یکی از مهمترین دغدغه های موجود در ژنراتورها، بحث راه اندازی آن ها می باشد. مشخصه عملكرد ماشين هاي سنكرون با توجه به مقدار ولتاژ ترمينال خروجي از ژنراتور در حالت بي باري تعيين مي گردد، اين مقدار ولتاژ به جريان حوزه مغناطيسي(جریان راه انداز) بستگي دارد و چنانچه این جريان تغيير نمايد مشخصه عملكرد ژنراتور نيز تغيير مي كند.
روتور ماشين سنكرون برای ایجاد ميدان تحريك، احتياج به يك جريان مستقيم قابل كنترل دارد. منبع اين جريان سيستم تحريك می باشدکه جريان تحريك را به ماشين سنکرون (ژنراتور) ارسال ميکند. این سیستم متشکل از مجموعة تغذيه‏ كننده ‏ها (فيدرها)، تنظيم كننده‏ ها، كنترل ‏ها و دستگاه های حفاظت می باشد.
سیستم تحريك ماشين هاي سنكرون دارای دو قسمت اساسي می باشد:
الف) سيستم قدرت كه شامل تجهيزاتي است كه وظيفه تولید جريان مورد نياز حوزه مغناطيسي سيم پيچ رتور ماشین سنکرون را به عهده دارد.
ب ) سیستم كنترل که وظيفه ی كنترل مقدار جريان حوزه مغناطيسي در شرايط بهره برداري عادی و در شرايط رخداد خطا را دارا مي باشد.

سیستم تحریک بر اساس منبع تولید جریان حوزه ی مغناطیسی به سه نوع عمده تقسیم می شود:

1- سیستم های تحریک جریان مستقیم

دراین نوع سیستم های تحریک، از ژنراتورهای جریان مستقیم بعنوان منبع تولید جریان استفاده می شود که از طریق جاروبک ها، جریان مورد نیاز تحریک را فراهم می کنند. تحریک کننده ممکن است به وسیله موتوری مستقل و یا محور ژنراتور چرخانده شود و یا این که به شکل خودتحریک و یا تحریک مستقل باشد. در حالت تحریک مستقل، جریان تحریک آن سیستم تحریک، از طریق یک سیستم تحریک کمکی که دارای میدان مغناطیسی دائم است، تاُمین می شود. البته این نوع سیستم ها قدیمی هستند و امروزه از سیستم های جریان متناوب و استاتیکی استفاده می شود. بعضی از این نوع سیستم ها، از تنظیم کننده ولتاژ آمپلی دین بهره میبرند.

2- سیستم های تحریک جریان متناوب

در این نوع سیستم های تحریک، از ژنراتورهای جریان متناوب برای ایجاد جریان تحریک مورد نیاز در سیم پیچ روتور ژنراتور اصلی استفاده می شود. در این حالت معمولاً اکسایتر (تحریک کننده) روی همان محور اصلی توربوژنراتور قرار میگیرد. سپس خروجی جریان متناب اکسایترها، یکسوسازی می شوند و جریان مستقیم تولید شده به سیم پیچ تحریک ژنراتور اصلی منتقل شود. سیستم یکسوکننده هم می تواند به دو صورت ساکن یا چرخان باشد.

2.1. سیستم ها با یکسو ساز ساکن

اگر سیستم یکسوکننده ساکن باشد، خروجی جریان مستقیم تولیدی آنها باید از طریق جاروبکهایی به سیم پیچ تحریک ژنراتور اصلی منتقل گردد. در صورت استفاده از یکسوکننده های دیودی بدون کنترل، جریان متناوب را تنظیم کننده تحریک اکسایتر کنترل می کند که آن نیز به نوبه خود، وظیفه کنترل ولتاژ خروجی اکسایتر را بر عهده دارد.

2.2. سیستم ها با یکسوساز چرخان

در این نوع سیستم ها، بدلیل چرخان بودن یکسوکننده ها، نیاز به استفاده از جاروبک یا زغال برطرف شده و خروجی جریان مستقیم اکسایتر به شکل مستقیم به ژنراتور اصلی اعمال می شود. طرح کلی این نوع سیستم ها، به سیستم تحریک بدون جاروبک (Brushless) معروف است.
سیستم های اولیه تحریک از نوع جریان متناوب، ترکیبی از سیستم تقویت کننده های مغناطیسی و چرخان را به عنوان تنظیم کننده مورد استفاده قرار می دادند؛ اما اغلب سیستم های دیگر از تقویت کننده های الکترونیکی استفاده می کنند.

