theme wordpress
دیزل ژنراتور

سنکرون یا موازی کردن دیزل ژنراتور های متفاوت – قسمت 1

بر اساس یک قانون کلی، وقتی که ولتاژ و فرکانس در زمان اتصال یکی و برابر باشند می توان هر چیزی را با هر چیزی سنکرون کرد. مطمئنا در واقعیت محدودیت های عملی در رابطه با گفته ی بالا وجود دارد و شاید فاکتورهای طراحی سیستم همانند قابلیت اطمینان سیستم  و کارایی آن باعث شوند که طراح، ژنراتور موجود را با یک ژنراتور جدید که پاسخ گوی نیاز های طراحی باشد جایگزین کند و  حتی ممکن است هزینه ی انطباق دیزل ژنراتور های قبلی انقدر زیاد باشد که تعویض آن ها توجیح پذیر باشد. در این مطلب ما به موضوعات و مواردی که برای طراحی باید در نظر گرفته شود و همچنین به مشکلات مرسوم در این باره می پردازیم.

مقالات مرتبط:

راهنمایی سنکرون کردن و تقسیم بار دیزل ژنراتورها به وسیله‌ی DeepSea

راهنمایی سنکرون کردن و تقسیم بار دیزل ژنراتورها به وسیله‌ی DeepSea قسمت ۲

قابلیت سازگاری دیزل ژنراتور ها

 قابلیت سازگاری در یک سیستم به کلام ساده این است که دیزل ژنراتور ها در یک سیستم پارالل شده  :

  • دارای دیزل های سازگار باشند
  • دارای ژنراتور های سازگار باشند
  • دارای سیستم کنترلی تقسیم بار سازگار باشند
  • دارای رابط های دیتای سازگار با سیستم های کنترلی و مانیتوری دیگر (شامل محلی و دور دست)
  • دارای قابلیت کنترل “استارت اول”(“First Start” Control) باشد(سیستم کنترلی باید بتواند تعیین کند که کدام دیزل ژنراتور باید اول روی باس سنکرون متصل شود و ترتیب اتصال دیگر دیزل ژنراتور ها روی باس را تامین کند)
  • دارای این قابلیت باشد که بتواند با سیستم کنترل دستی، با سیستم کنترل بار تا مقدار خاص و محدود ، و با تجهیزات که قابلیت انطباق کمی دارند کار کند ولی این نا سازگاری ها ممکن است باعث شود تا تجهیزات جدیدی به سیستم اضافه گردد و یا اینکه انعطاف پذیری سیستم را کاهش دهد.

 قبل از تغییر و یا اصلاح در سیستم های موجود این نکته خیلی مهم است که تجهیزات موجود کاملا در بار کامل و ولتاژ و فرکانس مناسب تست شوند و مورد تایید قرار گیرند. اگر یک ماشین در یک بار مشخص با لود بانک نتواند به درستی کار کند غیر ممکن است این ماشین یا دیزل ژنراتور در حالت موازی به درستی عمل کند.

