تجهیزات الکتریکی نیروگاه گازی:
در این بخش، تجهیزات الکتریکی مهم نیروگاه گازی را معرفی می کنیم.
ژنراتور:
برای تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه ها (به عبارت دیگر تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی) از ژنراتورهای سنکرن سه فاز جریان متناوب استفاده می شود.
این ژنراتورها را به دو گروه توربو ژنراتورها (ژنراتور سنکرونی که گرداننده آن توربین بخاری یا گازی است) و هیدرو ژنراتورها (ژنراتور سنکرونی که گرداننده آن توربین آبی است) تقسیم می کنند.
با توجه به اینکه عموماً در نیروگاه های حرارتی با قدرت بالا (گازی، بخاری، سیکل ترکیبی، هسته ای) سرعت گردش توربین 3000 دور در دقیقه است، ژنراتور سنکرون کوپل شده با توربین، دو قطبی است.
در نیروگاه های آبی به خاطر کم بودن سرعت توربین های آبی، باید تعداد قطب های هیدرو ژنراتورها زیاد باشد تا بتوان به فرکانس تولیدی 50 هرتز در تولید الکتریکی ژنراتور دست یافت.
لازم به ذکر است که همه ژنراتورهای قطب صاف نیروگاه های بخار، دو قطبی با سیم پیچی اتصال ستاره و فرکانس 50 هرتز هستند. همچنین در اکثر این ژنراتورها، مواد عایق بندی کلاس B به کار می رود.
از دیگر خصوصیات ژنراتورهای سنکرون، سهولت در عملکرد موازی آن ها است. در واقع، شبکه های قدرت از تعداد بسیار زیادی ژنراتورهای سنکرون (واقع در نیروگاه ها) تشکیل شده اند که توسط خطوط انتقال با هم موازی می شوند.
این شبکه های بسیار بزرگ پیشرفته، با وجود مواجه بودن با اغتشاشات و مشکلات خاص خود، به سبب برخورداری از طرح ها و امکانات ضروری باید سنکرونیزم خود را حفظ کنند که این سنکرونیزم، به معنای هماهنگی در عملکرد ژنراتور نیروگاه ها است.
ژنراتور نیروگاه ها از اجزای زیادی تشکیل شده است، اما معمول آن است که ماشین ها را بر حسب دو جزء مهم آن ها یعنی استاتور و روتور بررسی می کنند. استاتور قسمتی از ژنراتور است که ثابت است و شامل بدنه، هسته و سیم پیچ ها است.
توان نامی ماشین از استاتور گرفته می شود و استاتور باید نسبت به تنش های ناشی از بارگذاری عادی و تنش های شدید ناشی از خطاهای گذرا و شرایط اتصال کوتاه، مقاوم باشد. روتور این ژنراتورها بسته به تعداد دور آن ها، به صورت قطب صاف یا قطب برجسته ساخته می شود.
با توجه به اینکه سرعت محور توربین در نیروگاه های حرارتی بسیار بالا است، تعداد قطب آن کم بوده و روتور از نوع قطب صاف ساخته می شود.
سرعت این ژنراتورها از 1200 الی 3000 دور بر دقیقه تغییر می کند؛ اما در نیروگاه های آبی که سرعت توربین های آن بسیار کم است، روتور از نوع قطب برجسته ساخته می شود.
به سه روش می توان سنکرونیزم را انجام داد:
در صورتی که شرایط سنکرونیزم کاملاً مهیا نشود و اقدام به وصل کلید شود، هم ژنراتور و هم کلید در معرض خطرات ناشی از جریان های سنکرونیزم اکتیو و راکتیو قرار می گیرند.
سیستم کنترل ولتاژ:
در عمل، تمام تجهیزات مورد استفاده در یک سیستم قدرت برای سطح ولتاژ معینی (که به آن، ولتاژ نامی گفته می شود) طراحی می شوند.
اگر ولتاژ سیستم از مقدار نامی کمتر یا بیشتر شود، کارایی تجهیزات سیستم و احتمالاً عمر آن ها کاهش می یابد؛ مثلاً گشتاور یک موتور القایی متناسب با مجذور ولتاژ پایانه آن است. شار نوری لامپ ها شدیداً وابسته به ولتاژ است.
در سیستم های قدرت، موارد مشابه این امر، بسیار است. علاوه بر بارها، اغلب عناصر یک شبکه قدرت، مصرف کننده توان راکتیو هستند. بنابراین باید توان راکتیو در بعضی نقاط شبکه، تولید و سپس به محل های مورد نیاز منتقل شود.
