سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد "M.Sc"
مهندسی برق – قدرت
چکیده
بااستفاده از اصول بسیار معروف فیزیکی تعدادی سیستم بازرسی غیر چشمی ابداع شده که می تواند اطلاعاتی از کیفیت قطعات یک تجهیز فراهم آورد ، درحالی که هیچگونه تغییری یا آسیبی به قطعه یا دستگاه مورد آزمایش وارد نسازند ، سیستمهای آزمون غیر مخرب به اختصار N.D.T نامیده می شود .
بکارگیری هریک از سیستمهای بازرسی متحمل هزینه است ، اما اغلب استفاده موثر از تکنیکهای بازرسی مناسب موجب صرفه جوییهای مالی قابل ملاحظه ای خواهدشد. نه فقط نوع بازرسی بلکه مراحل به کارگیری آن نیز مهم است.
دراین پایان به بررسی و تشریح انواع تستهای غیر مخرب ومزایای و محدودیتهای آنها و بکارگیری آنها در سیستم قدرت پرداخته شده است.
کلمات کلیدی:
N.D.T ، مایع نافذ ، ذره مغناطیسی ، جریان های گردابی ، رادیو کرافی ، ترموگرافی ، دوربین ترموویژن ، دوربین کرونا
فصل اول
ارتباط پایداری شبکه با عملکرد صحیح تجهیزات
مقدمه
دراین فصل به بررسی تاثیر عملکرد صحیح تجهیزات بر پایداری سیستم قدرت پرداخته شده است برای این منظور در ابتدا ماسله پایداری سیستم قدرت به عنوان مقدمه ای برای این بخش مورد بررسی قرارگرفته است.
تمایل سیستم قدرت برایایجاد نیروهای بازیابی برابر یابیشتر از نیروهای اختلال وارد شده به آن ، به منظور نگهداری حالت تعادل سیستم را پایداری می گویند.اگر نیروهایی که سعی دارند ماشین ها را با یکدیگر درحالت همگام synchronous حفظ نمایند به قدر کافی بزرگ باشند تا بر نیروهای اختلال غلبه کنند، سیستم پایدار ( درحالت همگام) باقی میماند. مساله پایداری به رفتار ماشین های سنکرون پس از رخداد یک اختلال مربوط می شود ، به عبارتدیگر پایداری سیستم قدرت، خاصیتی از سیستم است ، که به ماشین های سنکرون سیستم توانایی میدهد تا به اختلال در وضعیت کار عادی پاسخ دهند و دروضعیت جدیدی به کار عادی خود باز گردند.
مسائل پایداری بسته به ماهیت و وضعیت اختلال معمولا بر دو نوع اصلی تقسیم می شود:
* بررسی پایداری درحالت مانا Steady state stability
* بررسی پایداری درحالت گذرا Transient stability
پایداری مانا ( ماندگار) به توانایی سیستم قدرت در بازگرداندتن همگامی پس از رخداد اختلال های کوچک وکند مثل تغییرات تدریجی تونان اطلاق میگردد. حالت توسعه یافته پایداری ماندگار پایداری پویا (دینامیکی) Dynamjic stability نامیده می شود. پایداری پویا مربوط به اختلال های کوچک برای مدت زمان طولانی با منظور کردن وسایل کنترل خود کار می باشد
امروزه بررسی پایداری حالت گذرا، راه تحلیلی اصلی برای بررسی رفتار پ.یای الکترودینامیکی سیستم قدرت است. مطالعات پایداری گذار بااثرات اختلال های بزرگ وناگهانی مانندوقوع یکخطا، خروج ناگهانی یک خط ورود یا خروج ناگهانی بارها سرو کار دارد.
به بیان دیگر هدف بررسی های حالت گذرا، تعیین این است که آیا سیستم به دنبال اختلالاهای بزرگی نظیر اتصالیهای سیستم انتقال تغییرهای ناگهانی بار، ازکار افتادن واحدهای تولید، یاکلید زنی خط ، سنکرون خواهد ماند یا نه.
مطالعات پایداری گذرابرای اطمینان از توانایی تحمل سیستم قدرت در مقابل شرایط گذراپس از رخداد یکاختلال عمده ضروری است . بهنگام طراحی تجهیزات تولید وانتقال جدید چنین مطالعاتی اجتناب ناپذیر است . این مطالعات برایتعیین پارامترهایی مانند نوع رله گذاری موردنیاز ، زمان بحرانی رفع خطای مدار شکن ها و تعیین سطح وتاژ سیستم و قابلیت انتقال توان بین سیستم ها مفید است .
