فصل هجدهم - تجهیزات الکتریکی نیروگاه و کلیدخانه

18-1- کلیات

این فصل از مشخصات فنی شامل الزاماتی است که، تحت شرایط عمومی پیمان، باید توسط پیمانکار، در مورد تجهیزات الکتریکی نیروگاه و کلیدخانه‌ها رعایت شود.

18-1-1- استانداردها

تمام استانداردهایی که در این دفترچه مشخصات ذکر شده است، باید به‌وسیله پیمانکار رعایت شود، مگر آن‌که در این مشخصات چیز دیگری به‌وضوح ذکر شده باشد.

در مواردی که بین استانداردهای مذکور و این مشخصات تضادی وجود دارد، مندرجات این مشخصات باید رعایت شود. مواردی که در این مشخصات فنی عمومی مشخص نشده است، باید در درجه اول بر استانداردهای موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران و در درجه دوم بر استاندارد IEC منطبق باشد.

18-2- تعاریف

به فصل دوم از این مشخصات فنی عمومی رجوع شود.

18-3- ژنراتور

18-3-1- پارامترهای طراحی

ژنراتور باید از نوع سنکرون، سه فاز با فرکانس 50 هرتز و مجهز به یاطاقان‌های هادی و کف گرد از نوع متناسب با ظرفیت و دور واحد باشد.

با توجه به ویژگی نیروگاه‌های برقابی که مانور زیاد و سریع واحدها را ایجاب می‌نماید، ژنراتور باید قابلیت کار دائم، خاموش و روشن کردن‌های متناوب و همچنین تطبیق با تغییرات سریع بار (نیاز شبکه) را داشته باشد.

مشخصات و پارامترهای طراحی ژنراتور مانند ظرفیت، ظرفیت نامی حداکثر، ولتاژ خروجی، ضریب قدرت، سرعت دوران و دیگر پارامترهای موردنیاز بر اساس ضوابط موردنیاز طرح تعیین و درمشخصات فنی خصوصی ارائه می‌گردد.

ژنراتور باید به‌صورت دائم قادر به تولید انرژی در حد ظرفیت اسمی و ظرفیت حداکثر خود بوده و پارامترهای طراحی فوق همواره در ضریب قدرت اسمی صادق باشد، بدون آن‌که حرارت سیم پیچ‌ها از مقادیر ارائه‌شده در مشخصات فنی خصوصی برای عملکرد ژنراتور در حالات مختلف، تجاوز نموده و یا این‌که لرزش و دیگر پدیده‌های زیان آور در آن به وجود آید.

ژنراتور باید به نحوی طراحی و ساخته شود که قادر باشد، در مدت معین شده در مشخصات فنی خصوصی در سرعت فرار گردش نماید، بدون آن‌که صدمهای به یاطاقان‌ها و دیگر قسمت‌های آن وارد آید و یا این‌که برای بهره‌برداری مجدد، بعد از حالت فوق نیازی به بازدید یا تعمیر در قسمت‌های مختلف ژنراتور باشد. بدیهی است که سرعت فرار مورد بحث ازنظر تئوری محاسبه و در مشخصات فنی خصوصی ارائه گردیده است، لکن مقدار واقعی آن باید با هماهنگی سازنده توربین تعیین‌شده و در طراحی ژنراتور ملحوظ گردد.

18-3-1- 1- طبقه بندی عایق

تمام سیم پیچ‌های استاتور و روتور و حلقه‌های ارتباطی آن‌ها، سرفازهای خروجی اصلی و نقطه صفر ژنراتور باید طبق استانداردهای IEC و IEEE به عایق از نوع کلاس »F« مجهز باشند. ولی افزایش حرارت مجاز در سیم پیچ‌ها در حد سقف موردنظر برای کلاس عایقی »B« خواهد بود.

18-3-1- 2- مشخصه‌های الکتریکی

مشخصه‌های الکتریکی ژنراتور با توجه به ظرفیت آن و پارامترهای پخش بار در سامانه با هماهنگی مسؤولین مربوط تعیین و در مشخصات فنی خصوصی ارائه می‌گردد، و باید از طرف سازنده تضمین گردد.

