پروژه کارآموزی در شرکت توزیع برق منطقه ای میناب

تاریخچه صنعت برق :

     صنعت برق در ایران از سال 1283 شمسی با بهره‌برداری از یک دیزل ژنراتور 400 کیلو واتی که توسط یکی از تجار ایرانی بنام حاج حسین‌ امین‌الضرب تهیه و در خیابان چراغ‌برق تهران (امیر کبیر) فعلی گردیده بود آغاز می شود.

     این موسسه بنام دایره روشنایی تهران بود و زیر نظر بلدیه اداره می‌شد. این کارخانه روشنایی چند خیابان عمده تهران را تامین می‌کرد، خانه‌ها برق نداشته و تنها به دکانهای واقع در محله‌ها برق داده می‌شد و روشنایی آن از ساعت 7 الی 12 بود و بهای برق هم براساس لامپی یک ریال هر شب جمع‌آوری می‌شد. از سال 1311 اولین کارخانه برق دولتی به ظرفیت 6400 کیلووات در تهران نصب گردید، ولی مردم از گرفتن امتیاز خودداری می‌کردند و به‌ همین دلیل برای پیشرفت کارها برای کسانی که انشعاب برق می‌گرفتند یک کنتور مجانی به عنوان جایزه در نظر گرفته می‌شد. چند سال بعد وضع تغییر کرد و کار به جایی رسید که انشعاب برق سرقفلی پیدا کرد.

هیتر :

     گرمکن یا هیتر دستگاههایی هستند که توسط آن آب ورودی به بویلر را گرم می‌کنند تا درجه حرارت آب بالا رود تا به تجهیزات و لوله‌های بویلر آسیب نرسد، این عمل توسط هیترها انجام می‌شود، هیترها به دو صورت وجود دارند :

1 هیترهای باز            

2 هیترهای بسته

هیترهای باز : هیترهایی هستند که حرارت را مستقیم به آب منتقل می‌کنند.

هیترهای بسته : هیترهایی هستند که حرارت را از طریق لوله‌ها و محیط به آب منتقل می‌کنند.

     به هیترهایی که قبل از پمپ تغذیه قرار می‌گیرند هیترهای فشار ضعیف گفته می‌شود و به هیترهایی که بعد از پمپ تغذیه قرار می‌گیرند هیترهای فشارقوی گفته می‌شود.

     سوپر هیتر : بخاری که از درام خارج می‌شود دارای قطره‌های آب می‌باشد که باعث می‌شود پره‌های توربین آسیب ببینند و خوردگی و پوسیدگی در پره‌ها ظاهر شود برای اینکه بخار به توربین آسیب نرساند باید قبل از برخورد به پره‌های توربین به بخار خشک تبدیل شود، این عمل (خشک کردن) توسط سوپر هیتر انجام می‌شود.

     فرق هیتر و سوپر هیتر این است که : هیتر باعث می‌شود که درجه حرارت آب ورودی به بویلر زیاد شود ولی سوپر هیتر باعث می‌شود بخار ورودی به توربی به بخار خشک تبدیل شود.

بویلر :

     آب پس از خروج از پمپ تغذیه (Feed Pump ) و شیر یکطرفه وارد اکونومایزر می‌شود که اولین قسمت دیگ بخار می‌باشد، که حاوی تعدادی لوله موازی است که در آخرین مرحله دود خروجی از بویلر لوله‌های اکونومایزر قرار دارند داخل این لوله‌ها آب تغذیه ورودی به بویلر جریان دارد این آبها مادامی که لوله‌های اکونومایزر را طی می‌کنند حرارت دود را جذب نموده و سپس به درام هدایت می‌گردند. بنابراین اکونومایزر سبب می‌گردد که راندمان بالا برود.

