پاورپوینت بررسی نیروگاه های آبی و کنترل دور توربین آبی


بررسی نیروگاه های آبی و
کنترل دور توربین آبی

1- بررسی اجمالی نیروگاههای برق آبی
2-مقدمه ای بر بررسی کنترل دور توربین های آبی
3- توربین
4- تجهیزات مکانیکی نیروگاه
5- انواع گاورنر
6- کنترل دور توربین پلتن
7- کنترل دور توربین فرانسیس
8- گشتاور و سرعت توربین
9-سیستم کنترل گسترده (DCS ) عملکرد AGC
10- شبیه سازی با matlab

فصل اول : نیروگاه آبی چگونه کار می کند ؟
فصل دوم : بررسی نیروگاه های آبی ایران
ضمیمه یک – سد های ایران
ضمیمه دو – نیروگاه های برق ـ آبی ایران

فصل اول : نیروگاه برق ـ آبی چگونه کار می کند ؟

مقدمه
به منظور تولید برق ، از حجم عظیمی از آب در جایی که آب های جاری از سطوح بالاتر به سطوح پایین تر ، از میان یک توربین عبور می کنند ، استفاده می شود .
آب ناشی از بارندگی در دریاچه های پشت سد ، در ارتفاعات بلند ، جمع آوری می شوند .
پس از تولید ، آب به درون رودخانه کشیده شده و به آرامی حرکت می کند تا بالاخره به دریا برسد .
چرخ های آبی آنها بسیار سنگین و کند بوده و بازدهی ناچیزی داشتند .
توربین های هیدرولیکی در آغاز قرن 19هم گسترش یافتند .

مزیت های نیروی هیدرولیک
آب مورد استفاده در یک فصل ، توسط طبیعت در فصل بعدی دوباره وارد چرخه می شود .
آب خودش تا محل نیروگاه می آید یعنی هیچ عملیات بهره برداری و جابجایی سوخت (بنزین یا گاز) را شامل نمی شود.
می توان آن را برای استفاده هایی نظیر نوشیدن یا آبیاری ، دوباره هدایت کرد .
نیروگاه های آبی راندمان بسیار بالایی (در حدود 80%) دارد که بسیار بالاتر از نیروگاه های حرارتی است .
نیروگاه های آبی عمر بسیار طولانی (در حدود 50 سال) دارند که قابل مقایسه با نیروگاه های حرارتی است .

مزیت های نیروی هیدرولیک
حفاظت از آنها در مقایسه با نیروگاه های حرارتی آسان و بسیار کم خرج است .
Start و Shutdown نیروگاه های آبی سریع است .
هزینه تولید برق بسیار کم است . (تنها هزینه عملکرد و حفاظت هزینه بر است .)
درصد خاموشی های ناشی از نیروگاه های آبی بسیار کم بوده و بنابراین قابلیت اطمینان بالایی دارند .
سیل توسط ذخیره سازی دریاچه ای که پشت سد در نظر گرفته شده ، کنترل می شود .
تغییر پذیری بالا در ساخت و کنترل و … نیز ممکن است .

نیروگاه برق ـ آبی در ایران
استفاده از پتانسیل آب های سطحی کشور که بالغ بر TWh/y 50
علاوه بر موارد ذکر شده ، توجه و تاکید بر توسعه پایدار و اقتصادی تامین انرژی در گستره ملی، کاهش گازهای گلخانه ای به منظور جلوگیری از تخریب محیط زیست، گسترش ظرفیت های تولید و افزایش درآمدهای انرژی، جایگزین مصرف محصولات فسیلی از جمله نفت و گاز در نیروگاه ها، استفاده حداکثر از پتانسیل برق آبی کشور و در نهایت صرفه اقتصادی

نقص های نیروگاه های آبی
مهمترین نقص نیروگاه های آبی، سرمایه گذاری اولیه بالا و زمان طولانی ساخت آن است .
ساخت سدها و دریاچه های پشت سد ، قسمت زیادی از محیط را زیر آب فرو برده که تحت هدایت عوامل محیطی و دیگر مسائل اجتماعی قرار می گیرد .
همچنین تغییرات مقادیر آب ، از سالی تا سال دیگر در اثر کم بودن بارش سالیانه ، ظرفیت را تحت تاثیر قرار می دهد

انتخاب سایت برای نیروگاه های آبی
در دسترس بودن آب
ذخیره سازی آب
میزان بالا بودن آب
مسافت از محل تولید توان تا مراکز استفاده بار
عملکرد سایت
فاکتورهای محیطی ـ اجتماعی (در محل زندگی انسان های آن منطقه کمترین تاثیر را داشته باشد، زیر آب نرفتن زمین های حاصلخیز، زلزله خیز نبودن محیط و …)

Hydrology
از هیدرولوژی (علم آب) به علمی تعبیر می شود که از فرایند اداره کردن و کنترل خوردگی و زدگی و نیز تفکیک منابع روزمینی و زیرزمینی آب تشکیل شده است .
تغییرات در آب های ذخیره شده + برون ریز = درون ریز
که منابع برون ریز(آب روان روی سطح زمین ، تبخیر ، پالائیدن (صاف کردن) ، تعرق ، راه گیری )
تغییرات در آب های ذخیره شده (ذخیره گودال ها ، ذخیره های محبوس )
Hydrograph وهیدروگراف واحد

طبقه بندی نیروگاه های آبی طبقه بندی براساس خصوصیات هیدرولیکی
نیروگاه های آبی قراردادی
نیروگاه های Pumped storage
نیروگاه های Tidal power(کِشنده توان)
نیروگاه های Depression power

طبقه بندی نیروگاه های آبی طبقه بندی براساس عملکرد (Base or Peak)
:peak load plant معمولا هنگام صحبت در مورد توان هیدرولیکی عملکرد peak load کامل مناسب است ، همچنین قابلیت پرداختن به این موضوع که خودش starting سریع دارد و دارای سهولت نسبی در بالا بردن باراست .
:base load plantتولید پیوسته توان وجود دارد .

طبقه بندی نیروگاه های آبی طبقه بندی بر اساس گنجایش نیروگاه

طبقه بندی نیروگاه های آبی طبقه بندی بر اساس Head (ارتفاع سرچشمه از زمین)
1.Low-head plants <15m
2.Medium-head plants 15-70m
3.High-head plants 71-250m
4.Very-high head plants more than 250m

روش های دیگر طبقه بندی نیروگاه های آبی
طبقه بندی بر اساس Storage (ذخیره سازی) و pondage
طبقه بندی بر اساس موقعیت و توپوگرافی
طبقه بندی بر اساس خصوصیات ساختاری

بخش اصلی نیروگاه های برق ـ آبی

طبقه بندی هیدروتوربین ها
نوع impulse (ضربه ای) :در یک شکل فوران مانند ، فشار ، تمام انرژی را به انرژی جنبشی تبدیل می کند . فوران از رشته فرورفتگی های پروانه توربین به کار برده شده در پیرامون چرخ وارد می شوند . علت تاثیر ، گردانه توربین آبی است که چرخانده می شود .
نوع reaction (واکنشی) :بر اساس بازگشت واکنش کار می کند . آب در فشار بالا و حجم پائین به توربین وارد شده ، قسمتی از چنین فشار انرژی به انرژی جنبشی تبدیل و سپس آب به گردانه توربین آبی وارد و انرژی فشار متعاقبا به انرژی جنبشی تبدیل می شود . آب جریان یافته در میان گردانه ی توربین ، یک واکنش را بر روی پره گردانه به وجود آورده و گردانه را می چرخاند .

