فهرست

تعاریف نظری و عملیاتی متغیر ها 6

پایداری ولتاژ 6

تعريف پايداري ولتاژ 8

دسته بندي پايداري ولتاژ 9

تحليل پايداري ولتاژ 10

ناپایداری ولتاژ در سیستم های قدرت 12

فروپاشی ولتاژ در سیستم های قدرت 14

ناپایداری ولتاژ 16

کنترل فرکانس 21

کنترل فرکانس و ولتاژ 23

نمونه ای از فروپاشی شبکه سراسری ایران 30

مشخصه های عمومی شبکه سراسری ایران 33

تحليل فروپاشي 38

دلايل اصلي وقوع بلکاوت در آمريکاي شمالي 46

-چه چيزي باعث وقوع بلک اوت شد؟ 47

ضريب قدرت بار و توان راكتيو 50

رله ناحيه 3 53

مقدمه 62

تاثير واحد هاي گازي نيروگاه سيكل تركيبي خوي درشبكه آذربايجان 66

تاثيربخش بخارنيروگاه خوي در شبكه‌هاي فوق توزيع آذربايجان 67

نقش نيروگاه خوي درنرمال سازي شبكه بعداز فروپاشي شبكه سراسري سال 1380 68

علل فروپاشي شبكه در سال 1380 ايران 68

پروژه ایجاد قابلیت بلک استارت کردن در نیروگاه سیکل ترکیبی خوی بابهره گیری از دیزل ژنراتورها و سیستم کنترل Cummins 72

تأمین توان 72

اتصال به نیروگاه 73

کنترل نیروگاه 73

حالتهای انتخابی 75

راه اندازی بلک استارت واحدهای گازی 75

شرح طرح 76

مشخصات و شرح سیستم بلک استارت پیش بینی شده برای نیروگاه سیکل ترکیبی خوی 76

عملكرد ديزل ها در شرايط بهره برداري امرجنسي 79

شرح عملكرد سيستم بلك استارت 79

پيشنهاد تغييرات در سيستم مدارات كنترل موجود بريكر ژنراتور (GCB) واحدهاي گازي نيروگاه جهت هماهنگي با سيستم بلك استارت 81

