Kapsamlı Mikroişlemci Tabanlı Koruma Çözümü Büyük Jeneratörler için

1. Genel Bakış

Güç sistemlerinin daha yüksek parametreler, daha büyük kapasiteler ve daha karmaşık ağ yapılarına doğru gelişmesiyle, ünite generatörlerinin güvenli ve istikrarlı çalışması toplam ağ güvenilirliği açısından kritik öneme sahiptir. Geleneksel röle koruma cihazları, karmaşık iç generatör arızaları ile başa çıkmada kör bölgeler ve yetersiz hassasiyet gibi zorluklarla karşı karşıyadır. Bu çözüm, gelişmiş mikroişlemci tabanlı koruma teknolojisinden yararlanarak, çok kaynaklı bilgiyi ve akıllı algoritmaları entegre ederek, büyük generatörler (örneğin, termal, nükleer ve hidroelektrik üniteler) için hızlı, güvenilir ve kapsamlı bir koruma sistemi sağlar. Koruma kör noktalarını tamamen ortadan kaldırmayı ve güç üretim varlıklarının güvenliğini sağlamak hedeflenmektedir.

2. Temel Zorluklar

Büyük generatörler, işletim sırasında birden fazla iç arıza tehdidine maruz kalabilir:

• ​Stator Bobin Arızaları: Faz-arası kısa devreler, bobin arasında kısa devreler ve yer arızaları. Özellikle bobin arasında kısa devreler, düşük ilk arıza akımları gösterdiği için, geleneksel transversal diferansiyel korumaların kör bölgeleri nedeniyle tespit etmesi zordur.
• ​Rotor Devresi Arızaları: Tek noktalı yer arızaları, çift noktalı yer arızaları ve tahrik devresinde açık veya kısa devreler. Bir tek noktalı yer arızası, operasyonun devam etmesine izin verebilir, ancak çift noktalı yer arızasına dönüşmesi manyetik asimetri ve ciddi ünite titreşimine yol açabilir.
• ​Abnormal İşletim Koşulları: Ters yönde güç, tahrik kaybı, aşırı tahrik, aşırı gerilim ve frekans anormallikleri. Bunlar anlık arızalar olmasa da, bu durumlar, generatörü ciddi şekilde zarara uğratabilir veya ağ istikrarını tehdit edebilir.

3. Detaylı Çözüm

Mikroişlemci tabanlı koruma çözümümüz, hiyerarşik dağıtılmış bir mimariyi benimser. Ana koruma rölesi, sağlam bir donanım işlem platformunu olgun koruma algoritmalarıyla entegre eder, detayları aşağıda verilmiştir:

3.1 Stator Bobin Arasındaki Kısa Devreler İçin: Çok Kriterli Bileşik Koruma

Aynı faz içindeki bobin arasında kısa devrelere karşı geleneksel transversal diferansiyel korumanın hassasiyet eksikliğine çözüm olarak, bu çözüm çok kriterli birleşik karar algoritması kullanır, bu da tespit güvenilirliğini ve hassasiyetini önemli ölçüde artırır.

• ​Teknik İlkeler:
• Olumsuz Dizi Güç Yönlendirme Kriteri: Generatör uçlarındaki olumsuz dizi akımı ve gerilimi izleyerek, olumsuz dizi gücünün yönünü hesaplar. İç asimetrik arızalar (örneğin, bobin arasında kısa devreler), olumsuz dizi bir kaynağını oluşturur ve güç yönü, generatörden sisteme doğru akar, bu da iç arızaların doğru tespitini sağlar.
• Üçüncü Harmonik Gerilim Değişim Kriteri: Nötr ve uç üçüncü harmonik gerilimler arasındaki genlik oranı ve faz farkını takip eder. Bobin arasında kısa devreler, üçüncü harmonik gerilimlerin doğal dağılım desenini bozar, bu kriter bu değişikliklere son derece hassastır.
• Nötr Nokta Yer Değiştirme Gerilimi Kriteri: Güvenilirliği artırmak için yardımcı bir güçlendirme görevi görür.
• ​Performans Avantajları:
• Yüksek Hassasiyet: %0,5'lik küçük bobin arasında kısa devreleri tespit edebilir.
• Hızlı İşlem: Tam işlem süresi 20 ms'nin altında, bu da arıza zararını önemli ölçüde sınırlar.
• Yüksek Güvenilirlik: Birden fazla kriter birbirini destekleyerek veya paralel olarak çalışarak yanlış hareketleri önlemek ve başarısız olmayı önler.
• ​Vaka Çalışması: 500MW kömür yakıtlı bir generatörde uygulanmasından sonra, çözüm, küçük yalıtım defektlerine bağlı ciddi yanma kazalarını başarıyla önleyerek, bobin arasında kısa devrelerin %98 hassasiyetle tespit edilmesini sağladı.