3- سیستم های تحریک جریان استاتیکی

در این روش، جریان تحریک ژنراتور از یک منبع مستقل خارجی تامین می شود که معمولا آن منبع مستقل، باطری می باشد و برای استفاده مناسب و افزایش طول عمر باطری ها، پس از راه اندازی ژنراتور این منبع از مدار خارج شده و برق خود ژنراتور با استفاده از ادوات الکترونیک قدرت جایگزین آن می شود.

هدف از ساخت این سیستم تحریک، ایجاد یک سیستم هوشمند بوسیله ی اجزایی استاندارد می باشد به شکلی که قابلیت اطمینان فوق العاده و عملکردی بی نقص را ارائه دهد.

سیستم کنترل تحریک ساخت شرکت نیروگاهی آهار جهت نصب بر روی ژنراتورهای واحدهای بخار و گاز طراحی شده است. بخش کنترل و AVR این سیستم صرف نظر از نوع تحریک، می­تواند روی انواع سیستم­های تحریک استاتیک و دینامیک نصب شود. با توجه به نیاز کارفرما، امکان سفارشی­سازی این سیستم برای واحد­های مختلف نیز مهیا می­باشد.

شرکت خدمات نیروگاهی آهار پس از قریب به دو دهه سابقه در ساخت انواع کارت های الکترونیکی سیستم های تحریک و انجام پروژه­های گوناگون همانند ساخت کارت­های تحریک نیروگاه­های تبریز، کیش، پتروشیمی­های خانگیران، بندر عباس و... توانسته است با کسب دانش تخصصی و تجارب فنّی در این زمینه، برای اولین بار در سطح کشور دانش طراحی و ساخت سیستم های کنترل و حفاظت ژنراتور را برای واحدهای نیروگاهی بخار و گاز، بومی سازی نماید. طراحی و پیاده­سازی کلیه بخش­های قدرت و کنترل سیستم تحریک و اجرای آن به صورت یک سیستم DCS ، بخش هایی از توانمندی های فنی این شرکت در این زمینه می باشد. سخت افزار و توپولوژی این سیستم­ها اکثرأ بر اساس تکنولوژی DCS زیمنس آلمان است.

از مهمترین ویژگی­های این سیستم می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • پیکربندی بخش کنترل و قدرت بر اساس سخت افزار زیمنس و طراحی بر اساس PLCهای رده 300 و 400
  • استفاده از نرم افزار PCS7 زیمنس و برنامه نویسی به صورت CFC
  • سرعت پردازش بالای لوپ­های کنترلی کمتر از 2 میلی ثانیه
  • امکان پیاده سازی سیستم از طریق Hot Redundancy در بخش­های کنترل، قدرت و سیستم خنک کاری
  • کاهش تلفات ژنراتور با قرار دادن نقطه کار آن در نقطه کار نامی و در نتیجه افزایش راندمان ژنراتور
  • امکان ارتباط با شبکه پروفی باس و شبکه اترنت صنعتی
  • امکان تغییر بخش قدرت سیستم تحریک از حالت دینامیک به استاتیک و حذف اکسایترها و ژنراتورهای میانی
  • کنترل کامل بر ژنراتور توسط مدهای کنترلی مختلف
  • کنترل ولتاژ ژنراتور در مد اتومات (automatic voltage regulator)AVR
  • کنترل جریان تحریک در مد دستی FCR (field current regulator)
  • کنترل توان راکتیو و ضریب توان ژنراتور در مدهای PF (power factor), VAR
  • انتقال بدون جهش بین مدهای کنترلی
  • جرانساز جریان راکتیو و قابلیت تعیین دروپ خط و یا دروپ توان راکتیو
  • قابلیت سافت استارت ولتاژ ژنراتور برای جلوگیری از اورشوت­های ناگهانی در زمان وصل تحریک
  • دارای محدود کننده های زیرتحریک UEL (under excitation limiter)، فوق تحریک OEL (over excitation limiter) محدود کننده جریان استاتور SCL (stator current limiter) و محدود کننده ولت بر هرتز (V/Hz)
  • نمایش نقطه کار ژنراتور در منحنی قابلیت تولید توان ژنراتور بر روی HMI
  • طراحی بخش قدرت به صورت دو ربعی برای افزایش سرعت بخش De-excitation
  • پایش وضعیت دیودهای چرخان در سیستم تحریک دینامیک و وضعیت تریستورها در سیستم تحریک استاتیک
  • و....

