تحقیق مقاله اثرات کنترل فرکانس در سیستم

مدیریت مهندسی و بررسهای فنی شرکت توانیر

چکیده:

نوسانات مصرف برق چه تجاری، خانگی، کشاورزی و صنعتی در شبکه بصورت لحظه‌ای موج می‌زند. وظیفه مراکز کنترل شبکه ایجاد تعادل بین تولید و مصرف بصورت لحظه‌ای و تنظیم فرکانس و ولتاژ می‌باشد. این تنظیم میبایستی با برنامه‌ریزی صحیح و پیش‌بینی نوسانات مصرف، بصورت اپتیمم و اقتصادی و مطمئن انجام پذیرد. چه عدم تنظیم تعادل تولید و مصرف موجب تغییرات فرکانس گردیده که از یک طرف خسارات فراوان برای مشترکین و از طرف دیگر صدمات زیادی برای خود مولدهای نیرو و تجهیزات وابسته آن در بر دارد.

عدم مقابله صحیح و آنی در برخورد با اغتشاشات و اتفاقات شبکه که ممکنست علاوه بر نوسانات مصرف، در شبکه بوجود آید می‌تواند منجر به از دست رفتن کل شبکه و صدمات جبران ناپذیری گردد که عوارض سیاسی، اجتماعی، انسانی، اقتصادی آن قابل گذشت نیست. هر چند در شبکه برق ایران متاسفانه بسیار شاهد چنین حوادثی بوده‌ایم ولی گناه عادت کردن به این وضعیت و سهل نگاشتن آن کمتر از خود این صدمات نیست.

در این مقاله سعی شده است در سه بخش متمایز بترتیب:

صدمات وارده به توربوژنراتورها در اثر کارکرد در فرکانس غیر نامی و لزوم انتخاب صحیح توربو ژنراتورها

انتخاب نوع مولدهای نیرو و سیستمهای کنترل متناسب برای تنظیم فرکانس در شبکه.

اتخاذ تدابیر لازم جهت کنترل فرکانس در مراکز کنترل شبکه و در وضعیت‌های مختلف عادی، نزدیک به خطر، اضطراری و بحرانی مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد و توصیه‌های لازم عنوان گردد.

شرح مقاله:

مشترکین شبکه برق نیاز به تامین برقی مطمئن با فرکانس و ولتاژ ثابت دارند و این ولتاژ و فرکانس معمولاً نمی‌بایستی تغییرات قابل ملاحظه‌ای داشته باشند.

نگهداری این مقادیر با تعادل بین تولید و مصرف (پیش‌بینی سیستم کنترل مناسب و قطع و وصل سریع) حاصل می‌گردد.

علیرغم مراقبت ها و کنترل مناسب، گاهی حوادث غیرعادی ممکنست باعث اشکال در بعضی واحدها و یا قسمتی از شبکه گردیده، تعادل بین تولید و مصرف را بهم زده و فرکانس از مقدار نامی خود فاصله بگیرد، بسته به طبیعت حادثه ممکنست با بهم ریختن کل شبکه و یا بعضی تاسیسات و بیا کارکرد واحدها در وضعیت نامطلوب و غیر مجاز مواجه گردیم.

برای مقابله با مشکلاتی که عدم تنظیم فرکانس می‌تواند برای مصرف کنندگان و توربوژنراتورها بوجود آورد می‌بایستی پیش‌بینی‌های معقول با توجه به امکانات عملی صورت پذیرد که میتوان این تدابیر را به سه بخش متمایز تقسیم کرد.

1 انتخاب نوع توربوژنراتور مناسب برای کارکرد در فرکانسهای غیر نامی متناسب با وضعیت شبکه برق ایران

2- پیش‌بینی سیستم های کنترل مناسب برای هر واحد با توجه به طبیعت واحدها و نیاز سیستم

3 پیش‌بینی نرم افزار و سخت‌افزار مناسب در مرکز کنترل سیستم برای حالتهای عادی گذرا، اضطراری و بحرانی

در این مقاله هر یک از این سه بخش با توجه به وضعیت نیروگاهها و شبکه برق ایران مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و راه‌حلهای مناسب ارائه می‌گردد.

1 انتخاب توربوژنراتور های مناسب برای کارکرد در فرکانس خارج از مقدار نامی:

اجزاء مختلف توربین های بخار مورد تاثیر نیروهای تناوبی قرار می‌گیرد. لوله‌ها، پوسته،بافلها، دریچه‌ها و پره‌ها در اثر این نیروها به لرزش در آمده و منجر به تنش‌های دینامیکی علاوه بر تنش‌های موجود استاتیکی در این اجزاء می‌گردد.

اجزاء گردان، خصوصاً تحت تاثیر فرکانسهای مساوی یا ضرایبی از فرکانس توربین قرار می‌گیرند.

اگر این فرکانس مساوی یا تقریباً درحد فرکانس طبیعی اجزاء حساس باشد لرزش با دامنه زیاد بوجود می‌آید شکل (1) که باعث تنش‌های تناوبی در وراء سطح تنش‌های استاتیکی می‌گردد. اگر این تنش‌های تناوبی پس از تعداد سیکلی از مقاومت اجزاء فراتر رود باعث ایجاد ترک در آنها می‌شود. شکل (2)

دیاگرام Campbell شکل (3) ارتباط بین سرعت کارکرد، فرکانس طبیعی پره‌های گردان و ضرایب‌ هارمونیکهای سرعت کارکرد را نشان می‌دهد، در بعضی سرعتها بهره‌برداری بدون تشدید (رزنانس) امکان پذیر است، هر چند که در وراء و پائین‌تر از این سرعت نقاط مشخص رزنانس، ضرایبی از سرعت گردشی وجود دارد. این رزنانسها و لرزشهای زیان‌آور پره نهایتاً بیان کننده مناسب بودن و یا عدم تناسب توربین برای بهره‌برداری در فرکانسهای غیر نامی می‌باشد.

سازندگان مختلف با طراحیهای مختلف که در مورد پره‌های طبقات آخر توربینهای فشارضعیف بکار می‌برند محدوده‌های کارکرد متفاوتی را در فرکانسهای غیرنامی مجاز می‌دانند شکل (4) از طرف دیگر شرکتهای برق و موسسات برق نیز میزان مجاز برای

کارکرد در فرکانس های غیرنامی را با توجه به وضعیت شبکه خود اعلام می‌دارند شکلهای (5 تا 7) همانطوریکه ملاحظه می‌شود زمان کارکرد مجاز در فرکانسهای تا 6 درصد پائین و بالاتر از فرکانس‌ نامی در حدود دقیقه می‌باشد و از اینروست که اقدامات پیشگیری کننده برای جلوگیری از کارکرد سیستم در این وضعیت میبایستی انجام پذیرد که از آن جمله سیستم های کنترل مناسب برای مرکز کنترل و نیروگاهها را میتوان ذکر کرد، بعلاوه محدوده مجاز 5 درصد بدون محدودیت زمانی را میتوان با توجه به وضعیت شبکه ایران مورد درخواست قرارداد

تا مشکلی برای واحد پیش نیاید، چه صدماتی نظیر شکستن پره‌های توربین نیروگاه شهید بهشتی و یا سایر نیروگاهها که پیش آمده می‌تواند متاثر از وضعیت نابسامان شبکه باشد.

2 پیش‌بینی سیستمهای کنترل مناسب در نیروگاه:

در این بخش تدابیر مهمی را که در کنترل نیروگاه برای کارکرد در حالات مختلف تعریف شده و متداول: عادی، نزدیک به خطر، اضطراری، بحرانی می‌بایستی مدنظر قرار داد مورد بررسی قرار می‌دهیم.

یک بهره‌بردار نیروگاه در موقعیت ایده‌آل ترجیح می‌دهد که وظیفه محوله به او تولید انرژی در سرعت نامی، بار نامی و در دوره طولانی باشد تا بتواند ماشین خود را در تعادل مکانیکی و حرارتی کامل نگهدارد. بهرصورت، نیاز شبکه می‌تواند کاملاً متفاوت باشد زیرا مصرف مشترکین هر لحظه در حالت تغییر است و شرایط غیر عادی نیز این تعادل را شدیداً بهم می‌ریزد. بهم ریختن وضعیت شبکه و خاموشی همه جانبه (Black out) در شبکه‌های مختلف بسته به میزان وابستگی زندگی روزمره به برق اثرات بسیار نامطلوبی بجا می‌گذارد که خود ضرورت بکارگیری سیستمهای کنترل پیشرفته و کاهش احتمال خاموشی را نمایان می‌سازد.

12 کنترل در حالت عادی (Normal Stste):

واحد های تولید برق معمولاً در حالت کننترل اولیه (گاورنر سرعت) کار می‌کنند و می‌توانند در رژیمهای کنترل از کنترل ثانویه یا تکمیلی بهره گیرند.

کنترل کننده اولیه قدرت می‌تواند تولیدی توربین را بطور اتوماتیک متناسب با مشخصه شیب فرکانس به قدرت (XP) تغییر دهد شکل (8 و 9).