امروزه ، مقدار واحدهای آبی تولید شده بیش از MW250 است که با افزایش این مقدار برخی نقص ها ظاهر می شوند :
کاهش گرما افزایش یافته و ظرفیت سرمای بیشتری باید تامین شود .
ارتعاشات به طور مشابه افزایش یافته و ساختارهای ایمنی باید خیلی نیرومندتر شوند .
تحمل رانش باید مخصوصا برای وظایف سنگین طراحی شده باشد و باید راندمان بالای سرد شدن فراهم شود .
ماشین ها برای خروجی مشابه ، کوچکتر شده اند ،گنجایش ذخیره انرژی کمتر ی موجود است که جوابگوی نوسانات بار است .

فصل دوم : بررسی نیروگاه های برق ـ آبی ایران

نیروگاه های برق ـ آبی در ایران
هم اکنون ظرفیت نصب شده در نیروگاه های برق آبی کشور 2400 مگاوات است و سالانه حدود هشت هزار گیگاوات ساعت انرژی تولید می کنند که حدود هفت درصد از تولید انرژی برق کشور را به خود اختصاص داده است .
برنامه ریزی های انجام شده در این زمینه حاکی است که تا سال 1400 قدرت تولید انرژی برق آبی در کشورمان به 29 هزار مگاوات می رسد و 19 درصد از برق کشور را شامل می شود.

نیروگاه آبی کارون 3

طرح اهداف و منافع
توسط یک نیروگاه 2000 مگاواتی (تولید 4137 میلیون کیلووات ساعت انرژی برق آبی در سال ، قابل توسعه تا 3000 مگاوات) :
-کنترل سیلابهای مخرب و عرضه آب به میزان یک میلیارد مترمکعب برای آبیاری
– افزایش حدود 60% از انرژی برق آبی و 2.7 درصد از تولید انرژی برق کشور
– سودی معادل1675میلیون دلار حاصل از تنظیم 6700 میلیون مترمکعب آب
– سودی معادل 200 میلیون دلار حاصل از تولید انرژی برق آبی  در سال

گزارش روزانه مخزن وتولیدمورخ05/04/85
گزارش مخزن تراز مخزن …………………………………………………842.98 متر میزان بارندگی……………………………………………0 میلیمتر دبی متوسط ورودی……………………………………265 متر مکعب در ثانیه تغییرات تراز مخزن………………………………….. 0.29 متر حجم مخزن …………………………………………….. 2881.12میلیون متر مکعب دبی متوسط تخلیه از نیروگاه …………………. 413 متر مکعب در ثانیه دبی متوسط تخلیه از سرریز ها……………….. 0 متر مکعب در ثانیه حجم خالی مخزن …………………………………… 88.88میلیون متر مکعب

گزارش روزانه مخزن وتولیدمورخ05/04/85
گزارش نیروگاه واحد نیروگاه……………حداکثر توان تولید………. (mw) توان اکتیو ………… (mwh) توان راکتیو……. (mvarh) جمع ساعات کارکرد
واحد8656………………………………. 272 …………………… 3.114…………………….. …………………………………..13.26 واحد 7 570 ……………………………. 274 …………………….. 3.155……………… ……………………………….. 13.30 واحد 6 …………………………. 256……………………. 1.200 ………………………. 264 ………………………………. 05:30 واحد 50 ……………………….. 0 …………………………… 0 ……………………………. ………………………………. 00:00 واحد 4 ………………………255…………………………… 4.020 …………………….. 930 ……………………………… 19:51 واحد 3913 ………………………….. 254 ………………………. 4.011………………… ……………………………… 19:37

نیروگاه آبی کرخه

اهداف پروژه کرخه
تامین و تنظیم آب جهت آبیاری 320 هزار هکتار از اراضى پایین دست ، دشتهای پای  پل (اوان – ارایض – دوسالق و باغه) و همچنین دشتهای حمیدیه ، قدس ، دشت آزادگان ، دشت عباس ، فکه و عین خوش واقع در شمال غربی و غرب استان خوزستان
تولید انرژی برقابی به میزان 934 گیگا وات ساعت در سال
کنترل سیلهای مخرب رودخانه و جلوگیری از خسارات ناشی از آن

هیدرولوژی
متوسط حجم آورد سالانه رودخانه در ایستگاه هیدرومتری پای پل بالغ بر 5916 میلیون متر مکعب است و متوسط آبدهی دراز مدت سالیانه در این ایستگاه معادل 188 متر مکعب بر ثانیه است . توزیع زمانی رواناب در طی سال بسیار غیریکنواخت می باشد. بیش از 64% درصد از کل رواناب سالیانه در 4 ماه بهمن تا اردیبهشت ماه رخ می دهد و حداکثر رواناب ماهیانه مربوط به فروردین ماه است.

مشخصات کلی نیروگاه
ظرفیت نیروگاه : 400 مگاوات
تعداد واحدها:3 واحد و ظرفیت هریک 3/133 مگاوات
متوسط انرژی تولید سالانه : 934 گیگاوات ساعت

تجهیزات نیروگاه
جرثقیلها
دریچه های انسداد لوله مکش
مشخصات شیرهای ورودی
توربین ها
سیستم گاورنر
ژنراتور
یکسو کننده
تجهیزات میدان
شینه های حفاظ دار

تجهیزات نیروگاه
کلیدها
تجهیزات برقگیر
ترانس ها
سیستم کنترل نیروگاه
سیستم جریان مستقیم (DC) و تغذیه غیر قابل قطع (UPS) نیروگاه
سیستم جریان متناوب (AC) نیروگاه
ترانسفورماتور اصلی
خطوط انتقال

نیروگاه آبی امیرکبیر (کرج)

مشخصات نیروگاه

سد لتیان

مشخصات نیروگاه

تنظیم کننده ها به منظور تنظیم سرعت وخروجی توربین ژنراتور طراحی می گردنند این کار را با تنظیم نمودن دریچه های حلقه ای و تنظیم جریان اب از توربین انجام می دهند تنظیم کننده توربین کاپلان زاویه تیغه توربین را برای بیشترین ضریب راندمان تنظیم می کند تنظیم کننده واحد های بزرگ دارای عناصر حساس به توان و سرعت هستند تنظیم کننده های تغیرات بار را احساس کرده و به منظور حفظ توازن دریجه سد را حرکت می دهنداگر توربین ژنراتور کوچک در مقایسه با نیروگاه کوجک باشند با تغییر موقعیت دریجه و پره ها ی توربین می توان کنترل های لازم را انجام داد
مقدمه ای بر کنترل دور توربین آبی

اگر بار سیستم افزایش یابد دیگر ژنراتور قادر به تامین بار با جریان ورودی نخواهد بود سرعت سنج ژنراتور که بر روی محور ان نصب شده پیغامی به سنسور سرعت توربین مبنی بر اینکه سرعت چرخش کم است می فرستد با در یافت این پیغام سیستم به منظور افزایش سرعت جریان ورودی به توربین را به صورت خودکار افزایش خواهد داد با دریجه باز تر اب بیشتری به توربین خواهد رسید و ارد می شود و انژی بیشتری تولید خواهد شود زمانی که بار کاهش پیدا می کند فرایند منجر به بسته شدن دریچه حلقه خواهد شد بدین ترتیب جریان ورودی کاهش می یابد
مقدمه ای بر کنترل دور توربین آبی

