پایان نامه بررسی چگونگی نصب تجهیزات الکتریکی در نیروگاه در حال ساخت

پایان نامه کارشناسی رشته مهندسی برق – قدرت 

فصل اول

مقدمه

1-1 انواع ژنراتور ها

فرکانس کار شبکه انتقال CEGB (کمپانی برق بریتانیا)، 50 هرتز می باشد، بنابراین ژنراتورهای سنکرون متصل به این شبکه نیز در فرکانس 50 هرتز کار می کند. ژنراتورهای بزرگتر اغلب در سرعت 3000 دور بر دقیقه و بوسیله توربینهای بخار کار می کنند و تعداد کمی از آنها سرعتشان 1500 دور بر دقیقه است. این ژنراتورهای سرعت بالا که عموماً تحت عنوان توربین ژنراتورها از آن نام برده می شود و دارای روتور استوانه ای[1] می باشند. موضوع بحث این فصل می باشند. چنانچه منظور نوع دیگری از ژنراتورها باشد. صراحتاً ذکر می گردد.

از مدتها قبل، واحدهای استاندارد شده در شبکه CEGB، ژنراتور های با ظرفیت 500 و 660 مگاوات بوده اند. در این ظرفیتها شش نوع طراحی مختلف انجام گرفته است که هر کدام در طول زمان تغییرات ناچیزی نسبت به هم داشته اند. به هر حال این ژنراتورها تا حد بسیار زیادی از نقطه نظر عمکرد بهم شبیه هستند و در صورتی که یک نوع خاص دارای تفاوت فاحشی باشد، این موضوع ذکر خواهد گردید (رجوع شود به شکل 1-1). قسمت اعظم این فصل به ژنراتورهای با ظرفیت های ذکر شده پرداخته و تئوری کلی ای در مورد ژنراتورهای سنکرون عنوان می گردد. در انتهای این فصل توضیح مختصری راجع به انواع دیگر ژنراتورهای مورد استفاده در CEGB داده خواهد شد.                   

1-2 پیشینه تاریخی

مزیت شبکه های توزیع AC بر DC در اواخر قرن نوزدهم مشخص گردید و رشد سریع شبکه های AC به دنبال خود نیاز به ژنراتورهای AC را بدنبال داشت. ژنراتورهای اولیه، ماشینهای با سرعت پایین بودند که بوسیله موتورهای رسپیروکال[2] می چرخیدند، ولی در حوالی سالهای 1900 به بعد ژنراتورها مستقیماً بوسیله توربینهای بخار[3] سرعت بالا به حرکت در آمدند و پایه ماشینهای مدرن امروزی را بنیاد نهادند. روند پیشرفت عمدتاً در محرک ژنراتورها بوده است. توربین ژنراتورهای اولیه هم بصورت محور عمودی و هم بصورت محور افقی ساخته می شدند.

از آنجا که فشار بیشتری بر اتصالات محور نوع عمودی وارد می شود، این نوع ژنراتورها خیلی زود از رده خارج شدند. توسعه ژنراتورهای با محور افقی بسیار سریع بود بطوری که ژنراتورهای از چند صد کیلووات تا 20 مگاوات در سالهای 1912 ساخته شدند (رجوع شود به شکل 1-2).

بعد از این سالها، افزایش در توان خروجی ژنراتورها تا حدودی محدود بود بطوری که در دهه  1930، ژنراتورها دارای ظرفیت خروجی تا حداکثر 50 مگاوات بودند. فرکانس برق تولیدی در شبکه آمریکا، 60 هرتز است و نتیجتاً ژنراتورهای سنکرون در آمریکا دارای سرعت بالاتری می باشند؛ مثلاً در ماشینهای دو قطبی این سرعت برابر با 3600 دور بر دقیقه می باشد. در این سرعتها اصطلاک هوا سبب ایجاد تلفات بالاتری می گردد و به همین دلیل هیدروژن بخاطر غلظت کمترش به عنوان خنک کننده مناسب تر مورد استفاده قرار گرفت. در بریتانیا استفاده از ژنراتورهای با خنک کن هیدروژنی در سرعت 3000 دور بر دقیقه و ظرفیت خروجی 50 مگاوات در دهه 1950 متداول گردید.

