Komprehensiv løsning for mikroprosessorbasert beskyttelse av store generatorene

1. Oversikt

Med kraftsystemer som utvikler seg mot høyere parametre, større kapasiteter og mer komplekse nettstrukturer, er sikker og stabil drift av genererende enheter avgjørende for den totale nettets pålitelighet. Tradisjonelle relèbeskyttelsesenheter står overfor utfordringer som blindsoner og utilstrekkelig sensitivitet når det gjelder å håndtere komplekse interne generatorfeil. Denne løsningen benytter seg av avansert mikroprosessorbasert beskyttelsesteknologi, integrerer fleromfattende informasjon og intelligente algoritmer for å gi en rask, pålitelig og omfattende beskyttelsessystem for store generatorenheter (f.eks. termiske, nukleære og vannkraftenhetene). Målet er å eliminere beskyttelsesblindsoner helt og sikre tryggheten til kraftgenereringsaktiver.

2. Hovedutfordringer

Store generatorenheter står overfor flere interne feiltrusler under drift, inkludert:

• ​Statorvindingfeil: Fase-til-fase kortslutninger, spole-til-spole kortslutninger og jordfeil. Spole-til-spole kortslutninger viser særlig lave initielle feistyrker, noe som gjør dem vanskelige å oppdage med tradisjonell transversal differensialbeskyttelse pga inbygde blindsoner.
• ​Rotorstrømfeil: Enkelt-punkt jordfeil, dobbelt-punkt jordfeil, og åpne eller kortsluttede strømforbindelser i oppladningskretsen. Mens en enkelt-punkt jordfeil kan tillate videreføring av operasjon, kan dens utvikling til en dobbelt-punkt jordfeil føre til magnetisk asymmetri og alvorlig enhetssvingning.
• ​Uvanlige driftsbetingelser: Omvendt effekt, tap av opplading, over-opplading, overspenning og frekvensavvik. Selv om ikke øyeblikksfeil, kan disse betingelsene skade generatoren alvorlig eller truede nettets stabilitet.

3. Detaljert Løsning

Vår mikroprosessorbaserte beskyttelsesløsning bruker en hierarkisk distribuert arkitektur. Kjernebeskyttelsesreléen integrerer en robust hardvarerbehandlingsplattform med modne beskyttelsesalgoritmer, som detaljert beskrevet nedenfor:

3.1 For stator spole-til-spole kortslutninger: Flerkriteriell sammensatt beskyttelse

For å møte usensitiviteten til tradisjonell transversal differensialbeskyttelse overfor spole-til-spole kortslutninger i samme fase, benytter denne løsningen en flerkriteriell fusjonsbeslutningsalgoritme, noe som betydelig forbedrer oppdagingens pålitelighet og sensitivitet.

• ​Tekniske prinsipper:
• Negativ sekvens effektdireksjonskriterium: Overvåker negativ sekvens strøm og spenning ved generatorkontakter for å beregne retningen av negativ sekvens effekt. Interne asymmetriske feil (f.eks. spole-til-spole kortslutninger) genererer en negativ sekvens kilde, med effektretning fra generatoren til systemet, noe som muliggjør nøyaktig innenfor feiloppdaging.
• Tredje harmoniske spenning variasjonskriterium: Følger amplitudforholdet og fasen forskjellen mellom neutralpunktet og terminal tredje harmoniske spenninger. Spole-til-spole kortslutninger forstyrrer den innebygde fordelingsmønsteret av tredje harmoniske spenninger, til hvilket dette kriteriet er svært sensitivt.
• Neutralpunkt forskyvningsvoltagekriterium: Tjenester som et hjelpemiddel for å forbedre påliteligheten.
• ​Ytelsesfordeler:
• Høy sensitivitet: Kan oppdage mindre spole-til-spole kortslutninger så lavt som 0.5%.
• Hurtig handling: Full handlingstid under 20 ms, noe som betydelig begrenser feilskader.
• Høy pålitelighet: Flere kriterier låses sammen eller fungerer parallelt for å unngå misshandtering og misshandtering.
• ​Saksbehandling: Etter implementering i en 500MW kullgenerator, oppnådde løsningen 98% sensitivitet i å oppdage spole-til-spole kortslutninger, og forhindre store brannulykker forårsaket av små isolasjonsdefekter.

3.2 For 100% stator jordfeilbeskyttelse: Dobbel teknologi fusjon posisjonering

Tradisjonell grunnleggende nullsekvens spenning beskyttelse viser blindsoner nær neutralet. Denne løsningen kombinerer to modne teknologier for å oppnå 100% beskyttelsesdekning fra kontakter til neutralet.

• ​Tekniske prinsipper:
• Konvensjonell son (85–95%): Bruker tredje harmoniske spenning forholdsmetode for å beskytte de fleste delene av statorvindingen fra neutralet mot kontakter.
• Blindson kompensasjon (Nær neutralet, 5–15%): Benytter injeksjonsbasert stator jordfeilbeskyttelse. En lavfrekvent (20Hz eller 12.5Hz) spenningsignal injiseres i rotorstrømkretsen, og endringer i injeksjonsstrømmen overvåkes for å beregne isolasjonsmotstand og feilposisjon nøyaktig, noe som fullstendig eliminerer blindsoner nær neutralet.
• ​Ytelsesfordeler:
• 100% dekning: Ingen blindsoner, sikrer full statorvindingbeskyttelse.
• Presis lokalisering: Nøyaktig pinner nede jordfeilposisjon for målrettet vedlikehold.
• ​Saksbehandling: På en kjernekraftverk, lyktes løsningen i å lokalisere en jordfeil bare 3% fra neutralet, med mindre enn 1% feil, noe som muliggjorde planlagt vedlikehold og unngikk uplanlagte nedbrudd.

3.3 For rotorkretshelse: Dynamisk overvåking og tidlig varsel

Rotorkretsfel, spesielt åpne roterende dioder, er vanlige skjulte farer. Denne løsningen skifter fra "etterfeilsbeskyttelse" til "forhåndsfeilvarsel" gjennom sanntids overvåking.

• ​Tekniske prinsipper:
• Høyfrekvente strømtransformatorer (CTs) eller dedikerte overvåkningsmoduler installert ved slipringe samler sanntids oppladningsstrømformer.
• Innebygde algoritmer utfører hurtig fourier transform (FFT) harmonisk analyse av strømmen.
• Åpne roterende dioder fører til alvorlig forvrengning av oppladningsstrømform, noe som betydelig øker karakteristiske harmoniske (f.eks. femte harmoniske).
• ​Ytelsesfordeler:
• Tidlig varsel: Gir varsler basert på harmonisk innhold som overstiger terskler (f.eks. femte harmoniske overstiger 8%), noe som fører til vedlikeholdsinspeksjon av roterende rettifierbroen før feil oppstår.
• Forebygging av eskalering: Tidlige varsler forebygger alvorlige ulykker som isolasjonskader på grunn av tap av oppladningsstrøm og rotoroveroppvarming.
• Tilstandsbasert vedlikehold: Gir kritiske data for prediktivt vedlikehold.

4. Oppsummering og verdi

Denne mikroprosessorbaserte beskyttelsesløsningen integrerer avansert sensor-teknologi, signalbehandlingsalgoritmer og flerkriteriell intelligente beslutningsprosesser for å håndtere tradisjonelle smertesteder i generatorbeskyttelse:

• Eliminerer beskyttelsesblindsoner, oppnår 100% dekning for stator spole-til-spole kortslutninger og jordfeil.
• Transformerer etterfeilsbeskyttelse til forhåndsfeilvarsel, effektivt forebygger feil gjennom dynamisk rotorovervåking.
• Bekreftet av virkelige saker, gir løsningen høy sensitivitet, hastighet og pålitelighet, dekker sikkerhetskravene for store og mega-generatorenheter (500MW og over).