Komprehensivno mikroprocesorsko bazirano rešenje za zaštitu velikih generatora

1. Pregled

U skladu sa evolucijom električnih sistema ka većim parametrima, većoj kapacitetu i složenijim mrežnim strukturama, sigurno i stabilno funkcionisanje generatora je ključno za opštu pouzdanost mreže. Tradicionalni uređaji za relejnu zaštitu suočeni su sa izazovima kao što su slijepi zoni i nedovoljna osetljivost kada se bave složenim unutrašnjim greškama generatora. Ova rešenja ispoljavaju napredne mikroprocesorske tehnologije zaštitu, integrišući informacije iz više izvora i inteligentne algoritme kako bi pružili brz, pouzdan i kompleksan sistem zaštite za velike generatore (npr. termoelektrane, nuklearne i hidroelektrane). Cilj je potpuno eliminirati slijepi zone zaštite i osigurati bezbednost imovine za proizvodnju električne energije.

2. Ključni Izazovi

Veliki generatori tokom rada suočeni su sa mnogostrukim pretnjama unutrašnjih grešaka, uključujući:

• ​Greške statorne vitičnice: Krajnje kratični preliv, inter-turn kratični preliv i preliv na zemlju. Posebno, inter-turn kratični preliv pokazuje niske početne struje greške, čime se teško otkriva tradicionalnom transverzalnom diferencijalnom zaštitom zbog svojih inerentnih slijepih zona.
• ​Greške rotorne struje: Jedno-tačkovni preliv na zemlju, dvo-tačkovni preliv na zemlju i otvorene ili zatvorene struje u strujnoj petlji pobude. Dok jedno-tačkovni preliv na zemlju može dozvoliti nastavak rada, njegovo progresiranje u dvo-tačkovni preliv na zemlju može uzrokovati magnetnu asimetriju i tešku vibraciju agregata.
• ​Nestandardne uslove rada: Reversibilna snaga, gubitak pobude, prekomjerna pobuda, prekomjerna naponska razlika i nepravilnosti u frekvenciji. Iako nisu trenutne greške, ovi uslovi mogu ozbiljno oštetiti generator ili prijetiti stabilnosti mreže.

3. Detaljno Rešenje

Naše mikroprocesorsko rešenje za zaštitu koristi hijerarhijsku distribuiranu arhitekturu. Jezgreni relé za zaštitu integriše robustnu hardversku platformu za obradu sa zrelim algoritmima zaštitu, kako je detaljno opisano ispod:

3.1 Za inter-turn kratične prelive statora: Višekriterijumska kombinovana zaštita

Da bi se rešila nesenzibilnost tradicionalne transverzalne diferencijalne zaštite na inter-turn kratične prelive unutar iste faze, ovo rešenje koristi višekriterijumski fuzioni algoritam odlučivanja, znatno unapređujući pouzdanost i osetljivost detekcije.

• ​Tehnički principi:
• Kriterijum smjera negativne sekvenčne snage: Praćenje negativne sekvenčne struje i napona na terminalima generatora radi izračunavanja smjera negativne sekvenčne snage. Unutrašnje asimetrične greške (npr. inter-turn kratični preliv) generiraju izvor negativne sekvenca, s smjerom snage koji teče od generatora prema sistemu, omogućujući preciznu detekciju unutrašnjih grešaka.
• Kriterijum promjene treće harmonične naponske varijacije: Praćenje omjera amplituda i fazne razlike između neutralne i terminalne treće harmonične naponske varijacije. Inter-turn kratični preliv ruši inherentni raspored treće harmonične naponske varijacije, na koju ovaj kriterijum ima visoku osetljivost.
• Kriterijum naponske razlike neutralne tačke: Služi kao pomoćno jačanje kako bi se unapredilo pouzdanje.
• ​Prednosti performansi:
• Visoka osetljivost: Sposobnost detekcije manjih inter-turn kratičnih prelivova do 0,5%.
• Bristava operacija: Potpuno vrijeme operacije ispod 20 ms, znatno ograničavajući oštećenje greškom.
• Visoko pouzdanje: Višestruki kriteriji međusobno blokiraju ili paralelno operiraju kako bi se sprečile pogrešne operacije i izbjegla neuspjela operacija.
• ​Slučajevi studija: Nakon implementacije u 500MW ugljenom generatoru, rešenje postiglo je 98% osetljivosti u detekciji inter-turn kratičnih prelivova, uspješno spriječavajući velike oštećenja izazvane malim defektima izolacije.