18-3-1- 3- اثر چرخ طیار و عکسالعمل هیدرولیکی

به‌منظور پایداری واحد، میزان اثر چرخ طیار باید با هماهنگی سازنده توربین محاسبه و در وزن قسمت‌های چرخنده ژنراتور ملحوظ گردد. لکن به‌طور کلی قطعات ژنراتور باید به نحوی طراحی و ساخته شود که قادر به تحمل نیروهای ناشی از وزن و عکسالعمل‌های هیدرولیکی واحد باشد و پایداری واحد را در هنگام قطع سریع بار تضمین نماید.

18-3-1- 4- بازدهی

بازدهی ژنراتور یکی از پارامترهای اصلی و تعیین کننده طراحی و ساخت آن است. بنابراین میزان آن باید با توجه به آن چه که در مشخصات فنی خصوصی ارائه می‌شود، توسط سازنده به ازای بارهای 50 تا 110 درصد ظرفیت اسمی ژنراتور و در ضریب قدرتهای اسمی و یک (واحد) و با در نظر گرفتن شرایط و محدودیت‌های ساخت تعیین و تضمین گردد.

سازنده درای ن راستا همچنین باید میزان اتلاف انرژی1 در قسمت‌های مختلف ژنراتور را اعلام و تضمین نماید. این اتلاف انرژی باید در قسمت‌های زیر ارائه گردد:

- اتلاف انرژی در هسته2

- اتلاف انرژی در سیم پیچ استاتور3

- اتلاف انرژی مربوط به جریان‌های سرگردان4

- اتلاف انرژی در سیم پیچ روتور5

- اتلاف انرژی در جاروبکهای سامانه تحریک6

- اتلاف انرژی کلی در سامانه تحریک7

1- Energy loss

2- Core loss

3- Stator copper loss

4- Stray current loss

5- Rotor copper loss

6- Slip ring brush loss

7- Excitation loss

 الکتریکی

- اتلاف انرژی در سامانه تهویه واحد و اتلاف ناشی از اصطکاک1

18-3-2- اجزای اصلی ژنراتور

18-3-2- 1- نکات کلی

کلیه قسمت‌های ژنراتور باید به نحوی طراحی و ساخته شود که قادر باشد ضربات مکانیکی ودیگر تنش هایی را که معمولاً در حین کار واحد پیش میآید، و ناشی از اتصال کوتاه، سنکرونیزاسیون نادرست و شرایط سرعت بیش از سرعت اسمی می‌باشد، را تحمل نماید. همچنین ژنراتور باید در شرایط غیرمعمول فوق قادر به حفظ پایداری خود باشد و بعد از برقراری شرایط عادی به کار مطلوب ادامه دهد.

هیچ‌یک از قسمت‌های ژنراتور در شرایط غیرعادی، که احتمال به وجود آمدن آن هست، نباید تحت تنشی بیش از دو سوم تنش مجاز خود قرار گیرد.

نهایتاً تمامی اجزا و مصالحی که در ساخت ژنراتور به کار میرود، باید مناسب برای کار موردنظر خود بوده و با شرایط تعیین‌شده در استاندارد IEC و یا دیگر استانداردهای معتبر و قابل‌قبول مطابقت نماید.

طراحی ساختمان ژنراتور شامل طرز قرار گرفتن روتور، یاطاقان کف گرد و هادی و ارتباط آن‌ها با اجزای توربین باید به نحوی باشد که هیچ گونه شرایط لرزش غیرعادی و یا تشدید لرزش2 را باعث نگردد و واحد بتواند به‌طور فیزیکی در تحت شرایط اتصال کوتاه حداکثر پایداری خود را حفظ نماید.

در ساختمان ژنراتور باید پیش‌بینی‌های لازم برای نصب و همچنین بیرون آوردن روتور به‌صورت کامل، در مواقع تعمیرات اساسی مدنظر قرار گیرد. این موضوع امکان نصب و پیاده کردن اجزای ژنراتور با بهرهگیری از جرثقیل نیروگاه را فراهم خواهد کرد.

 مسایلی که باید به‌منظور نصب و پیاده کردن اجزای ژنراتور به هنگام تعمیرات مدنظر قرار گیرد، عبارتند از:

- بزرگ ترین قطعه توربین باید پس از خارج نمودن روتور و اجزای آن بتواند از ژنراتور خارج شود.

