نیروگاه برق
نیروگاه برق چیست؟
انواع مختلف انرژی در نیروگاه برق به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. نیروگاه برق اولین جزء یک شبکه ی الکتریکی گسترده بوده و مدل های بسیار متنوعی دارد. واحدهای تولید را میتوان از نظر تولید و نوع اتصال به شبکههای الکتریکی به چهار گروه زیر تقسیم کرد:
- تولید کننده با مقیاس کوچک و مستقل از شبکههای الکتریکی مانند دیزل ژنراتورها: این واحدها برای تامین برق یک قسمت مشخص مانند یک کارخانه یا شهر استفاده میشوند.
- تولید کننده با مقیاس کوچک و متصل به شبکههای الکتریکی مانند انواع DG: این واحدها به صورت پارالل با شبکه و واحدهای دیگر کار میکنند.
- تولید کننده با مقیاس بزرگ و مستقل از شبکههای الکتریکی مانند توربینهای گازی
- تولید کننده با مقیاس بزرگ و متصل به شبکههای الکتریکی مانند انواع نیروگاه حرارتی، سیکل ترکیبی، اتمی و غیره
مقایس نیروگاه و روش اتصال آن به شبکههای الکتریکی با منبع یا سوخت اولیه ی آن ارتباط مستقیم دارد. امروزه در نیروگاههای مقایس کوچک از منابع تجدید پذیر و در نیروگاههای بزرگ از منابع فسیلی و اتمی استفاده میشود. نیاز سنجی اولین قدم در طراحی هر پروژه از جمله احداث نیروگاه برق یا واحدهای تولید انرژی الکتریکی است. در این مرحله باید مشخص کنیم که نیروگاه در کجا، با چه توان و با چه سوختی احداث شود. تمام این مراحل با توجه به مسائل اقتصادی، توسعههای بعدی، محیط زیست، پایداری شبکه، دسترسی به منابع، سوخت، امنیت و غیره انجام خواهد شد.برخی از آیتم های مهم جهت ساخت یک نیروگاه عبارتنداز:
- تعیین نوع نیروگاه
- توان مورد نیاز
- مکان یابی
- تعداد واحدهای تولید کنندهی توان
- محل و آرایش اتصال آنها
- سیستمهای حفاظتی
- کنترل و مانیتورینگ و غیره
موارد فوق با توجه به نوع نیروگاه و مقیاس آن متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال تجهیزات به کار رفته در یک نیروگاه مقیاس کوچک در مقایسه با یک نیروگاه سیکل ترکیبی چند صد مگاواتی بسیار متفاوت است. به صورت کلی این تجهیزات شامل ادوات تولید، حفاظت، کنترل و اتصال به شبکه میشوند. در تصویر زیر آرایش قرارگیری واحدها در یک نیروگاه گازی را مشاهده کنید.
محل قرارگیری نیروگاه با توجه به سوخت و روش اتصال آن به شبکه مشخص خواهد شد. المانهای زیادی از جمله شبکههای الکتریکی، پستهای موجود، محل قرارگیری بار، منابع سوختی یا ورودی اولیه، دسترسی، امنیت و غیره در تعیین محل نیروگاه اهمیت پیدا میکند.
جهت بررسی تمام موارد ذکر شده و تصمیم گیری صحیح، از انواع سامانههای اطلاعات جغرافیایی یا G.I.S استفاده میشود. این دیاگرامها از تاسیسات موجود یا در حال بهرهبرداری تهیه میشوند. به عنوان مثال تمام تاسیسات آب، گاز، نفت، برق، مخابرات و غیره دارای سامانههای اطلاعات جغرافیایی هستند. این نقشه ها در بسترهای مختلف طراحی، ترسیم و به روز رسانی میشوند. اطلاعات موجود در سامانههای جغرافیایی را میتوان به دو بخش ثابت و پویا تقسیم کرد. اطلاعات ثابت از جمله نوع تجهیزات، ارتباط الکتریکی، محل قرارگیری آنها و غیره در سامانه قرار داده میشود. این کار یک دید کلی از تاسیسات موجود ارائه کرده و در برنامههای سرویس و نگهداری، توسعه، احداث و غیره بسیار مهم است.
