بخشی از مقاله
چکیده
ژنراتورها یکی از تجهیزات پیچیده و گران قیمت نیروگاه محسوب میشوند. از این رو بررسی رفتار سیستم حفاظتی آنها هنگام بروز خطا و اطمینان از عملکرد صحیح و قابلیت اطمینان سیستم حفاظتی، یکی از مهمترین موضوعات مورد بررسی، خصوصاً در نیروگاههای قدیمی - با سیستم حفاظتی قدیمی و غیر دیجیتالی - است. در این مقاله، به بررسی فنی عملکرد سیستم حفاظتی ژنراتور در تریپ واحد یک و واحد سه نیروگاه طوس پرداخته شده است. هر دو حادثه منجر به تریپ، ناشی از تریپ بویلر بوده است؛ لکن رلههایی که بعد از تریپ بویلر باعث از مدار خارج شدن ژنراتور شدهاند متفاوت هستند. استفاده از تجربیات ارائه شده در این مقاله برای کاهش زمان عیبیابی و اطمینان از وضعیت ژنراتور برای راهاندازی مجدد در نیروگاه طوس - و نیروگاههای دارای سیستم حفاظتی مشابه - مفید خواهد بود.
.1 مقدمه
توقفهای اضطراری نیروگاه که در زمان نامشخص رخ میدهد، پایداری شبکه برق را کاهش میدهد؛ یکی از راههای کاهش خروجهای اضطراری و محدودیتهای تولید برق، بررسی نمودارها و اطلاعات ثبت شده توسط دستگاههای اندازهگیری و حفاظتی در لحظه رخداد حادثه و انجام اقدامات اصلاحی، تغییر طرح و یا بهینهسازی برای جلوگیری از تکرار حوادث مشابه است .[1] بهعنوان مثال، در [2] با استفاده از پارامترهای رلههای حفاظتی خط و ژنراتور به بررسی خروج واحد یک اشکودانیروگاه مشهد - و متعاقباً بیبرقی پستهای شعاعی غدیر و رضوی در حادثه شبکه فوقتوزیع خراسان رضوی - در شهریورماه 1395 پرداخته شده و پیشنهادهایی برای جلوگیری از تکرار حوادث مشابه ارائه شده است.
واگذاری تدریجی نیروگاههای کشور به بخش خصوصی، فضای رقابتی بازار برق، جرائم ناشی از تریپ و خروج اضطراری نیروگاهها و هزینه های سنگین ناشی از توقف تولید، باعث شده است کهتجزیه و تحلیل و ثبت تجربیات در حوادث منجر به تریپ - خصوصاً در نیروگاههای قدیمی با سیستمهای حفاظتی غیر دیجیتالی مانند نیروگاه طوس - ، از اهمیت ویژهای برخوردار باشد. تحلیلهای ارائه شده در [3] و محاسبههای هزینههای تریپ واحدهای بخاری نیروگاه شهید رجایی نیز اهمیت آنالیز حوادث منجر به تریپ را از دیدگاه اقتصادی، بیش از پیش نمایان میسازد.
تفاوت در توپولوژیسیستم حفاظتی - خصوصاً در نیروگاههای بخاری قدیمی کشور - ، گستردگی تجهیزاتی که نقص - احتمالی - در آنها منجر به تریپ واحد می شود و عدم وجود سیستم DCS و حفاظت پشتیبان دیجیتالی در نیروگاههای قدیمی نیز از دیگر عواملی است که ضرورت بررسی فنی و تحلیل رفتار سیستم حفاظتی ژنراتور در حوادث منجر به تریپ را نشان میدهد. در این مقاله به بررسی فنی دو حادثه منجر به تریپ در نیروگاه طوس پرداخته می شود. با توجه به اینکه در هر دو حادثه، تریپ بویلر باعث تریپ واحد شده و لکن عملکرد سیستم حفاظتی ژنراتور متفاوت بوده است، برای اطمینان از صحت عملکرد سیستم حفاظتی ژنراتور، عملکرد رلههای آن در هر دو حادثه بررسی و مقایسه شده است.
نتایج صحت عملکرد سیستم حفاظتی در هردو حادثه را نشان میدهد. علت اصلی تفاوت در عملکرد رلههای حفاظتی ژنراتور، تحلیل و مقایسه حوادث منجر به تریپ واحد سه و واحد یک نیروگاه طوس از نظر صحت عملکرد سیستم حفاظتی ژنراتور تجهیزی است که ریشه اصلی بروز حادثه بوده است. به عبارت دیگر، تریپ بویلر در دو حادثه ناشی از نقص در یک تجهیز مشابه نبوده و این موضوع در عملکرد سیستم حفاظتی ژنراتور تأثیر گذاشته است. در ادامه پس از ارائه توضیحاتی در مورد سیستم حفاظتی ژنراتورهای نیروگاه طوس، به بررسی دقیق شرایط تریپ در هر دو حادثه - با استفاده از نمودارهای مستخرج از رکوردرها - ، پرداخته خواهد شد.