در جدول زیر مشخصات، ویژگی­ها و امکانات سخت افزاری سیستم تحریک شرکت آهار بیان شده است:

 

AHAR AVR System

Hardware Specification

Yes- modular

Selectable Control System Redundancy

Yes- Up to 5

Selectable Converter Redundancy

Yes

Selectable Cooling Fan Redundancy

Yes- modular

Selectable I/O Redundancy

Yes

Selectable communication Redundancy

Yes- Optional

Selectable Auxiliary power

Yes

Power Supply Redundancy

950 V

Max AC Voltage

2200 A

Max Output DC Current

Yes- Optional

Fibr Optic Communication

< 0.2 % Nominal Voltage

Voltage Regulation Accuracy

 

Response Time in Static Excitation System

with a typical cycle time of 1 ms

Fast analog and digital process I/Os

with a typical cycle time of 5 ms

Low-speed I/Os

from 50 to 420 Hz

Rated supply frequency

12-19 inch

Touch Screen

HMI

Yes

Ethernet and fieldbus protocols communication

Yes

Field suppression (discharge resistor and crowbar for fast de-excitation)

Yes

Field flashing

Always

Technical support

IP42 as a standard, IP>51 upon request

Cubicle protection degree

 

و همچنین در جدول زیر مشخصات، ویژگی­ها و امکانات نرم افزاری این سیستم تحریک بیان شده است:

SIEMENS AVR System

Software Specification

Yes

Easy system operation, monitoring and maintenance

Yes

AUTO operating mode

Yes

MAN operating mode

Yes

Voltage regulator with PID filter

Yes

Field current regulator with PI filter

Yes

Reactive current droop compensation

Yes

Line droop compensation

Yes

Limiter Maximum and minimum field current

Yes

Limiter Maximum stator current

Yes

Limiter Volt / Hertz

Yes

Underexcitation (UEL) and overexcitation (OEL)

Yes

Power factor / reactive load control

Yes

Generator Voltage Softstart

Yes- Optional

Power system stabilizer (PSS)

Yes

Overcurrent protection (instantaneous / inverse time)

Yes

Volt / Hertz protection

Yes- Optional

Loss of field protection

Yes

Thyristor conduction monitoring

Yes

Actual value monitoring

Yes

Field flashing time limit

Yes

Capability curve of the machine

Yes

Setting characteristics of all limiters

Up to 16 selectable signals

(2.5 ms - 1 s sampling rate)

Trending

Yes

Automatic follow-up of all non-active control modes

Yes

Reference value setting

Yes

Start-stop sequence for any configurable application

Yes

PT and/or CT signals supervision

Yes

Rotating diodes (rectifier) branch faults

Up to 4000 events

internal event recorder

Yes

Up to 64 signals

data recorder

Yes

Free Coding and HMI Flexibility

 

 

مزایای سیستم طراحی شده:

  • استفاده از رابط کاربری ساده و نمایشگر touch LCD برای بهره برداری آسان
  • قابلیت ایجاد لیست مشخصی از پارامترهای دلخواه در سیستم برای تشخیص خطا و جهت تعمیر و نگهداری
  • قابلیت تعریف سطوح دسترسی مختلف برای بهره بردار، کاربر و تعمیرکار
  • طراحی ماژولار برای تعمیر و تعویض سریع قطعات
  • استفاده از دیتالاگر برای ثبت وقایع مهم در سیستم

فواید استفاده از سیستم تحریک آهار:

  • افزایش انعطاف پذیری در سیستم جهت دستیابی به یک نقطه کار مشخص
  • کاهش زمان تعمیرات
  • افزایش قابلیت اطمینان فرایند
  • افزایس دسترسی سیستم
  • سیستم حفاظتی برای پایش سیستم و عکس العمل به بروز خطا
  • ثبت بی وقفه وقایع سیستم

طراحی ماژولار این سیستم سبب شده است تا بتوان برای رفع نیازهای متفاوت از این سیستم بهره برد و برای هر شرایط و هر خواسته ای امکان نصب و تطبیق سیستم تحریک آهار موجود باشد. این سیستم قابلیت تطبیق  و کارکرد در کنار سیستم های قدیمی را داشته و این قابلیت سبب میشود تا بتوان جهت نوسازی و ارتقای سیستم های قدیمی، براحتی این سیستم را با بخش هایی از سیستم قدیمی جایگزین کرده و خواسته های مورد نظر را براورده ساخت. علاوه بر آن امکان ارتقای این سیستم تحریک نیز در هر زمان فراهم بوده و بدون نیاز به تغییرات عمده در ساختار، با نصب ماژول های جدید سیستم به روز خواهد شد که این امر قابلیت انعطاف پذیری سیستم را نیز افزایش داده است.

شاخص های بارز عملکردی در سیستم تحریک رامیار که آنرا سیستمی کارا جلوه می دهد عبارتند از:

زمان تحویل کوتاه: در حالت کلی فرایند نصب و تست این تجهیز در مدت زمانی کوتاه امکان پذیر بوده و در اندک زمانی آماده ی تحویل می باشد.

تنظیمات قابل انعطاف: گستره بالای تنظیمات این سیستم این امکان را فراهم می آورد تا آماده سازی با شکلی کاملا اختصاصی برای هر واحد و منطبق بر پارامترهای روز آن واحد پیاده سازی شود.

