پایان نامه توزیع برق داخلی نیروگاه سیکل ترکیبی قم

پایان نامه مقطع کارشناسی

 پیشگفتار:

 صنعت برق به خاطر نقش زیر بنای و وابستگی زیادی که به کلیه عوامل موثر در رشد اقتصادی و رفاه اجتماعی دارد صنعتی پویاست و اجرای طرح های اساسی انتقال و توزیع نیروی برق نیاز به برنامه ریزی و آینده نگری دارد . از سوی دیگر با توجه به رشد روز افزون جمعیت ، پیشرفت صنعتی کشور ما نیاز به انرژی الکتریکی پیوسته با رشد حداقل 7 درصد مواجه است و در این راستا احداث نیروگاه های جدید از یک سو و همچنین بهینه سازی نیروگاه های موجود ضروری است . در صنعت برق ترکیب انواع نیروگاه ها و ساختار آنها در تامین مطمئن حداکثر بار و انرژی الکتریکی مورد تقاضا با حداقل هزینه تولید دارای اهمیت بسیاری است . اگرچه نوع انرژی اولیه در دسترس و هزینه تمام شده آن نقش اصلی را در انتخاب انواع نیروگاه ها باز می کند ولی تامین سریع تقاضا و جلوگیری از تحمیل هزینه سنگین خاموشی  به اقتصاد کشور محدودیت های منابع مالی به ویژه ارز خارجی ، نرخ بهره برداری ، عوامل زیست محیطی و بالاخره ضرورت های اقتصادی یا سیاسی در فرآیند انتخاب اثر مهمی دارد . از طرفی تامین مطمئن قدرت مورد نیاز مشترکان بویژه در شبکه سراسری ، مستلزم تنظیم برنامه زمان بندی دقیق برای تعمیرات ادواری ،   پیش گیرانه  و ... است .

 ضریب ذخیره برق در حالت مطلوب باید از 10 درصد فعلی به سطح 30 درصد افزایش یابد و برای دست یافتن به این رقم باید ضریب توسعه نیروگاه ها ، بیش از رشد مصرف برق باشد ، در حال حاضر میزان تولید انرژی الکتریکی در کشور در سال جاری بیش از 142 میلیارد کیلو وات ساعت بر آورده شده است .

 سهم نیروگاه های غباری در قدرت کشور 2/54 درصد – نیروگاه های گاری و سیکل ترکیبی 2/23 درصد و نیروگاه های برق آبی 7/9 درصد و بالاخره نیرو گاه های دیزلی وزارت نیرو 9/2 درصد است .

 در صنعت برق با دو معضل همواره روبرو هستیم :

 اولا : قدرت اسمی واحدهای نیروگاهی برق معمولا توسط سازنده ، بر اساس شرایط متعارف به شیوه         ایده آل تعیین می شود ولی در عمل قدرت یاد شده تحت تاثیر شرایط محیطی ( ارتفاع محل نصب از سطح دریا ، درجه حرارت و رطوبت نسبی ) و همچنین فرسودگی و تغییرات نوع و کیفیت نوع و کیفیت سوخت قابل استفاده نیست . تلفات قدرت عملی با اسمی در مورد توربین های گانه محسوس تر از انواع نیروگاههای حرارتی برق – آبی و دیزلی است .

 ثانیا : از مجموع انرژی الکتریکی تولید شده به طور متوسط بالغ بر 5 درصد آن به مصرف داخلی رسیده و 95 درصد آن به شبکه های انتقال برق تحویل می شود . نزدیک به 4 درصد انرژی الکتریکی نیز در شبکه های انتقال و نردیک به 10 درصد در شبکه های فوق توزیع برق به صورت گرما اتلاف می شود . بنابراین نزدیک به یک پنجم ظرفیت تاسیسات تولید سوخت معرفی و به طور کلی هزینه های تامین برق به مصارف داخلی و اتلاف در شبکه تعلق می گیرد .

 بنابراین انرژی فروش رفته به مشترکین برق در عمل مستلزم تولید نزدیک به 2/1 برابر نیاز معرف است .

 در همین راستا و با توجه به اینکه نیروگاه های سیکل ترکیبی از جمله نیروگاه های با راندمان بالا می باشند و از آنجا که توجه حداکثر سازندگان را به خود معطوف داشته است .

 ایجاب می کند جهت بهینه سازی عملکرد آن کوشید . تا اولا : بتوان این نیروگاه ها را با هزینه کمتری راه اندازی نمود و ثانیا بتوان با کم کردن « مصرف داخلی » ، راندمان و همچنین تولید انرژی را افزایش داد واین میسر نخواهد بود مگر آنکه اجزاء و نحوه عملکرد آنها را شناخت تا بتوان با نگرش دقیق تری هر یک از اجزاء را انتخاب نمود.

