Komprehensivno mikroprocesorsko bazirano reševanje za varnost velikih generatorjev

1. Pregled

Z evolucijo električnih sistemov proti višjim parametrom, večjim kapacitam in bolj kompleksnim mrežnim strukturam je varno in stabilno delovanje generatorjev ključnega pomena za splošno zanesljivost mreže. Tradicionalni relayski zaščitni napravi soočajo s težavami, kot so slepe conice in nedostatek občutljivosti pri reševanju kompleksnih notranjih napak generatorjev. Ta rešitev izkorišča napredne mikroprocesorske tehnologije zaščite, integrira informacije iz več virov in inteligentne algoritme, da bi zagotovila hitro, zanesljivo in celovito zaščitno sistemo za velike generatore (na primer termalne, jedrske in hidroelektrarne enote). Cilj je popolnoma odstraniti slepe conice zaščite in zagotoviti varnost proizvodnih sredstev.

2. Glavne izzive

Veliki generatorji se med delovanjem soočajo z večkratnimi notranjimi nevarnostmi, vključno z:

• ​Napake v statoru: Medfazne kratke zaprtke, kratke zaprtke med navoji in talne napake. Kratki zaprtki med navoji, še posebej, kažejo na nizke začetne tokove krte, kar jih čini težko zaznavnimi z uporabo tradicionalne transverzalne diferencialne zaščite zaradi notranjih slepih conic.
• ​Napake v rotorju: Enotne talne napake, dvojne talne napake in odprtja ali kratke zaprtke v vzbuževalnem obroku. Čeprav lahko enotna talna napaka omogoča nadaljnje delovanje, njeno napredek v dvojno talno napako lahko povzroči magnetno asimetrijo in hudo vibracijo enote.
• ​Nenormalne delovne pogoji: Obratni tok, izguba vzbuževalnega toka, prekomerna vzbuženost, prekomerno napetost in nenormalnosti frekvence. Čeprav to ni trenutne napake, lahko ti pogoji hudo poškodujejo generator ali ogrozijo stabilnost mreže.

3. Detačna rešitev

Nasa mikroprocesorska zaščitna rešitev uporablja hierarhično distribuirano arhitekturo. Jezgra zaščitnega releja združuje močno hardversko platformo za obdelavo z zrelimi zaščitnimi algoritmi, kot je podrobneje opisano spodaj:

3.1 Za kratke zaprtke med navoji statorja: Večkriterijska kombinirana zaščita

Za reševanje netražljivosti tradicionalne transverzalne diferencialne zaščite na kratkih zaprtkih med navoji iste faze ta rešitev uporablja algoritem za odločanje z več kriteriji, kar znatno izboljša zanesljivost in občutljivost zaznave.

• ​Tehnični principi:
• Kriterij smeri negativnega sekvence moči: Nadzira negativni sekvence tok in napetost na terminalih generatorja za izračun smeri negativne sekvence moči. Notranje asimetrične napake (na primer kratki zaprtki med navoji) ustvarijo vir negativne sekvence, z močjo, ki teče iz generatorja v sistem, kar omogoča natančno zaznavanje notranjih napak.
• Kriterij variacije tretjine harmonične napetosti: Sledi razmerju amplitud in faznemu razlikovanju med neutralno in terminalsko tretjino harmonične napetosti. Kratki zaprtki med navoji motijo notranjo porazdelitev tretjine harmonične napetosti, na katero je ta kriterij visoko občutljiv.
• Kriterij premika napetosti neutralne točke: Služi kot pomožno posodobitev za izboljšanje zanesljivosti.
• ​Prednosti zmogljivosti:
• Visoka občutljivost: Zmožna zaznati manjše kratke zaprtke med navoji do 0,5 %.
• Hitro delovanje: Polno delovanje v manj kot 20 ms, kar znatno omejuje poškodbo zaradi napake.
• Visoka zanesljivost: Več kriterijev se zapletejo ali delujejo vzporedno, da se prepreči napačno delovanje in prepreči odpoved delovanja.
• ​Primer študije: Po implementaciji v 500 MW premoga temeljenem generatorju je rešitev dosegle 98 % občutljivosti pri zaznavanju kratkih zaprtkih med navoji, uspešno preprečevanje velikih požarnih nesreč zaradi majhnih defektov izolacije.