هدف همه بررسی ها یپایداری تعییناین است که آیا روتور ماشین های اختلال یافته به کارکرد سرعت ثابت باز می گردند یانه . مسلما این بدان معنا است که سرعت روتورها باید حداقل بطور موقت از سرعت همزمان ، منحرف شده باشد.
در حالت کارعادی سیستم ، موقعیت نسبی محور روتور و محور میدانمغناطیسی منتجه ثابت است . زاویه این دو محور ، زاویه توان Power angle یا زاویه گشتاور Torque angle نامیده میوشد.
در حین هراختلال شتاب روتور نسبت به mmf فاصله هوایی که باسرعت سنکرون می چرخد کاهش یا افزایش یافته وحرکتنسبی آغاز می شود. معامله ای که این حرکت نسبی را بیان می کند معادله نوسان swing equation نامیده می شود.
اگر پس از دوره نوسانی سرعت روتور به سرعت سنکرون برگردد ژنراتور پایدار خواهد ماند . در صورتی که بر اثر اختلال ایجاد شده مجموع تغییرات توان صفر شود ، روتور به موقعیت اولیه خودباز خواهد گشت . اگر اختلال به خاطر تغییر در تولید یا تغییر در بار یا شرایط شبکهایجاد شود ، روتور به یک زاویه توان جدید نسبت به میدان دوار سنکرون خواهد رسید.
سیستم قدرت امروزی شبکه ای به هم پیوسته وپیچیده است که می توان آن را به چهار قسمت اصلی تقسیم نمودکه عبارتند از : تولید ، انتقال و فوق توزیع ، توزیع ، بار .
در فصل اول این پایان نامه به تجزیه و تحلیل تجهیزات در شبکه های توزیع ، فوق توزیع و انتقال پرداخته شده تا ارتباط پایداری شبکه با عملکرد صحیح تجهیزات روشن شود.
تجزیه وتحلیل تجهیزات در شبکه های توزیع ، فوق توزیع و انتقال
علاوه بر ژنراتورها ، ترانسفور ماتورها و خطوط انتقبال ، وسایل دیگری نیز برای حفاظت و بهره برداری مناسب سیستم قدرت مورد نیاز هستند . برخی از وسایل حفاظتی که به طور مستقیم به مدارها متصل هستند کلید افزار Switchgear نامیده می شوند . اینها شامل ترانسفورماتورهای اندازه گیری ، مدار شکنها (کلیدهای فشار قوی Circuit breaker یا دیژنکتورها) و کلیدهای قطع ( سکسیونرها) فیوزها و برقگیرها Lighting arrester هستند این وسایل برای بدون برق کردن یا قطع مدارها تحت شرایط بهره برداری عادی یا در زمان وقوع خطا بکار می روند. دراین قسمت توضیحاتی اجمای در مورد تجهیزات مذکور آورده شده است.
1-2-1 کلیدهای قدرت
دریک پست فشار قوی کلید قدرت تقریبا یکی از اساسی ترین اجزای آن می باشد. کلید قدرت نقش اصلی در قطع و وصل کردن و وارد و خارج کردن و مصرف کننده ها و خطوط انتقال در شبکه ر به عهده دارند. به طور کلی مانور در شبکه جهت تغییر در سیستم توزیع وانتقال انرژی توسط کلیدهای قدرت صورت می پذیرد. در زمان ایجاد عیب یا خطایی بر روی شبکه کلیدها قسمت معیوب را به سرعت از مدار خارج نموده و بدین وسیله از آسیب رسیدن به نیروگاهها و وسایل تجهیزات پست که ایجاد انها هزینه های هنگفتی را به وجود آورده جلویگری میگردد. به طور کلی عملکرد صحیح کلیدها بسیار اهمیت دارد.ک کلیدها دستور قطع یا وصل را از طریق سیستم های کنترل و یا سیستم های حفاظت( ر له های حفاظتی ) دریافت می نمایند. سیستم های کنترل ، بیشتربرای مانور روی شبکه بکار برده می شوند . حال اینکه سیستم های حفاظتی در موقع بروز عیب یا خطا و به صورت اتوماتیک فرمان قطع کلیدها راصادر می کنند.