 مقدمه :

 عموما در نیروگاه های برق ، سیستم تولید انرژی به صورت خود کار انجام می شود . و برای این منظور به تجهیزات کمکی نیاز است . با طراحی مناسب این تجهیزات ، نه تنها راه اندازی قسمت های اصلی            نیروگاه ها مهیا می شود ، بلکه موجبات مکانیزه شدن سیکل نیروگاه نیز فراهم می گردد . این تجهیزات بسته به نوع نیروگاه ها متنوع هستند . البته بیشترین تجهیزات کمکی در نیروگاه ها ، مربوط به نیروگاه های بخاری می باشد .

 اصولا مصرف بخشی از انرژی تولیدی نیروگاه های برق جهت در مدار ماندن وادامه کار واحدها لازم و ضروری است . از این جهت نیروگاه های برق با یک سری مصارف ، به نام مصارف داخلی رو به رو هستند . این مصارف داخلی درصدی انرژی تولیدی نیروگاه ها را به خود اختصاص می دهند . همان گونه که نوع و سیستم های تجهیزات کمکی در نیروگاه های مختلف ، متفاوت است از نظر میزان انرژی مصرفی هم     اختلافات نا چیزی بین نیروگاه های برق آبی کمترین و مصارف داخلی نیروگاه های بخار بیشترین مقدار را دارند که این مصارف را می توان به صورت تقریبی زیر بیان نمود :

مصرف داخلی نیروگاه های برق آبی : 4/0- 2/0 درصد

مصرف داخلی نیروگاه های گازی :7/0- 5/0 درصد

مصرف داخلی نیروگاه های دیزلی :5-2 درصد

مصرف داخلی نیرو گاه های بخاری : 5/6 – 5/4 درصد

مصرف داخلی نیروگاه های سیکل ترکیبی : 3- 4/2 درصد

 لازم به ذکر است که مصرف داخلی نیروگاه های بخاری و سیکل ترکیبی با توجه به نوع سیستم خنک کنندگی فرق می کند .

 مصرف داخلی نیروگاه گازی

 در حال حاضر در کل صنعت برق ایران بیش از 130 واحد توربین گازی صنعتی بزرگ ( با قدرت های بین mw25 تا mw5/ 147 ) و بیش از 20 دستگاه توربین گازی سبک با قدرت های بین mw1 تا mw5/7 در حال کار هستند . همچنین تعداد زیادی نیروگاه گازی به صورت منفرد و یا کاربرد در              نیروگاه های سیکل ترکیبی در دست راه اندازی و نصب است . لازم به ذکر است که کم بودن مصارف داخلی و تلفات نیروگاه ها به طور وسیع در شبکه های قدرت وجود ندارد علت آن است که هر چند تلفات الکتریکی واحدهای توربین گازی کم است . ولی در عمل مقداری از نیازهای مصارف داخلی و نگهداری واحد ، به شکل نیروی مکانیکی توسط توربین تولید ، و توسط کمپرسور ، جذب می گردد . در واقع کمپرسور اصلی واحد ، بخشی از نیازهای خود را مستقیما از طریق توربین گازی تامین می کند و بقیه تلفات داخلی الکتریکی ، به مصرف تجهیزات کمکی می رسد . به عبارت دیگر ، بازده نیروگاه های گازی بسیار کم و نمی توان به مزایای کم بودن تلفات داخلی و ارزان بودن آن زیاد توجه نمود .

 بازده این واحدها در حال حاضر برای واحدهای با قدرت بیش از mw100 و در بار کامل حدود %32 می باشد . در حالی که بازده واحدهای نصب شده در ایران حداکثر 27% است که مقدار این بازده هم با کثیف شدن فیلتر هوای کمپرسور و پره های توربین کاهش می یابد .

 از تجهیزات کمکی نیروگاه های گازی می توان به تجهیزات راه انداز نیروگاه – پمپ انتقال سوخت ، پمپ های فشار قوی سوخت ، پمپ های روغن هیدرولیک و روغن کاری ، فن های خنک کننده ، آب – پمپ گردش آب و بعضی از این مصارف نیز توسط اتصال مکانیکی جعبه دنده ، نیروهای خود را مستقیما از محور توربین گازی دریافت می کنند که در این صورت ، جزء مصارف الکتریکی محسوب نمی شوند . همچنین در بعضی از واحدهای گازی که از سیستم تحریک استفاده می کنند ، قدرت معرفی تحریک را نیز باید جزء مصرف داخلی منظور نمود که در این حالت ، با افزایش 5% در مصارف داخلی مواجه خواهیم بود .

