مونیتورینگ حرکت لبه روتور در ژنراتورهای آبی

مونیتورینگ حرکت لبه روتور در ژنراتورهای آبی شرکت خدمات برق رسانی عمومی Chelan County (واقع در واشنگتن) در بخشی از سیاست بهسازی و نوسازی اقدام به نصب اسکنرهایی بر روی روتور یازده واحد ژنراتوری نیروگاه کرده است. این اسکنرها از شرکت Benty Nevada`s Hydro Scan خریداری شده اند. این اسکنرها با استفاده از سنسورهای حرارتی، فاصله هوایی، تخلیه جزیی،‌ میدان مغناطیسی و میدان الکتریکی، امکان نظارت و کنترل ژنراتورهای در حال بهره برداری را ایجاد می کنند. اخیرا چندین نمونه سنسور مکانیکی به انواع تجهیزات اندازه گیری موجود هیدوراسکن اضافه شده اند. از جمله این سنسورها می‌توان از کرنش سنج متصل به روتور، ترموکوپل و سنسور جابجایی سنج نام برد. سنسور جابجایی سنج لبه روتور RDS - Rim Displacement Sensor ، یکی از سنسورهای مورد استفاده می باشد. در سال 1970 هفت دستگاه ژنراتور وستینگهاوس واقع در نیروگاه Rocky Reach نصب شد که مشخصه‌های نامی این ژنراتورها به شرح زیر است: IDC = 1150A و VDC = 375V و 4120A و 15KV و PF= 0. 95 و 107MVA‌ با گذشت چند سال از بهره برداری این ژنراتورها مشاهده شد که لبه روتور این ژنراتورها به تدریج جمع (Shrink) می شود علائم آن هم شامل گردگرفتگی و ساییدگی اطراف کلیدهای فنری بود. یکی از حوادثی که اخیرا رخ داده بود و اهمیت این مشکل را نشان می‌دهد این بود که ماده ائی از محرک مربوط به کلید فنری از محل خود خارج شده و سیم پیچی روتور و استاتور را به هم اتصال داده است. شکل (1) قسمت عنکبوتی (Spider) و لبه روتور را نشان می‌دهد. به منظور تعیین و سنجش میزان کوچک شدن (چروکیدگی) لبه روتور، پرسنل Chelan County تقاضا کردند که عملکرد سنسورهای به کار رفته جهت کنترل و نظارت حرکت لبه روتور واحد در حال کار را بررسی کنند. مشخص شد که سنسورهای جابجایی سنج با رنج 0 تا 1/0 اینچ و دقت 001/0 اینچ می‌توانند برای اندازه گیری حرکت نسبی بین عنکبوتی روتور(Spider) و لبه روتور بکار روند لبه میانی روتور سنسورهای جابجایی سنج طوری نصب شده بودند که حرکت نسبی بین لبه روتور و بازوی عنکبوتی روتور (Spider) را اندازه گیری کنند. به کار بردن سیستم RDS بوسیله استفاده از سیستم هیدروسکن، باتوجه به قابلیت آن در انتقال داده در زمان واقعی از روتور واحد در حال بهره برداری برای بدست آوردن داده ها و تجهیزات مفسر، ممکن شد. چهارده سنسور جابجایی سنج (در هر بازوی عنکبوتی یک عدد) بر روی هر کدام از ژنراتورهای وستینگهاوس واقع در نیروگاه Reach Rocky  نصب شده است. در طول راه‌اندازی اخیر واحد C6 نیروگاه مذکور پس از نصب سیستم RDS ، تجزیه دقیق اطلاعات مربوط به سرعت و دمای متفاوت و بار کامل نشان می دهد که از میان این موارد، جابجائی اصلی هنگامی رخ می دهد که واحد در بار کامل کار می‌کند. جدول (1) اعداد بدست آمده در طول راه اندازی واحد C6 را نشان می‌دهد. جابجائی طراحی شده برای روتورهای وستینگهاوس در نیروگاه Rocky Reach برابر 035/0 اینچ بود. همانطور که در جدول (1) مشاهده می‌شود انحراف لبه