- سیم پیچ قطب‌های روتور باید به نحوی باشد که بدون نیاز به خارج نمودن روتور بتواند به سهولت پیاده شود. بدیهی است که اتصالات الکتریکی قطب‌ها در محلی پیش‌بینی می‌گردد که بازرسی و قطع و وصل آن‌ها به سرعت امکان پذیر باشد.

18-3-2- 2- پایه‌های نگهدارنده ژنراتور3

بدنه استاتور روی صفحاتی که از قبل در داخل بتن و به‌عنوان قسمتی از سازه ژنراتور تعبیه گردیده است، قرار می‌گیرد. این صفحات باید قادر به تحمل ضربات مکانیکی ناشی از اتصال کوتاه، سنکرونیزاسیون نابه جا و یا دیگر شرایط غیرعادی کار واحد باشد، و توسط سازنده ژنراتور تهیه و دستورالعمل نصب آن‌ها نیز ارائه گردد.

1- Ventilation & friction loss

2- Resonance

3- Sole plate

18-3-2- 3- استاتور

الف - هسته و بدنه

طراحی بدنه استاتور، پایههای نگهدارنده و کلیه ملحقات مربوط، باید به‌گونه‌ای باشد که تمام ی تنش هایی را که ممکن است در حین کار ژنراتور، بر اثر مواردی نظیر اتصال کوتاه و خطای در سنکرونیزاسیون وجود داشته باشد، تحمل نماید. بدنه استاتور باید با توجه به محدودیت‌های حمل و نقل جادهای قطعه بندی شود تا به‌صورت مناسب و در شرایط مطلوب حمل گردد.

هسته استاتور از ورقه هایی از جنس فولاد سیلیکوندار نو، و ورقه شده توسط نورد سرد تشکیل می‌شود، و به‌منظور کم‌تر نمودن تلفات ناشی از جریانهای ناخواسته1، باید هر دو طرف آن از عایق مخصوص (وارنیش) یا موادی مشابه آن پوشیده گردد.

ورقه‌های استاتور باید با مهارهای مخصوص یا برش‌های نر و ماده2 به بدنه متصل، و به‌وسیله فلانج‌های مخصوص که در دو سر هسته قرار می‌گیرد، در جای خود محکم گردد. عمل تحکیم و قرار دادن ورقه‌های هسته باید به نحوی صورت پذیرد که هیچ گونه لرزشی در حین کارکرد ژنراتور وجود نداشته باشد. در داخل هسته، مجاری مخصوص به‌منظور عبور هوا و خنک کردن هسته تعبیه می‌گردد. این مجاری باید به نحوی باشد که یک جریان آرام و بدون مقاومت را از داخل هسته تأمین نماید.

ب - سیم پیچ3

اولین پارامتر در سیمپیچ استاتور انتخاب نوع و مقطع هادی سیمپیچ‌ها است، به نحوی که حرارت حاصله از عبور جریان در آن‌ها به حداقل برسد. جنس سیم پیچ باید از رشته‌های مس لعاب دار، به‌صورت خالص و عاری از هرگونه خش، تخلخل و یا لبههای تیز باشد. اتصالات انتهایی سیم پیچ به‌گونه‌ای شکل داده و محکم شوند که از هرگونه لرزش ناشی از شرایط نامساعد که در حین کار ژنراتور به وجود آید، جلوگیری شود. سیم پیچ‌ها باید دارای محافظ مخصوص برای جلوگیری از پدیده کورونا4 باشند. اتصالات انتهایی سیمپیچ‌ها باید در سمت بالای ژنراتور پیش‌بینی شود.

اتصال سیم پیچ استاتور به‌صورت ستاره با مرکز زمین شده خواهد بود، مگر آن‌که در مشخصات فنی خصوصی نحوه دیگری پیش‌بینی شده باشد. به همین جهت دو انتهای هر دسته سیمپیچ (مربوط به هر فاز) باید از محل‌های موردنظر (ترمینال) به‌عنوان خروجی فازها و نقطه صفر ژنراتور خارج گردند.

 سیمپیچ استاتور باید با عایق از نوع مناسب (کلاس F) عایق شود و طبق توصیه‌های استاندارد IEC ساخته و نصب گردد. این عایق باید به‌اندازه کافی در مقابل ضربه مقاومت داشته باشد تا در هنگام خارج کردن سیمپیچ‌ها و یا جایگذاری آن‌ها صدمهای به عایق وارد نیاید.

1- Eddy current

2- Dovetailed

3- Coil

4- Corona effect