مقدمه:

فرآیند تبدیل انرژی موجود در سوخت به توان الکتریکی که شامل تولید کار مکانیکی می گردد و در ادامه به وسیله ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل می شود، موضوع کاری یک واحد تولید توان می باشد.

نیروگاه های بخاری ای که از بویلر برای سوزاندن سوخت های فسیلی و تولید توان استفاده می کنند، بازدهی متوسطی در حدود ۳۶% دارند.

سیکل های ساده توربین گازی (GTs) در هنگام کار با سوخت گاز، حداکثر بازدهیشان حدود ۳۱% بوده . غالب این اتلاف انرژی در توربین های گازی به صورت انرژی حرارتی موجود در گاز داغ خروجی از اگزوز در فرایند احتراق مشاهده می شود.

به جهت افزایش بازدهی کلی نیروگاه ها، فرآیندهای ترکیبی می توانند به جهت بهره گیری از باقیمانده انرژی گرمایی موجود در گازهای اگزوز مورد استفاده قرار گیرند.

امروز با بکارگیری تکنولوژی های روز دنیا در حالت سیکل ترکیبی، نیروگاه ها می توانند به راندمان الکتریکی بیش از۶۰% نیز دست پیدا کنند.

فرآیند تولید بخار و کار در توربین بخار، بر اساس سیکل ترمودینامیکی رانکین رخ می دهد.

رایج ترین نوع نیروگاه های سیکل ترکیبی، مرکب از توربین گازی در مرحله اول و سپس توربین بخار می باشند.

همانطور که اشاره شد، در این بین، بویلر بازیاب حرارتی قرار می گیرد تا امکان استفاده از انرژی گازهای داغ خروجی از اگزوز توربین گاز را میسر نماید.

پیکربندی های متنوعی برای نیروگاه های سیکل ترکیبی بر پایه توربین گاز معرفی شده اند که در رایج ترین نوع آن، هر توربین گاز به بویلر بازیاب حرارت (HRSG) مربوط به خودش متصل می باشد .

برای مثال، در واحدی با آرایش ۱*۲*۲، دو توربین GT/HRSG ، ورودی یک توربین بخار را تأمین می نمایند و توربین بخار بر اساس تعداد و ظرفیت توربین های تامین کننده آن، طراحی می شود.

مبانی عملکرد سیکل ترکیبی:

با توجه به اینکه اساس ایجاد چرخه تولید توان به صورت ترکیبی، استفاده از گرمای خروجی از توربین گاز و جذب حرارت آن در مبدل بازیاب می باشد، در اینجا به طور مختصر به معرفی این تجهیزات پرداخته می شود.

بویلر بازیاب حرارتی (HRSG)، نوعاً یک مبدل حرارتی می باشد.

هم چنین از آنجایی که بخار مورد استفاده در توربین بخار را تامین می کند، بویلر نیز خوانده می شود.

این عمل با عبور گاز داغ اگزوز توربین گاز از میان دسته لوله های مبدل حرارتی انجام می شود.

این مبدل می تواند بر اساس گردش طبیعی جریان کار کند و یا با استفاده از پمپ های مناسب، از جریان اجباری سیال جهت انتقال حرارت استفاده کند.

با جریان پیدا کردن گازهای داغ اگزوز در اطراف لوله های مبدل حرارتی ای که در آن، آب در حال گردش است،

حرارت گازهای داغ جذب شده و سبب تولید بخار از آب درون لوله ها می گردد.

لوله ها در بخش ها یا ماژول های مشخصی دسته بندی می شوند که هر کدام بخشی از فرایند تولید بخار سوپرهیت خشک را بر عهده خواهند داشت.

این ماژول ها به صورت اکونومایزر، اواپوراتور، سوپرهیتر/ری هیتر و پری هیتر نامگذاری شده اند.

ملاحظات طراحی سیکل ترکیبی بر مبنای توربین گاز (CCGT):

طراحی و ملاحظات مربوط به انتخاب بویلر بازیاب و توربین بخار، بستگی به مشخصات گاز خروجی از اگزوز، ملزومات بخار تولیدی و توان مورد انتظار نیروگاه دارد.

از آنجا که دمای گازهای خروجی توربین گاز می تواند به ۶۰۰ درجه سانتیگراد برسد، بویلرهای بازیاب می توانند بخار را در سطوح فشاری متفاوت تولید کنند تا استفاده بهینه از انرژی بازیافت شده صورت گیرد.

بر این اساس، این بویلرها اغلب سه ماژول متفاوت را، یکی برای بخار فشار بالا (HP)، یکی برای فشار متوسط (IP)، و دیگری برای فشار پایین (LP) شامل می شوند.

بخار فشار بالا در یک CCGT بزرگ، می تواند به ۴۰ تا ۱۱۰ اتمسفر برسد.

در صورت استفاده از این نوع بویلرها، توربین های بخار متناظر نیز در سه سطح فشاری و در سه نقطه متناسب، دریافت بخار داغ را انجام می دهند.

تکنولوژی نیروگاه های ترکیبی

مقدمه:

رله دیستانس یک رله حفاظتی است که زمان قطع آن تابع مقاومت طول سیم می‌باشد.

در اغلب اوقات باید زمان قطع رله تابع محل اتصال کوتاه نسبت به رله باشد و از این جهت باید زمان قطع رله، تابع جهت یعنی از انرژی اتصال کوتاه نیز گردد.

لذا هر چه محل اتصالی از رله دورتر باشد، مقاومت ظاهری قطعه سیم بین محل اتصال تا رله بزرگتر شده و در نتیجه مقاومت اهمی و غیر اهمی آن نیز بزرگتر می‌گردد.

