Komprehensibong Solusyon sa Proteksyon Batay sa Microprocessor para sa mga Malalaking Generator

1. Buod

Sa pagkakaiba ng mga sistema ng kuryente patungo sa mas mataas na parametro, mas malaking kapasidad, at mas komplikadong istraktura ng grid, ang ligtas at matatag na operasyon ng mga generating unit ay mahalaga para sa kabuuang reliabilidad ng grid. Ang mga tradisyonal na relay protection device ay may mga hamon tulad ng blind zones at hindi sapat na sensitibidad sa pagtugon sa mga komplikadong internal generator faults. Ang solusyon na ito ay gumagamit ng napakabagong microprocessor-based protection technology, nagbibigay ng mabilis, maasahan, at komprehensibong sistema ng proteksyon para sa malalaking generators (halimbawa, thermal, nuclear, at hydroelectric units). Layunin nito na buwisan ang lahat ng mga blind spots sa proteksyon at tiyakin ang seguridad ng mga assets sa power generation.

2. Puso ng mga Hamon

Nararanasan ng mga malalaking generators ang maraming banta mula sa mga internal fault sa panahon ng operasyon, kasama ang:

• ​Mga Fault sa Stator Winding: Phase-to-phase short circuits, inter-turn short circuits, at ground faults. Partikular na ang inter-turn short circuits, na nagpapakita ng mababang initial fault currents, kaya mahirap silang detekto gamit ang tradisyonal na transverse differential protection dahil sa inherent na blind zones.
• ​Mga Fault sa Rotor Circuit: Single-point ground faults, double-point ground faults, at open o short circuits sa excitation circuit. Habang maaaring magpatuloy ang operasyon sa single-point ground fault, ang paglalakas nito sa double-point ground fault ay maaaring magresulta sa magnetic asymmetry at matinding paggalaw ng unit.
• ​Hindi Normal na Kondisyon ng Operasyon: Reverse power, loss of excitation, over-excitation, overvoltage, at frequency abnormalities. Bagama't hindi ito instant fault, ang mga kondisyong ito ay maaaring makasira ng malubha sa generator o maging panganib sa estabilidad ng grid.

3. Detalyadong Solusyon

Ang aming microprocessor-based protection solution ay gumagamit ng hierarchical distributed architecture. Ang core protection relay ay nagbibigay ng robust na hardware processing platform na may mature na mga algorithm ng proteksyon, gaya ng ibinigay sa ibaba:

3.1 Para sa Inter-Turn Short Circuits sa Stator: Multi-Criteria Composite Protection

Upang tugunan ang hindi sensitibong tradisyonal na transverse differential protection sa inter-turn short circuits sa parehong phase, ang solusyon na ito ay gumagamit ng multi-criteria fusion decision algorithm, na nagpapataas ng detection reliability at sensitibidad.

• ​Teknikal na Prinsipyo:
• Kriteryo ng Direksyon ng Negative-Sequence Power: Monitors ang negative-sequence current at voltage sa terminals ng generator upang kalkulahin ang direksyon ng negative-sequence power. Ang mga internal asymmetric faults (halimbawa, inter-turn short circuits) ay lumilikha ng negative-sequence source, na may power direction na nagmumula sa generator papunta sa sistema, nagbibigay ng tumpak na deteksiyon ng internal fault.
• Kriteryo ng Variation ng Third Harmonic Voltage: Tracks ang ratio ng amplitude at phase difference sa pagitan ng neutral at terminal third harmonic voltages. Ang inter-turn short circuits ay nagbabago sa inherent na distribution pattern ng third harmonic voltages, kaya ang kriteryong ito ay highly sensitive dito.
• Kriteryo ng Neutral Point Displacement Voltage: Nagbibigay ng auxiliary enhancement upang mapataas ang reliabilidad.
• ​Pagkamahusay:
• High Sensitivity: Kayang detektuhan ang minor inter-turn short circuits hanggang 0.5%.
• Rapid Operation: Full operation time na mas kaunti sa 20 ms, na limitado ang pinsala ng fault.
• High Reliability: Multiple criteria interlock o operate in parallel upang iwasan ang maloperation at failure to operate.
• ​Case Study: Pagkatapos ng implementation sa isang 500MW coal-fired generator, ang solusyon ay nagtagumpay na nakamit ang 98% sensitivity sa deteksiyon ng inter-turn short circuits, na matagumpay na pinigilan ang major burn-out accidents dahil sa minor insulation defects.