اکثر ژنراتور ها به شبکه سراسری متصل هستند و چون تنظیم کننده ان ها به تغییرات بار حساس است باید بین تمام ژنراتور ها انطباق زمانی وجود داشته باشد تا اصلاح بار به یک ژنراتور فشار وارد نکند و تمام ژنراتور ها در اصلاح بار نقش داشته باشند این عمل را کنترل اتوماتیک ژنراتور یا AGC می نامند در سیستم های مجزا تنظیم کننده ها به تنهای تقییرات بار را انجام می دهند در شبکه های بزرگ دامنه نواسانات خیلی زیاد است ومعمولا حساسیت تنظیم کننده های میکانیکی خیلی پایین در این حالت کنترل تنظیم کننده ها روی اصلاح بار خیلی پایین می باشد در این حالت تجهیزات کنترل اتوماتیک که سیستم را پیوسته پالایش می کنند بکار گرفته می شونداین وسایل باید یک سیستم پایدار ایجاد کنند
مقدمه ای بر کنترل دور توربین آبی

گاورنرهای توربینهای ﺁبی
در نیروگاههای ﺁبی ،ﺁب در مخازنی ﭙشت سدها ذخیره می گرددواین مخزن نسبت به سطح توربین دارای اختلاف ارتفاعی است که به عنوان هد شناخته میشود. ﺁبی که از داخل این هد فرو می ریزد،انرژی حرکتی به خود می گیردوﺴﭙس به تیغه های توربین برخورد می کند.

[1] head

سه نوع عمده از این تاسیسات
-هد یا مخزن بلند:این ناحیه ذخیره یا مخزن معمولا در ارتفاع بیش از 400 متر ﭙر می شود.
-دهانه یا حوضچه متوسط:مخزن در ارتفاع 200 تا400 متر ﭙر می شود.
-جریان رودخانه – مخزن: در ارتفاع کمتر از 2 متر ﭙر می شود
و دارای دهانه 3 تا 15 متری است.

توربیـــــن یک سیستم مکـــانیکی اســـت که انــرژی پتانســــیل آب را به انـــرژی مکــانیکی تبدیـــل می کند. مقــــدار انـــرژی تولیـــد شـــده به پارامترهایی از قبیل هـــد، دبی و مقدار تلفــات نشتی بستگی دارد.
توربینهای آبی، معمولا" به 3 دسته کلی پلتون، فرانسیس و کاپلان تقسیم می گردند که در هر نیروگاه متناسب با هد و دبی آب، توربین متناسب با آن، انتخاب می گردد.در بسیاری از نیروگاههای بزرگ و متوسط ایران از توربین نوع فرانسیس عمودی استفاده شده است.
بطور مثال، تــــــوربین‎های نیروگاه کـــارون یک،دز،کارون 3 و کرخه،از نوع فرانســـــیس، عکس‎العملی و با محــــور عمــودی می‎باشـــــند کـــه کامــلاً در آب غـــوطه‎ور هستند. آب باعــــــث ایجــــاد کوپل چرخشی در توربـــــین می‎شــــــود. هر توربــــین شامل اجـــزاء زیر است : محفظــــه حلزونــــــی(Spiral Case) ، حلقــــه ثابت(Stay ring) ، پره‎هــــــای تنظــــیم‎کننده جریان آب(Wicket gate) ، رانـــر (Runner)و درافت تیوب(Draft tube).
توربین

آب وارد محفظــه حلزونی شــــده و پس از عبور از پره‎های ثــابت و پره‎هـــــای ویکت گیت، با برخورد به رانـــــر، آن را به چرخش درآورده و سپس از طــریق درافــت تیوب و تونـــل پایـــاب (Tail race)خارج می‎شـــود. بمنظـــور جدا کردن درافت تیـــوب از آب پایـــاب، در مواقــــع لازم (برای تخلــــیه آب درافت تیوب)،در بعضی از طرحها، از استاپ لاگ (دریچه) (Stop-Log) در انتهای درفت تیوپ استفاده می شود. دبی آب توربین توسط باز و بستــه شدن پره‎های ویکت گیت‎ کنترل می‎شود. گاورنــــر(Governor) از این طـــریق(با تغییر باز شدگی دریچه های ویکت گیت)، قــــدرت خروجی و ســـرعت توربیـن را کنترل می‎کنـــد. در بالا دست محفظه حلزونی، شیرپروانه‎ای(Butterfly Valve) قـــرار دارد کــــه در مــواقع عادی و اضطـراری برای توقـف جــریان آب از آن اســتفاده می‎گــردد.باید توجه کرد که شیرپروانه ای برای کنترل دبی آب استفاده نمی شود و همواره یا کاملا" باز است و یا کاملا" بسته.
بطور مثال نیروگاه کارون یــک، دارای چــــهار واحـــد با محـــور عمــودی است. هــــر دو توربیـــن دارای یــک ورودی و پنســتاک هستــند که هر پنستاک به دو قســــمت تقســیم شـده و هر قســمت آن به یک محفظـــه حلــــــزونی متصل شـــده است. با هــد خالص 160.4 m و دبـــی 171 m3/sce ، قــــــــدرت واحد ، حدود 254 MW و راندمان آن حـــدود 94.5% می باشد.

توربین

متناسب با این ارتفاعات مختلف یا هدهای سطح ﺁب بالای توربین،
انواع خاصی از توربینها نیز وجود دارد:
– pelton :برای هدهای 184 تا 1840 متری(ft6000-600)
بکار می رودو متشکل از چرخ گردان تلمبه ای با سر لوله های قابل تنظیم می باشد.

francis:برای هدهای 37 تا 490 متری (ft1600-120) بکار می رود واز جریان ترکیبی است.

Kaplan :برای جریان رودخانه و ایستگاههای حوضچه ای
با دهانه های 61 متری (ft2000) بکار می رود .
این نوع دارای چرخ گردان جریان محوری با لبه های دارای فاصله متغیر است.