علاوه بر این اطلاعات میتوان ارتباطهای سیستمی بیشتری در سامانههای اطلاعات جغرافیایی ایجاد کرد. ترکیب این اطلاعات باعث ارتقاء در کنترل و راهبری تاسیسات خواهد شد. به عنوان مثال میتوان انواع بانکهای اطلاعاتی مانند برنامههای سرویس و نگهداری، کاتالوگها، دیاگرامهای تکخطی، تعداد و نوع خطاهای قبلی، وایرینگ و یا انواع اطلاعات لحظهای مانند کمیتهای الکتریکی، موقعیت خودروها، رخدادهای فعلی و غیره را به یک سامانه ی جغرافیایی متصل کرد. در تصویر زیر دیاگرام موقعیت جغرافیایی پستها و خطوط انتقال با ولتاژهای مختلف را مشاهده میکنید. استفاده از این دیاگرام به همراه دیاگرامهای تاسیسات سوخت رسانی، جادهها و غیره در انتخاب محل احداث یک نیروگاه بسیار مفید خواهد بود.
نقشه تک خطی نیروگاه برق
پس از انتخاب نوع نیروگاه و محل قرارگیری آن، باید یک دیاگرام تکخطی از تجهیزات مورد نیاز طراحی و ترسیم کرد. در این دیاگرام تعداد واحدهای تولید، بریکرها، سکسیونرها، باسبارها، ترانسفورماتورها، خطوط و روش اتصال آنهای به یکدیگر مشخص میشود. در تصویر زیر دیاگرام تکخطی یک نیروگاه برق به شکل ساده را مشاهده میکنید. در این دیاگرام از 3 واحد تولید با قابلیت کار پارالل استفاده شده است. هر واحد دارای یک بریکر بوده و توان تولیدی آن روی باسبار قرار می گیرد. در نهایت خروجی باسبار یا مجموع توان تولید شده توسط مولدها به ترانسفورماتور نیروگاهی متصل خواهد شد.
دیاگرامهای تکخطی جهت ارائهی یک دید کلی از تاسیسات قدرت ترسیم میشوند. در دیاگرامهای تکخطی یا فنی از علائم خلاصه شده استفاده میشود. در تصویر زیر نمای ظاهری یک بریکر فشار ضعیف سهپل هوا یا ACB: Ari Circut Breaker، سیمبل استفاده شده در دیاگرامهای مسیر جریان به صورت سه فاز و سیمبل تکخطی یا فنی آن را مشاهده میکنید.
علائم و اطلاعات ثبت شده در دیاگرامهای تکخطی با توجه به مقیاس و محدودهی نمایش تجهیزات مشخص خواهد شد.به عنوان مثال در تصویر زیر اطلاعات بیشتری از یک واحد تولید به همراه ترانسفورماتور کمکی، برقگیرها، سکسیونرها و غیره ارائه شده است.
هر بخش از دیاگرام تک خطی اصلی می تواند به نقشه های دقیق تری تبدیل شود. تصویر زیر مربوط به دیاگرام ترانسفورماتور مصرف داخلی نیروگاه است. در این نقشه اطلاعات دقیق تر و جزئی تری آورده شده است.
جهت مطالعه ده ها مقاله ی تخصصی دیگر، بخش مقالات طراحی تاسیسات فشار متوسط را مشاهده کنید.
سیستم های حفاظتی نیروگاه
در طراحی پلن حفاظتی موارد مهمی مانند اهمیت تجهیزات، سطح ولتاژ، جریان، نوع تاسیسات و غیره بررسی می شوند. به عنوان مثال در بخش حفاظت جریانی فشار ضعیف و فشار متوسط میتوان از انواع فیوزهای ذوب شونده، بریکر با رلهی اولیه و یا بریکر با رلهی ثانویه استفاده کرد. تجهیزات حفاظتی جریانی LV و MV در آمپراژ و تعداد پلهای مختلفی ساخته می شوند. در تصویر زیر یک بریکر فشار ضعیف کامپکت یا MCCB سهفاز مجهز به رلهی الکترونیک را مشاهده می کنید.