مشکلات در سطح سیستم

قبل از این که سازگاری دیزل ژنراتور ها را در سیستم در نظر بگیریم  بهتر است نگاهی به مشکلاتی که در سیستم به خاطر استفاده از دیزل ژنراتور های نا همانند ایجاد می شود را بررسی کنیم. اگر سایز ژنراتور ها  برابر نباشد، ممکن است باعث تاثیر در طراحی سیستم می شود. یک سیستم اضطراری شامل دیزل ژنراتور ها با توان مساوی می تواند بار اولیه بیشتری در راه اندازی تحویل دهند برای مثال یک سیستم شامل دو دیزل ژنراتور با توان 500 کیلووات می تواند در لحظه ی اول باری تا 500 کیلو وات را تامین می کند ولی در صورت استفاده از دو دیزل ژنراتور با توان های 750 کیلو وات و 250 کیلوات، اگرچه دارای توان به مجموع 1000 کیلوات می باشد ولی در لحظه ی اول فقط می تواند 250 کیلووات بار را تامین کرد به این علت که اگر دیزل ژنراتور 250 کیلووات دیزل اولی باشد که به باس وصل شده باشد با اتصال بار بزرگتر از 250 کیلو وات امکان دارد دیزل ژنراتور اضافه بار گردد. برای حل  این مشکل طراحان باس های اضافی در سیستم اضافه می کنند که خود این باعث پیچیدگی بیشتر سیستم می شود همچنین اضافه شدن باس های بیشتر کارکد دستی سیستم را پیچیده تر می کند. امکان دارد تغییر در ترتیب کلید زنی در صورت استفاده از دیزل ژنراتور های غیر مساوی مورد نیاز باشد. پیشنهاد نمی گردد سیستم های که دارای دیزل ژنراتور های سنکرون شونده هستند با قید راه اندازی در زمان کمتر از 10 ثانیه طراحی شوند.

خیل از سازنده ها توانایی تامین تجهیزاتی که مطمئن باشند در کمتر از 10 ثانیه سنکرون می شوند را ندارند در نتیجه در شرایطی که نیاز به سرویس قرار دادن بار ها در کمتر از 10 ثانیه مورد نیاز است ، طراح باید از بسته شدن دیزل ژنراتور کوچکتر  در باس در لحظه ی اول جلوگیری کند ( این عمل باعث از بین رفتن قابلیت جایگزینی دیگر ژنراتور- Redundancy)  و یا اینکه باید مطمئن شد که بار اولیه متصل شونده به باس کمتر از کوچکترین دیزل ژنراتور موجود است.

از دیدگاه Load Shedding مشکل کمتر است، اما هنوز نیاز به کمی مطالعه می باشد. اگر شرایط افت فرکانسی در شبکه موجود باشد سیستم نیاز دارد تا بارهای متصل را کم کند. در شرایطی که از دیزل ژنراتور های ناهمسان استفاده شده باشد واگر دیزل ژنراتور  500 کیلووات از دسترس خارج شود نیاز است تا مقدار بار بزرگی  کم کنیم تا ژنراتور 250 کیلووات آزاد شود . در سیستم cascading load shedding، سیستم به صورت اتوماتیک لود را کم می کند تا سیستم به شرایط عادی برگردد .

زمان طراحی  سیستم  زمانی که طراح مقدار KW دیزل ژنراتور ها  موجود را  می داند می تواند اختلافات در سایز را به وسیله ی  استفاده از Sequence  های مختلف زمانی که ترکیبی از تجهیزات مختلف موجود می باشد را جبران کند.

چقدر اختلاف در سایز کاربردی و قابل اجرا می باشد؟

این سوال خیلی در صنعت بحث شده است. ما می دانیم که تکنیکالی می توان همه چیز را با هم موازی کرد، اما در واقعیت این کاملا متفاوت می باشد. در کل، سیستمی قابل مدیریت می باشد که کوچکترین ژنراتور آن 30 درصد بزرگترین ژنراتور آن باشد. اگر در سیستم ژنراتور بزرگتر از این مقدار موجود می باشد بهتر است آن را بزرگتر در نظر بگیریم و ژنراتور کوچکتر را حذف کنیم.

ممکن است در حالت پرایم تفاوت توانی زیادی بین دیزل ژنراتور ها باشد. این حالت بیشتر در شهر های دور  و یا کارخانه ها که برق شهر موجود نمی باشد به وجود می اید. بار در طول روز خیل بیشتر از شب می باشد و ممکن است 2 دیزل ژنراتور 300 کیلو وات و 50 کیلووات در طول روز بار را تامین کند و در شب فقط دیزل 50 کیلووات بار را تامین کند. در این حالت موازی کردن دیزل ژنراتور ها مشکلی ندارد به خاطر این که مقدار بار به سرعت تغییر نمی کند و در واقع سیستم مدیرت بار اتوماتیک ندارد.