عامل مؤثر در رله دیستانس:

۱٫ مقاومت ظاهری ( امپرانس)

۲٫ هدایت ظاهری ( ادمیتانس)

۳٫ مقاومت اهمی ( دزیستانس)

۴٫ هدایت اهمی ( کندوکتانس)

۵٫ مقاومت غیراهمی ( راکتانس)

۶٫ امپدانس اختلاط

۷٫ هدایت غیراهمی ( سوسپتانس ) باشد.

رله‌ای که کمیت Z را می‌سنجد رله امپدانس است و رله‌ای که کمیت X را می‌سنجد رله راکتانس می‌نامند.

رله دیستانس را می‌توان جهت حفاظت هر نوع شبکه‌ای با هر فشار الکتریکی بکار برد.

برای حفاظت شبکه‌های با ولتاژ بالاتر از ۶۰ کیلو ولت امروز فقط از رله دیستانس استفاده می‌شود در ضمن می‌توان به کمک رله دیستانس ترانسفورماتورها و ژنراتورها را نیز حفاظت نمود.

در شبکه‌های بزرگ اگر برای حفاظت در مقابل جریان‌های زیاد خارجی از رله جریان زیاد زمانی استفاده شود، زمان قطع رله در صورتیکه یک اتصالی حتی اورشین ، بلافاصله بعد از ژانراتور نیز اتفاق افتد، در حدود ۸-۷ ثانیه طول خواهد کشید.

و چنانچه دیده می‌شود، زمان عبور جریان اتصال کوتاه از ژنراتور بقدری طولانی می‌شود که ممکن است سبب خراب شدن ایزولاسیون سیم‌پیچی ژنراتور و ایجاد اتصال داخلی شود.

لذا از اینجهت است که در شبکه‌های بزرگ برای کوتاه کردن این زمان از رله دیستانس ، امپدانس استفاده می‌شود.

زمان قطع رله دیستانس معمولاً در حدود ۰٫۱ ثانیه است، استفاده از رله امپدانس نیز این برتری را دارد که در موقع اتصالی‌اش ، رله امپدانس بطور سریع در زمان خیلی کوتاه (۰٫۱ ثانیه) ژنراتور را قطع می‌کند.

رله دیستانس برای حفاظت ترانسفورماتور در موقع اتصال خارجی، بخصوص در موقع اتصال یش ، بکار برده شده و در طرفی از ترانسفورماتور که به لیش وصل است نصب می‌شود.

در صورتیکه ترانسفورماتور بین دو شبکه فرعی نصب شده باشد، (ترانسفورماتور کوپلاژ) چون اتصالی در هر یک از شبکه‌ها، سبب عبور انرژی اتصال کوتاه از ترانسفورماتور کوپلاژ می‌شود، باید در هر دو طرف ترانسفورماتور رله دیستانس نصب گردد.

برای حفاظت ترانسفورماتور می‌توان از رله دیستانس جهت‌دار که جهت آن بطرف یشن است و یا از رله دیستانس معمولی بدون عضو جهت‌یاب استفاده نمود.

برای حفاظت سلکیتو و تصحیح شبکه‌های خطی که از دو طرف تغذیه می‌شود و یا شبکه حلقه‌ای که از یک محل تغذیه می‌شود، علاوه بر شدت جریان و زمان از عامل دیگری مثل جهت جریان اتصال کوتاه نیز استفاده می‌شود.

حفاظت شبکه‌های تار عنکبوتی و شبکه‌هایی که از چند نقطه تغذیه می‌شوند بوسیله رله جریان زیاد که دارای درجه‌بندی زمانی ثابت و معینی می‌باشد ممکن نیست، بلکه بایستی از رله‌ای که زمان قطع آن متناسب با امپدانس یا فاصله محل اتصالی از مولد باشد استفاده شود که برای این منظور از رله دیستانس استفاده می‌شود.

این رله اتصال کوتاه نزدیک به مولد را سریعتر و اتصال کوتاه در فاصله دورتر را دیرتر قطع می‌کند ، عامل موثر مقاومت پس محل اتصالی و مولد می‌باشد.

زمان قطع در رله‌ها مدرن امروزی متناسب با فاصله محل اتصالی از مولد، بطور یکنواخت زیاد نمی‌شود بلکه این تغییرات جهشی و پله‌ای شکل انجام می‌شود.

در این رله فاصله محل خطا توسط سنجش مقاومت سیم لین محل خطا و محل نصب رله معین می‌شود.

رله دیستانس دارای این مزیت است که اولاً شبکه اتصال شده را در کوتاهترین مدت ممکنه بطور سلکیتو مشخص و از شبکه جدا می‌کند.

ثانیاً اگر نزدیکترین را به محل اتصال عمل نکرد، رله بلافاصله بعد آن عمل می‌کند و بطور خودکار شبکه شامل یک یا چند رله رزرو نیز می‌شود بدون اینکه حقیقتاً رله رزروی در شبکه نصب شده باشد.

رله دیستانس بهترین رله برای حفاظت شبکه‌های انتقال انرژی می‌باشد.

زیرا فقط بوسیله چنین دستگاهی هر نوع اتصال در هر کجای شبکه در کمترین مدت قطع می‌شود و بهمین جهت برای حفاظت شبکه‌های فشار قوی و فشار متوسط از رله دیستانس استفاده می‌شود.

برای حفاظت سیمهای کوتاه ، مثلاً در داخل نیروگاه و یا پست ترانسفورماتورها بعلت کوچک بودن امپدانس آن نمی‌توان از رله دیستانس استفاده کرد.

لذا در اینگونه مواقع بیشتر از رله دیفرانسیل استفاده می‌شود.

عملکرد رله دیستانس