مقدمه 85

نكات مربوط به سيستم تحريك 85

سيستمهاي تحريك ژنراتور نيروگاه خوي 86

مشخصات كلي الكتريكي سيستم تحريك نيروگاه خوي 88

مشخصات القاء كننده (‌استاتور ) سيستم تحريك 89

مشخصات القاء شونده ( روتور ) سيستم تحريك 90

شخصات اجزاء بخش قدرت 91

ساختار كلي اجزاي سيستم تحريك 93

تهويه سيستم تحريك 93

القاء كننده سيستم تحريك ( استاتور ) 94

تجهيزات جانبي سيستم تحريك 102

بررسي نحوه عملكرد سيستم تحريك 103

شرح كارتهاي كنترل 107

كارت كنترل ولتاژ ژنراتور RS 108

كارت تهيه كننده حد ولتاژ ژنراتورCAS (SET POINT) در حالت اتوماتيك 109

كارت محدود كننده حداقل جريان تحريك LSES 110

كارت تهيه كننده حد ولتاژ ژنراتور و تعقيب كننده در حالت كنترل دستي CMS 111

كارت تعقيب كننده براي تغيير وضعيت از حالت طبيعي به جايگزين (RPS) 111

كارت منبع تغذيه ALS1 112

كارت تهيه وكنترل زاويه آتش تريستورها GITS 112

كارت تأمين كننده حداكثر جريان تحريك ASEX1 112

بهره برداري از سيستم تحريك 114

دستورالعمل بهره برداري از سيستم تحريك در زمان كار طبيعي ژنراتور 115

دستورالعمل بهره برداري از سيستم تحريك در شرايط خاص ژنراتور 116

علل بروز قطع ميدان تحريك و عوارض آن 116

حفاظت ژنراتور در برابر نقص ميدان تحريك 119

محدود كننده توابع كنترلي و حفاظتي 120

محدود كنندة زير تحريك 121

محدود كنندة فوق تحريك 123

محدود كننده و حفاظت ولت بر هرتز 125

گاورنر و حالتهای آن 127

امور جانبی 128

وظایف اصلی 130

مدل گاورنر الکترونیک – هیدرولیک 131

مقدمه 138

سيستم تأمين خلاء به منظور ايجاد خلاء در كندانسور 146

نحوه گاز زودائي در دياريتور 151

نحوه عمل كرد سيستم اواپراتور 152

سيستم روغنكاري فيد پمپ شامل 155

در كليه نقشه هاي بويلر مسيرهاي سبز رنگ مسير آب مي باشند و مسير هاي قرمز بخار 158

سيستم Blow down 162

سيستم هواي سيل 164

حفاظت هاي بويلر 167

توربين بخار 168

سيستم روغنكاري Lubrication system ( MAV ) 168

سيستم روغن كنترل : MAX 171

سيستم سيل 172

سيستم باي پس Bay Pass : 173

هيدروتوربين 178

نحوه عمل كرد Auxiliary cooling 183

مشخصات ترانسفورماتور قدرت واحد بخار 186

توزيع الكتريكي نيروگاه 188

منابع و مأخذ 192

تعاریف نظری و عملیاتی متغیر ها

پایداری ولتاژ

مسائل کنترل و پایداری ولتاژ مسائل جدیدی در صنعت برق نیستند٬ لیکن امروزه در بسیاری سیستم ها مورد توجه خاصی قرارگرفته اند.زمانی این موضوع فقط به طور عمده با سیستم های ضعیف و خطوط طولانی مرتبط بود٬ اما اکنون در نتیجه بارگذاری شدیدتر ٬در شبکه های بسیار توسعه یافته نیز مورد توجه است.در سالهای اخیر٬ ناپایداری ولتاژ موجب بروز چند فروپاشی عظیم در شبکه های مختلف شده است. چند نمونه از این موارد در زیر آورده شده است

1- اغتشاش سیستم European 4 - nov - 06

2- اغتشاش های سیستم Australia 14- mars-05

3- اغتشاش سیستم Moscow 25- may -05

4- اغتشاش سیستمDenmark/ Sweden 23-sep-03

5- اغتشاش سیستم Ne north America 14- Aug-03

در نتیجه٬ امروز عبارت(( ناپایداری ولتاژ)) و(( فروپاشی ولتاژ))در منابع و بحث های برنامه ریزی و بهره برداری ٬ بیشتر از گذشته مشاهده می شوند.

اگر چه ممکن است ولتاژ های پایین ناشی از فرآیند عدم هماهنگی زوایای روتور باشند٬ نوع فروپاشی ولتاژ مربوط به ناپایداری ولتاژ می تواند در جایی رخ دهد که پایداری زاویه ای مطرح نیست. زمانی که زوایای روتور بین دو گروه از ماشینها به 180 درجه نزدیک یا از آن بیشتر می شود٬ خارج شدن آرام آرام ماشین ها از همگامی٬ منجر به ولتاژهای بسیار پایین در نقاط میانی شبکه می شود. اما در چنین حالاتی ٬ ولتاژ پایین به جای علت خارج شدن روتور ها از همگامی ٬ نتیجه آن ا ست.

پایداری ولتاژ به توانایی سیستم قدرت در حفظ ولتاژ های قابل قبول در کلیه شین های سیستم تحت وضعیت عادی و بعد از وارد شدن اغتشاش٬ مربوط می باشد. سیستم هنگامی وارد حالت ناچایداری ولتاژ میشود که بروز اغتشاش ٬ افزایش در بار مورد نیاز ٬ یا تغییر در موقعیت سیستم ٬ موجب کاهش فزاینده و غیر قابل کنترل ولتاژ گردد. عامل اصلی ناپایداری ٬ ناتوانی سیستم قدرت در مواجهه با تقاضا برای توان راکتیو می باشد.

مسائل پایداری ولتاژ٬ معمولا" در سیستم های تحت بارگذاری شدید رخ می دهد. گر چه ممکن است اغتشاش منجر به فروپاشی ولتاژ دلایل گوناگونی داشته باشد٬ لیکن مساله اساسی ضعف ذاتی سیستم قدرت است علاوه بر استحکام شبکه انتقال و سطوح انتقال توان ٬ عوامل اصلی فروپاشی ولتاژ عبارتند از محدودیت های کنترل توان راکتیو یا ولتاژ ژنراتور٬ مشخصه های بار ٬ مشخصه های وسایل جبران سازی راکتیو و عمل وسایل کنترل ولتاژ از قبیل ترامنسفور های دارنده تغییر دهنده تپ زیر بار( ULTC ها ).

تعريف پايداري ولتاژ

پايداري ولتاژ عبارتست از توانايي سيستم قدرت براي حفظ ولتاژ ما ند گار قابل قبول در تمام شين هاي سيستم در شرايط عادي عملكرد و بعد از اينكه تحت يك اغتشاش قرار گرفت. زماني كه حضور اغتشاش،افزايش تقاضاي بار، يا تغيير در وضعيت سيستم باعث افت فزاينده و غير قابل كنترل در ولتاژ گردد سيستم وارد حالت ناپايداري ولتاژ ميشود. دليل اصلي ناپايداري ، عدم توانايي سيستم قدرت در تامين توان راكتيو مورد تقاضاست. قلب مساله معمولا" افت ولتاژي است كه به هنگام عبور توان حقيقي و راكتيو از راكتانس هاي خطوط انتقال ايجاد مي گردد.

يكي از معيارهاي پايداري ولتاژ آن است كه در وضعيت كاري خاصي، در هر شين سيستم و در زماني كه توان راكتيو تزريقي به شين افزايش مي يابد، دامنه ولتاژ نيز افزايش يابد. سيستم، از ديد ولتاژ، ناپايدار است اگر حداقل يك شين سيستم، افزايش توان راكتيو تزريقي به آن (( Q ، باعث كاهش دامنه ولتاژ آن ( ( V شود. به عبارت ديگر سيستمي از نظر ولتاژ پايدار است كه حساسيت Q-V آن براي هر شينمثبت باشد و ناپايدار است اگر اين حساسيت حداقل براي يك شين منفي باشد.

افت فزاينده در ولتاژ شين ممكن است به علت از دست رفتن حالت سنكرونيزه و افزايش زاويه روتور نيز صورت پذيرد. به عنوان مثال ، از دست دادن تدريجي حالت سنكرونيزه ماشين ها، زماني كه زواياي روتور بين دو گروه از ماشين ها به 180 درجه نزديك شده يا از آن فراتر رود، منجر به ولتاژهاي بسيار پايين در نقاط واسطاي از شبكه مي شود. در مقابل، كاهش مداوم ولتاژ ، كه مربوط به ناپايداري ولتاژ است، زماني اتفاق مي افتد كه از نظر پايداري زاويه روتور مشكلي وجود نداشته باشد.

دسته بندي پايداري ولتاژ

تقسيم پايداري ولتاژ به دو دسته زير سودمند است: پايداري ولتاژ اغتشاش بزرگ و پايداري ولتاژ اغتشاش كوچك. اين دسته بندي ، پديده را به دو قسمت تفكيك مي كند، قسمتي كه بايد با تحليل ديناميك غير خطي بررسي گردد و قسمتي كه به كمك تحليل حالت ماندگار بررسي ميشود. اين دسته بندي مي تواند طراحي و كاربرد ابزار محاسباتي را ساده كند و بعنوان ابزاري در نظر گرفته شود كه اطلاعات مكمل را فراهم مي كند.پايداري ولتاژ اغتشاش بزرگ، توانايي سيستم را در كنترل ولتاژ، به دنبال بروز اغتشاش هاي بزرگ، از قبيل: خطا هاي سيستم، از دست دادن بار، يا از دست دادن توليد، در نظر دارد. تعيين اين صورت از پايداري، مستلزم بررسي عملكرد ديناميكي سيستم در دورهاي از زمان است كه آن زمان، براي مطالعه تداخل بين وسايلي از قبيل ULTC ها و محدودكننده هاي جريان تحريك ژنراتور كافي باشد. پايداري ولتاژ اغتشاش بزرگ را مي توان به كمك شبيه سازي هاي غير خطي در حوزه زمان ، كه مدل سازي مناسبي را شامل ميشوند، مطالعه كرد.

مي توان پايداري ولتاژ اغتشاش بزرگ را به محدوده هاي زماني گذرا و بلند مدت تقسيم كرد.

پايداري ولتاژ اغتشاش كوچك يا سيگنال كوچك، ناظر به توانايي سيستم در كنترل ولتاژ، به دنبا ل بروز اغتشاش هاي كوچك از قبيل تغييرات تدريجي در باراست . اين صورت از پايداري را مي توان به طور موثر با روشهاي حالت ماندگار، كه از خطي سازي معادلات ديناميكي سيستم در يك نقطه كار معلوم استفاده مي كنند، مطالعه نمود.

به دنبال بروز اغتشاش، معمولا" ولتاژهاي سيستم به سطح اوليه باز نمي گردند. بنابراين، لازم است ناحيه سطح ولتاژ قابل قبول، تعريف شود و سپس گفته ميشود سيستم داراي پايداري محدود در ناحيه تعيين شدة سطح ولتاژ مي باشد.

تحليل پايداري ولتاژ

تحليل پايداري ولتاژ براي يك حالت معين سيستم، دو جنبة زير را در بر مي گيرد:

الف) نزديكي به ناپايداري ولتاژ، سيستم چه مقدار به ناپايداري ولتاژ نزديك تر است؟ فاصله تا ناپايداري را مي توان بر حسب كميت هاي فيزيكي، از قبيل سطح بار، عبور توان حقيقي در يك حد فاصل بحراني و ذخيرة توان راكتيو، اندازه گرفت. مناسب ترين ميزان براي هر موقعيت مفروض، به سيستم مشخص و كاربرد مورد نظر حاشيه،

براي نمونه: برنامه ريزي در مقابل تصميم هاي بهره برداري ، بستگي دارد. البته بايد پيشامدهاي احتمالي را نيز در نظر گرفت، مانند قطع خط، از دست دادن واحد توليد يا منبع توان راكتيو و غيره.

ب) مكانيزم ناپايداري ولتاژ، چرا وچگونه ناپايداري رخ مي دهد؟ عوامل كليدي كه در ناپايداري نقش دارند كدامند؟ نواحي ولتاژ ضعيف كدامند؟ چه اقدامهايي در بهبود پايداري ولتاژ مؤ ثر ترين هستند؟

شبيه سازيهاي حوزة زمان، كه در آنها مدل سازي مناسبي وارد شده باشد، رويدادها و روندشا ن را كه منجر به ناپايداري شده است، نشان مي دهند. ليكن، چنين شبيه سازيهايي وقت گير هستند و به سا دگي اطلاعات حساسيت و درجه پايداري را به دست نمي دهند.

معمولا" ديناميك هاي سيستم كه بر پايداري ولتاژ تاثير مي گذارند، كند هستند. بنابراين، بسياري از جنبه هاي مسا له را مي توان به طور مؤثر با بكارگيري روشهاي استاتيكي تحليل كرد، اين روشها قابليت هاي نقطه تعادل نمايش داده شده بوسيلة يك نقطه كار معين سيستم قدرت را بررسي مي كنند. با استفاده از روشهاي تحليل استاتيكي، مي توان گسترة وسيعي از وضعيت سيستم را بررسي كرد و اگر به طور مناسبي بكارگرفته شوند، مي توانند ديد بيشتري را از ماهيت مسا له مورد نظر بدست داده، عوامل مؤثر بر ناپايداري را شناسايي كنند. از طرف ديگر، تحليل ديناميكي براي مطالعة تفصيلي موقعيتهاي معين فروپاشي ولتاژ، هماهنگي حفاظت و كنترل ها، و آزمون اقدامات چاره ساز سودمند است. شبيه سازيهاي ديناميكي، همچنين اين موضوع را بررسي مي كنند كه آيا سيستم به نقطة تعادل حالت ماندگار مي رسد، ودر صورت مثبت بودن پاسخ،چگونگي رسيدن به آن را نيز بررسي مي كنند.

ناپایداری ولتاژ در سیستم های قدرت

در سال های اخیر مسئله ناپایداری ولتاژو فرو ریختگی ولتاژ در بسیاری از شبکه هایی که تحت افزایش تراکم مصرف بار به نقطه کار بحرانی نزدیک می شدند به وقوع پیوسته است. مسئله فروپاشی یا فروریختگی ولتاژ با افت ولتاژ زیاد در تمام سیستم یا قسمتی از آن با مکانیزم پیچیده ای به وقوع می پیوندد. ناپایداری ولتاژ بدان معناست که در اثر بروز یک اغتشاش٬ افزایش بار٬ منابع نا کافی تولید توان راکتیو٬ مشخصه نا مطلوب بار٬ عملکرد نا مناسب تپ ترانسفورماتورها ٬ ولتاژ شروع به کاهش نموده و به کندی پیشرفت کرده تا تدریجا" منجر به افت شدید ولتاژ در بخش بزرگی از شبکه گردد که نهایتا" فرو ریختگی ولتاژ به وقوع خواهد پیوست. ناپایداری ولتاژ در سه جنبه گذرا٬ دینامیک وحالت ماندگار قابل تعریف است. مهمترین جنبه مسئله که در کارهای تحقیقاتی سالهای اخیر توجه خاصی به آن شده است بخش حالت ماندگار یا استاتیک مسئله بوده است٬ که عموما" گریبان گیر سیستم ها و شبکه های قدرت گردیده است. این جنبه بیشتر متاثر از افزایش تراکم بار می باشد که امری مبتلا به اکثر شبکه های موجود دنیاست. از اینرو گاهی از آن به عنوان پایداری بار نیز یاد میشود.

از آنجایی که این موضوع نسبتا" جدید است و هنوز کارهای تحقیقاتی زیادی بر روی آن انجام میشود برای بررسی و تحلیل مسئله به منظور یافتن راه حل های مناسب و کنترل آن٬ اولین گام شناسایی و تشخیص شرایط سیستم از نظر پایداری ولتاژ است. به همین منظور در سالهای اخیر مقالات متعددی به معرفی و پیشنهاد معیارهایی برای تشخیص پایداری ولتاژ اختصاص داده شده است. برای کشور ما نیز اهمیت و لزوم توجه به این مسئله به دلایل زیر احساس می گردد:

الف) تراکم مصرف انرژی الکتریکی افزایش می یابد.

این جنبه از دو جهت قابل بررسی است.اولین بخش مسئله مربوط به درصد رشد مراکز مصرف خصوصا" در شهرهای بزرگ است. دومین قسمت مربوط به تغییر استاندارد مصرف انرژی الکتریکی است.به این معنی که با پیشرفت تکنولوژی٬ بشر به سمت استفاده هر چه بیشتر از انرژی الکتریکی که انرژی در دسترس و بدون آلودگی است سوق پیدا می کند. با افزایش و تنوع تعداد وسایل الکتریکی٬ طبیعتا" استاندارد مصرف انرژی الکتریکی یک خانواده متوسط در حال حاضر بیشتر از استاندارد مصرف انرژی الکتریکی یک خانواده متوسط در بیست سال قبل است.

ب) از نظر پایداری ولتاژ بدترین نوع بار٬ بارهای موتوری می باشد. توجه به این نکته حائز اهمیت است که کشور ما نیز همانند جوامع در حال توسعه به سمت صنعتی شدن پیش میرود و این معنی افزایش واحدهای صنعتی و مصارف موتوری است.

از طرف دیگر مسئله در شهرهای بزرگ ومتمرکز علاوه بر وجود بار واحدهای صنعتی به تغییر بافت شهری نیز مربوط میشود. در شهرهای بزرگ به دلیل استفاده هر چه بیشتر از زمین روند پر شتابی برای ساختن ساختمانهای چند طبقه یا به اصطلاح برج سازی آغاز گردیده و ادامه دارد. مصرف متمرکز این برجها از یک طرف و مصارف موتوری آنها از جمله دستگاه های تهویه مطبوع مرکزی آنها از سوی دیگر٬ توجه بیشتری را به