     آب در درام با آبهای داخل آن مخلوط شده و سپس از طریق لوله‌های پائین آورنده به لوله‌های دیواره‌ای و محوطه احتراق وارد می‌شود، همانطور که از نام محوطه احتراق پیداست، فضایی است که عمل احتراق در آن صورت می‌گیرد. اطراف این محوطه تعداد زیادی لوله‌های موازی نزدیک به هم که به لوله‌های دیواره‌ای موسوم هستند پوشیده شده است. بخشی از حرارت حاصل از احتراق از طریق تشعشع و جابجایی به این لوله‌ها منتقل می‌گردد، اینها نیز حرارت را به آب داخل خود منتقل می‌نمایند. بنابراین در کوره هر سه نوع انتقال حرارت با یکدیگر انجام می‌گیرد. حاصل این تبادل حرارت جذب حرارت توسط آب داخل لوله‌ها و تبدیل آن به بخار است. به عبارت دیگر کلیه بخاری تولیدی دیگ در این لوله‌ها ایجاد می‌شود، از طرف دیگر جذب حرارت توسط لوله‌های دیواره‌ای باعث خنک شدن فضای اطراف کوره می‌شود و لذا شکلی از نظر عایقکاری دیواره‌های اطراف محفظه احتراق پیش نخواهد آمد پس می‌توان گفت که لوله‌های دیواره‌ای همانطور که از نامشان پیداست دیواره کوره را تشکیل می‌دهند.

     حرکت جریان آب در داخل لوله‌های دیواره‌ای از پائین به بالاست هرچه آب در طول کوره به طرف بالا حرکت کند حرارت بیشتری را جذب نموده و در نتیجه بخار بیشتری تولید می‌گردد. در بویلرهای گردش طبیعی، این حرکت به صورت طبیعی انجام می‌گیرد و لذا در خاتمه در لوله‌های دیواره‌ای، مخلوطی از آب و بخار خواهد بود که به محض ورود به درام آب و بخار از یکدیگر جدا می‌شوند. در بویلرهای گردش اجباری، جریان آب در داخل لوله‌های دیواره‌ای به کمک یک پمپ که در مسیر لوله‌های پائین آورنده نصب است انجام می‌گیرد.

     در بویلرهای بونسون نیز این جریان به کمک پمپ آب تغذیه انجام می‌گردد و ساختمان این بویلر به گونه‌ای است که احتیاج به درام نمی‌باشد و بخار تبدیل شده مستقیماً به سوپر هیتر می‌رود.

بطور کلی درام دو وظیفه اصلی را بعهده دارد :

     1 عمل نمودن به عنوان یک مخزن ذخیره که جهت دیگ بخار :

     درام می‌تواند با ذخیره آب و یا بخار در خود در شرایط بحرانی بهره‌برداری از بویلر مقداری از نیازهای ضروری آب و یا بخار را تامین نماید.

     2 تقسیم آب و بخار :

     آب و بخار ایجاد شده در لوله‌های دیواره‌ای وارد درام شده و به وسیله تجهیزاتی که در داخل درام وجود دارد آب و بخار کاملاً از هم جدا شده و به این ترتیب امکان عبور بخار بدون ذرات آب بطرف سوپر هیتر فراهم می‌شود.

     در درام اعمال دیگری نظیر تقسیم یکنواخت آبهای ورودی از طریق اکونومایزر و یا تزریق محلولهای شیمیایی به بویلر نیز انجام می‌گیرد. هوای مورد لزوم احتراق توسط فنهای FD.Fan تامین می‌شود بنابراین فن با توجه به مکشی که ایجاد می‌نماید هوای محیط را مکیده و در کانالهایی که در نهایت به محوطه احتراق (مشعلها) ختم می‌شود به جریان می‌اندازد. فنها دارای انواع و اقسام می‌باشند، نظیر فنهای جریان شعاعی و یا فنهای جریان محوری و یا ترکیبی که در طراحی دیگ بخار با توجه به مقدار هوای لازم و فشار آن و همچنین راندمان مورد نظر یکی از این انواع انتخاب می‌گردند.

     برای کنترل مقدار هوای ورودی به بویلر و از دریچه‌های کنترل هوای استفاده می‌گردد. غالباً این دریچه‌ها به صورت اتوماتیک کنترل می‌گردند، البته طبیعی است که با دست نیز قابل کنترل هستند در مسیر دود نیز چنین دریچه‌هایی وجود دارد که به صورت باز یا بسته عمل می‌کنند.

     GR.Fan : این فنها مقداری از گازهای خروجی از بویلر را پس از اکونومایزر گرفته و مجدداً در کوره بویلر به جریان می‌‌اندازد این کار معمولاً جهت کم کردن حرارت دودی که از دودکش خارج می‌شود است. اکونومایزر باعث می‌شود راندمان بالا رود زیرا آب حرارت دود را جذب نموده و در قسمتهای بعد سوخت کمتری برای بالا بردن درجه حرارت آب لازم است.