برای طراحی قسمتهای مختلف برقی و کنترلی یک نیروگاه آبی، لازم است تا با تجهیزات مکانیکی نیروگاه نیز آشنا باشیم و دید صحیحی نسبت به عملکرد آنها داشته باشیم. برای این کار قسمتهای مختلف تجهیزات مکانیکی نیروگاه را فقط معرفی می کنیم.  
محفظه حلزونی(Spiral Case)
حلزونی محفظه ای است اطراف توربین که از ورق فولادی جوش داده شده ساخته می شود. محفظه حلزونی به رینگ ثابت جوش داده می شود.
تجهیزات مکانیکی نیروگاه

تجهیزات مکانیکی نیروگاه

هد کاور (درپوش توربین)(Head Cover)
هــــد کــــاور یک قطعــــه فلــــزی است که اجــــزایی مثـــل پره‎هـــای تنظیــم‎کننـــده، یاتاقــان هــــادی، اتصـــالات ســـروموتور و بعضــی ازلوله‎هــــا و تجهیــــزات به آن متصــــل شــــده‎اند. آبهــــای ناشـــی از نشتــی، توسط سیستم تخلیــه که شــامل یک پمـــپ و یـک اژکتــور اســت تخلیـــه می‎شـــوند.
تجهیزات مکانیکی نیروگاه

پره های تنظیم کننده (پره های هادی)(Wicket Gate)
از ایــــن پره‎هـــــا ، بـــــرای کنتـــــرل دبـــــی آب توربین استفــاده می شود. جنــــس آنها از فـــــولاد زنگ نــــزن است.
– سروموتور(Servomotor)
دو عــــدد ســـــروموتور بـــرای باز و بســـته کردن پره‎هــــای هـــادی به طــــور همزمـــان پیــش‎بینی می شود. آنهــــا این توانـــــایی را دارنــد که تحـــت هر شـــرایطی گشــــتاور پیچشـــی لازم بــــرای باز/بسته شدن پره‎هــــای هادی را فراهم نمایند
تجهیزات مکانیکی نیروگاه

مکانیزم عمل کننده(Operating Mechanism)
مکانیــــزم عمل‎کننــــده یک حلقــــه فولادی اســت که در بـــالای هـــد کاور قـــرار دارد و بـــه دو ســــروموتور و پره‎هــــای تنظیم‎کننــده متصل شـــده است. حرکـــت ســـروموتورها از طریـــــق این مکانیـزم به پره‎هــای تنظیم‎کننــده منتقل مـی‎شود
پوشش محفظه توربین(Pit Liner)
محفظه بتونی توربین مجهز به یک لایه پوششی پولادی است که برای استحکام اتصال آن، از مهار فولادی در بتون استفاده شده است. رینــــگ ثابــت جزئـــــی از توربیـــن است که نیــروی توربیــن و ژنـــراتور را به پایه بتونـــی منتقـل می‎کنـــد و از ورق جوش‎کـــاری شده ســاخته می‎شــود که شــامل رینگهای بالا و پائین است که بین آنها پره‎هــای ثابت قـــرار دارند. این پـــره‎ها جهت هــدایت آب بداخــل رانر (از طــریق پره‎هـــای تنظیم‎کننـــده) پیـــش‎بینی می شوند.
تجهیزات مکانیکی نیروگاه

آب بند شافت(Shaft Seal)
این آب‎بنــــد در بــــالای رانــــر قرار گـــرفته و بــه منظــــور جلوگیـــری از نشــــت آب توربین در زمان کارکرد، پیش‎بینــی شــده است بـــرای جلوگیـــری از نشــت آب؛ آب‎بنــد با یــک سیســـتم آب تحـــت فشـــار تغـــذیه می‎شــود. ضمنــا“ سیســـتم آب‎بند شـــامل یک آب‎بند تعمیــراتی است که با هـــوای فشــرده عمل می‎نماید. برای جلوگیری از نشت آب در زمان توقف واحد از یک آب بند دیگر استفاده می شود که به آن تیوب سیل (Tube Seal) و یا Inflatable Shaft Seal گویند
درافت تیوب(Draft Tube)
این لوله به شکل زانویی بوده و زیر رینگ تخلیه قراردارد و شامل مخروطی، زانویی و قسمت افقی می باشد. درافت تیوب مانند دیفیوزر عمل نموده و باعث افزایش فشار خروجی توربین و کاهش سرعت آب در خروجی می‎شود. در صورت نیاز به تخلیه آب درفت تیوب می‎توان توسط جرثقیل، استاپ لاگ‎ها (دریچه‎ها) را در انتهای زانویی درفت تیوب قرار داد تا درفت تیوب از آب پائین دست جدا گردد.

تجهیزات مکانیکی نیروگاه

رینگ تخلیه(Discharge Ring)
این رینگ از صفحات جوش کاری شده ساخته می شود که دارای یک فلنج جهت اتصال به رینگ تحتانی و یک فلنج دیگر جهت اتصال به درافت تیوب می باشد.
یاتاقان هادی(Guide Bearing)
این یاتاقان برای هدایت شافت و تحمل نیروهای شعاعی است که بوسیله روغن روانکاری می‎گردد. روغن روانکاری بوسیله آب خنک می شود.
تجهیزات مکانیکی نیروگاه

گاورنر همانطور که گفته شد یک سیستم کنترلی فیدبک است که برای کنترل دور توربین و در نتیجه تثبیت فرکانس قدرت ژنراتور به کار می رود.از جنبه تکامل تدریجی ،گاورنرها ی سرعت را به چهار گروه میتوان تقسیم کرد:
گاورنرهیدرو مکانیکی
گاورنر الکترومکانیکی
گاورنر الکترو هیدرولیک
گاورنر دیجیتال الکتروهیدرولیک
تشریح عمومی گاورنر

طبق شکل (ت)در حالت کلی گاورنر مانند هر سیستم کنترلی
یک سیگنال ورودی ،یک سیگنال مرجع و یک سیگنال خروجی دارد.
تشریح عمومی گاورنرالکترومکانیکی
GOVERNOR
set point: 50HZ
turbin reol
speed

sero motor srifted

سیگنال مرجع ،سرعت سنکرون توربین ( ژنراتور)است که فرکانس HZ50 دارد. سیگنال واقعی ورودی ،دور لحظه ای توربین می باشد و سیگنال خروجی ،جابجایی ﭙیستون سرو موتورهاست که ﭙرده های هادی را چنین تنظیم می کنند که قدرت خروجی توربین با قدرت مورد نیاز ژنراتور مساوی و در نتیجه سرعت سنکرون ژنراتور حفظ شود.
شکل(ی) اجزای اساسی یک گاورنر الکترو مکانیکی را نشان می دهد. در اینجا،گویهای گریز از مرکز با یک موتور الکتریکی به چرخش در می ﺁیند. جریان موتور از دستگاه دیگری،معروف به PMG یا ژنراتور مغناطیس دایم ،گرفته می شود .
PMGروی ژنراتور نیروگاه نصب می شود .

تشریح عمومی گاورنرالکترومکانیکی

تشریح عمومی گاورنرالکترومکانیکی
شکل(ی):شمای گاورنر الکترومکانیکی

تغییری در سرعت سنکرون ژنراتور ،موقعیت گویهای گریز از مرکز را تغییر داده و باعث تغییر مکان شیر کنترل میگردد تا روغن تحت فشار به سرو موتور اصلی منتقل گرددوموقعیت جدیدی به گشودگی ﭙره های هادی بدهد. این حرکت ﭙره ها از
طریق یک مکانیسم فیدبک به شیر کنترل منتقل میشود تا شیر را به موقعیت خنثی بر گرداند.
برای ﭙایدار سازی حرکت سروموتورها از اجزای میرا کننده،
در مسیر فیدبک استفاده میشود. اگر این اجزای میرا کننده در مسیر فیدبک وجود نمی داشتند ،کل مجموعه گاورنر در حالت نوسانی قرار می گرفت .به این مفهوم که سروموتورهای ﭙره ها
ﭙیوسته در حالت جلو- عقب رفتن می بودند.

