X
تبلیغات
Electrical - پايداري گذرا و ديناميكي نيروگاه بندرعباس

Electrical

مهندسی برق

پايداري گذرا و ديناميكي نيروگاه بندرعباس

پايداري گذرا و ديناميكي نيروگاه بندرعباس


فريبرز ميرآقا
دفتر برنامه‌ريزي و هماهنگي ـ شركت توانير


چكيده:

شبكه جنوب شرقي و شبكه سراسري توسط دو خط 400 كيلوولت به يكديگر متصل شده‌اند. نيروگاه حرارتي بندرعباس بظرفيت توليدي 320×4 مگاوات علاوه بر تامين قسمت قابل توجهي از انرژي مورد نياز شبكه جنوب شرقي مقداري از قدرت توليدي خود را نيز از طريق خطوط 400 كيلوولت به مراكز مصرف فاصله بيش از 600 كيلومتر منتقل مي‌نمايد. با توجه به موارد فوق بررسي پايداري اين نيروگاه در صورت بروز اتصال كوتاه سه فاز در خطوط 400 كيلوولت حائز اهميت بسياري است. در اين مقاله وضعيت پايداري گذرا و ديناميكي نيروگاه بندعباس هنگام وقوع بدترين اتصال كوتاه سه فاز در خطوط 400 كيلوولت انتقال انرژي توليدي نيروگاه به شبكه سراسري و متعاقب آن با توجه به نتايج بدست آمده تعيين ماكزيمم مقدار توليد نيروگاه مورد مطالعه قرار گرفته است.


شرح مقاله:

نيروگاه بزرگ حرارتي بندرعباس با ظرفيت توليدي 1200 مگاوات پس از نيروگاه نكا (1760 مگاوات) بزرگترين نيروگاه برق ايران است. علت اصلي احداث اين نيروگاه تأمين برق آتي استان هرمزگانو بويژه تأمين مصرف مورد نياز مجتمع فولاد بندرعباس بوده است. پس از تغيير محل مجتمع فولاد از بندرعباس به مباركه اصفهان اين مهم در دستور روز كارشناسان شركت توانير قرار گرفت كه انرژي اضافي توليد اين نيروگاه را جهت استفادة ساير مراكز مصرف به شبكة سراسري منتقل نمايند بدين منظور در سالهاي اخير مطالعات چندي در رابطه با اتصال اين نيروگاه به شبكه سراسري و بويژه ـ بهبود و اصلاح پايداري گذراي آن انجام شده است.


1ـ وضعيت موجود:

با توجه به رشد روزافزون مصرف برق در ايران و اهميت تهيه انرژي مطمئن در مراكز مصرف، شبكة جنوب شرقي از طريق 2 خط 400 كيلوولت يزد ـ تيران و سيرجان ـ فسا ـ شيراز به شبكه سراسري برق ايران كه ساير نقاط كشور از قبيل مركز، شمال، شمال غرب و جنوب غربي را تغذيه مي‌كند متصل گرديده است. در شبكة جنوب شرقي نيروگاه بزرگ حرارتي بندرعباس با 4 واحد 320 مگاواتي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است زيرا علاوه بر اينكه تأمين قسمت عمدة انرژي مصرفي شبكة جنوب شرقي از طريق دو خط 400 كيلوولت بندرعباس ـ سيرجان را بر عهده دارد مقداري از انرژي توليدي خود را نيز از طريق دو خط چهارصد كيلوولت يزد ـ تيران و سيرجان ـ فسا ـ شيراز به شبكه سراسري منتقل مي‌نمايد.

به علت طولاني بودن مسير انتقال نيرو به شبكه سراسري و الزامي بودن خطوط 400 كيلوولت بررسي پايداري نيروگاه بندرعباس در مواقع بروز خطاهاي مختلف بر روي خطوط 400 كيلوولت اهميت بسيار دارد.