     آخرین مرحله مسیر دود، دودکش است که گازهای خروجی از بویلر را به محیط بیرون هدایت می‌نماید. طبیعی است ارتفاع دودکش نقش تعیین کننده‌ای در هدایت دود و عدم آلودگی محیط دارد.

     سوخت دیگهای بخار در کشورمان، سوختهای مایع و گاز تشکیل می‌دهند که بیشتر مازوت و گاز طبیعی برای سوخت مشعلهای محفظه احتراق استفاده می‌شود. آب ورودی به بویلر باید دمای آن حداقل 195 باشد تا به لوله‌ها و تجهیزات بویلر آسیب وارد نکند.

توربین :

     توربین‌های بخار دسته‌ای از توربو ماشین ها را تشکیل می‌دهند که عامل در آنها بخار آب می‌باشد توربین بخار برای نخستین بار در پایان قرن گذشته به عنوان ماشین حرارتی بکار گرفته شده و از ان زمان تا کنون پیشرفت‌های زیادی در طراحی، ظرفیت، تولید و راندمان انها حاصل شده که امروزه به صورت گسترده در نیروگاه های حرارتی و نیز برخی از واحدهای صنعتی دیگر بکار گرفته می‌شوند.

     بخار سوپر هیتر ورودی به توربین که حاوی مقدار قابل ملاحظه‌ای انرژی حرارتی است در آنجا به انرژی جنبشی تبدیل شده و در نهایت بصورت کار مکانیکی برروی روتور بدل می‌گردد. مزایای عمده توربین بخار نسبت به سایر محرکهای مکانیکی سرعت بالا (توربین‌ های بخار در صورتی که مستقیماً با ژنراتور کوپل شوند، دارای دور 3000 RPM و در صورتی که از طریق جعبه دنده به هم مرتبط گردند، دور آنها می‌تواند بیشتر باشد)، ابعاد کوچک و امکان تولید قدرت بالای آنها می‌باشد.

     توربین‌ های ضربه‌ای و عکس‌العملی، اولین مدلهای توربین بخار بوده که در آنها بخار در جهت محوری پس از چندی برادران ژونگستروم نخستین توربین بخار شعاعی را که در آن منبسط می‌شود، بخار در جهت شعاعی منبسط می‌گردید را ابداع نمودند.

     توربین‌های ژونگستروم فاقد پره‌های ثابت هستند و از دودمیک متفاوت تشکیل یافته‌اند که برروی آنها چندین مرحله پره‌هایی در محیط دوایر متحدالمرکز نصب شده است. در اثر انبساط بخار پره‌ها و نیروی عکس‌العمل ناشی از آن دیسکها در دو جهت مختلف و با سرعتی یکسان شروع به چرخش می‌کنند، به این ترتیب هر کدام از آنها می‌توانند محرک یک ژنراتور باشند.

     امروزه اغلب توربین‌ های بخار دارای چندین مرحله انبساط بخار در پره‌ها هستند که پره‌های اولیه به صورت ضربه‌ای و پس از آن به صورت مخلوطی از ضربه‌ای و عکس‌العملی است.

 از نظر تعداد مراحل انبساط بخار، توربین‌ها به سه دسته تقسیم

می‌شوند :

     الف) توربین‌ های یک مرحله‌ای (HP : فشارقوی).

     ب) توربین‌ های دو مرحله‌ای (HP : فشارقوی و LP : فشار ضعیف).

     ج) توربین‌ های سه مرحله‌ای (HP : فشارقوی، IP : فشار متوسط و LP : فشار ضعیف).

     در توربین‌ های نوع اول : بخار پس از انبساط در انتهای پوسته وارد کندانسور می‌شود، در توربین‌های نوع اول LP و HP می‌توان گفت یکپارچه‌اند و در نوع دوم این عمل در دو پوسته جدا از هم صورت می‌گیرد و بخار خروجی از پوسته LP وارد کندانسور می‌گردد، در نوع سوم که برای واحدهای با قدرت بالا بود و بخار پس از انبساط در پوسته HP (فشارقوی) به بویلر بازگشته و در لوله‌های بار گرمایی می‌گیرد و پس از آن وارد پوسته IP (فشار متوسط) شده در نهایت بخار از این پوسته به پوسته LP (فشار ضعیف) فرستاده شده و از آنجا به کندانسور زیر می‌شود. البته توربین‌های مدرن امروزی با قدرت 600MW به بالا دارای دو پوسته LP مجزا از هم می‌باشند.