روتور در بار کامل و دمای کار به بیشترین مقدار خود می‌رسد. یک قسمت جالب دیگر از داده های مربوط به حرکت لبه روتور در واحد C3 ، Rocky Reach نمایان شد. شکل (2) داده های 14 سنسور جابجایی سنج را به همراه نمایی از استاتور که بوسیله سنسور فاصله هوایی نصب شده روی روتور رسم شده است، نشان می‌دهد (منحنی بالایی). این منحنی مقادیر اندازه گیری شده به هنگام چرخش روتور را نشان می‌دهد. منحنی مربوط به فاصله هوایی، فاصله هوایی کوچکتری را در وسط منحنی نشان می‌دهد. 14 سنسور جابجایی سنج رفتار مشابهی را در قبال کاهش فاصله هوایی داشتند. نیروی ناشی از میدان مغناطیسی در فاصله هوایی کوچکتر افزایش پیدا می کند، لذا جایی که فاصله هوایی کوچکتر است، لبه روتور به سمت خارج منحرف می‌شود. جاییکه کمترین فاصله هوایی وجود دارد لبه روتور این ژنراتور به سمت بیرون انحنا پیدا کرده که باعث کمتر شدن فاصله هوایی می‌شود. پرسنل Chelan Conty PUD از اطلاعات سنسورهای RDS‌ نصب شده روتور، برای تعیین وضعیت چروکیدگی تمام ژنراتورهای وستینگهاوس نیروگاه Rocky Reachاستفاده خواهند کرد. با استفاده از این اطلاعات، پرسنل نیروگاه می توانند به هنگام برنامه ریزی استراتژی تعمیراتی، به عملکرد مناسب ژنراتورهای وستینگهاوس نظارت داشته باشند. آدرس : http://www.bently.com اتوماسیون کنترل بانکهای خازنی در شبکه های توزیع شرکت برق آیداهو واقع در ایالت آیداهوی آمریکا، درسال 1996 برنامه ای را برای تصحیح ناکارایی جبران سازی توان راکتیو که منجر به کاهش ولتاژ در سیستم توزیع شده بود، شروع کرد. ضمن اینکه در پیک مصرف، مشکل نگهداری حاشیه مطمئن توان راکتیو سیستم نیز وجود داشت. اگرچه جبران سازی بار راکتیو را به شیوه های مختلفی مثلا"در محل تولید انرژی، با استفاده ازکندانسورهای سنکرون و یا در محل پستها و در شبکه توزیع ( با استفاده از بانکهای خازنی ) میتوان انجام داد، اما بهترین شیوه برای جبران سازی بار راکتیو، استفاده ازبانکهای خازنی در محل بار است. هنگام استفاده از بانک های خازنی توزیع، دراکثراین موارد، عمل کنترل با استفاده ازکلیدهایی صورت میگیرد که بصورت دستی و با لحاظ کردن شرایط فصلی، خازنها را وارد یا از مدارخارج میکنند. چنین کنترلی، مؤثر وکارا نمی باشد زیرا در شرایط پیک بار، سیستم توزیع دچار کمبود توان راکتیو و در شرایط بارکم، دچار اضافه توان راکتیو میگردد. اگرچه بانک های خازنی توزیع، تک تک و کوچک هستند اما اثر مجموع آنها بر سیستم قابل ملاحظه است. هدف از برنامه ای که از سوی اداره طراحی توزیع ارائه شده بود، ابداع سیستمی در دل سیستم مدیریت انرژی موجود بود که در آن بانکهای خازنی در فیدرهای توزیع با توجه به میزان توان راکتیو مورد نیاز درپست ها انتخاب شوند. ایده اصلی شرکت Stellar Dynamics Inc برای کنترل خازن های توزیع، اندازه گیری مقادیرتوان راکتیو و اکتیو در سطح پست های توزیع و سپس ارسال دستورات مناسب به تجهیزات کنترلی مخصوص نصب شده روی هر بانک خازنی توزیع می باشد. تجهیزات لازم برای ارتباط کنترل کننده پست با سیستم دیسپاچینگ یعنی الگوریتم کنترل دینامیک بانک های خازنی توزیع DCC (Distribution Capacitor Control) ، امکان استفاده بهینه سیستم های انتقال وتوزیع را فراهم می آورد. DCC یک دستگاه کنترل است که با حذف یا کاهش جزء راکتیو و بهبود ضریب قدرت، ظرفیت شبکه را بالا می برد.