آیتم های حفاظتی در سیستمهای حساس و پیچیده مانند نیروگاه برق بسیار زیاد هستند. از این حفاظت ها می توان به حفاظت جریان، حفاظت ولتاژ، حفاظت فرکانس، حفاظت توان، حفاظت های ترکیبی، جهت دار و غیره اشاره کرد. برای طراحی یک سیستم حفاظتی، ابتدا باید دیاگرامهای کلی آن را ترسیم کرد. در این روش معمولا از نمای تکخطی تاسیسات به همراه جزئیات بیشتر مانند ترانسفورماتورهای جریان، ترانسفورماتورهای ولتاژ و فانکشنها استفاده میشود. این دیاگرام در مراحل اولیه فاقد اطلاعات سیم بندی رلهها و تنظیمات مربوط به آنها است. در تصویر زیر دیاگرام سیستم حفاظت یک ژنراتور به همراه سیمبلهای تکخطی ترانس جریان، ترانس ولتاژ و فانکشنهای آن را مشاهده میکنید.
فانکشن های حفاظتی دارای یک علامت اختصاری به همراه کد هستند. در دیاگرام فوق فانکشنهای حفاظت یک ژنراتور مستقل عبارتنداز:
- کد 81 حفاظت کنترل فرکانس
- کد 51 اضافه جریان زمان دار
- کد 49 رلهی کنترل حرارت یا اضافه بار حرارتی
- کد 46 عدم تعادل در جریان استاتور
- کد 32 توان به صورت جهت دار
- کد 59 کنترل ولتاژ
- کدN51 مربوط به جریان اتصال زمین زمان دار
روش نمایش به صورت فانکشنال تنها مربوط به سیستمهای حفاظتی نبوده و ممکن است در بخش کنترل ژنراتور نیز استفاده شود. کمیتهای اصلی ژنراتور در تولید انرژی الکتریکی مانند ولتاژ و فرکانس همواره باید ثابت و متناسب با بار متصل شده به آن باشد. بار میتواند یک مصرف کنندهی مستقل یا یک شبکهی سراسری باشد. جهت کنترل ولتاژ و فرکانس از تجهیزات کنترل تحریک و دور به همراه المانهای اندازهگیری استفاده میشود. طبق تصویر فانکشن 25 با اندازه گیری ولتاژ و فرکانس خروجی ژنراتور توسط ترانس ولتاژ U2 و مقایسهی آن با خروجی ترانس ولتاژ باسبار یا U1، تنظیمات لازم را انجام میدهد. این سیستم مربوط به تنظیم دور یا سنکرون سازی ژنراتور نام دارد. سیستمهای حفاظتی در یک نیروگاه برق با توجه به آیتم های زیر مشخص خواهد شد:
- قدرت هر واحد
- تعداد واحدها
- سیستم کنترل مرکزی
- تعداد و ظرفیت ترانسفورماتور و غیره
در تصویر زیر سیستم حفاظتی یک ژنراتور 50 مگاوات به همراه ترانسفورماتور آن را مشاهده میکنید. در این دیاگرام حفاظتهای بیشتری وجود دارد. برخی فانکشن های موجود در این دیاگرام عبارتند از:
- کد R64 مربوط به خطای زمین در سیم پیچ میدان رتور
- کد G87 مربوط به حفاظت دیفرانسیل ژنراتور
- کد 78 مربوط به حفاظت سنکرون یا اندازهگیری زاویه فاز
- کد 40 مربوط به قطع تحریک
- کد 24 مربوط به رلهی ولتاژ بر هرتس یا حفاظت میدان
- کد S49 مربوط به حفاظت جریان یا حرارت استاتور
- از فانکشنهای مربوط حفاظت ترانسفورماتورها میتوان به حفاظت دیفرانسیل، سطح روغن و خطای زمین اشاره کرد.