2ـ مشخصات برنامه پخش بار:

برنامه پخش بار مورد استقاده توسط شركت BPA آمريكا تهيه شده كه براي معادلات پخش بار نقاط مختلف شبكه در اين برنامه از روش نيوتن رافسن استفاده گرديده است. اين برنامه قادر به حل شبكه‌اي از اينبا داشتن حداكثر 500 شينه و مجموعاً 1500 خط و ترانسفورمر مي‌باشد. روش نيوتن ـ رافسن در صورت حل شبكه با سرعت زياد حداكثر 5 يا 6 بار تكرار حل معادله پخش بار و مقايسه آن با جواب مرحلة قبل به جواب نهايي مي رسد و داراي دقت بالايي است.


3ـ مشخصات برنامه پايداري گذرا و ديناميكي:

برنامه پايداري گذرا مورد استفاده توسط شركت مهندسي مشاور موننكو كانادا تهيه گرديده است. در اين برنامه كليه مشخصات مولدهاي با قطر ساده و برجسته چون راكتانس‌هاي مافوق گذرا و گذرا، مقاومت‌هاي مثبت و منفي آرميچر ثابت زماني‌هاي مختلف مولد، ضرايب اشباع و ميرائي در صورت نياز قابل تعريف مي‌باشند. اثرعملكرد دستگاههاي كنترل كننده و ولتاژ (AVR) و كنترل كننده فركانس (LFC) مولدها در بهبود پايداري گذرا و ديناميكي شبكه توسط اين برنامه قابل بررسي است و مدلهاي مختلفي مطابق با استانداردهاي بين‌المللي IEEE براي كاربرد هر يك از آنها تعريف شده‌اند. براي معرفي مولدهاي شبكه در برنامه پايداري از مدل ساده‌اي كه در آن ولتاژ توليد شده پشت ترمينال ژنراتور ثابت فرض مي‌شود استفاده شده است. از اينرو كليه مولدهاي شبكه با ولتاژ ثابت پشت راكتانس گذرا در نظر گرفته مي‌شوند. با توجه به دور بدون ساير مولدها از نيروگاه بندعباس عملكرد گاورنرهاي آنها داراي اثر چنداني در پايداري گذراي نيروگاه بندرعباس نمي‌باشد. در بررسي پايداري ديناميكي نيروگاه بندرعباس عملكرد صحيح گاورنر آن بسيار مهم است زيرا حد فركانس قطع بالاي واحدهاي بخار اين نيروگاه 53 هرتز در حالت پايداري گذرا و 52 هرتز در حالت پايداري ديناميكي تعيين شده است.


4ـ مطالعه پخش بار شبكة سراسري و شبكة جنوب شرقي در پيك بار سال 1365

شبكة جنوب شرقي مطابق شكل (1) از طريق 2 خط 400 كيلوولت يزد ـ تيران و سيرجان ـ فسا ـ شيراز به شبكة سراسري متصل مي‌گردد. مصرف كل شبكه سراسري 6634 مگاوات و مصرف شبكه جنوب شرقي 590 مگاوات در نظر گرفته شده است. ضريب قدرت هر دو شبكه Pf = 0/9 و راكتورهاي مهم آن با توجه به شكل (1) عبارتند از راكتور 250 مگاواري پست 400 كيلوولت سيرجان، راكتور 160 مگاواري پست 400 كيلوولت بندرعباس، راكتور 100 مگاواري خط سيرجان ـ يزد در يزد و راكتور 160 مگاواري پست 400 كيلوولت يزد كه با توجه به پخش بار شبكه استفاده از آن لزومي ندارد.

در شرايط كار نرمال شبكه كلاً 3 واحد از 4 واحد بخار نيروگاه در مدار قرار مي‌گيرد از اين رو توليد نيروگاه بندرعباس تا حدود 900 مگاوات (300×3) مگاوات قابل افزايش است.