با تزریق توان راکتیو به بعضی نقاط شبکه و انجام پخش بار شبکه مشخص می شود که ولتاژ تمام شین ها بالا می رود که بیش از همه، روی ولتاژ همان شین تزریقی تأثیر می گذارد. البته این تزریق توان راکتیو، تأثیر چندانی بر روی فرکانس شبکه ندارد.
بنابراین می توان گفت که توان راکتیو و ولتاژ شبکه دارای تغییراتی در جهت یکسان هستند که آن را کانال کنترل (توان راکتیو-ولتاژ یا مگاوار-ولتاژ) می نامیم.
با توجه به اینکه توان راکتیو مصرفی بارهای شبکه در ساعات مختلف در حال تغییر است، لذا ولتاژ و توان راکتیو باید دائماً کنترل شوند. در ساعات حداکثر بار، توان راکتیو مورد نیاز شبکه بیشتر می شود و در نتیجه نیاز به تولید توان راکتیو زیادی در شبکه است.
اگر توان راکتیو مورد نظر تأمین نشود، اجباراً ولتاژ نقاط مختلف شبکه کاهش یافته، ممکن است از محدوده مجاز خود خارج شود.
بدین منظور، نیروگاه ها دارای سیستم کنترل ولتاژ هستند که این سیستم ها، کاهش ولتاژ پایانه ژنراتور را حس می کنند تا فرمان های کنترل لازم را برای بالا بردن جریان تحریک ژنراتور (و در نتیجه افزایش ولتاژ تا سطح ولتاژ نامی) صادر کنند.
با افزایش جریان تحریک (حالت فوق تحریک) توان راکتیو توسط ژنراتور تولید می شود؛ اما توان راکتیو تولیدی ژنراتورها به خاطر مسائل حرارتی سیم پیچ ها محدود است و ژنراتورها به تنهایی نمی توانند در ساعات حداکثر بار، تمام توان راکتیو مورد نیاز سیستم را تأمین کنند.
بنابراین در این ساعات به وسایل دیگری نیاز است که بتوانند توان راکتیو به شبکه تزریق کنند تا سطوح ولتاژ در محدوده مجاز قرار گیرند.
در برخی شرایط و ساعات کم بار شبکه، بارها و عناصر آن، توان راکتیو کمی مصرف می کنند و ظرفیت خازنی خطوط طویل سیستم انتقال می تواند باعث افزایش توان راکتیو تولیدی در شبکه شود. در این گونه مواقع، ممکن است ژنراتورها به صورت زیرتحریک کار کنند تا مقداری از توان راکتیو شبکه را جذب کنند و از بالا رفتن بیش از حد ولتاژ شبکه جلوگیری شود.
البته دریافت توان راکتیو توسط ژنراتورها با محدودیت هایی همراه است که در بعضی شبکه ها علاوه بر ژنراتورها به وسایل دیگری برای کنترل ولتاژ (به صورت راکتور) نیاز است.
در نهایت می توان گفت که توازن توان راکتیو شبکه، تضمینی بر ثابت بودن ولتاژ (و کنترل توان راکتیو به منزله کنترل ولتاژ شبکه) است، پس به طور کلی، کنترل توان راکتیو و ولتاژ شبکه به صورت زیر انجام می شود:
تنظیم کننده خودکار ولتاژ (AVR):
«تنظیم کننده خودکار ولتاژ» (Automatic Voltage Regulator) با تغییر جریان تحریک استاتور ولتاژ خروجی ژنراتور اصلی را کنترل می کند. برای اینکه این وسیله بتواند ولتاژ خروجی ژنراتور اصلی را کنترل کند، باید از آن نمونه برداری کند.
علاوه براین AVR از این ولتاژ تغذیه می شود. ولتاژ خروجی ژنراتور که در این جا 11/5 کیلوولت است، ابتدا توسط یک ترانسفورماتور کاهنده کاهش داده می شود و به 125 ولت می رسد.
حال می توان AVR را با این ولتاژ تغذیه کرد. یکی دیگر از مسائلی که در AVR قابل توجه است، یک عدد معین است که باید به عنوان مبنا به آن داده شود تا ولتاژ خروجی ژنراتور اصلی که نمونه برداری شده با آن مقایسه شود.
هرگاه بر اثر اضافه بار ولتاژ خروجی ژنراتور اصلی کاهش یابد، دستگاه جریان تحریک بار را اضافه می کند تا کاهش ولتاژ جبران شود و اگر ولتاژ به دلایلی اضافه شد، جریان تحریک کاهش داده می شود تا ولتاژ خروجی ژنراتور اصلی نیز کاهش یابد.
سیستم تحریک:
وظیفه اصلی سیستم تحریک این است که با تغییر جریان DC سیم پیچ تحریک واقع بر روی روتور، نیروی محرکه تولید شده ژنراتور را کنترل کند.