 فصل اول

 معرفی نیروگاه سیکل ترکیبی قم

 نیروگاه سیکل ترکیبی قم به منظور تامین بخشی از انرژی الکتریکی کشور و همچنین تقویت پایداری شبکه و بهبود افت ولتاژ بخصوص در قسمت مرکزی شبکه سراسری و نیز کاهش تلفات انرژی در زمینی به مساحت 220 هکتار در کیلومتر 15 جاده قم – اراک احداث شده است .

 قرارداد ساخت این نیروگاه در تاریخ 9/2/69 بین شرکت منطقه ای تهران وابسته به وزارت نیرو و شرکت صنایع سنگین میتسو بیشی ژاپن منعقد گردید . این نیروگاه شامل 4 واحد گازی هر یک به قدرت 5/128 مگا وات در شرایط استاندارد بوده و در ژنراتور دارای ولتاژ 8/13 کیلو ولت و ضریب قدرت 8/0 پس فاز می باشد .

 ولتاژ خروجی هر ژنراتور از طریق یک ترانسفورماتور افزاینده با نسبت تبدیل 13.8KV به 230KV و قدرت ظاهری در شرایط ISO ، 126 مگا ولت آمپر به پست 230 کیلو ولت مجاور واحدهای گازی وصل می گردد . در ضمن با استفاده از 4 بویلر بازاریاب حرارتی و گرمای حاصل از دود خروجی از توربینهای گازی نیز 200 مگا وات توان الکتریکی توسط دو توربین بخار تولید می گردد که در نتیجه ظرفیت کل نیروگاه در مجموع 714 مگا وات می باشد .

 سوخت اصلی نیروگاه گاز طبیعی و سوخت دوم آن گازوئیل است که واحدها میتوانند با هر کدام از سیوختهای فوق و یا مخلویی از هر دو کار کنند . سوخت گازوئیل از طریق اطستگاه تخلیه سوخت وارد تانک زیر زمینی به ظرفیت 80 متر مکعب شده و توسط 2 پمپ به تانک اصلی به ظرفیت 35 میلیون لیتر تخلیه می شود و سوخت گاز توسط خط لوله گاز از طریق ایستگاه تقلیل فشار با ظرفیت 000/125 متر مکعب نرمال در ساعت به واحدها متصل شده و مورد بهره برداری قرار می گیرد .

 معمولا در فصولی از سال ( زمستان ) که مصرف گاز داخل شهر بالاست نیروگاه از سوخت گازوئیل استفاده می کند .

پست 230 کطلو ولت نیروگاه با باس بارهای قابل انعطاف ( سیمی ) و اسکلت فلزی شامل کلیه تجهیزات الکتریکی لازم به صورت 5/1 کلید طراحی شده و انرژی الکتریکی نیروگاه را به شبکه منتقل می نماید .

 این پست دارای 2 ترانس 63 /230 کیلو ولت هر کدام به قدرت 160 مگا ولت آمپر می باشد که خروجی این ترانسها وارد پست 63 کیلو ولت دیگری که در مجاورت نیروگاه احداث شده است می شود و به منظور راه اندازی نیروگاه و مصارف داخلی آن و بعضی مصارف اضطراری دو خروجی از این پست 63 کیلو ولت از طریق دو ترانس سرویس (STATION TRANS ) با نسبت تبدیل 3/6/63 کیلو ولت به باس ولتاژ متوسط (M.V ) واقع در ساختمان COMMON یا مشترک نیروگاه وصل شده است.

 الف ) مشخصات جغرافیایی نیروگاه قم

a ) موقعیت : نیروگاه سیکل ترکیبی قم در 15 کیلومتری جاده قم – اراک واقع شده است.

b ) شرایط اقلیمی :

- ارتفاع : 1022 متر بالاتر از سطح دریا

- فشار بارو متریک 0.91 اتمسفر

- درجه حرارت محیط : ماکزیمم 45C و مینیمم -120C

- رطوبت نسبی : ماکزیمم 93% و مینیمم 13%

- میزان بارندگی : ماکزیمم 35mm/year و کل 144mm/year

- سرعت باد :100Km/hr

 ب ) مشخصات کلی و عمومی نیروگاه گازی قم

 واحد توربین گاز : نوع ، یک سیکل ، تک شیفت ، HEAVY DUTY ، صنعتی ، مدل MW701D

 a ) کمپرسور : نوع جریان محوری تعداد مراحل : 19 مرحله

 b) اتاق احتراق : نوع : لوله ای CANNULAR تعداد بسکت 18 عدد که دورادور محور توربو کمپرسور قرار گرفته اند .

 c ) توربین : نوع جریان محوری ، عکس العملی و تعداد مراحل آن 4 مرحله . دور نامی 300rpm و جهت چرخش در جهت حرکت عقربه های ساعت از طرف کوپلینگ ( مشاهده از طرف ژنراتور ) .

 SET اوراسپید تریپ (110%+10%)3300+30rpm وزن روتور توربین گاز تقریبا 56 تن .

