مدارهای كنترل سیستم های نیروگاه

بنا بر تعریف سیستم های كنترل از اجزائی تشكیل شده اند كه در ارتباط با یكدیگر كار خاصی را در جهت هدفی معین انجام می دهند. بنابراین یك واحد نیروگاهی به عنوان یك سیستم تبدیل و تولید انرژی دارای مشخصه های فوق می باشد. هدف ار كار نیروگاه تبدیل انرژی شیمیائی موجود در سوخت به انرژی الكتریكی مورد نیاز جامعه است و در این رابطه ورودی اصلی نیروگاه سوخت و میزان انرژی الكتریكی تولیدی خروجی آن میباشند. ارتباط بین ورودی و خروجی را كار یك نیروگاه گویند.اجزاء اصلی نیروگاه عبارتند از بویلر ،‌ توربین و ژنراتور.
كنترل بویلر - كنترل احتراق - كنترل آب تغذیه - كنترل درجه حرارت -  كنترل توربین

نمایی از نیروگاه توس مشهد مقدّس


كنترل بویلر - كنترل احتراق - كنترل آب تغذیه - كنترل درجه حرارت - كنترل توربین

كنترل بویلر

منظور از كنترل بویلر تنظیم شرائط بخار خروحی بویلر از نظر دبی ، فشار و درجه حرارت میباشد. ورودیهای بویلر به طور كلی عبارتند از سوخت ،‌هوا و آب تغذیه كه با توجه به این ورودیها عمده خروجی بویلر درجه حرارت بخار سوپرهیت می باشد.

كنترل احتراق

سیگنال اصلی كنترل بویلر (بویلر مستر) بر سه پارامتر مهم بایستی تاًثیر داشته باشد كه عبارتند از سوخت هوا و آب ، و تقدم تاُخر اثر آنها با اهمیت می باشد مثلاً قبل از ورود سوخت ،‌ بایستی هوا به بویلر وارد شده باشد و برای كم كردن بار واحد ابتدا سوخت كم می شود و سپس هوا ،‌ این عمل توسط سیستم محدود كننده ضربدری - Cross limit انجام می شود و سیگنالهای خروجی این سیستم به عنوان نقطه تنظیم Set point حلقه كنترل سوخت و هوا استفاده می شود.

برای كنترل سوخت می توان از مدار روبرو استفاده كرد. این سیستم بسیار گران و غیر اقتصادی است و از آن استفاده چندانی نمی شود زیرا فشار سوخت را نمی توانیم زیاد بالا ببریم لذاست كه سوخت را در یك حلقه به گردش درآورده و علاوه بر كنترل فشار (توسط شیركنترل در مسیر برگشت سوخت).

اثر اصطكاك استاتیكی مایع سوخت را خنثی نموده و سوخت می تواند بدون تاًخیر در موقع نیاز وارده مشعل شود.
در بعضی موارد سوخت را قبل از گرمكن به مسیر برگشت هدایت نموده تا سوختی كه مصرف نمیشود گرم نشده و در انرژی صرفه جوئی شود. شكل مدار این مسیر بشكل روبرو می باشد. كنترل سوخت برگشتی توسط كنترل والو مربوطه صورت می گیرد كه فرمان این شیر یا از فشار بعد از هیتر صادر می شود و یا از موقعیت والو اصلی مسیر برگشت.

در استفاده از سوخت گازی بخاطر حجم زیاد سوخت معمولاً در مسیر برگشت از دو كنترل والو به صورت موازی استفاده می شود.
برای كنترل هوا معمولاً چند مشعل تواماً كنترل می شوند و كنتر موردی وجود دارد كه تمام مشعلها یك جا كنترل شوند.
البته كنترل تك تك مشعلها حالت خوبی به نظر می رسد ولی بخاطر مسائل تكنولوژیكی مقرون به صرفه نمی باشد. به جهت اینكه فشار هوا قبل از مشعلها بایستی ثابت باشد (بدون توجه به تعداد آنها) لذا فشار هدر اندازه گیری شده و فرمان لازم را برای دمپرهای پس از فنها ارسال می دارد.