.2 سیستم حفاظتی ژنراتورهای نیروگاه طوس
نیروگاه طوس دارای 4 دستگاه ژنراتور 150 مگاواتی است. برخی از مشخصات این ژنراتورها در »جدول «1 قابل مشاهده است .[4] دیاگرام تکخطی سیستم حفاظتی ژنراتورهای نیروگاه طوس در »شکل «1 نشان داده شده است. رلههایی که با کادر ضخیم - قرمز رنگ - مشخص شدهاند، بهترتیب رلههایی هستند که در دو حادثه تریپ، که در ادامه توضیح داده خواهند شد، عملکرد داشتهاند. هر کدام از رلههای حفاظتی در نیروگاه برای هدف معینی نصب گردیده است با. توجه به تنوع زیاد آنها - خصوصاً در مورد ژنراتور - ، در این بخش برخی از حفاظتهای اصلی ژنراتورها و الکتروموتورهای هوای احتراق بویلر - FDF - در نیروگاه طوس که با موضوع مورد بحث مرتبط است، مختصراً معرفی میگردد.
ذکر این نکته ضرورت دارد که با توجه به مقایسه نتایج تست های انجام شده رلههای ژنراتور و باسهای 6kV در تعمیرات اساسی و نیمهاساسی و مقایسه با نتایج تستهای نصب راهاندازی - شرکت BBC آلمان - ، رلههای حفاظتی در وضعیت مطلوبی از نظر حساسیت، سرعت، انتخابگری، قابلیت اطمینان و غیره قرار دارند [5] و .[6] تحلیل و مقایسه حوادث منجر به تریپ واحد سه و واحد یک نیروگاه طوس از نظر صحت عملکرد سیستم حفاظتی ژنراتور.
.2,1 رله آندر فرکانس ژنراتور - FCX 103-/1 K511 -
رلهای ولتمتریک بوده و از ولتاژ خروجی ترانسفورماتورهای ولتاژ اتاق ارت تغذیه میشود. این رله کنترل فرکانس ولتاژ خروجی ژنراتور را بر عهده دارد؛ بدینصورت که، اگر فرکانس ولتاژ خروجی ژنراتور - که خود تابعی از دور ژنراتور است - کاهش پیدا کند، رله با دو حالت عملکردی وارد مدار میشود. استِپ یک رله روی 47,9 هرتز تنظیم شده و در صورت عملکرد، باعث قطع بریکر 132 کیلوولت خروجی ژنراتور به سمت شبکه شده و ژنراتور را از شبکه جدا میکند؛ لکن فرمان تریپ ژنراتور صادر نمیشود. چنانچه کاهش دور ادامه داشته باشد و فرکانس به 47هرتز برسد، استپِ دوم رله عمل کرده و فرمان تریپ ژنراتور را صادر خواهد کرد .[12]
.2,2 رله ارت فالت باس 6kV مصرف داخلی
دیاگرام تکخطی باس 6kV یک واحد نیروگاه در »شکل «2 نشان داده شده که شامل باسها و الکتروموتورهای 6kV، مسیرهای تغذیه باسها، بریکرها و ترانسفورماتورهای مصرف داخلی کمکی میباشد .
شکل :2 دیاگرام تک خطی مصرف داخلی 6 کیلوولت نیروگاه طوس [4]
نقطه ستاره سیستم تغذیه داخلی 6kV نیروگاه از زمین ایزوله است. در سیستمهای ایزوله اگر یکی از فازها ارت شود، ولتاژ آن فاز کاهش یافته و ولتاژ فازهای سالم بهاندازه 3 برابر افزایش پیدا خواهد کرد. این شرایط ضمن برهم زدن تعادل - برداری - ولتاژها، باعث جابجایی نقطه ستاره ولتاژها شده و جریان خازنی از سیستم تغذیه به زمین منتقل خواهد شد. بنابراین با اتصال زمین یک فاز مشکل حادی اتفاق نخواهد افتاد، لکن اگر این وضعیت ادامه پیدا کند و اتصال زمین دومی رخ دهد - اتصال کوتاه دو فاز اتفاق افتاده - ، میتواند باعث وارد شدن صدمات زیادی به سیستم گردد. برای تشخیص ارت شدن سیستم تغذیه باسهای 6kV، از رله ولتاژی به نام به رله ارت فالت استفاده شده است. این رله حفاظت باس و مصرف کنندههای روی آن را در قبال وقوع اتصال زمین بر عهده دارد و در صورت وقوع اتصال زمین فقط آلارم داشته و در اولین فرصت باید نسبت به رفع نقص اقدام کرد ..[4]
.2,3 رله آندر ولتاژ باس 6kV مصرف داخلی
این رله حفاظت باس 6kV و مصرف کنندههای آن را در قبال افت ولتاژ بر عهده دارد. نمونه ولتاژ مورد نیاز رله از ترانسفورماتورهای ولتاژ نصب شده روی باس 6kV با نسبت تبدیل 6000V:100V ولت تغذیه میشود. درصورتیکه سطح ولتاژ باس به کمتر از مقدار تنظیم شده - 0.8pu - روی رله برسد، بعد از چهار ثانیه فرمان قطع به بریکر تغذیه کلیه مصرف کنندههای در حال کار روی باس را صادر و آنها را از مدار خارج خواهد نمود. چنانچه زمان افت ولتاژ کمتر از چهار ثانیه بوده و سطح ولتاژ قبل از آن به حالت عادی برگردد، رله خروجی نداشته و هیچ اتفاقی نخواهد افتاد .[4]