ژنراتور :

     جزئی از یک نیروگاه می‌باشد که برای تبدیل انرژی مکانیکی دوران شناخت ژنراتور به انرژی الکتریکی از آن استفاده می‌شود.

     ژنراتورهای موجود در نیروگاه بخاری (توربو ژنراتور) از نوع ژنراتور سه فاز سنکرون (همزمان یا دور ثابت) و معمولاً دو قطبه می‌باشد که از دو قسمت اساسی روتور و استاتور تشکیل گردیده است. ژنراتورها با قدرت‌های بالا اصولاً به صورت دو قطب ساخته می‌شوند که برای فرکانس 50Hz شبکه با سرعت 3000RPM می‌گردند ( ) که در آن n سرعت گردش روتور ژنراتور و f فرکانس شبکه و p تعداد جفت قطب می‌باشد. روتور ژنراتورها به صورت یک تکه فولاد نورد شده ساخته شده شیارهایی در جهت طولی روی آن وجود دارد و در این شیارها شمش‌هایی قرار داده شده است که بر اثر عبور جریان مستقیم ازداخل شمش‌ها، روتور به صورت آهنربا در می‌آید برای انتقال جریان تحریک به روتور از رینگ‌های لغزشی استفاده می‌شود. در داخل محیط استاتور ژنراتور سه سیم‌پیچ با همدیگر 120 مکانی اختلاف فاز دارند پیچیده شده است. بر اثر دوران روتور، فلوی مغناطیسی متغیری سیم‌پیچی‌های استاتور را قطع کرده و ولتاژ سه فازی در سیم‌پیچی‌ها استاتور القاء می‌کنند به طوری که هر چه مقدار جریان DC عبوری از روتور کم و زیاد شود ولتاژ القاء شده در سیم‌پیچ‌ها کم و زیاد می‌شود.

تحریک ژنراتور :

     به وجود اوردن ولتاژ تحریک از طریق اتصال به رینگ‌های لغزشی روتور ژنراتور توسط جاروبکها به وجود می‌آید، روشهای گوناگونی برای تحریک استاتور وجود دارد که اجمالاً به چند نوع آن اشاره می‌کنیم :

     1 تحریک توسط ژنراتور جریان دائم : در این روش ژنراتور جریان دائم مستقیماً روی روتور AC نصب گردیده که با چرخش ژنراتور AC در ژنراتور جریان دائم، ولتاژ مستقیم به وجود آمده روتور توسط جاروبکها به روتور ژنراتور وصل گشته به این ترتیب جریان تحریک ژنراتور تامین می‌نماید.

     2 تحریک تریستوری : در این روش از تریستور جهت یکسو کردن ولتاژ متناوب و تبدیل آن به ولتاژ مستقیم جهت تامین جریان تحریک استفاده می‌شود. بدیهی است که ولتاژ متناوب مستقیماً از خروجی ژنراتور توسط ترانسفورماتور تحریک تامین می‌شود. زاویه آتش تریستورها برای میزان کردن ولتاژ یکسو شده توسط رگولاتور انجام می‌شود.

     3 تحریک دینامیکی : در این روش از یک موتور آسنکرون جداگانه برای به حرکت درآوردن روتور یک ژنراتور جریان مستقیم استفاده می‌شود، جریان مستقیم تولید شده جریان تحریک ژنراتور را تامین می‌کند.

     4 ژنراتور بدون جارو : در این روش در روی ژنراتور، یک ژنراتور سه فاز با قطب‌های خارجی کوپل نموده‌اند. جریان متناوب در سیم‌پیچ روتور این ژنراتورها توسط دیودهای سیلیسیم که در روی محور جا داده شده است، با محور با محور روتور به چرخش در‌ می‌آید یکسو شده و پس از تبدیل به جریان دائم، توسط کابلی که از داخل محور ژنراتور عبور می‌کند به سیم‌پیچی تحریک ژنراتور هدایت می‌گردد لازم به توضیح است روشهای 1 و 3 و 4را تحریک دینامیکی و روش 1 را تحریک استاتیکی می‌نامند.

حفاظت ژنراتور :

     ژنراتورها مهمترین و با ارزشترین دستگاههای نیروگاه ها می‌باشند و نقص داخلی آنها علاوه بر زیانی که به خود ژنراتور وارد می‌کند باعث قطع شدن قسمت زیادی از انرژی نیروگاه می‌گردد وظیفه دستگاههای حفاظتی ژنراتور پیدا نمودن خطا در مراحل ابتدائی است و در صورت لزوم قطع ژنراتور از شبکه و برداشتن تحریک می‌باشد اصولاً خطاهایی که در ژنراتور اتفاق می‌افتد یا در اثر کمبود و نقصان ایزولاسیون و عایقبندی قسمتی از سیم‌پیچ ژنراتور و کابلهای ارتباطی آن است و یا بستگی به عوامل خارجی دیگر دارد، لذا حفاظت ژنراتور به دو دسته تقسیم می‌شود :

     1- حفاظت در مقابل خطاهای داخلی : این خطاها ممکن است در سیم‌پیچ استاتور مثل اتصال بین دو فاز و اتصال حلقه و اتصال زمین رخ دهد و یا در روتور مثل اتصال زمین و اتصال حلقه و قطع تحریک اتفاق بیفتد.

     2- حفاظت در مقابل خطرات خارجی : این خطاها ممکن است در شبکه پیش آید، مانند اتصال کوتاه در شبکه و بار نامتعادل و ازدیاد ولتاژ در اثر برداشتن قسمت بزرگی از بار ژنراتور، یا ممکن است در وسیله گرداننده روتور ژنراتور پیش آید، مثل خراب شدن توربین و قطع بخار وسایل حفاظتی. باید سریعاً قسمت معیوب و اتصالی شده را پیدا کرده و نه تنها ژنراتور را از شبکه خارج کند بلکه انرژی که سبب اتصالی و خطا شده است را نیز از بین ببرد و علاوه بر ان تحریک را قطع کند و دستگاه خاموش کننده جرقه را بکار اندازد تا از خسارت به ژنراتور جلوگیری شود.

سنکرونیزم :

     ژنراتورها اصولاً به تنهایی کار نمی‌کنند بلکه تعدادی از آنها بطور موازی شبکه فیزیکی را تغذیه می‌کنند لذا قبل از وصل کردن ژنراتور به ژنراتور دیگر یا شبکه دیگر، باید شرایط زیر برقرار باشد :

1- برابری ولتاژ ها.   

2- برابری فرکانس ها.    

3- برابری فاز اختلاف سطح‌ ها.

4- ترتیب صحیح فازها.

     همانطور که قبلاً گفته شد برابر کردن ولتاژ ژنراتور با ولتاژ شبکه توسط تغییر دادن مقدار جریان تحریک ژنراتور عملی است و برابر کردن فرکانس ها توسط تعداد دور توربین انجام می‌پذیرد. برای کنترل آن از دو ولت‌ متر و فرکانس‌ متر نشان دهنده استفاده می‌شود که اغلب به صورت ولت‌متر و فرکانس‌ متر دوبل در نیروگاه بکار می‌رود . جهت رفع اختلاف فاز ولتاژ ها در نیروگاههای کوچک از لامپ های خاموش و یا روشن و نیز در نیروگاههای مدرن از سنکرون اسکوپ استفاده می‌شود. اگر ژنراتوری که باید با شبکه پارالل شود سریع و یا آهسته‌تر از حد معمول بچرخد عقربه سنکرون اسکوپ به جهت چپ یا راست منحرف می‌شود که شرایط مطلوب واقعی وقتی است که عقربه سنکرون اسکوپ روی صفر بایستد.

ترانسفورماتور :

     اصول کار ترانسفورماتور عبارت است از دستگاه الکترو مغناطیسی ساکنی که برای تبدیل انرژی الکتریکی جریان متناوبی از یک ولتاژ به ولتاژ دیگر با ثابت ماندن فرکانس بکار می‌رود.

     بطور کلی می‌توان گفت که در ترانسفورماتور انتقال انرژی الکتریکی از مدار اولیه به ثانویه بواسطه میدان مغناطیسی هسته انجام می‌شود با توجه به اینکه مدارهای اولیه و ثانویه از نظر الکتریکی نسبت به یکدیگر عایق می‌باشند ترانسفورماتورها یکی از عناصر مهم مدار های الکتریکی به شمار می‌آیند که امکان بوجود آوردن یک سیستم ساده انتقال و توزیع با ولتاژهای مختلف را فراهم می‌کنند.