تشریح عمومی گاورنرالکترومکانیکی

در مدلهای قدیمی گاورنر یعنی نوع هیدرومکانیکی،سرعت دوران وزنه ها از خود محور توربین گرفته می شد.
در کنترولر جدیدتری نسبت به نوع PMG کنترولر سرعت از نوع SSG یا مولد سیگنال سرعت می باشدکه الکترونیکی است.
SSG وPMG هر دو بر روی ژنراتور نصب می شوندودر نتیجه سرعت دورانی لحظه ای ژنراتور را ﭙیوسته دریافت می کنند.
در گاورنرهای جدیدتر ،کنترولر یک کاﻤﭙﻳوتر کوچک ویا PLC
می باشد. این گاورنر از نوع دیجیتالی است،یعنی سیگنال سرعت واقعی و مرجع به طور دیجیتالی به ﺁن خورانده می شود ویک ﭙردازشگر،عمل محاسبه و تولید سیگنال نهایی کنترل را به عهده دارد.
اشاره می شود ،گاورنر نیروگاه سد کرج از نوع الکترومکانیکی
PMG است.(تاسیس 1340) گاورنر نیروگاه موجود کارون از نوع الکترونیکی SSG است.(تاسیس 1365) وجدیدترین سیستم گاورنر نیروگاه کشور ،گاورنر دیجیتال الکترو هیدرولیک نیروگاه توسعه کارون می باشد.

تشریح عمومی گاورنرالکترومکانیکی

گاورنر الکتروهیدرولیک
جدیدترین نوع گاورنرهای سرعت از نوع دیجیتال هیدرولیک می باشند. این گاورنر از سه قسمت مهم وکلی زیر تشکیل شده است:
قسمت الکتریکی
قسمت الکتروهیدرولیک
-قسمت تقویت هیدرولیک
شکل (ک)این قسمتها را نشان میدهد:

گاورنر الکتروهیدرولیک

قسمت الکتریکی،کار کنترلی را به عهده دارد که یک ریز
ﭙردازشگر می باشد .علایم ورودی به آن ،سیگنال سرعت لحظه ای توربین و سیگنال موقعیت ﭙره های هادی است.
کنترولر دیجیتال با دریافت این علایم و بر اساس مقدار سرعت مرجع(سرعت سنکرون) وﭙارامترهای کنترلی دیگر،یک سیگنال الکتریکی صادر می کند که به قسمت الکتروهیدرولیک می رود.
در قسمت الکتروهیدرولیک،سیگنال الکتریکی دریافتی که در حوزهmA 20-4 است به یک شیر الکتریکی تغذیه می شود.
این وسیله به تقویت کننده کویل متحرک یا m.c.a معروف است که براساس جریان الکتریکی دریافتی ،یک سیگنال هیدرولیک صادر می کند وبه این ترتیب نوعی عمل تبدیلی الکتروهیدرولیک انجام می شود.

گاورنر الکتروهیدرولیک

در قسمت تقویت هیدرولیکی ،سیگنال هیدرولیکی دریافتی باعث جابجایی میل ﭙیستون یک شیر بزرگ به نام شیر کنترل می شود .
این شیر،جریان روغن فشرده را به دو سروموتور می دهد. در نتیجه ﭙیستون ومیل ﭙیستون سرو موتورها جابجا شده ،که چون از راه یک حلقه به ﭙره های هادی متصلند،این ﭙره ها را به حرکت در می آورند. به زبان ساده تر ،سیگنال هیدرولیکی دریافتی از قسمت الکتروهیدرولیک،از نظر هیدرولیک تقویت می گرددتا بتواند ﭙره های هادی را جابجا کند.
جابجایی میل ﭙیستون سروموتورها از راه یک ترانس دیوسر به سیگنال الکتریکی تبدیل شده وبه کنترولر خورانده می شودتا به این ترتیب حلقه کنترلی گاورنر بسته شود.
گاورنر الکتروهیدرولیک

یک کنترل‎کننده الکترونیکی حلقه بسته (close loop) ، مجهز به PLC ، به صورت کاملا” دوتایی (Full redundant)، کنترل سیستم را بر عهده می گیرد.
سیگنال‎های ورودی این کنترل‎کننده معمولا" عبارتند از:
سیگنال آنالوگ سرعت توربین، از خروجی سنسورهای سرعت توربین (mA20-4)
سیگنال آنالوگ نشان‎دهنده موقعیت ویکت گیت های توربین(mA20-4)
سیگنال آنالوگ نشان‎دهنده توان خروجی ژنراتور (mA20-4)
قسمت الکترونیکی گاورنر

بر اســــاس سیگنـــــال‎های ورودی فــوق و پــردازش آن ها در کنتـرل کننده PLC، سیگنال خروجــی گـــاورنر الکتـــرونیکی (mA20-4) به شـــیر راهنمـــا(Pilot valve) اعمـــال شـــده و با عمــلکرد این شیـر، فشـــار و دبــی لازم روغـــن برای حرکــــت سـرووموتور و دریچه‎هـــای هـــادی توربیـــن(wicket gates) از طریـق شیـــر کنتـــرل اصـــلی(main valve) گاورنر فراهم می‎گردد.
کنتـــرل‎کننده فــوق معمولا" به صـورت دوتــایی بـــه عنــوان گاورنــر اصلی و گاورنر پشتیبان در تابلوی کنترل گاورنر قرار می گیرند.
در صـــورت بروز اشکال در گاورنر اصلی(main) ، کنترل سیستم به صورت خودکار، به گاورنر پشتیبان (backup) منتقل می‎شود.
قسمت الکترونیکی گاورنر

سیستم کنترل گاورنر دارای سه حالت عملکرد به شرح زیر است:
  حـــالت کنتــــرل ســـرعت با کنترل‎کننده
PID (speed control)
  حالت کنترل مقدار بازشدگی دریچه‎های هادی(wicket gate) توربین با کنترل‎کننده تناسبی
(‍P)(opening control)
حالت کنترل توان خروجی ژنراتور با کنترل‎کننده PID (Power control)
قسمت الکترونیکی گاورنر

کنترل مدار بسته:
فرآیندی است که در آن مقدار یک کمیت بطور پیوسته با یک مقدار از پیش معلوم مقایسه می شود. در این نوع کنترل همواره از یک حلقه فیدبک و یک تنظیم کننده و بازه کنترل استفاده می شود.

کنترل کننده آنالوگ:
تنظیم کننده های آنالوگ به تنظیم کننده های گفته می شود که در انها می توان برای کمیت تنظیم هر مقدار دلخواهی را در محدوده قابل تنظیم انتخاب کرد
در شکل زیر بلوک دیاگرام یک کنترل کننده انالوگ را مشاهده می کنیم

قسمتهای اصلی این کنترل کننده
منبع تغذیه
مدارات کنترل و اندازه گیری فرکانس
تقویت کننده پشتیبان
اندازه گیر موقعیت
سیگنال های ورودی و خروجی برای کنترل از راه دور و محلی
سنسور ها

تنظیم کننده P
تنظیم کننده p اختلاف تنظیم (یعنی اختلاف موجود بین مقدار باید و مقدار هست کمیت تحت کنترل )را تقویت کرده و ان را به عنوان کمیت تنظیم به عضو بعدی در حلقه کنترل منتقل می نماید

تنظیم کنندهPI
تنظیم کنندهPI اختلاف تنظیم ها را تقویت می کنند و از ان ها انتگرال گیری می کنند به این ترتیب تنظیم عضو وضعیت در بازه کنترل تا هنگامی که دیگر اختلاف تنظیمی وجود نداشته باشد ادامه پیدا می کند

تنظیم کننده PID
تنظیم کننده PID اختلاف تنظیم ها را تقویت می کند واز ان ها انتگرال گیری کرده و مشتق گیری می کند
این تنظیم کننده جامع ترین تنظیم کننده می باشد. سیگنال تنظیم از تقویت اختلاف تنظیم(بخش P) انتگرال گیری از آن(بخش I) و مشتق گیری از آن(بخشD) ایجاد می شود.

کنترل کننده دارای واحد PID است پارامتهای صحبت شده در می توانند در رنج وسیعی کنترل گردند، بدون تاثیراز یک دیگر یا تاثیر گذاری بر همدیگر.
دو سنسور القای وظیفه اندازه گیری فرکانس را بر عهده دارند این سنسور ها بوسیله سگمنت دیسک فعال می شوند که متصل به شافت توربین است
سیگنال های ارسالی توسط بخش اندنزه گیر فرکانس به سیگنال های انالوگ تبدیل می گردد و این سگنال ها ورودی قسمت PID ما می باشند

بلوک Ramp
سیگنال های بار مبنا ورودی این بلوک هستند این بلوک مانع ایجاد تغییرات سریع در مقدارتغییرات سیگنال بار مبنا می گردد و در نتیجه سرعت تغییرات خروجی می شود این تغییرات بین 20 تا 150 در صد بار خروجی می تواند تغییر کندسیگنال بار به صورت غیر مستقیم وارد کنترل کننده PID وبه طور مستقیم وارد قسمت تقویت کننده می شود
سیگنال فیدبک شده از قسمت محرک و پشتیبان بعد از عبور از بلوک اندازه گیر موقعیت وارد بلوک افت سرعت می گردد و این سیگنال بر طبق مشخصه ها ی فرکانس و بار تصحیح می شود
محرک ها ما بوسیله خروجی های از سیستم PID تنظیم می گردند این محرک ها به شیر اصلی که سرو موتور ما را کنترل می کنند متصل می باشند

کنترل کننده های دیجیتال
ورودی های این کنترل گننده ها سیگنال های دیجتال می باشند در این کنترل کننده ها از میکرو کامپیو تر ها و کارت های SPS استفاده می شود
تبدیل سیگنال انالوگ به دیجیتال توسط مبل AD صورت می گیرد هرچه دقت مبدل انالوگ بیشتر باشد دقت تبدیل سیگنال انالوگ به دیجیتال بیشتر خواهد بود

این کنترل کننده ها از قسمت های زیر تشکیل می شود
منبع تغذیه
اندازه گیر فرکانس
کنترل کننده ها شامل کنترل کننده های ترتیبی و نظارتی
قسمت پشتیبان
کنترل کننده های دهانه توربین به صورت اتوماتیک
کنترل کننده تیغه های runner
کنترل کننده میزان آب

این کنترل کننده ها از دو قسمت مجزا ساخته می شود
سخت افزاری
نرم افزاری
شامل:
الگوریتم کنترل
کنترل ترتیبی برای استارت و استپ
پردازش پرو سه ها می باشد

GOVERNOR DESK

قسمت های مختلف سیستم GOVERNOR DESK
محرک های الکترو هیدرولیک
شیر خاموش و روشن سریع
شیر کنترل اصلی
محدود کننده بار هیدرو لیکی –میکانیکی
فیدبک میکانیکی
اهرم های کنترل فیلتر روغن
سنسور ها و سویچ ها وسایل اندازه گیری سرعت چرخشی

  واحد تامین فشار روغن
از این واحـــد به منظـــور تامیـــن فشـــار روغــــن بـــرای عمــــلکرد سرومــــوتورهای تـــوربین و نهایتا” باز و بسته شدن ویکت گیت های توربین استفاده می‎شود.
سیستم روغـن گـاورنر شامل مخــزن روغن، تانک فشار روغن/هوا(Air Oil Vessel) ، دو دستگاه پمـپ روغـــن گـــاورنر، شیرهای سولونوئیدی، شیر هیدرولیکی، سیستم خنک‎کن روغن (شامل دو دستگاه پمپ، کولر و فیلتر دوتایی مربوطه)، تجهیزات کنترل و اندازه‎گیری، لوله‎کشی و غیره می‎باشد. برق سیســـتم کنتــــرل گـــاورنر از دو فیـــدر مجــزا،از سیستم DC نیروگاه تامین می‎شود.
قسمت هیدرولیکی گاورنر

انواع انباره ها:
انباره دیفراگمی
انباره بادکنکی
انباره پیستونی

وظایف انباره ها:
ذخیره سازی انرژی
میرا کردن ارتعاشات
تعدیل نوسانات جریان
جبران کاهش مقدار روغن
تامین انرژی برای شرایط اضطراری

سرو موتور اصلی :
سیلندرها
پیستون
رینگ ها

– سروموتور(Servomotor)
دو عــــدد ســـــروموتور بـــرای باز و بســـته کردن پره‎هــــای هـــادی به طــــور همزمـــان پیــش‎بینی می شود. آنهــــا این توانـــــایی را دارنــد که تحـــت هر شـــرایطی گشــــتاور پیچشـــی لازم بــــرای باز/بسته شدن پره‎هــــای هادی را فراهم نمایند

روش کنترل توربین پُلتـن:
برای کنترل توربین از دو روش استفاده می شود:
تغییر مکان نازل در جت
تغییر مکان دفـلکتـور(Deflector)

کنترل دور تور بین فرانسیس
توربینهای ﺁبی مورد استفاده در ایران از نوع فرانسیس هستند. قدرت خروجی این توربینها را می توان با کنترل دبی جریان ﺁب ورودی به توربین کنترل کرد. در توربین فرانسیس،برای کنترل دبی جریان از ﭙرده های متحرک معروف به ﭙره های هادی استفاده می شود. تعداد این ﭙره ها تابع سرعت ویژه توربین است که بر مبنای ملاحظات ارتعاشات مکانیکی و هیدرودینامیکی توربین انتخاب می شود. ﭙره های هادی هر کدام حول یک محور قایم میتوانند بچرخندومرکز دوران تک تک ﭙره ها روی یک دایره فرضی قرار دارد . حرکت ﭙره ها همزمان انجام میشود. ﭙره های هادی توسط بازوهایی به یک حلقه بزرگ متصل هستند. این حلقه خود به میل ﭙیستونهای سروموتوروصل شده است. میزان جابجایی میل ﭙیستونها سروموتورها توسط گاورنر کنترل می گردد.

شـــیر پروانـــه‎ای معمولا" در بالادســت محفظـه حلزونــــی (spiral case) قـــــرار دارد و بـــرای جـــداسازی تــــوربین از مسیر بالادســـت به کار می رود. در ضمن به منظـــور قطــــع جریــــان آب در مواقع اضطــراری نیز از شیرپروانه ای استفاده می شود.
شیر پروانه‎ای شامل قسمتهای زیر می باشد :
    بدنه شیر (Valve Body)
    مکانیزم هیدرولیکی (Hydraulic operating mechanism)
    آب ‎بند(Water sealing)
    سیستم کنترل
    مجموعه بای پس (By pass valves)
    اتصال پائین‎دست (Downstream transition)
شـــیر پروانـــه‎ای

شـــیر پروانــــه ای معمولا" توســــط وزنــه بسته می شود ولی با عملکرد دو ســــرووموتور هیدرولیکی باز مـی‎شود. یک سیســـتم هیدرولیکی که شـــامل مخزن تخلیـه روغـن(sump)، دو دستــگاه پمـــــپ روغــــن و مخـزن هــوا –روغــــن است برای شیرپروانه ای در نظــرگرفته می شود تا روغــــن با فشار مورد نیاز (مثلا" فشار bar 40) را برای سروومـــــوتورها فراهم کند. شیر پروانه‎ای توسط یک قطعه واسطه (expansion joint) به محفظــــه حلزونـــی (Spiral-case) متصل شده و توسط نگهدارنــــده‎هایی که در مــواقع بسته شدن به آن اجــــازه جابجــــایی طولی می‎دهنـــد مهـــار شده است.شــــیر پروانــــه‎ای دارای یک مســـیر کنـارگذر (بای پاس) است. قبل از بازشـــــدن شــــیر پروانه‎ای، این شـــیر بای پـــاس محفظه حلزونی را پرآب می‎کند.
برای راه‎اندازی شیر پروانه‎ای مراحل زیر به صورت متوالی پیش‎بینی شده اند:
    باز شدن مسیر بای پاس
    باز شدن شیر پروانه‎ای
    بسته شدن مسیر بای پاس
شـــیر پروانـــه‎ای

شــــیر پروانه‎ای توسط ســـــروموتورها باز مـــی‎شود. یک پمــپ روغــــن حداقل فشـــار لازم در مخزن هــوا-روغــــن را تامین می‎نماید. اگر پمـــپ اصلی دچــــار اشکـــال شده و متوقف شود، پمپ دوم بصورت خودکار روشـــن می‎شود.
توجه داشته باشید که شیرهای پروانه ای یا کاملا" باز و یا کاملا" بسته هستند و حالت میانه ندارند؛ به عبارت دیگر از شیرهای پروانه ای برای کنترل جریان آب استفاده نمی شود.

شـــیر پروانـــه‎ای

شـــیر پروانـــه‎ای

قدرت خروجی توربین آبی که از راه محور به ژنراتور منتقل می شود ،تابعی از سرعت توربین و میزان گشودگی ﭙره های هادی است.این تابع را میتوان برای تغییرات آرام ﭙره ها(مشخصه های استاتیک) بدست آورد.
اما اگر تغییرات سرعت ویا تنظیم ﭙره ها سریع باشد ،روندهای گذرائی روی می دهد که باید از روی مشخصه های دینامیک بدست آیند.
بحثی درباره گشتاور وسرعت توربین آبی

اختلاف بین مشخصه های دینامیک واستاتیک در وهله اول به این واقعیت مربوط است که جابجائی سریع ﭙره ها ی توربین فرانسیس
منجر به تولید امواج فشاری معروف به ضربه قوچ می شود.
بنابه این دلیل تغییرات گشتاور و قدرت تولیدی توربین از تغییرات سریع زاویه ﭙره های هادی تبعیت نمی کند وبه واسطه حظور جریان آب ،رفتارهای دیگری از توربین وژنراتور سر می زند که در حالت آرام تنظیم ﭙره های هادی دیده نمی شود .
به دلایل فوق،برای مطالعه عملکرد گذرای توربین ،لازم است که رفتار آبراهه توربین ،رفتار الکتریکی ژنراتور و اینرسی توربین وژنراتور بررسی شوند.به علاوه اگر ژنراتور به شبکه بزرگی متصل باشد،رفتار شبکه نیز بر روی عملکرد توربین اثر می گذارد .

بحثی درباره گشتاور وسرعت توربین آبی

با بسته شدن سریع پره های هادی بجای کاهش قدرت توربین نوعی افزایش دیده می شود .بعد از گذشت مدتی، قدرت توربین افت کرده و از تنظیم جدید پره های هادی تبعیت می کند. همچنین دیده می شود تغییر قدرت الکتریکی ژنراتور نسبت به تغییر قدرت توربین ،تاخیر زمانی دارد . این رفتار به هنگام تغییر سریع گشتاور روی می دهد،چون افزایش قدرت توربین نه تنها صرف افزایش قدرت الکتریکی ژنراتور ،بلکه باعث شتاب دادن به روتور آن نیز می شود.
وظیفه گاورنر حس سرعت توربین وتنظیم پره های هادی مطابق با تغییرات سرعت است تا اینکه شرط برابری گشتاور توربین و ژنراتور دوباره برقرار شود.
بحثی درباره گشتاور وسرعت توربین آبی

گاورنر نیروگاه هیدرولیک به دو صورت می تواند عمل کند :
مجزا از شبکه
موازی با شبکه
در حالت مجزا از شبکه ،برای حفظ فرکانس سنکرون ژنراتور،
لازم است که دور سنکرون توربین حفظ شود. بنابراین سروموتور
گاورنر با توجه به نوسان بار تحمیلی به ژنراتور پیوسته پره های هادی را تنظیم می کند تاهمواره گشتاورتوربین با گشتاور ژنراتوربرابر باشد.وقتی که ژنراتور موازی با شبکه کار می کند ونقش کنترولر فرکانس را به عهده ندارد ،سرعت آن می تواند به اندازه چند درصد (%5-2) در پاسخ به افزایش بارشبکه افت کند.با توجه به طرزکار ژنراتور (مجزا یا موازی با شبکه)،سیستم گاورنر سه وظیفه کاری دارد :
گاورنر سرعت
گاورنر قدرت
گاورنر سرعت – قدرت
گاورنر سرعت برای واحدی است که باید در پاسخ به نوسانات بار ،همواره دور سنکرون خود را حفظ کند.این واحد می تواند مجزا کار کند ویا نقش کنترولر فرکانس را به عهده داشته باشد.
بحثی درباره گشتاور وسرعت توربین آبی

در حالت دوم، گاورنر واحدی را کنترل می کند که به ازای افزایش بار ،دچار افت سرعت شده ولی گاورنر با تنظیم پره های هادی ،قدرت خروجی توربین را مطابق نیاز ژنراتور تنظیم می کند تا دوباره سرعت سنکرون ژنراتور حفظ شود. افت سرعت این واحد مخالف صفر است ودر نتیجه کمی دیرتر به تغییر بار پاسخ می دهد .تفاوت گاورنر سرعت وقدرت در این است که اولی سریعترین پاسخ را به تغییر بار شبکه می دهد.به زبان دیگر گاورنر سرعت سریعترین گاورنر موجود در شبکه است.
همچنین گاورنر را طوری می توان تنظیم کرد که هر دو وظیفه کنترل قدرت و سرعت را انجام دهد.
در ایران نقش کنترل فرکانس شبکه به عهده یکی از واحدهای نیروگاه سد دز است. نیروگاه دز دارای هشت واحد به قدرت نامی
MW65 و قدرت مجموع MW520 می باشد. در یکی از این واحدها،افت دایم سرعت گاورنر صفر تنظیم شده است .این واحد،حساسترین واحد تولید قدرت در ایران نسبت به نوسانات بار شبکه است .
بحثی درباره گشتاور وسرعت توربین آبی