با بهبود ضریب قدرت، جریان سیستم کم شده و سیستم امکان می یابد تا بار بیشتری را تغذیه نماید. این مزیت به ویژه در مورد تجهیزاتی که ممکن است تحت تأثیر اضافه بارحرارتی قرار گیرند، اهمیت پیدا میکند. همچنین، بهبود ضریب قدرت به ژنراتور امکان میدهد تا توان اکتیو بیشتری را تولید نماید. به علاوه در صورت پیش آمدن شرایط غیرعادی درمحل خازنها، دستگاهDCC هشدارهای لازم راصادر می کند. ترانسفورماتور توزیع، نقطه کنترل طراحی شده در این الگوریتم است. در سال 1996، نخستین DCC در یک پست 7/12 کیلوولت سه فیدره در غرب بویس (Boise) در آیداهو که مشکل توان راکتیو و افت ولتاژ داشت نصب گردید. به عنوان بخشی از اتوماسیون خازنی، تعداد14 بانک خازنی تحت کنترل قرار گرفتند. بخشی از این بانک ها از قبل وجود داشته وتعدادی دیگر تازه نصب شده بودند تا توان راکتیو اضافی تولید نمایند. بعد از نوسانات اولیه، سیستم آنچه را از آن انتظار می رفت، عملی ساخت. جبران سازی کامل در پست توزیع دریک محدوده وسیع بار انجام گرفت. اتوماسیون خازن در سال 1997 در 16پست و در سال 1998 در 14 پست دیگر نیز اجرا گردید. پست هایی که در سال 1997، تحت اتوماسیون قرارگرفتند، از مدول ارتباطی Harris D-10 برای ارتباط با RTU استفاده می کردند. این مدول بصورت یک کنترل کننده خازن عمل میکند. درسال 1998 در آیداهو، شرکت برق این ایالت، تصمیم گرفت سیستم مدول ارتباطی Harris D-20 را طوری تغییر دهد که این ترمینالها را قادر سازد تا توسط سیستم مدیریت انرژی برای کارهایی غیر ازکنترل خازن نیز مورد استفاده قرارگیرند. این کار باعث شد تا کنترل خازن با اضافه کردن یک نرم افزار ساده در پست هایی که دارای مدول D-20 برای کنترل، نظارت و اخذ داده هستند، انجام پذیرد. شکل (1) نتیجه عملکرد یک DCC  برای کنترل توان راکتیو را در پستی در ناحیه بویس نشان می دهد. سیستمهای توزیع مجله PEI ـ مارس 2003 ایمنی کلید فناوری کلیدخانه (Switch gear) است. کمپانی ABB اخیرا ساخت AX1 یک محصول کلیدخانه ولتاژ متوسط جدید عرضه کرده است. این فناوری خصیصه ساختمانی منحصر به فردی را داشته و چندین مفهوم در طراحی آن به کار گرفته شده است.AX1کلیدخانه جدید عایقبندی در برابر هوا و ولتاژ متوسط ABB بر مبنای فلسفه ایمنی ساخته شده که بر مبنای آن فضای کامل ولتاژ قوی برای چندین ورودی و تغذیه کننده مکعبی و یک حصار فلزی پیش بینی شده که امکان برخورد انسانی در شرایط سرویس را پیش نمیآورد. در جهت ارتقای ایمنی و مقابله با خطرات رودرروی انسانی و کاهش زمان برپاسازی دوباره در شرایط خرابی دستگاهی به نام ”حذفکننده آرک – Arc Eliminator “ ساخته ، امتحان و به کار برده شده است. مشخصه های نوآورانه دیگر نظیر مشاهده گری کامل و اتصالات سیم پیچها با کنتاکت جهشی نیز ایمنی AX1 را بالاتر برده است.