1-2-2 اشکالاتی که ممکن است باعث عدم عملکرد صحیح کلیدها شوند
اشکالاتی که ممکن است باعث عدم عملکرد صحیح کلیدها شوند عبارتند از:
اشکال درمدار فرمان کلید
اشکال درمکانیزم عملکرد
زیاد بودن جریان خطا
زیاد بودن زمان قطع کلید دراثر تنظیم نادرست
1-2-3 اشکالات ناشی از عدم عملکرد صحیح کلیدها
· ناپایداری شبکه
· قطع برق تعداد زیادی از مصرف کنندگان
· عدم استفاده از سرمایه گذاری ها
1-2-4 عوامل موثر در میزان عملکرد کلیدهای قدرت بر پایداری سیستم
· محل قرار گرفتن کلید در سیستم قدرت
هر قدر کلید به ژنراتور نزدیکتر باشد عملکرد غلط آن تاثیر بیشتری بر پایدرای سیستم دارد.
· نوع عیبی که کلید باید به دلیل بروز آن باید عمل می کرد
از نظر مکانیکی نیز جریان های اتصال کوتاه باعث ایجاد گشتاور مخالف گشتاور محرک توربین به محور ژنراتور می شوند که می تواند صدماتزیادی به ژنراتور وارد کند مقدار این گشتاور به زمان برقراری عیب ، میزان جریان خطا ونوع خطا بستگیدارد . هرچه قدر زمان برقراری عیب بیشتر باشد در این صورت میزان خستگی ژنراتور نیز به همان نسبت افزایش خواهد یافت.
1-2-5 خصوصیات عمده و مهمی که کلیدهای قدرت باید داشته باشند.
· در موقع بسته بودن مقاومت الکتریکی آنها در مقابل عبور جریان الکتریکی ناچیز باشد
· قادر به قطع جریان یا باز شدن هنگام عبور جریان از آنها باشند
· عبور جریانهای شدید از نظر الکتریکی و حرارتی برای آنها قابل تحمل باشد.
· قادر به بستن مدار وقتی که کنتاکتهای آنها تحت ولثاژ هستند باشد.
· در هنگام باز بودن بتوانند در برابر ولتاژی که در دو سر کنتاکت های آنها قرار می گیرد استقامت الکتریکی کافی دارند. به عبارت دیگر یک قطع شدگی مطمئن در سیستم ایجاد کنند.
· در موقع بروز اتصال کوتاه در شبکه پس از دریافت فرمان قطع در سریعترین زمان ممکن بدون اشکال بتوانند جریان اتصال کوتاه را قطع و قسمت عیب دیده را از قسمت های سالم ایزوله کنند.
1-2-6 تقسیم بندی کلیدهای فشار قوی بر حسب وظیفه ای که دارند
· سکسیونر یا کلید بدون بار، که تنهنا وظیفه برداشتن ولتاژ از روی تجهیزات وایجاد یک قطع شدگی مطمئن و قابل رویت را برعهده دارد.
· سکسیونر قابل قطع زیر بار، که قادر به قطع جریانهای نامی میباشد اما جریان اتصال کونتاه را نمی تواند قطع کند . در نتیجه باید از وسیله دیگری برای قطع جریان اتصال کوتاه استفاده نمود.
· کلید قدرت یا دیژنکتور، که قادر به قطع و وصل جریان های نامی و اتصال کوتاه می باشد.
درتمام کلیدها به جز کلید خلا از یک ماده برای خاموش کردن جرقه استفاده می کنند که به یکی از سه صورت جامد مایع و گاز می باشد.
1-2-7 انواع کلیدهای قدرت (دیژنکتور)
· کلیدهای روغنی
· کلیدهای کم روغنی
· کلیدهای هوایی
· کلیدهای خلا
· کلیدهای گازی SF6
1-2-8 انتخاب کلیدهای فشار قوی
کلیدها باید طوری انتخاب شوندکه متناسب با مورد استعمال ، تحمل هرگونه فشار وارده در محل نصب را داشته باشند.اصولا در انتخاب کلیدها معیارهای مختلفی در نظر گرفته می شود که در ادامه آورده شده است.
1-2-8-1 انتخاب برحسب مشخصات نامی
در موقع انتخاب کلیدهای قدرتباید به مشخصات نامی کلید که درجدول صفحه بعد با علامت × مشخص شده، توجه شود