كنترل آب تغذیه

هدف از كنترل آب تغذیه تنظیم دبی آب تغذیه بگونه ای می باشد كه سطح آب درام در تمام شرائط در یك حد مشخصی باقی بماند. یكی از روشها این است كه فشار درام را اندازه گیری كرده با ست پوینت مقایسه شده و به كنترل والو سرعت پمپ (كوپلینگ هیدرولیكی) اعمال شود. از طرفی چون عمل این كوپلینگ كند است از یك حلقه كنترل سریع در داخل یك حلقه كنترل كند استفاده
میشود. در وهله اول كه احتیاج به دبی آب كم داریم كنترل روی والو انجام می گیرد و اگر دبی زیاد نیاز باشد كنترل روی دور پمپ انجام می شود. برای كنترل بهتر از دو والو موازی استفاده می شود كه برای درصدی از بار از والو رنج پائین و برای بقیه بار از والو رنج بالا استفاده می شود. به علت حساسیت و خطاهای اندازه گیری ،‌سیستم كنترل آب تغذیه را پیچیده ترین حلقه های كنترل می باشد كه معمولاً
از مدار كنترل سه عنصری (سطح درام ،‌ فلوی بخار ، فلوی آب تغذیه)‌ استفاده میشود.

كنترل درجه حرارت

درجه حرارت بخار خروجی از بلویلر بایستی ثابت باشد شكل عمده ،‌تاًخیر موجود در سیستم است. برای اینكه این تاًخیر را كم كنیم درجه حرارت قبل از سوپرهیتر اندازه گیری می شود تا تغییر در
درجه حرارت خروجی زودتر حدس زده شود چون امكان دارد بخار هنگام عبور از لوله های سوپرهیتر با دمای متفاوت خارج گردد لذا از دو طرف سوپرهیت اندازه گیری درجه حرارت انجام می شود. چون ممكن است كه آب اسپری نتواند درجه حرارت را كنترل كند از سیستم های كمكی استفاده می شود این سیستم ها عبارتند از G.R.FAN و تغییر زاویه مشعلها كه فقط در بویلرهائی كه مشعلها در گوشه های بویلر قرار دارند استفاده می شود و با تغییر زاویه مشعلها انرژی تشعشعی تغییر داده می شود.

كنترل توربین

خروجی كنترل شونده در یك توربین دور آن بوده و ورودی كنترل كننده میزان دبی بخار ورودی با كیفیت ثابت (درجه حرارت ،‌چگالی ،‌ …) می باشد. مكانیزم كنترل توربین هیدرولیكی است كه روغن آن توسط پمپ تاًمین می شود. سیستم های هیدرولیكی مینیمم گیر هستند یعنی آن سیستم كنترل كه كمترین فشار روغن كنترل را داشته باشد در كنترل گاورنینگ والوها دخالت می كند.
فرمان والو ورودی توربین از حلقه كنترل هیدرولیك صادر می شود. حلقه كنترل توربین مطابق شكل زیر می باشد. از عوامل مؤثر روی حلقه كنترل فشار قبل از والو می باشد تا در اثر زیاد باز شدن والو افت فشار بیش از حد ایجاد نگردد. سرعت و شتاب توربین بسیار مهم هستند و در حلقه كنترل مؤثر می باشند (حلقه های كنترل سرعت و شتاب). فشار كندانسوز برای توربین محدودیت ایجاد می كند و در كار آن مؤثر است (حلقه كنترل فشار كندانسوز) كنترل بار از عوامل مهم و مؤثر در كار توربین است. درجه حرارت طبقات آخر توربین LP بخصوص موقعی كه توربین بی بار كار میكند بسیار بالا می رود و حتی احتمال ذوب شدن آنها می رود و بایستی بوسیله سیستم كنترلی بتوان با پاشیدن آب آن را خنك كرد.