محصولAX1 در لودویکا ساخته شده که بزرگترین مرکز سازنده دستگاههای فشارقوی در دنیاست و آن را به مطلوبترین مکان برای توسعه بعدی AX1 بدل گردانده است. کارخانه AX1 شکل یکپارچه دارد و بخشهای تولید و اداری در کنار هم قرار دارند. این امر سبب می شود مبادله اطلاعات قابل اتکای بین بخشهای اداری و تولیدی به سرعت میسر شود. فضای کوچک،ایمنی بالا به خاطر اندازه کوچک و ایمنی بالای این دستگاه نصب پانلهای AX1 برای فضاهای کوچکی که نیازمند ایمنی بالا هستند ، بسیار مطلوب است. به دلیل پویا بودن آرک حفاظتی AX1 ،افزایش خطرناک فشار هیچگاه امکان شکلگیری پیدا نمیکند و اگر باز شدن درونی آرک کلیدخانه رخ دهد گازهای مضّر امکان انتشار ندارند. بنابراین به فضایی برای زدایش کمپرس گاز و آتش نیاز نیست زیرا حذف کننده های سریع آرک (قوس) در AX1به سرعت بسیار بالایی از هر گسست احتمالی ناشی از صدمات جلوگیری می کند. مشخصه دیگری که فضای موردنیاز AX1 را کوچکتر می کند درهای کشویی آن است که هیچ فضایی را در راهروی عملیاتی اشغال نمی کند.تگنر Tegner در شهر واستراس ـ سوئد نمونه خوبی از تعبیه AX1در فضایی بسیار کوچک است. در زیرزمین یک ساختمان چندین کارخانه AX1 نصب شده است . یکی از آنها شامل یک AX1 با 1+6 پانل است که در یک سوراخی به اندازه شش مترمربع جاسازی شده است. در نبود فضا ، پانل حایل روی دیوار مقابل پانلهای AX1 تعبیه شده است. این نمونه نشان میدهد که AX1در فضاهای کوچک چه برتریهایی دارد و ساختمان جمع و جور آن و عدم نیاز به فضای مربوط به زدایش کمپرس از آن جمله است.یک نمونه دیگر از خصوصیات منحصر به فرد AX1 در شهر مالمبرگت در شمال سوئد دیده میشود دستگاه در جایی 1000 متر زیر سطح محیط موردنیاز برای کارگران معدن و تجهیزات مکانیکی و برقی معادن نصب شده است. در یک معدن به دستگاه حفاری پیوسته نیاز وجود دارد که سنگها را بشکافد. بزودی کابل مربوطه بسیار طولانی شده و کلیدخانه باید جابهجا شود. این کار معمولا پر دردسر و پرهزینه است. بنابراین به راهحلی جابهجاپذیر نیاز وجود دارد که بتوان آن را به سرعت، راحت و هماهنگ با فرایند معدن کاری جابهجا کرد. در این جاست که دستگاههای جمع و جور خاصیت خود را نشان میدهند. از آنجا که در مکعبی AX1 هنگام باز شدن به طور عمودی فشار داده میشود به فضای اضافی در جلوی پانلها نیازی نیست و جا برای مانور موردنیاز وجود دارد. یک مشخصه حیاتی دیگر AX1حذف قوس ( Arc) آن است که وجود یک سیستم رهاسازی فشار را غیرلازم میکند و این امری مهم در ایمنی کارگرانی است که در معادن کار میکنند. کاربردهای دیگر طراحی جمع و جور AX1 آن را برای سکوهای نفتی و گازی مطلوب میسازد . پانلهای AX1 از آلومینیوم ساخته شده و آن را سبک میکند. تجهیزات مخصوص دستگاههای دریایی با تنشهایی روبرو میشوند که در شرایط عادی و در روی زمین با آن مواجه نمیشوند. حرکت مقتدرانه امواج، ارتعاش و خوردگی به دلیل فضای آلوده به نمک از آن جمله است. برای اطمینان تأثیرپذیری AX1 در سختترین شرایط AX1به شکلی شدید برای سازگاری با نیازهای IEC و UL مورد آزمایش قرار گرفته است.