در حالت تکنیکالی کوچکترین کلید قدرت که می توان تامین کرد 800 آمپر باشد و شاید این باعث افزایش هزینه سنکرون کردن دیزل ژنراتور های کوچک شود. در این شرایط می توان از کلید های کامپکت که قابلت وصل در 5 سیکل را دارند برای پارالل کردن استفاده کرد. این کلید ها کوچکتر هستند و به فضای کمی نیاز دارند و ارزان تر هم می باشند. می توان از کنتاکتور هم استفاده کرد ولی حتما باید با فیوز مناسب حفاظت شوند.

دیزل های سازگار

مقدار توان حقیقی یا اکتیو (KW) تامین شده توسط دیزل ژنراتور دارای رابطه ی مستقیم با توان حقیقی دیزل دارد. دیزل های سازگار تقریبا توانایی تامین بار برابر در هر دو حالت پایدار و  گذرا  را در تمامی ضریب بارهای مختلف دارا می باشند. در مقابل، اگر دیزل های غیر سازگار موازی شوند، مشکلات تقسیم بار ایجاد خواهد شد،  مخصوصا در زمان های اتصال و قطع بارهای بزرگ

زمانی که بار به دیزل ژنراتور متصل می شود، مخصوصا در مقادیر بزرگ، به صورت لحظه ای مقدار فرکانس افت می کند تا زمانی که گاورنر مقدار بیشتری سوخت به دیزل تحویل دهد تا دیزل ژنراتور به سرعت و فرکانس نامی برسد. مقدار افت فرکانس و زمان برگشت (Recovery time) تابعی از اینرسی تجهیزات چرخنده سیستم (شامل روتور ژنراتور و اجزای متحرک دیزل ) و سرعت عمل گاورنر و سیستم ورودی هوا می تواند که  مقدار سوخت و هوا را افزایش دهند بستگی دارد. مقدار زمان بازگشت به سرعت نرمال به نوع گاورنر دیزل، نوع طراحی سیستم سوخت و هوا و نوع سیکل دیزل (2 سیکل یا 4 سیکل) بستگی دارد.

تقسیم بار در زمان گذرا خیلی مهم است زیرا دیزل ژنراتور ها با سایز مختلف معمولا توانایی مختلفی (منظور از توانایی مقدار ثابت زمانی و مقدار تغییر فرکانس و لتاژ از حالت نرمال می باشد) در قطع و وصل بار دارند. برای مثال، یک دیزل ژنراتور  250 کیلووات موازی با 500 کیلو وات در نظر بگیرید. اعمال بار250 کیلووات به یک دیزل ژنراتور 250 کیلووات تقریبا باعث 25 درصد افت ولتاژ و 3 ثانیه زمان می برد تا به فرکانس نرمال برگردد. برای دیزل ژنراتور 500 کیلووات اعمال 500 کیلووات بار باعث افت ولتاژ (Voltage Dip) 30 درصدی و زمان مورد نیاز برای برگشت به فرکانس نرمال 5ثانیه می باشد. در نتیچه اگر یک بار 750 کیلووات (بار کامل) به 2 دیزل ژنراتور اعمال گردد و یا 750 کیلو وات بار ناگهان از روی دیزل ژنراتور قطع گردد، این دو دیزل ژنراتور به اندازه ی مساوی بار را در طول زمان گذرا تقسیم نمی کنند. امکان دارد باعث اضافه بار روی دیزل ژنراتور سریع تر شود و مخصوصا در زمان قطع ناگهانی بار باعث برگشت توان به یکی از دیزل ژنراتورها و عمل کردن رله ی Reverse Power گردد .