امروزه در سیستمهای حفاظتی از رلههای دیجیتال با فانکشنهای متنوع و قابلیتهای کنترلی استفاده میشود. این رلهها ورودی و خروجیهای الکتریکی متعددی جهت اتصال به ترانسفورماتورهای ولتاژ، ترانسفورماتورهای جریان، بریکرها، مدار فرمان و غیره دارند. رله های دیجیتال علاوه بر اتصالات الکتریکی دارای یک یا چند درگاه ارتباطی هستند. درگاههای ارتباطی با پروتکل و استانداردها منعطف برای ایجاد یک ارتباط دوطرفه، ایمن و سریع استفاده می شوند. این ارتباط می تواند بین رلهها، بین رلهها و مرکز کنترل یا سیستم های جمع آوری اطلاعات برقرار شود.
بعد از طراحی نمای کلی یک سیستم حفاظتی باید وارد جزئیات هر بخش شد. جزئیات هر بخش شامل فانکشنها، ترانسفورماتورهای ولتاژ، جریان، رلهها و سیمبندی آنها می شود. دیاگرامهای مختلفی مانند مسیر جریان، فانکشنهای رله، اتصالات رله، ارتباط صنعتی و غیره در این مرحله ترسیم می گردد. به عنوان مثال در تصویر زیر، دیاگرام اتصالات یک رلهی حفاظت جریانی را در دو بخش A و B مشاهده میکنید:
- قسمت اول یا A مربوط به ورودیهای ترانسفورماتورهای جریان به صورت 1 یا 5 آمپر و تعدادی ورودی و خروجی باینری است.
- قسمت دوم یا B علاوه بر ورودی و خروجیهای بیشتر، ترمینالهای منبع تغذیه و پورت ارتباط صنعتی RS485 را نمایش می دهد.
برای مشخص کردن سیستمهای کنترلی واحدها، وظایف و نحوهی ارتباط آنها معمولا از دیاگرامهای بسیار سادهای مانند تصویر زیر استفاده میشود. در این نقشه سه بخش اصلی را مشاهده می کنید. بخش اول از سمت راست مربوط محل قرارگیری تجهیزات است. در این بخش مواردی مانند کنترل، راه اندازی، توقف، سنکرون سازی و غیره انجام می شود. اطلاعات این بخش به قسمت مرکز کنترل ارسال خواهد شد. این مرکز در نیروگاه قرار داشته و بر کلیه ی کارها نظارت دارد. علاوه بر بخش های داخلی از سایت های بیرونی نیز استفاده می شود. همانطور که مشاهده می کنید اطلاعات کلی نیروگاه مانند وضعیت واحدها، بریکرها، میزان تولید و غیره به بخش های بیرون از سایت هدایت خواهد شد. مراکز بیرون از سایت می تواند یک پست، نیروگاه برق یا دیسپاچینگ منطقه ای یا ملی باشد.
پس از ترسیم دیاگرامهای تکخطی، سیستمهای حفاظتی، شبکه و غیره باید در مورد بخش قدرت نیز اطلاعات را کاملتر کنیم. در این بخش علاوه بر دیاگرامهای تکخطی، ممکن است از مدلهای مختلف دیگری مانند دیاگرام مسیر جریان، جداول، نمای ظاهری، کاتالوگها و غیره نیز استفاده شود. دیاگرام قدرت حاوی اطلاعات بیشتری در مورد تجهیزات، مکانیزم، برند، سایز، ظرفیت، نوع و سطح مقطع اتصالات، باسبارها و غیره هستند. با توجه به پیشرفت تکنولوژی؛ ابعاد تجهیزات قدرت کاهش پیدا کرده و شرکتهای سازنده انواع ماژولهای نیروگاهی را ارائه میکنند. با استفاده از این شیوه، حجم و زمان اموری مانند طراحی دیاگرامها، مونتاژ، تست و راه اندازی به شدت کاسته میشود.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.