% dari terminal hingga titik neutral.

• ​Prinsip Teknikal:
• Zon Konvensional (85–95%): Menggunakan kaedah nisbah voltan harmonik ketiga untuk melindungi sebahagian besar gulungan stator dari titik neutral ke terminal.
• Kompensasi Zon Buta (Hampir Titik Neutral, 5–15%): Menggunakan perlindungan kerosakan ke bumi stator berdasarkan injeksi. Sinyal voltan frekuensi rendah (20Hz atau 12.5Hz) diinjeksikan ke dalam litar rotor, dan perubahan arus injeksi dipantau untuk mengira rintangan insulasi dan lokasi kerusakan dengan tepat, sepenuhnya menghapuskan zon buta hampir titik neutral.
• ​Kelebihan Prestasi:
• Liputan 100%: Tiada zon buta, memastikan perlindungan penuh gulungan stator.
• Pemetaan Lokasi Tepat: Menentukan lokasi kerusakan ke bumi dengan tepat untuk pemeliharaan yang ditargetkan.
• ​Kajian Kasus: Di sebuah loji kuasa nuklear, penyelesaian ini berjaya menentukan lokasi kerusakan ke bumi hanya 3% dari titik neutral, dengan ralat kurang daripada 1%, membolehkan pemeliharaan yang direncanakan dan mengelakkan gangguan yang tidak terancang.

3.3 Untuk Kesihatan Litar Rotor: Pemantauan Dinamik dan Amaran Awal

Kerusakan litar rotor, terutamanya diod putaran terbuka, adalah bahaya tersembunyi yang biasa. Penyelesaian ini beralih dari "perlindungan pasca-kerusakan" ke "amaran prakerusakan" melalui pemantauan masa nyata.

• ​Prinsip Teknikal:
• Transformator arus frekuensi tinggi (CTs) atau modul pemantauan khusus dipasang pada cincin slip untuk mengumpulkan bentuk gelombang arus penggetiran masa nyata.
• Algoritma binaan melakukan analisis harmonik Transformasi Fourier Cepat (FFT) pada arus.
• Diod putaran terbuka menyebabkan distorsi serius pada bentuk gelombang arus penggetiran, meningkatkan harmonik ciri (seperti harmonik kelima) secara signifikan.
• ​Kelebihan Prestasi:
• Amaran Awal: Mengeluarkan amaran berdasarkan kandungan harmonik melebihi ambang (seperti harmonik kelima melebihi 8%), mendorong pemeriksaan pemeliharaan pada jambatan rektifikasi putaran sebelum kerusakan berlaku.
• Pencegahan Eskalasi: Amaran tepat waktu mencegah kemalangan seperti kerosakan insulasi akibat hilangnya arus penggetiran dan pemanasan rotor.
• Pemeliharaan Berdasarkan Kondisi: Memberikan data penting untuk pemeliharaan prediktif.

4. Ringkasan dan Nilai

Penyelesaian perlindungan berasaskan mikropemproses ini mengintegrasikan teknologi sensing canggih, algoritma pemprosesan isyarat, dan keputusan pintar berbilang kriteria untuk mengatasi masalah tradisional dalam perlindungan penjana:

• Menghapuskan zon buta perlindungan, mencapai liputan 100% untuk korting antara putaran stator dan kerusakan ke bumi.
• Mengubah perlindungan pasca-kerusakan menjadi amaran prakerusakan, mencegah kerusakan secara efektif melalui pemantauan dinamik rotor.
• Telah disahkan oleh kasus-kasus dunia nyata, penyelesaian ini menawarkan sensitiviti, kelajuan, dan kebolehpercayaan yang tinggi, memenuhi keperluan keselamatan penjana besar dan mega (500MW dan ke atas).