با تغییر نیروی محرکه ژنراتور، نه تنها ولتاژ خروجی قابل تنظیم است؛ بلکه ضریب توان و دامنه جریان نیز کنترل می شود.
اجزای سیستم تحریک را می توان به صورت زیر معرفی کرد:
تحریک کننده (اکسایتر):
این بلوک وظیفه تأمین جریان مستقیم مورد نیاز در سیم پیچ تحریک را بر عهده دارد.
تنظیم کننده (رگولاتور):
این بلوک کنترلی، وظیفه تقویت و پردازش سیگنال های کنترل ورودی را (به سطح و شکلی که برای کنترل تحریک کننده، مناسب باشد) بر عهده دارد.
مبدل ولتاژ پایانه و جبران کننده بار:
این بلوک، ولتاژ پایانه ژنراتور را اندازه گیری می کند و پس از یکسوسازی، آن را به یک ولتاژ جریان مستقیم تبدیل می کند. سپس این ولتاژ با یک ولتاژ مرجع (که بیانگر ولتاژ مطلوب پایانه از ژنراتور سنکرون است) مقایسه می شود. همچنین اگر بخواهیم ولتاژ را در نقطه ای که از نظر الکتریکی از ژنراتور دور باشد (مثل ترانسفورماتور افزاینده) ثابت نگه داریم، این بلوک مجهز به سیستم جبران کننده بار خواهد بود.
پایدارساز سیستم قدرت:
این بلوک، به منظور میرا کردن نوسانات سیستم های قدرت، سیگنال ورودی اضافی و تنظیم کننده ولتاژ را ایجاد می کند. سیگنال های وروردی مورد نظر، معمولاً انحراف سرعت روتور، توان شتاب دهنده و انحراف فرکانس است.
مدارهای محدودکننده و حفاظتی:
این بلوک شامل مجموعه وسیعی از توابع کنترلی و حفاظتی است و برای اطمینان از این موضوع طراحی شده می شود که از حدود توانایی تحریک کننده و ژنراتور خارج نشود. بعضی از توابع مرسوم، شامل محدودکننده جریان تحریک و محدودکننده زیرتحریک است.
معمولاً این توابع شامل مدارهای مشخصی هستند و سیگنال خروجی آن ها را می توان در محل های مختلف به صورت جمع کننده به سیستم تحریک اعمال کرد.
سیستم های تحریک ژنراتورها بر اساس منبع توان تحریک به سه نوع عمده تقسیم می شوند:
سیستم کنترل فرکانس:
با توجه به تغییر مصرف بار شبکه در ساعات مختلف شبانه روز و لزوم تأمین مصرف شبکه توسط ژنراتورهای قدرت، لازم است تا قدرت تولیدی ژنراتورها به طور منظم کنترل شود. قدرت خروجی یک ژنراتور با تغییر دادن توان مکانیکی ورودی آن کنترل می شود.
برای این کار، با باز کردن یا بستن شیر گاز (و یا دریچه آب)، جریان گاز (و یا آب) ورودی به توربین های گازی (و یا آبی) تنظیم می شود و کنترل قدرت مکانیکی (و در نتیجه قدرت اکتیو خروجی ژنراتور) را میسر می کند.
اگر قدرت مصرفی بار افزایش یابد، باید شیر گاز و یا دریچه آب بیشتر باز شود تا به همان میزان، قدرت تولیدی ژنراتور افزایش یابد و چنانچه قدرت مصرفی بار کاهش یابد، باید عمل بسته شدن شیرها به نسبت مشخص و معینی صورت گیرد.
لازم به ذکر است که عدم توازن قدرت را می توان از تأثیر آن بر سرعت و یا فرکانس ژنراتور احساس کرد، زیرا در صورت کاهش بار و یا اضافه بودن تولید، ژنراتور تمایل به افزایش سرعت و فرکانس خود دارد و در صورت افزایش بار و کمبود تولید، سرعت و فرکانس ژنراتور رو به کاهش می رود.
انحراف فرکانس شبکه (یا سرعت محور ژنراتور) از مقدار نامی آن به عنوان سیگنالی جهت تحریک سیستم کنترل اتوماتیک انتخاب می شود، زیرا توازن قدرت اکتیو به منزله ثابت بودن فرکانس سیستم است. یکی از مشخصات مهم هر سیستمی که در حالت عادی کار می کند، ثابت بودن فرکانس آن است.
حداقل چهار دلیل اساسی را می توان برای این موضوع که چرا نباید فرکانس سیستم از یک مقدار ثابت تعیین شده تغییر کند، به صورت زیر بیان کرد:
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