عملکرد ساده: وجود HMI در بدنه سیستم سبب دسترسی آسان به وقایع ذخیره شده، تنظیمات قابل دسترسی و پایش سیستم و اجزای آن شده است.

ابعاد بهینه: اندازه ی کوچک کابین سیستم سبب قابلیت جایگذاری این تابلو در محیط های کوچک نیز شده است.

قابلیت ردیابی تغییرات: هر فعالیتی که توسط کاربر سیستم انجام شده و یا تغییراتی که در تنظیمات پارامترها اعمال شده، به شکل ثبت تاریخ وقایع در حافظه سیستم نگهداری خواهد شد.

به علت استفاده از ساختار موازی (ریداندنت) در طراحی سیستم تحریک شرکت آهار، قابلیت اطمینان این سیستم به شدت افزایش پیدا کرده و در صورت رخداد خطای اتفاقی در واحد های فعال، با جایگزینی بی وقفه ی بخش خارج شده، عملکرد کلی واحد متوقف نخواهد شد.

 ساختار موازی در بخش های زیر رعایت شده و ماژول های زیر به راحتی و در کمترین زمان قابل جایگزینی هستند:

  • ریداندنسی کامل در بخش کنترل و پردازنده­ها
  • ریداندنسی کامل در بخش کانورترهای قدرت
  • ریداندنسی کامل در شبکه فیبر نوری بین پردازنده­ها
  • ریداندنسی کامل در شبکه PROFINET و شبکه PROFIBUS
  • ریداندنسی کامل در سطح ماژول­های I/O
  • ریداندنسی کامل در بخش تغذیه
  • ریداندنسی کامل در ماژول­های ترانسدیوسر
  • ریداندنسی در خواندن فیدبک­های ولتاژ ژنراتور
  • ریداندنسی در تغذیه کانورترهای قدرت

استفاده از این سیستم سبب کاهش هزینه­ های بهره­ برداری و تعمیرات شده و به علت بهره گیری از خدمات یک شرکت داخلی، خدمات پس از فروش مطمئن و طولانی را به همراه خواهد داشت.

مزایای سیستم تحریک شرکت آهار

منافع استفاده از آن

ساختار موازی با کارکرد مجزا

قابلیت انعطاف بالا جهت تنظیم سیستم

انجام تعمیرات در حین عملکرد سیستم فعال

افزایش دسترسی و قابلیت اطمینان فرایند

جایگزینی ساده قطعات

زمان و هزینه ی کوتاه تعمیرات

تیم اجرایی تحریک ژنراتور مشتمل بر 8 نفر از مهندسین برتر شرکت بوده که با دارا بودن تحصیلات عالیه در رشته های مهندسی برق قدرت، مهندسی برق کنترل، مهندسی برق الکترونیک، مهندسی مکانیک و مهندسی کامپیوتر و همچنین سابقه کاری بالا در زمینه کنترل ژنراتورها و نحوه ی عملکردی آنها، موفق به ساخت سیستم تحریک برای واحدهای Alstom و بخار GE شده و در راستای بومی سازی این دانش گامی بلند برداشته اند.
این واحد تحت مدیریت مستقیم مدیرفنی شرکت فعالیت میکند.

 

چارت سازمانی این واحد به شکل زیر می باشد:

1. طراحی، ساخت و نصب سیستم حفاظت ژنراتور بر روی واحد 85 مگاوات میتسوبیشی شماره 6 نیروگاه ری

موضوع پروژه طراحی و تعویض سیستم حفاظت ژنراتور نیروگاه ری
نام کارفرما شرکت مدیریت تولید برق ری
نام واحد Mitsubishi 6
تکنولوژی مورد استفاده SIEMENS SIPROTEC 4
تاریخ تحویل در دست اقدام
ظرفیت واحد 85 MW
مدت زمان اجرا  
نوع توربین Westinghouse
نوع ژنراتور  
محل نصب نیروگاه ری
تائیدیه ی حسن انجام کار  

 

2. خرید یک دستگاه سیستم تحریک استاتیک بدون ترانسفورماتور واحدهای 320 مگاواتی نیروگاه اصفهان معادل UNITROL 6000 ABB

موضوع پروژه خرید یک دستگاه سیستم تحریک استاتیک بدون ترانسفورماتور معادل UNITROL 6000 ABB
نام کارفرما شرکت تولید نیروی برق اصفهان
نام واحد Hitachi
تکنولوژی مورد استفاده SIEMENS SIPROTEC 4
تاریخ تحویل در دست اقدام
زمان براورد  
ظرفیت واحد 320 MW
نوع توربین  
نوع ژنراتور  
محل نصب نیروگاه اصفهان
تاییدیه حسن انجام کار