بعدها، جستجو در جهت روشهای دفع حرارت موثر منجر به استفاه از هیدروژن در فشار بالاتر گردید. قدم بعدی استفاده از روغن عایق و نهایتاً در بریتانیا استفاده از آب در تماس مستقیم با هادی سیم پیچیها بود. با این تمهیدات، امکان ساخت ژنراتور با توان خروجی بالا مهیا گردید تا بتواند پس از حمل و نصب بعنوان یک واحد تکی در نیروگاه مورد بهره برداری قرار گیرد که عمدتاً هم از نظر اقتصادی و هم از نظر عمکلرد جالب بود (رجوع شود به شکل 1-3 ). با توجه به تاکید مهمتری که در سالهای اخیر بر قابلیت اعتماد در طراحی و قابلیت تعویض قطعات[4] گذاشته است، رشد افزایش توان خروجی و گامهای توسعه در ژنراتورها، کندتر شده است.

-3 استانداردها و مشخصات

استاندارد بریتانیائی حاکم بر ژنراتورها، استاندارد 5000BS می باشد که در اغلب قسمت ها به استاندارد 4999BS برمی گردد. استاندارد بین المللی قابل مقایسه، استاندارد 34IEC می باشد. استاندارد خاص توربین ژنراتورها، 5000BS و 34IEC است. این استانداردها در برگیرنده مشخصات قابل قبول، مقادیر دماها، ارتعاش ، نویز، میزان عدم توازن در فازها[5]، محتوای هارمونیکی، محدودیتها و تولرانسها[6] در کنترل محرک و شرایط تست، به عنوان مثال حدود تست و فشار قوی، می باشند. پارامترهای دیگر از قبیل فشار سیستم روغن و حدود تست تلفات عایقی در استاندارهای مختلف CEGB مشخص شده اند.

احتیاجات خاص برای یک ژنراتور جدید در مشخصات خود ژنراتور گنجانده می شود. این مشخصات عمدتاً بستگی به محل نصب و وظیفه خاص ژنراتور دارد. به عنوان مثال می توان به دمای آب خنک کن و ضریب توان اشاره نمود. این مشخصات می تواند با استانداردهای عملی متفاوت باشد. طول عمر مورد انتظار یک ژنراتور نیز جزء این مشخصات است که معمولاً حدود 200000 ساعت در طول 10000 دوره روشن و خاموش شدن می باشد. ضمناً این مقادیر در طراحی استفاده می شوند. به عنوان مثال بوجود آمدن ترکها بر اثر خستگی به این مقادیر خاص بستگی دارد.

استانداردهای متداول را می توان به شرح زیر برشمرد:

1-34 IEC : ماشینهای برقی دوار- مقادیر نامی و مشخصات

2- 34  IEC: ماشینهای برقی دوار- روشهای تعیین تلفات و راندمان با استفاده از تست

3-34IEC : مقادیر نامی و مشخصات ماشینهای نوع توبینی سه فاز 50 هرتز

4- 34 IEC : روشهای تعیین کمیات ماشینهای سنکرون با استفاده از تست

6-34 IEC : روشهای خنک سازی ماشینها دوار

4999 BS : احتیاجات عمومی ماشینهای برقی داور

4999 BS  قسمت 106: تقسیم بندی روشهای خنک سازی

4999 BS قسمت 101: مشخصات مربوط به مقادیر نامی و خصوصیات

4999 BS : قسمت 142: خصوصیات مکانیکی- ارتعاشی

4999BS  قسمت 109: حدود نویز

4999 : BS مشخصات ماشینهای الکتریکی دوار نوع خاص و برای کاربردهای خاص

5000BS  قسمت 2: ماشینهای نوع توربینی

2757 BS : تقسیم بندی مواد عایقی برای ماشینهای برقی

5500 BS : مشخصات دریچه های فشار با جوش امتزاجی[7] ضد آتش

601 BS : ورقه های فولادی برای مدارهای مغناطیسی ادوات برقی قدرت

1433 BS : مس برای مقاصد برقی و میله و شمش

3906 BS : هیدروژن تحت فشار الکترولیتی

استاندارد ESI 447: تست کردن سیستم عایقی میله ها