در کاناری وارف دوکلندز لندن نیز دستگاهای AX1 نصب شده است. در یک ساختمان بانکی برای HSBC سه کلیدخانه AX1 نصب شده است . دو دستگاه در پایین ساختمان که هر کدام 21 پانل AX1 دارند. سومی با هشت پانل در طبقه هفتم تعبیه شده است و این مسالهای ایجاد نمیکند زیرا حذفکنندههای قوس الکتریکی به معنای عدم نیاز به هرگونه سیستم تخلیه فشار برای فشارهای بیش از حد و گاز است. طراحی AX1به دلیل شکل لولهای، ابعاد به شکلی اساسی کوچک شده است. اخیرا در مقایسه با دستگاههای مشابه در بازار AX1 به عنوان کوچکترین آنها شناخته شده است. این اندازه کوچک به معنای آن است که AX1میتواند به راحتی در یک کانتینر استاندارد 3/7 متر قرار گیرد. گذشته از صرفهجویی در فضا، کار نصب نیز آسانتر میشود،زیرا این دستگاه به طور یکپارچه و مونتاژ شده در کانتینر قرار میگیرد و در مکان نصب، تنها کار، اتصال کابلها است. این دستگاه با شکل خود تصمین کننده طراحی بهینه و قوی پانلهاست.میدانهای همنواختی – الکتریکی دور میله جریان وجود دارد که آن را برای سازگارسازی و به کارگیری مرحله به مرحله کوتاه ایمن میسازد. بین فازها همواره پتانسیل زمینی وجود دارد که ریسک گریپاژ جریان را به حداقل میرساند. به عایقهای سدکننده بین فازها نیازی نیست (یا بین فاز و زمین)و میلة جریان اصولا نیازی به عایقکاری ندارد. همچنین میله جریان به اتصالات فنری سیم پیچهای منحصر به فرد خود، کار الحاق پانلها به یکدیگر را سادهتر میکند.این شکل AX1 است که استفاده از آن را به عنوان یک تکنیک اتصال به فنرهای Helicon بدون چفت میسر کرده است. اتصالات فنری سیمپیچ در تمام نقاط ارتباط مدار اصلی به کار گرفته میشود که در سیستم میله جریان بین پانلها قابل پیادهسازی ـ و یا در اتصالات بالاتر یا پایینتر و دستگاههای کابلهای ارتباطی ـ است . این تکنیک اتصالات فنری سیمپیچ در نقاط قابل جابجایی انتقال جریان داخل دستگاههای سوئیچ مورد استفاده قرار میگیرد. اگرچه این تکنیک منحصر به AX1 نیست اما صناعت و تکنیکی است که امتیاز آن را ABB دارد و برای مدارشکنهای فشارقوی و کلیدخانههای GIS در 20 سال اخیر به کار گرفته شده است.تکنیکهای جدید اندازهگیری که در AX1 به کار گرفته شده به مفهوم آن است که جریان با سیمپیچ روگوسکی Rogowski اندازهگیری میشود. این سیمپیچ از گونهای حلقوی است که روی بدنهای از مواد غیرمغناطیسی پیچیده شده است و درجه حرارتش ثابت است. این دستگاه قادر به اندازهگیری جریان چند آمپر تا جریان مدار ـ کوتاه است و اندازهگیری دقیق اُفت فشار قوی را به عنوان وسیلهای ساده برای وارسی پوشش کنتاکت مدارشکن نیز انجام میدهد. هر سنسور مورد آزمایش قرار میگیرد و خطاها به شکل فاکتور اصلاحی برای رایانه پانل تصحیح می شود بنابراین دقت اندازهگیری آن بالاست.پایداریدر حالی که ارزشگذاری برای ایمنی یک کلیدخانه به زبان اقتصادی دشوار است، پایداری آن از جهتی دیگر اهمیت اقتصادی دارد زیرایک گسست برنامهریزی نشده میتواند باعث ضرری هنگفت یا از دست رفتن درآمد شود.