اين نيروگاه در شبكة جنوب شرقي توليد كننده عمده انرژي است بنابراين با ناپايدار شدن آن به هر علت وضعيت پايداري شبكه جنوب شرقي بسيار بحراني خواهد شد علاوه بر اين نيروگاه بندرعباس مقداري از انرژي مورد نياز شبكه سراسري را از طريق دو خط 400 كيلوولت يزد ـ تيران و سيرجان ـ فسا ـ شيراز تأمين مي‌نمايد كه با خارج شده اين نيروگاه از مدار در شبكة سراسري كمبود توليد بوجود خواهد آمد و با توجه به وضعيت واحدهاي شبكه سراسري جبران اين كمبود توليد مشكل بنظر مي‌رسد بنابراين با تعيين حد نهايي توليد نيروگاه بندرعباس مي توان در صورت بروز خطاهاي مختلف حد پايداري نيروگاه و علاوه بر آن مقدار قدرت قابل انتقال از شبكة جنوب شرقي به شبكه سراسري را نيز مشخص نمود.


5ـ تعيين بدترين محل وقوع اتصال كوتاه سه فاز در شبكه جنوب شرقي

براي بررسي وضعيت پايداري نيروگاه بندرعباس ابتدا محل وقوع بدترين اتصال كوتاه سه فاز را تعيين مي‌نمائيم براي اين منظور در حالتيكه توليد نيروگاه بندرعباس 750 مگاوات است مطابق پخش بار شكل (1)

5ـ1ـ اتصال كوتاه سه فاز در يكي از خطوط 400 كيلوولت بندرعباس ـ سيرجان به وقوع مي‌افتد.

5ـ2ـ اتصال كوتاه سه فاز در خط 400 كيلوولت سيرجان ـ يزد صورت مي‌گيرد.

5ـ3ـ اتصال كوتاه سه فاز در خط 400 كيلوولت سيرجان ـ فسا روي مي‌دهد.

در كليه حالات فوق فرض مي‌شود كه دژنكتورهاي دو طرف خط معيوب پس از حداكثر 1/0 ثانيه وارد عمل شده و خط را از مدار خارج كنند.

با توجه به منحني هاي پايداري بدست آمده مطابق شكل 5ـ1، 5ـ2 و 5ـ3 در دو حالت اول و دوم شبكه سراسري و شبكه جنوب شرقي پايدار و نسبت به هم سنكرون مي‌مانند اما در حالت 5ـ3ـ دو شبكه نسبت به يكديگر آن سنكرون شده و نتيجتاً از هم جدا مي‌شوند بنابراين محل وقوع بدترين اتصال سه فاز نزديك پست 400 كيلوولت سيرجان و روي خط 400 كيلوولت سيرجان ـ فسا مي‌باشد.


6ـ پايداري گذراي نيروگاه بندرعباس

با توجه به پخش بار شكل (1) و مطالب ارائه شده در بخش 5 توليد نيروگاه بندرعباس را با در مدار بودن 3 واحد بخار از 600 مگاوات شروع كرده به ترتيب افزايش مي‌دهيم در كليه حالات با وقوع اتصال كوتاه سه فاز در خط 400 كيلوولت سيرجان ـ فسا ـ شيراز شبكه سراسري و شبكه جنوب شرقي پايدار مي‌مانند تا وقتي كه توليد كل نيروگاه بندرعباس را به 740 مگاوات مي‌رسانيم در اين حالت پايداري نيروگاه بندرعباس و شبكة جنوب شرقي نسبت به شبكة سراسري بحراني مي‌شود. اشكال 2 و 3 به ترتيب منحني تغييرات نسبي زاويه روتورهاي واحدهاي مختلف و تغييرات فركانس آنها را نشان مي‌دهد. اگر توليد نيروگاه بندرعباس را به 750 مگاوات برسانيم نيروگاه بندرعباس و شبكه جنوب شرقي از شبكة سراسري جدا مي‌شوند كه تغييرات نسبي زاويه روتورهاي واحدها و تغييرات فركانس آنها در اشكال 4 و 5 نشان داده شده است. بنابراين نتيجه مي‌شود پايداري گذراي نيروگاه بندرعباس در صورت وقوع بدترين اتصال كوتاه سه فاز در توليد كل 740 مگاوات محدود مي‌شود. در اين حالت قدرت انتقالي از شبكه جنوب شرقي به شبكه سراسري 248 مگاوات مي‌باشد.


7ـ پايداري ديناميكي نيروگاه بندرعباس

با توجه باينكه ماكزيمم فركانس قابل قبول واحدهاي بخر نيروگاه بندرعباس در شرايط پايداري ديناميكي 52 هرتز مي‌باشد پس از پايداري گذراي نيروگاه عملكرد گاورنر واحدها در كنترل نهايي فركانس و تنظيم آن به مقدار كمتر از 52 هرتز در پايداري ديناميكي اهميت خاصي كسب مي‌كند. اگر معادلات گاورنر واحدهاي بخار نيروگاه بندرعباس را در مطالعه پايداري بحساب آوريم در حالتيكه توليد كل نيروگاه 750 مگاوات است در صورت بروز اتصال كوتاه سه فاز در خط 400 كيلوولت سيرجان ـ فسا ـ شيراز و خروج خط پس از ـ 1/0 ثانيه مطابق اشكال 6 و 7 منحني‌هاي پايداري و تغييرزات فركانس واحدها، شبكه سراسري و شبكه جنوب شرقي نسبت به يكديگر پايداري خود را حفظ مي‌كنند. بنابراين حد نهائي توليد نيروگاه به 750 مگاوات مي‌رسد كه در اين حالت قدرت قابل انتقال از شبكه جنوب شرقي به شبكه سراسري 258 مگاوات است.

حال اگر توليد نيروگاه را به 760 مگاوات برسانيم در اين حالت پس از وقوع خطاي سه فاز فوق و رفع آن با توجه به اشكال 8 و 9 كه منحني پايداري واحدها و تغييرات فركانس آنها را نشان مي‌دهد شبكة جنوب شرقي از شبكة سراسري جدا مي‌شود. اما با توجه به شكل 9 يعني منحني تغييران فركانس واحدها مشاهده مي شود كه فركانس واحدهاي بندرعباس پس از 4 ثانيه به 5/ 53هرتز مي‌رسد كه بيشتر از ماكزيمم حد قابل قبول فركانس واحدهاي بخار نيروگاه بندرعباس مي‌باشد كه در اين حالت حتي عملكرد گاورنر واحدها نيز قادر به جلوگيري از ـ افزايش بيش از حد فركاس آنها و نتيجتاً خروج واحدها از مدار نمي‌باشد.


8ـ نتيجه:

با توجه به بررسي‌هاي انجام شده نتيجه مي‌شود كه گاورنر واحدهاي بخار نيروگاه بندرعباس در بهبود پايداري گذرا نيروگاه اثر چندان قابل توجهي ندارد. البته اين امر قابل انتظار و پيش‌بيني بود. اما نكته جالب اين است كه در حالت پايداري ديناميكي پس از جدا شدن نيروگاه بندرعباس از شبكه سراسري گاورنر واحدهاي بخار حتي قادر به تنظيم قابل قبول فركانس واحدها نيستند. و به طور كلي پايداري ديناميكي نيروگاه نيز از دست مي‌رود براي توجيه اين مطلب شكل خاص شبكه سراسري و شبكه جنوب شرقي و حالت خطوط ارتباط دهنده آنها به يكديگر، محل وقوع خطا و وضعيت پخش بار شبكه را مي‌توان از عوامل مهمي دانست كه اثر منفي مجموعه آنها در از دست رفتن پايداري ديناميكي نيروگاه بيشتر از اثر مثبت عملكرد گاورنر در ابقاي پايداري مي‌باشد و اين از مطالب مهمي است كه روشن مي‌كند قوي بودن شبكه‌هاي انتقال و نحوة ارتباط آنها به يكديگر در بهبود پايداري واحدهاي مهم شبكه در هنگام بروز خطاهاي مهم تا چه حد تعيين كننده مي‌باشد.
+ نوشته شده در  سه شنبه 1390/02/06ساعت 11:55  توسط مصیب جلیلیانفر  |