3.2 100% Stator Yer Arızası Koruması İçin: İki Teknoloji Birleşik Konumlandırma

Geleneksel temel sıfır-dizi gerilim koruması, nötr noktanın yakınında kör bölgeler gösterir. Bu çözüm, nötr noktadan uçlara kadar %100 koruma kapsamı sağlamak için iki olgun teknolojiyi birleştirir.

• ​Teknik İlkeler:
• Geleneksel Bölge (85-95%): Üçüncü harmonik gerilim oranı yöntemini kullanarak, stator bobininin çoğunluğunu nötr noktadan uçlara doğru korur.
• Kör Bölge Tamlama (Nötr Noktanın Yakınında, 5-15%): Enjeksiyon tabanlı stator yer arızası korumasını kullanır. Rotor devresine düşük frekanslı (20Hz veya 12.5Hz) bir gerilim sinyali enjekte edilir ve enjeksiyon akımındaki değişimler izlenerek, yalıtım direnci ve arıza konumu hassas bir şekilde hesaplanır, bu da nötr noktanın yakınındaki kör bölgeleri tamamen ortadan kaldırır.
• ​Performans Avantajları:
• %100 Kaplama: Kör bölgeler yok, stator bobininin tamamı korunur.
• Hassas Konumlama: Hedefli bakım için yer arızası konumlarını hassas bir şekilde belirler.
• ​Vaka Çalışması: Bir nükleer enerji santralinde, çözüm, nötr noktadan sadece %3 uzaklıkta bir yer arızasını, %1'den az hata ile başarıyla belirledi, planlı bakımı sağlayarak beklenmedik kesintileri önledi.

3.3 Rotor Devresi Sağlığı İçin: Dinamik İzleme ve Erken Uyarı

Rotor devresi arızaları, özellikle açık dönen diyotlar, yaygın gizli tehlikelerdir. Bu çözüm, gerçek zamanlı izleme yoluyla "ardından koruma"dan "öncesi uyarıya" geçiş yapmaktadır.

• ​Teknik İlkeler:
• Kayma halkalarında monte edilmiş yüksek frekanslı akım dönüştürücüler (CT) veya özel izleme modülleri, gerçek zamanlı tahrik akımı şekillerini toplar.
• Sistemin dahili algoritmaları, akımda Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) harmonik analizi gerçekleştirir.
• Açık dönen diyotlar, tahrik akımı şeklini ciddi şekilde bozarak, karakteristik harmonikleri (örneğin, beşinci harmonik) önemli ölçüde artırır.
• ​Performans Avantajları:
• Erken Uyarı: Harmonik içerik eşik değerlerini aşan (örneğin, beşinci harmonik %8'i aşan) durumlarda uyarılar verir, bu da arızalar meydana gelmeden önce dönen dikdörtgen köprü üzerinde bakım kontrolleri yapılmasını sağlar.
• Yükseltmenin Önlenmesi: Zamanında uyarılar, tahrik akımı kaybı ve rotor aşırı ısınmasına bağlı yalıtım hasarına neden olan kötüye giden olayları önler.
• Koşullu Bakım: Tahmini bakıma kritik veriler sağlar.