3.2 Za 100% statorsku zaštitu od prelivova na zemlju: Fuzija dvije tehnologije za pozicioniranje

Tradicionalna fundamentalna nultosekvencijska naponska zaštita pokazuje slijepi zone blizu neutralne tačke. Ovo rešenje kombinuje dvije zrele tehnologije kako bi dostiglo 100% pokrivenje zaštite od terminala do neutralne tačke.

• ​Tehnički principi:
• Standardna zona (85-95%): Koristi metodu omjera treće harmonične naponske varijacije kako bi zaštitio većinu statorske vitičnice od neutralne tačke prema terminalima.
• Kompensacija slijepih zona (blizu neutralne tačke, 5-15%): Koristi injekcijsku statorsku zaštitu od prelivova na zemlju. Niskofrekventni (20Hz ili 12,5Hz) naponski signal se injicira u rotorsku strujnu petlju, a promjene u injekcijskoj struji se praćenje kako bi se precizno izračunala otpornost izolacije i lokacija greške, potpuno eliminirajući slijepi zone blizu neutralne tačke.
• ​Prednosti performansi:
• 100% pokrivenje: Bez slijepih zona, osiguravajući potpunu zaštitu statorske vitičnice.
• Precizno lokiranje: Precizno lokira lokacije prelivova na zemlju za ciljanu održavanje.
• ​Slučajevi studija: U nuklearnoj elektranama, rešenje uspješno lokiralo preliv na zemlju samo 3% od neutralne tačke, s manje od 1% greške, omogućujući planirano održavanje i izbjegavanje neplaniranih prekida.

3.3 Za zdravlje rotorske struje: Dinamičko praćenje i ranje upozorenje

Rotorske strujne greške, posebno otvoreni rotirajući diodi, su česte skrivene opasnosti. Ovo rešenje prelazi s "zaštite nakon greške" na "upozorenje prije greške" putem real-time praćenja.

• ​Tehnički principi:
• Visokofrekventni transformatori struje (CT) ili specijalizirani moduli za praćenje instalirani na slip ringove prikupljaju real-time valove pobudne struje.
• Ugrađeni algoritmi vrše brzu Fourierovu transformaciju (FFT) harmonijske analize struje.
• Otvoreni rotirajući diodi dovode do teške distorzije valova pobudne struje, znatno povećavajući karakteristične harmonike (npr. petu harmoniku).
• ​Prednosti performansi:
• Ranjee upozorenje: Upozorava na temelju sadržaja harmonika koji prelaze granice (npr. peta harmonika prelazi 8%), podsticući održavanje rotirajuće diodne mostove prije pojavljivanja grešaka.
• Sprečavanje eskalacije: Timely warnings prevent severe accidents such as insulation damage due to loss of excitation current and rotor overheating.
• Condition-Based Maintenance: Provides critical data for predictive maintenance.

4. Zaključak i Vrijednost

Ovo mikroprocesorsko rešenje za zaštitu integriše napredne senzorske tehnologije, algoritme za obradu signala i višekriterijumska inteligentna odlučivanja kako bi se rešili tradicionalni problemi zaštite generatora:

• Eliminira slijepi zone zaštite, dostižući 100% pokrivenje za inter-turn kratične prelive i prelive na zemlju statora.
• Transformiše zaštitu nakon greške u upozorenje prije greške, efikasno sprečavajući greške putem dinamičkog praćenja rotora.
• Validirano stvarnim slučajevima, ovo rešenje nudi visoku osetljivost, brzinu i pouzdanost, zadovoljavajući bezbednosne zahteve velikih i mega generatora (500MW i više).