معمولا به دلیل سرهمبندی کردن نادرست، بیشتر اشتباهات در اتصال کابلها رخ میدهد. در AX1 اتصالات پیش ساخته کابلها در بیرون و به شکل مخروط یا در داخل به شکل پریز مورد استفاده قرار گرفته است. منبع اشتباه بخشهای مکانیکی، دستگاههای عملیاتی هستند به این دلیل که در AX1مدارشکن و کارکرد عدم اتصال وارثینگ (earthing) به هم بستهاند و همواره در چارچوب مدار اصلی نصب میشوند. گذشته از آن میتوان دستگاههای عملیاتی را بدون خارج کردن هر یک از پانلها از سرویس جابهجا کرد. یک اشتباه دیگر (اگرچه اندکتر) گرمایش بیش از حد در ارتباط با میله جریان است. از آنجا که AX1 یک سیستم لولهای میله جریان با تکنیک اتصال بدون پیچ دارد (کنتاکت فنری سیمپیچ) خطای گرمایش بیش از حد به دلیل محکم نبودن ناکافی لنگر وجود ندارد. کنتاکت فنری سیمپیچ با حلقههایی به شکل ]حرف[ O و پوشش لاستیکی به خوبی محافظت میشود تا از نفوذ عوامل محیطی و بیرونی جلوگیری کند.جدیترین اشتباه در کلیدخانه ناشی از قوس الکتریکی داخلی است. دستگاه بسیار سریع حذف کننده قوس الکتریکی در AX1 به معنای جلوگیری از چنین اتفاقی است که پس از بازرسی، برگرداندن دوباره کلیدخانه به سرویس را به سرعت میسر میکند. در حالی که در کلیدخانههای دیگر به دنبال خطای ناشی از قوس الکتریکی به کار انداختن مجدد آن هفتهها طول میکشد.از آنجا که تلفات عملیات به حداقل میرسد در صرفهجویی انرژی و عمر مفید دستگاه مؤثر است که همچنین باعث کاهش تأثیرات ]مخرب[ زیستمحیطی میشود. در جریان طراحی از مواد قابل بازیافت نیز استفاده شده است. حذفکننده قوس الکتریکی حذفکننده قوس الکتریکی را بخش سیستم بازرسی و محافظت قوس الکتریکی اپتیک ABB پخش کرده است. اتصالات سه فازه هم زمان در مدتی کمتر از 5 میلیثانیه بسته میشود . در نبود این سیستم فشار به حدود 50 درصد حداکثر پیشین خود میرسید.اگر یک قوس الکتریکی باز در کلیدخانه رخ دهد هر سه فاز به سرعت ”ارث“ میشوند و فشاری خطرناک مجال شکل گیری پیدا نمیکند، و گازهای داغ و زهرآلود نیز زمان برای تشکیل شدن پیدا نمیکنند. کلیدخانه همواره در معرض خسارات اندکی قرار دارد و اگر کسی جلوی آن ایستاده باشد، مجروح نخواهد شد. پس از معلوم شدن علت و انجام اقدامهای ضروری، عملیات کلیدخانه به سرعت و بدون نیاز به تعمیر برقرار میشود.اخیرا در تایلند یک مورد خطا دیده شد که در آنجا حذفکننده قوس الکتریکی، کلیدخانه را نجات داد. این حذفکننده به مانند سیستم کیسه هوا در خودرو عمل کرد و کلیدخانه را از خسارات عمده رهانید . بعدا پس از وارسی و یافتن محل خطا، دستگاه کاملا تمیز و سالم شد. خودنگهداری AX1 دستگاهی است که به عنوان ”کلیدخانه هوشمند“ شناخته شده است. هوش آن را هم در رایانههای پانلها و هم درچند سیستم اداره گزارشگر خطاها میتوان دید که در هر پانل AX1 تعبیه شده و هر کدام شامل تعدادی سنسور است که میزان زیادی از اطلاعات مفید را گرد میآورند. AX1به بازرسیهای ادواری معمول نیازی ندارد زیرا کاملا با پانلهای کامپیوتر (رایانه) خود اداره میشود . آنها چشمی بینا بر روی کلیدخانه داشته و در موارد بسیاری در صورت نیاز به بازرسی و سرویس هشدار میدهند.