در بارهای کمتر، مقدار حالت های گذرا  کمتر می باشد لذا زمان برگشت (Recovery Time) کمتر می باشد، در نتیجه زمانی که اندازه ی بار را در زمان کلید زنی کمتر کنیم در نهایت به نقطه ای خواهیم رسید که حالت گذرا های 2 دیزل ژنراتور خیلی شبیه هم می گردد. این به معنای این است که  حالت گذراهای نا متقارن را می توان با اضافه یا کم کردن بار در مقادیر کمتر در حالتی که از 2 دیزل ژنراتور همانند استفاده می شود حل کرد. طراح می تواند با بررسی مشخصات بارگیری و قطع بار دیزل ژنراتور ها در حالت های گذرا مشکلات بالقوه سیستم در دیزل ها( آیا توانایی پاسخگوی را دارا می باشند) به دست آورد. وقتی این کار انجام شد، باید اطلاعات از تست دیزل ژنراتور های واقعی برای بررسی استفاده گردد، نه فقط افت ولتاژ ژنراتور و یا پاسخگویی حالت گذرای دیزل به تنهایی. در کل اگر مقدار بار ناگهانی اعمالی به دیزل ژنراتور ها کمتر از 25 درصد کوچکترین دیزل ژنراتور باشد تاثیر منفی به خاطر اختلاف توانی دیزل ژنراتور ها در سیستم به وجود نمی آید.

تریپ های مزاحم رله ی توان معکوس (Reverse Power) به علت قطع بار از روی دیزل ژنراتور ها را می توان با بیشتر کردن زمان تاخیر رله ی Reverse Power بیشتر از مقدار زمان ریکاوری کند ترین دیزل ژنراتورها حل کرد. این کار را با افزایش مقدار حد توان معکوس در رله انجام ندهید. این امکان دارد باعث غیر حساس کردن رله ی ریورس پاور و حذف آن از سیستم حفاظتی گردد.

