Комплексное решение на основе микропроцессорной защиты для крупных генераторов
- Обзор
С развитием энергетических систем в сторону более высоких параметров, больших мощностей и более сложных сетевых структур, безопасная и стабильная работа генерирующих установок становится критически важной для общей надежности сети. Традиционные релейные защитные устройства сталкиваются с проблемами, такими как зоны неполного действия и недостаточная чувствительность при работе с сложными внутренними повреждениями генераторов. Данное решение использует передовые технологии микропроцессорной защиты, интегрируя информацию из различных источников и интеллектуальные алгоритмы, чтобы обеспечить быструю, надежную и всестороннюю систему защиты для крупных генераторов (например, тепловых, атомных и гидроэлектростанций). Оно направлено на полное устранение зон неполного действия защиты и обеспечение безопасности активов генерации.
- Основные проблемы
Крупные генераторы во время работы сталкиваются с множеством угроз внутренних повреждений, включая:
- Повреждения обмотки статора: межфазные короткие замыкания, межвитковые короткие замыкания и замыкания на землю. Межвитковые короткие замыкания, в частности, имеют низкий начальный ток короткого замыкания, что делает их трудно обнаруживаемыми с помощью традиционной поперечной дифференциальной защиты из-за присущих зон неполного действия.
- Повреждения цепи ротора: одноточечные замыкания на землю, двухточечные замыкания на землю и обрыв или короткое замыкание в цепи возбуждения. Хотя одноточечное замыкание на землю может позволить продолжать работу, его переход в двухточечное замыкание может вызвать магнитную асимметрию и серьезные вибрации агрегата.
- Аномальные режимы работы: обратная мощность, потеря возбуждения, перевозбуждение, перенапряжение и аномалии частоты. Хотя эти условия не являются мгновенными повреждениями, они могут серьезно повредить генератор или угрожать стабильности сети.
- Подробное решение
Наше решение по микропроцессорной защите использует иерархическую распределенную архитектуру. Центральное реле защиты объединяет мощную аппаратную платформу обработки с проверенными алгоритмами защиты, как описано ниже:
3.1 Для межвитковых коротких замыканий статора: многокритериальная композитная защита
Для решения проблемы низкой чувствительности традиционной поперечной дифференциальной защиты к межвитковым коротким замыканиям в одной фазе это решение использует алгоритм принятия решений на основе слияния нескольких критериев, значительно повышая надежность и чувствительность обнаружения.
- Технические принципы:
- Критерий направления отрицательной последовательности мощности: мониторинг отрицательной последовательности тока и напряжения на выводах генератора для расчета направления отрицательной последовательности мощности. Внутренние асимметричные повреждения (например, межвитковые короткие замыкания) создают источник отрицательной последовательности, с направлением мощности от генератора к системе, что позволяет точно обнаруживать внутренние повреждения.
- Критерий изменения третьей гармоники напряжения: отслеживание отношения амплитуд и разности фаз между третьей гармоникой напряжения на нейтральном точке и выводах. Межвитковые короткие замыкания нарушают естественное распределение третьей гармоники напряжения, к которому этот критерий очень чувствителен.
- Критерий смещения напряжения нейтральной точки: служит вспомогательным усилением для повышения надежности.
- Преимущества производительности:
- Высокая чувствительность: способность обнаруживать межвитковые короткие замыкания до 0,5%.
- Быстродействие: полное время срабатывания менее 20 мс, что значительно ограничивает повреждения.
- Высокая надежность: несколько критериев работают в связке или параллельно, предотвращая ложные срабатывания и отказы в работе.
- Пример использования: после внедрения в 500-мегаваттный угольный генератор, решение достигло 98% чувствительности при обнаружении межвитковых коротких замыканий, успешно предотвратив серьезные аварии, вызванные небольшими дефектами изоляции.
3.2 Для 100% защиты от замыкания на землю статора: позиционирование с использованием двух технологий
Традиционная защита основного нулевой последовательности напряжения имеет зоны неполного действия вблизи нейтральной точки. Это решение сочетает две成熟的微处理器保护技术结合两种成熟技术，以实现从端子到中性点100%的保护覆盖。 - **技术原理**: - **常规区域（85-95%）**: 使用三次谐波电压比方法保护从中性点到端子的大部分定子绕组。 - **盲区补偿（靠近中性点，5-15%）**: 采用注入式定子接地故障保护。向转子电路注入低频（20Hz或12.5Hz）电压信号，并监测注入电流的变化，以准确计算绝缘电阻和故障位置，完全消除中性点附近的盲区。 - **性能优势**: - **100%覆盖**: 无盲区，确保定子绕组的全面保护。 - **精确定位**: 准确定位接地故障位置，以便进行有针对性的维护。 - **案例研究**: 在一个核电站，该解决方案成功定位了距离中性点仅3%的接地故障，误差小于1%，从而实现了计划维护，避免了非计划停机。 **3.3 对于转子电路健康：动态监测和早期预警** 转子电路故障，特别是开路旋转二极管，是常见的隐患。该解决方案通过实时监测从“故障后保护”转变为“故障前预警”。 - **技术原理**: - 在滑环处安装高频电流互感器（CT）或专用监测模块，收集实时励磁电流波形。 - 内置算法对电流进行快速傅里叶变换（FFT）谐波分析。 - 开路旋转二极管会导致励磁电流波形严重失真，显著增加特征谐波（例如五次谐波）。 - **性能优势**: - **早期预警**: 根据谐波含量超过阈值（例如五次谐波超过8%）发出警报，促使在故障发生前对旋转整流桥进行维护检查。 - **防止恶化**: 及时警告可防止由于励磁电流丢失和转子过热导致的绝缘损坏等恶性事故。 - **基于状态的维护**: 提供关键数据用于预测性维护。 ### 4. 总结与价值 这种基于微处理器的保护解决方案集成了先进的传感技术、信号处理算法和多准则智能决策，解决了传统发电机保护中的痛点： - 消除保护盲区，实现100%的定子匝间短路和接地故障覆盖。 - 将故障后保护转变为故障前预警，通过动态转子监测有效预防故障。 - 经过实际案例验证，该解决方案具有高灵敏度、速度和可靠性，满足大型和超大型发电机（500MW及以上）的安全要求。 请根据上述内容翻译成俄语。