3.2 Za 100 % zaščito pred talnimi napakami statorja: Dvojna tehnološka fuzija lokacije

Tradicionalna osnovna nizkofrekvenčna napetostna zaščita kaže slepe conice blizu neutralne točke. Ta rešitev združuje dve zreli tehnologiji, da doseže 100 % pokritost od terminalov do neutralne točke.

• ​Tehnični principi:
• Običajna cona (85–95 %): Uporablja metodo razmerja tretjine harmonične napetosti za zaščito večine navojnega obroka statorja od neutralne točke proti terminalom.
• Kompensacija slepe conice (blizu neutralne točke, 5–15 %): Uporablja vstavljanje bazirane zaščite pred talnimi napakami statorja. Nizkofrekvenčni (20 Hz ali 12,5 Hz) signal napetosti se vstavi v rotacijski obrok, in spremljajo spremembe vstavljanja toka, da natančno izračunajo upornost izolacije in lokacijo napake, popolnoma odstranijo slepe conice blizu neutralne točke.
• ​Prednosti zmogljivosti:
• 100 % pokritost: Brez slepih conic, zagotavlja popolno zaščito navojnega obroka statorja.
• Natančna lokacija: Natančno določa lokacije talnih napak za ciljno vzdrževanje.
• ​Primer študije: V jedrski elektrarni je rešitev uspešno določila talno napako le 3 % od neutralne točke, z manj kot 1 % napako, omogočila načrtovano vzdrževanje in izognila nepredvidenim prekinitvam.

3.3 Za zdravje rotacijskega obroka: Dinamični nadzor in rani opozorilo

Napake v rotacijskem obroku, še posebej odprti vrtilni diodi, so pogoste skrite nevarnosti. Ta rešitev se premakne od "zaščite po napaki" do "opozorila pred napako" z realnim časom nadzora.

• ​Tehnični principi:
• Viškofrekvenčni transformatorji toka (CT) ali posebni moduli za nadzor nameščeni na kliznih prstnah zbirejo realne čase valov vzbuževalnega toka.
• Vgrajeni algoritmi izvajajo hitro Fourierovo transformacijo (FFT) harmonične analize toka.
• Odprte vrtilne diode povzročajo hudo distorzijo valov vzbuževalnega toka, zelo povečajo karakteristične harmonike (na primer peto harmoniko).
• ​Prednosti zmogljivosti:
• Rano opozorilo: Izda opozorila glede na harmonično vsebino, ki presega prag (na primer peta harmonika presegne 8 %), spodbuja preglede vrtilne rektifikacijske mostne pred nastopom napak.
• Preprečevanje eskalacije: Pravna opozorila preprečujejo hude nesreče, kot so poškodbe izolacije zaradi izgube vzbuževalnega toka in pregrevanje rotora.
• Stanje bazirano vzdrževanje: Prideluje ključne podatke za prediktivno vzdrževanje.

4. Povzetek in vrednost

Ta mikroprocesorska zaščitna rešitev združuje napredne senzorske tehnologije, algoritme za obdelavo signala in večkriterijsko inteligentno odločanje, da reši tradicionalne bolečine zaščite generatorja:

• Odstrani slepe conice zaščite, doseže 100 % pokritost za kratke zaprtke med navoji in talne napake statorja.
• Preoblikuje zaščito po napaki v rano opozorilo, učinkovito preprečuje napake z dinamičnim nadzorom rotora.
• Validirana s realnimi primeri, rešitev ponuja visoko občutljivost, hitrost in zanesljivost, zadostva za varnostne zahteve velikih in velikih generatorjev (500 MW in več).