 الف ) برای جلوگیری از اثرات سوء انسباط حرارتی (TERMAL EXPANTION) ناشی از حرارت توربین گاز ، ژنراتور در طرف کمپرسور قرار گرفته است . نیروی محوری روتور به یک تراست بیرنگ THRUST BEARING که در انتهای روتور طرف توربین قرار دارد ، منتقل می شود .

 ب ) تجهیزات راه اندازی روتور (STARTING DEVICE) که شامل یک موتور الکتریکی AC و یک مبدل گشتاور TORQUE CONVERTOR می باشد . توسط جعبه دنده کمکی با روتور در ارتباط می باشد و به روتور متصل می شود .

 این تجهیزات هنگام راه اندازی واحد به منظور شتاب دادن به روتور بکار گرفته میشود . بعد از رسیدن سرعت به دوری که توربین نیروی محرکه برای ادامه چرخش کافی باشد با خارج ساختن روغن از داخل تورک کنوتور ، سیستم راه اندازی را از مدار خارج می سازند .

 ج ) تجهیزات گردشی TURNING GEAR :ترنیگیر در انتهای جعبه دنده کمکی قرار گرفته اند . سیستم مکانیکی اوراسپید تریپ در انتهای خروجی توربین گاز نصب شده است . پمپ اصلی روغنکاری به جعبه دنده کمکی متصل است و در حالت عادی کارکرد واحد روغن مورد نیاز برای روغنکاری توسط این پمپ تامین می شود .

 فصل دوم

 بررسی نقشه تک خطی الکتریکی نیروگاه گازی قم

 برای تغذیه مصارف کلی نیروگاه ، هنگامی که واحدها متوقف شده و کار نمی کنند نیاز به وجود برق احساس می شود که آن را از شبکه دریافت می کند . برای این منظور دو انشعاب از پست 63 کیلو ولت جهت دو ترانس سرویس استیشن گرفته میشود که 63kv را به 6.3kv تبدیل می کنند .

 این ترانسها با قدرت نامی 10MVA با اتصال اولیه مثلث و ثانویه ستاره با مدار تپ چنجر TAP CHENGER روی اولیه ، با زمین شدن مرکز ستاره ثانویه جهت حفاظت اتصالی های احتمالی ( که این هدف با بکار بردن یک ترانس جریان صورت می گیرد ) در مدار قرار گرفته اند .

 خروجی این ترانسها به باسهای 1SMC و 2SMC می رود که در ساختمان مشترک تجهیزات قرار دارند . این باسها بوسیله یک بریکر به نام 52B به هم ارتباط دارند .

فیدرهای خروجی باسهای فوق عبارتند از : تغذیه ترانسهای AUXILIARYSTATION ( ترانسهای کمکی قسمت استیشن ) که تعداد آنها 5 عدد است . همچنین 4 خروجی به نامهای 1UMC تا(UNIt MOTOR CONTOROL)4UMC  هر یک برای هر کدام از واحدها انشعاب گرفته شده اند و یک انشعاب جهت ترانس 6.6/0.4KV با قدرت 630KVA واقع در پست 230کیلو ولت .

 در این قسمت یک پمپ 6KV مربوط به FIRE FIGHTING ( آتش نشانی و سیستم اطفاء حریق ) از این باسها تغذیه می کند .

 مشخصات ( ترانس کمکی استیشن ) STATION AUXILIARY TRANSFORMER:

 همانطوری که اشاره شد ، 5 ترانس کمکی در قسمت استیشن وجو دارند که قدرت نامی هر کدام 2.2MVA مثلث – ستاره و نسبت تبدیل 6KV به 0.4KV می باشد .

 1SATR : اولین ترانس کمکی استیشن است و تغذیه هایی که روی آن قرار دارند عبارتند از : تغذیه باطری شارژ قسمت COMMON یا مشترک با 220V از نوع DC .

 سیستم روشنایی و دو تغذیه دیگر آن به باسهای ULC یا (UNIT LOW VOLTAG ) CONTROL می رودULC2 وULCI.

 2SATR : تغذیه های روی این ترانس عبارتند از : تغذیه باطری شارژ COMMON از نوع 110V DC و تغذیه کلید خانه FF یا سیستم آتش نشانی (FIRE FIGHTING) و پمپهای آب آشامیدنی و نیز برای اتاقک 2LADP و دو انشعاب دیگر برای 3ULC و 4ULC می باشند .

 3 SATR : انشعابهایی که از باس 3SL گرفته شده عبارتند از : انشعاب برای سرمایش و گرمایش و تهویه آن WORK SHOP HVAC . برای سلف سرویس ( کانتین ) و انشعاب دیگری برای کارگاه گرفته شده است .PANEL DPI که این اتاق تغذیه دستگاههای موجود در محوطه کارگاه را تامین می کند.