ژنراتور های سازگار

ژنراتور ها زمانی سازگار هستند که بتوانند بدون جاری بودن جریان مخرب نول، بین آنها کار کنند. بسته به مشخصات افزایش دمای ژنراتور(Temperature Rise)، عمر ژنراتور و سیستم عایق آن (Insulation Class) ممکن است جریان بین نول های ژنراتور  آسیب رسان نباشد، ولی جریان در نول باعث اختلال در عملکرد رله های حفاظتی گردد، مخصوصا برای حفاظت زمین. جریان در سیستم نول به خاطر اختلاف ولتاژ در بین ژنراتور ها ایجاد می گردد. اختلاف ولتاژ ممکن است به خاطر عدم دقت در تنظیمات مقدار کیلوولت آمپر راکتیو (KVAR)، و یا به خاطر اختلاف در شکل موج  ولتاژ (وجود هارمینک در شکل موج ولتاژ که در شکل یک نمایش داده شده است)ایجاد شود اگر یک سیستم در حال کار ناسازگاری بین ژنراتورها نشان دهد(همانند جریان بین ژنراتور ها که امکان از بین بردن آن با تنظیم مقدار KVAR نباشد)، می توان یک تست هارمونیکی جریان ارت بین ژنراتورها با بار خطی متعادل انجام داد(حتی بدون بار). اگر فرکانس اصلی جریان همانند فرکانس کاری سیستم باشد، جریان ایجاد شده به خاطر تقسیم بار راکتیو  (KVAR) نا صحیح می باشد. اگر فرکانس اصلی 150 هرتز و یا بیشتر باشد،  جریان ایجاد شده به خاطر ناسازگاری ژنراتور ها می باشد و یک راهکار باید برای آن پیدا کرد. جریان هارمونیکی نول به خاطر اختلاف بین شکل موج ولتاژ های ژنراتور های موازی شده ایجاد می شود. طراحان ژنراتور می توانند مقدار هارمونیک های تولید  شده را با بکار بردن چندین فاکتور طراحی (که مهم ترین آن ضریب سیم پیچی می باشد)کنترل کنند. از ضریب سیم پیچی می توان شکل موج ولتاژ و هزینه ساخت ژنراتور را بهینه کرد. ضریب سیم پیچی ژنراتور مربوط به طراحی مکانیکی دیزل ژنراتور می باشد. ضریب سیم پیچ نسبت تعداد شیار در برگرفته شده توسط سیم پیچ به تعداد شیار در برگرفته شده توسط قطب می باشد. ژنراتور هایی که همانند هستند کاملا تطتبیق پذیر می باشند. ژنراتور ها با ضریب سیم پیچ 2/3 دارای شکل موجی هستند که تطابق لازم جهت سنکرون با یک دیگر و برق شهر را دارا می باشند. زمانی که نیاز است ژنراتور های غیر متفاوت را موازی کرد جهت جبران کردن اختلاف ناشی از ضریب سیم پیچ ، طراح چندین گزینه برای از بین بردن مشکل هارمونک مربوط به عدم تطابق ژنراتور ها را دارد: اگر ممکن بود بهتر است تجهیزات همانند تجهیزات موجود باشند. این نیازمند تعویض یک یا چندین ژنراتور باشد. با در نظر گرفتن این که عمر موثر یک دیزل ژنراتور در حالت Standby 25 سال می باشد، و دیزل در این عمر کاملا قابل کار باشد امکان دارد تعویض امکان پذیر نباشد. خرید ژنراتور با ضریب سیم پیچ 3/2 ، قابلیت انطباق ژنراتور ها را برای کارکرد موازی در آینده تضمین می کند. به علت قیمت بالای ژنراتور های MV و HV تعویض ژنراتور در ولتاژ پایین (LV) امکان پذیرتر و کاربردی تر از تغییر ژنراتور در MV  و HV می باشد. استفاده از سیستم 3 سیم . یا استفاده از سیستم که دارای سیسم نول نباشد باعث می شود تا مسیری برای عبور جریان نول موجود نباشد در نتیجه بزرگترین علت عدم تطابق ژنراتور ها از بین خواهد رفت در نظر بگیرید که نول ژنراتور های نا همسان زمانی که ژنراتور های دیگر متصل می باشد نباید به زمین متصل باشد. با این شرایط جریان هارمونیکی هنوز در فاز های ژنراتور جریان خواهد داشت ولی تاثیر آن کمتر خواهد بود و سیستم آسیبی ناشی از وجود جریان نول را نخواهد داشت. باید از ترانسفورماتور برای بار های تکفاز  که نیاز به سیم نول دارند استفاده کرد. فقط نول ژنراتور های همانند را با هم متصل کنید، و از بسته شدن ژنراتور های نا همانند به عنوان ژنراتور های روی باس جلوگیری کنید. یک کنتاکتور به نول کلیدخانه اضافه کنید که فقط زمانی که سیستم اول در مدار قرار می گیرد نول وصل شود. این راهکار مشکلات دیگری به وجود می آورد و پیشنهاد نمی گردد. نصب راکتور در شاخه ی نول هر ژنراتور تا بتوان جریان هارمونیک 3 و یا بالاتر را محدود کرد. راکتور ها را می توان برای فرکانس هایی که بیشترین مشکلات را ایجاد می کنند تنظیم کرد. جبران کردن عدم تطابق به وسیله ی افزایش سایز سیم و سایز ژنراتور . ممکن است طراح به وسیله ی افزایش سایز ژنراتور و سیم ارت اجازه دهد جریان نول در سیستم موجود باشد.

ادامه این مطلب را در لینک های زیر که ادامه همین مقالبه می باشد مطالعه کنید :

سنکرون یا موازی کردن دیزل ژنراتور های متفاوت – قسمت 2

سنکرون کردن دیزل ژنراتور های متفاوت: قسمت 3 – ژنراتور های سازگار

سنکرون کردن دیزل ژنراتور های متفاوت: قسمت۴ – تطبیق پذیری سیستم تقسیم بار

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن