مدارهای کنترل سیستم های نیروگاه

بنا بر تعريف سيستم هاي كنترل از اجزائي تشكيل شده اند كه در ارتباط با يكديگر كار خاصي را در جهت هدفي معين انجام مي دهند. بنابراين يك واحد نيروگاهي به عنوان يك سيستم تبديل و توليد انرژي داراي مشخصه هاي فوق مي باشد.

هدف ار كار نيروگاه تبديل انرژي شيميائي موجود در سوخت به انرژي الكتريكي مورد نياز جامعه است و در اين رابطه ورودي اصلي نيروگاه سوخت و ميزان انرژي الكتريكي توليدي خروجي آن ميباشند. ارتباط بين ورودي و خروجي را كار يك نيروگاه گويند.اجزاء اصلي نيروگاه عبارتند از بويلر ،‌ توربين و ژنراتور.

كنترل بويلر

منظور از كنترل بويلر تنظيم شرائط بخار خروحي بويلر از نظر دبي ، فشار و درجه حرارت ميباشد. وروديهاي بويلر به طور كلي عبارتند از سوخت ،‌هوا و آب تغذيه كه با توجه به اين وروديها عمده خروجي بويلر درجه حرارت بخار سوپرهيت مي باشد.

كنترل احتراق

سيگنال اصلي كنترل بويلر (بويلر مستر) بر سه پارامتر مهم بايستي تاًثير داشته باشد كه عبارتند از سوخت هوا و آب ، و تقدم تاُخر اثر آنها با اهميت مي باشد مثلاً قبل از ورود سوخت ،‌ بايستي هوا به بويلر وارد شده باشد و براي كم كردن بار واحد ابتدا سوخت كم مي شود و سپس هوا ،‌ اين عمل توسط سيستم محدود كننده ضربدري – Cross limit انجام مي شود و سيگنالهاي خروجي اين سيستم به عنوان نقطه تنظيم Set point حلقه كنترل سوخت و هوا استفاده مي شود.

براي كنترل سوخت مي توان از مدار روبرو استفاده كرد. اين سيستم بسيار گران و غير اقتصادي است و از آن استفاده چنداني نمي شود زيرا فشار سوخت را نمي توانيم زياد بالا ببريم لذاست كه سوخت را در يك حلقه به گردش درآورده و علاوه بر كنترل فشار (توسط شيركنترل در مسير برگشت سوخت).

اثر اصطكاك استاتيكي مايع سوخت را خنثي نموده و سوخت مي تواند بدون تاًخير در موقع نياز وارده مشعل شود.

در بعضي موارد سوخت را قبل از گرمكن به مسير برگشت هدايت نموده تا سوختي كه مصرف نميشود گرم نشده و در انرژي صرفه جوئي شود. شكل مدار اين مسير بشكل روبرو مي باشد. كنترل سوخت برگشتي توسط كنترل والو مربوطه صورت مي گيرد كه فرمان اين شير يا از فشار بعد از هيتر صادر مي شود و يا از موقعيت والو اصلي مسير برگشت.

در استفاده از سوخت گازي بخاطر حجم زياد سوخت معمولاً در مسير برگشت از دو كنترل والو به صورت موازي استفاده مي شود.

براي كنترل هوا معمولاً چند مشعل تواماً كنترل مي شوند و كنتر موردي وجود دارد كه تمام مشعلها يك جا كنترل شوند.

البته كنترل تك تك مشعلها حالت خوبي به نظر مي رسد ولي بخاطر مسائل تكنولوژيكي مقرون به صرفه نمي باشد. به جهت اينكه فشار هوا قبل از مشعلها بايستي ثابت باشد (بدون توجه به تعداد آنها) لذا فشار هدر اندازه گيري شده و فرمان لازم را براي دمپرهاي پس از فنها ارسال مي دارد.

كنترل آب تغذيه

هدف از كنترل آب تغذيه تنظيم دبي آب تغذيه بگونه اي مي باشد كه سطح آب درام در تمام شرائط در يك حد مشخصي باقي بماند. يكي از روشها اين است كه فشار درام را اندازه گيري كرده با ست پوينت مقايسه شده و به كنترل والو سرعت پمپ (كوپلينگ هيدروليكي) اعمال شود. از طرفي چون عمل اين كوپلينگ كند است از يك حلقه كنترل سريع در داخل يك حلقه كنترل كند استفاده ميشود. در وهله اول كه احتياج به دبي آب كم داريم كنترل روي والو انجام مي گيرد و اگر دبي زياد نياز باشد كنترل روي دور پمپ انجام مي شود. براي كنترل بهتر از دو والو موازي استفاده مي شود كه براي درصدي از بار از والو رنج پائين و براي بقيه بار از والو رنج بالا استفاده مي شود. به علت حساسيت و خطاهاي اندازه گيري ،‌سيستم كنترل آب تغذيه را پيچيده ترين حلقه هاي كنترل مي باشد كه معمولاً از مدار كنترل سه عنصري (سطح درام ،‌ فلوي بخار ، فلوي آب تغذيه)‌ استفاده ميشود.

كنترل درجه حرارت

درجه حرارت بخار خروجي از بلويلر بايستي ثابت باشد مشكل عمده ،‌تاًخير موجود در سيستم است. براي اينكه اين تاًخير را كم كنيم درجه حرارت قبل از سوپرهيتر اندازه گيري مي شود تا تغيير در درجه حرارت خروجي زودتر حدس زده شود چون امكان دارد بخار هنگام عبور از لوله هاي سوپرهيتر با دماي متفاوت خارج گردد لذا از دو طرف سوپرهيت اندازه گيري درجه حرارت انجام مي شود. چون ممكن است كه آب اسپري نتواند درجه حرارت را كنترل كند از سيستم هاي كمكي استفاده مي شود اين سيستم ها عبارتند از G.R.FAN و تغيير زاويه مشعلها كه فقط در بويلرهائي كه مشعلها در گوشه هاي بويلر قرار دارند استفاده مي شود و با تغيير زاويه مشعلها انرژي تشعشعي تغيير داده مي شود.

كنترل توربين

خروجي كنترل شونده در يك توربين دور آن بوده و ورودي كنترل كننده ميزان دبي بخار ورودي با كيفيت ثابت (درجه حرارت ،‌چگالي ،‌ …) مي باشد. مكانيزم كنترل توربين هيدروليكي است كه روغن آن توسط پمپ تاًمين مي شود. سيستم هاي هيدروليكي مينيمم گير هستند يعني آن سيستم كنترل كه كمترين فشار روغن كنترل را داشته باشد در كنترل گاورنينگ والوها دخالت مي كند.

فرمان والو ورودي توربين از حلقه كنترل هيدروليك صادر مي شود. حلقه كنترل توربين مطابق شكل زير مي باشد. از عوامل مؤثر روي حلقه كنترل فشار قبل از والو مي باشد تا در اثر زياد باز شدن والو افت فشار بيش از حد ايجاد نگردد. سرعت و شتاب توربين بسيار مهم هستند و در حلقه كنترل مؤثر مي باشند (حلقه هاي كنترل سرعت و شتاب). فشار كندانسوز براي توربين محدوديت ايجاد مي كند و در كار آن مؤثر است (حلقه كنترل فشار كندانسوز) كنترل بار از عوامل مهم و مؤثر در كار توربين است. درجه حرارت طبقات آخر توربين LP بخصوص موقعي كه توربين بي بار كار ميكند بسيار بالا مي رود و حتي احتمال ذوب شدن آنها مي رود و بايستي بوسيله سيستم كنترلي بتوان با پاشيدن آب آن را خنك كرد.

كنترل ژنراتور

خروجــي ژنراتور به عنوان خروجي اصلـي يك نيـروگاه مي باشد بنابراين اصـل كنترل بايد بر اساس پارامترهاي كنترل شونده خروجـي باشند. خروجي متغيـر از يك ژنراتور ، جريان مؤثر آن بوده و خروجي هاي تنظيم شونده ولتاژ فركانس مي باشند. حلقه كنترل AVR (Automatic Voltage Regulator) براي كنترل ژنراتور به كار مي رود. با يك PT ولتاژ اندازه گيري مي گردد و به جريان تبديل ميشود و بوسيله كنترلر PID به تريستورها داده ميشود كه با تغيير زاويه آتش آنها جريان تحريك تغيير مي كند. همچنين از محدود كننده حد بالا و پائين براي ولتاژ استفاده ميشود. چون پس از ترانس اصلي افت ولتاژ خواهيم داشت جريان عبوري را نيز اندازه گيري كرده و با ولتاژ جمع مي كنند تا اگر جريان زيادي نيز از ژنراتور گرفته شد ولتاژ ثابت بماند.

درادامه وبرای اشنایی بیشتر با اصول بهره برداری وسیستم های کنترل نیروگاهها دوفایل برای دانلود اورده شده است

فایل اول مقاله ای از شرکت هیتاچی با عنوان اخرین سیستم های کنترل نیروگاههاست وفایل دوم فایل اموزشی 23 صفحه ای از شرکت معظم ABB با عنوان اینده سیستم های کنترل نیروگاهی تحت عنوان جمع بندی سیستم کنترل واتوماسیون فرایند وپست های انتقال تحت یک سیستم میباشد که پیشنهاد میکنم حتما مطالعه بفرمایید.