اگر به هنگام کارکرد عادی شبکه ،ناگهان باری به شبکه تحمیل شود که باعث افت سرعت شبکه گردد،کنترولر فرکانس دز(یکی از واحدها ) این اضافه بار را متقبل می شود . درفاصله ای که این واحد زیر بار می رود ،اپراتورهای نیروگاه موظفند ،در صورت پذیرش نیروگاه واحدهای دیگری را زیر بار برده تا واحد کنترولر فرکانس از زیر این بار تحمیلی آزاد شود. در واقع واحد کنترل فرکانس ،واحدی است که تقریبا به طور پیوسته در حالت بی بار کار می کند و به همین دلیل به واحد flat معروف است .در صورتی که حین کنترل فرکانس هیچ واحدی نتواند پذیرای نوسانات بار شود ،مسئولان مرکز کنترل نیروگاههای ایران ،برای حفظ فرکانس شبکه ،قدرت مصرفی بعضی مناطق را قطع می کنند .شبکه الکتریکی کشور پیوسته در حال گسترش وسنگین شدن است ،به همین دلیل جهت کنترل فرکانس به واحدهای قدرتمندی نیاز است تا جوابگوی نوسانات بزرگ بار در شبکه باشند.
بحثی درباره گشتاور وسرعت توربین آبی

میزان سرعت
با تنظیم این پارامتر روی تابلوی کنترل گاورنر ،می توان میزان انحراف را از سرعت سنکرون به صورت دستی کنترل کرد.این تنظیم معمولا در محدوده %15-10 سرعت سنکرون می باشد و بار گذاری روی ژنراتور را کنترل می کند. مثلا اگر میزان سرعت یک ،منفی بوده و زیر فرکانس شبکه باشد ،به واحد دستور داده می شود تا با رسیدن به یک سرعت خاص (که طبق میزان سرعت تنظیم می شود )بار دفع کند. وبرعکس اگر میزان سرعت، بالای فرکانس خط باشد ،به ژنراتور اجازه داده می شود
بار جذب کند.تنظیم میزان سرعت مثبت برای واحدی که افت سرعت دارد باعث افزایش فرکانس قدرت ژنراتور خواهد شد.

کنترل حدود جابجائی پره های هادی برای این است که از طریق دستی بتوان حداکثر گشودگی مجاز پره ها را تثبیت کرد . وقتی که میزان گشودگی پره های هادی در یک مقدار بینابینی بود و میزان سرعت مقدار مثبتی داشته باشد ،گشودگی پره ها در این مقدارتعیین شده ،حفظ می شود .به این ترتیب گفته می شود که توربین در حالت بار مسدود کار می کند .میزان گشودگی پره های هادی توربین فرانسیس که با α یا λنشان داده می شود . روی منحنی عملکرد توربین مشخص می شود. در عمل این میزان گشودگی در یک محدوده است .مثلا برای نیروگاه سد دز، پره های هادی بین %80-30 اجازه باز وبسته شدن دارند. در مقادیر کوچکتر αنسبت به حداقل گشودگی مجاز ،به دلیل پدیده کاویتاسیون پره ها دچار خورده گی می شود . در عمل برای جلوگیری از این پدیده ،هوای فشرده به آب ورودی به توربین تزریق می شود. به همین دلیل ،میزان جابجائی پره های هادی و حداقل وحداکثر آن به صورت اطلاعاتی در کنترولر گاورنر ثبت می شود.

حدود پره های هادی

اگر برای کنترل دور سیستمی (تثبیت فرکانس شبکه الکتریکی)
چند گاورنر بطور همزمان در حال کار باشند ،امکان ندارد سرعت همگی آنها یکی باشد .یعنی گاورنری که سرعت بیشتری دارد، سعی می کند سیستم را به سرعت خود نزدیک کند.به این ترتیب،این گاورنر بار جذب می کند تا یا به هدف خود برسد و یا اینکه به حد اکثر گشودگی پره های هادی α0=100% برسد (حالت پره های کاملا باز).
گاورنر اگر بتواند فرکانس سیستم را به بالابکشد،گاورنر دیگر سرعت زیادی را حس می کند و برای نزدیک کردن سرعت گاورنر سریعتر ،بار را دفع می کند .

افت دائمی سرعت

نتیجه این که یک واحد سرعت می گیرد و به خاطر دفع بار باعث کند شدن سرعت واحد دیگر می گردد. عمل گاورنرها معکوس یکدیگر می شود. برای جلوگیری از بروز این وضعیت، گاورنرها دارای نوعی مشخصه هستند که به افت دائم سرعت معروف است واثر آن این است که به موازات افزایش گشودگی پره های هادی و یا جذب بار ،از میزان حساسیت گاورنر به تغییرات سرعت می کاهد.
افت دائمی سرعت

تحلیل و کاربرد سیستم کنترل گسترده (DCS ) در عملکرد AGC (کنترل اتوماتیک ژنراتورها)

مزایای سیستم کنترل گسترده
کاهش پیچیدگی سیستم کنترل وتقسیم آن بین زیر سیستم های جزء
اشتراک در امکانات و تجهیزات
نگهداری و تعمیرات آسان
مدیریت آسان
سادگی در طراحی سیستم
امنیت بالای سیستم

کارایی
اطمینان بالا
عملکرد بهینه
انعطاف پذیری بالا
قابلیت تغییرات وتوسعه
کمترین اغتشاش در فرآیند

سطوح کنترلی

سطح کنترل محرک
راه اندازی و نظارت بر حلقه های کنترلی
خودکار محرک ها

سطح کنترل واحد
راه اندازی یا توقف سیستم و هماهنگ سازی
بین کلیه توابع

سطح کنترل گروهی
کنترل و هماهنگ سازی خودکار فرآیند های
مرتبط با هم

ساختار سخت افزارسیستم کنترل گسترده
سیستم اتوماسیون(AS)

سیستم کنترل ومدیریت(OM)

سیستم مهندسی(ES)

سیستم تشخیص دهنده(DS)

شبکه اتصال دهنده(BS)

وظایف نرم افزار سیستم

فراخوانی وکنترل مراحل پردازشی برنامه کاربر
نظارت وفعال کردن ماژول های مربوطه
خواندن اطلاعات از دستگاه های فرآیند
ارتباط کنترلر ها
شروع به کار سیستم
نظارت وتشخیص خطا

وظایف DCS
اندازه گیری، کنترل، نظارت برصحت کارکرد تجهیزات و عیب یابی

نشان دادن مقادیر فرآیند، هدایت فرآیند و اعلام آلارم ها

تبادل اطلاعات با سایر قسمت های یک واحد تولیدی

ساختار اصلی DCS
Process Station

System Bus

Operator Station

Engineering Station

Open Factory Bus

گاورنر سرعت دیجیتالی

حس کردن
انتقال دادن
تصحیح کردن
ابزارهای احتیاطی

Matlab Simulation
محرک
سیستم گاورنینگ
شفت

Matlab Simulation
ثابتهای زمانی رله و سروو موتور
سرعت باز شدن گیت
میزان باز شدن گیت
مقادیر اولیه

Matlab Simulation
ورودی ها:
سرعت مرجع
توان
سرعت ژنراتور
زاویه قدرت

Matlab Simulation
خروجی ها:
اختلاف سرعت
گشتاور
توان مکانیکی

Matlab Simulation

Matlab Simulation

Matlab Simulation

پایان