3.2 Para sa 100% Stator Ground Fault Protection: Dual-Technology Fusion Positioning

Ang tradisyonal na fundamental zero-sequence voltage protection ay may blind zones malapit sa neutral point. Ang solusyon na ito ay nagbibigay ng dalawang mature na teknolohiya upang makamit ang 100% coverage mula sa terminals hanggang sa neutral point.

• ​Teknikal na Prinsipyo:
• Conventional Zone (85–95%): Gumagamit ng third harmonic voltage ratio method upang protektahan ang karamihan ng stator winding mula sa neutral point patungo sa terminals.
• Blind Zone Compensation (Malapit sa Neutral Point, 5–15%): Gumagamit ng injection-based stator ground fault protection. Isinasailalim ang low-frequency (20Hz o 12.5Hz) voltage signal sa rotor circuit, at ina-monitor ang mga pagbabago sa injection current upang tumpaking kalkulahin ang insulation resistance at fault location, na buwisan ang blind zones malapit sa neutral point.
• ​Pagkamahusay:
• 100% Coverage: Walang blind zones, nagbibigay ng full stator winding protection.
• Precise Localization: Tumpak na nagbibigay ng lokasyon ng ground fault para sa targeted maintenance.
• ​Case Study: Sa isang nuclear power plant, ang solusyon ay matagumpay na naitala ang ground fault na nasa 3% mula sa neutral point, na may error na mas kaunti sa 1%, na nagbibigay ng planned maintenance at iwasan ang unplanned outages.

3.3 Para sa Kalusugan ng Rotor Circuit: Dynamic Monitoring at Early Warning

Ang mga fault sa rotor circuit, partikular na ang open rotating diodes, ay karaniwang hidden dangers. Ang solusyon na ito ay nagbabago mula sa "post-fault protection" patungo sa "pre-fault warning" sa pamamagitan ng real-time monitoring.

• ​Teknikal na Prinsipyo:
• Ang high-frequency current transformers (CTs) o dedicated monitoring modules na inilagay sa slip rings ay nagkokolekta ng real-time excitation current waveforms.
• Ang built-in algorithms ay gumagamit ng Fast Fourier Transform (FFT) harmonic analysis sa current.
• Ang open rotating diodes ay nagdudulot ng severe distortion sa excitation current waveform, na nagpapataas ng characteristic harmonics (halimbawa, ang fifth harmonic).
• ​Pagkamahusay:
• Early Warning: Nagbibigay ng alerts batay sa harmonic content na lumampas sa threshold (halimbawa, ang fifth harmonic na lumampas sa 8%), na nag-uudyok ng maintenance checks sa rotating rectifier bridge bago mangyari ang fault.
• Prevention of Escalation: Mga timely warnings upang iwasan ang mga malicious accident tulad ng insulation damage dahil sa loss ng excitation current at rotor overheating.
• Condition-Based Maintenance: Nagbibigay ng critical data para sa predictive maintenance.

4. Buod at Halaga

Ang microprocessor-based protection solution na ito ay nagbibigay ng advanced sensing technology, signal processing algorithms, at multi-criteria intelligent decision-making upang tugunan ang mga traditional pain points sa generator protection:

• Eliminates protection blind zones, achieving 100% coverage for stator inter-turn short circuits and ground faults.
• Transforms post-fault protection into pre-fault warning, effectively preventing faults through dynamic rotor monitoring.
• Validated by real-world cases, the solution offers high sensitivity, speed, and reliability, meeting the safety requirements of large and mega generators (500MW and above).