Αναλυτική μελέτη περίπτωσης για τη μελέτη, το σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών από την εταιρεία “Kiefer”
ΑΡΘΡΟ ΤΟΥ Κ. ΙΩΑΝΝΗ ΧΑΡΙΤΟΥ*
Κατασκευάσαμε παράλληλα τέσσερις υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Στους δύο εγκαταστήσαμε υδροστρόβιλους τύπου Pelton και στους άλλους δύο τύπου Kaplan.
Η βασική διαφορά των δυο αυτών τύπων αναφορικά πάντα με τον εκάστοτε πίνακα αυτοματισμού που χρειάστηκε να υλοποιήσουμε, είναι το γεγονός ότι στους μεν Pelton έχεις μία ποσότητα νερού με μεγάλη πίεση, την οποία πρέπει να κατανείμεις στα πτερύγια του υδροστρόβιλου, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα νερού που έχεις την εκάστοτε στιγμή, μεταβάλλοντας μονάχα τον αριθμό των εγχυτήρων και τη διάμετρό τους, χωρίς τη μεταβολή των πτερυγίων του στροβίλου.
Αντίθετα στους Kaplan, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα του νερού, μεταβάλλουμε τη θέση των πτερυγίων του στροβίλου καθώς και των πτερυγίων εισαγωγής νερού που περιβάλλουν το στρόβιλο. Για τους στροβίλους τύπου Pelton χρησιμοποιήσαμε δύο υδραυλικές μονάδες. Μία για τον έλεγχo της κεντρικής βάνας του αγωγού, που οδηγεί το νερό από την υδροληψία του σταθμού στον στρόβιλο, και μία υδραυλική μoνάδα που αυξομειώνει τη διατομή των εγχυτήρων που στέλνουν το νερό στα πτερύγια του στροβίλου.
Εργασίες λειτουργίας
Βασικός ρόλος της κεντρικής βάνας είναι σε περιπτώσεις κατά τις οποίες υπάρχει ανάγκη για διακοπή της παροχής νερού, πέρα από το άνοιγμα και κλείσιμο της παροχής ταυ νερού, να ελέγχει και να διατηρεί χαμηλά τις δυνάμεις ταυ υδραυλικού πλήγματος που δέχονται ο αγωγός και οι σωλήνες των εγχιπήρων.
Ο γενικό: πίνακας ελέγχου και λειτουργίας του σταθμού πραγματοποιεί τις ακόλουθες εργασίες:
- Θέτει σε λειτουργία την υδραυλική μονάδα ελέγχου εγχυτήρων νερού, ανάλογα με την ποσότητα νερού που υπάρχει στην υδροληψία. Την πληροφορία αυτή την λαμβάνει από αισθητήρα, ο οποίος μετρά το ύψος του νερού, εντός δεξαμενής που βρίσκεται ακριβώς πριν την είσοδο του νερού στον αγωγό τροφοδοσίας του σταθμού. Οι εγχυτήρες νερού στον σταθμό είναι πέντε στο σύνολο. Έχοντας την πληροφορία για την ποσότητα νερού στην υδροληψία, αυτόματα ανοίγουμε και κλείνουμε αντίστοιχα εγχυτήρες, ενώ παράλληλα με αναλογικούς αισθητήρες βλέπουμε ποσοστιαία το μέγεθος ανοίγματος/κλεισίματος του εκάστοτε εγχυτήρα. Έτσι αυτόματα σε μειωμένη παροχή νερού μειώνουμε τους ανοιχτούς εγχυτήρες, και διατηρούμε ανοιχτούς αυτούς που επαρκούν για τη λειτουργία του σταθμού. Σε περιπτώσεις διακοπής, η ίδια υδραυλική μονάδα σπρώχνει ένα εμπόδιο σε θέση μπροστά από τους εγχυτήρες. Ένας μεταλλικός ανακλαστήρας αποτρέπει την πρόσκρουση του νερού στα πτερύγια ταυ στροβίλου, μέχρι να σφραγίσουν και οι πέντε εγχυτήρες επιτυγχάνεται η σταδιακή μείωση των στροφών της γεννήτριας, χωρίς την αύξηση των δυνάμεων του υδραυλικού πλήγματος.
- Παράλληλα με τον έλεγχο της υδραυλικής μονάδας ελέγχου εγχυτήρων νερού, σε περιπτώσεις κατά τις οποίες ο σταθμός πρέπει να σταματήσει, για παράδειγμα διακοπή δικτύου, πολύ χαμηλή παροχή νερού στην υδροληψία, θέτει σε λειτουργία την υδραυλική μονάδα ελέγχου της γενικής βάνα: του σταθμού, για την άμεση διακοπή της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, με τη διακοπή της τροφοδοσίας νερού στον στρόβιλο. Συγχρόνως διακόπτει τη λειτουργία της γεννήτριας και μειώνει ομαλά την ταχύτητα περιστροφή αυτής.
- Όλες οι υδραυλικές μονάδες έχουν αισθητήρες θερμοκρασίας λαδιού καθώς και άνω και κάτω όρια στάθμης λαδιού. Σε χαμηλές θερμοκρασίες θέτει σε λειτουργία αντιστάσεις θέρμανσης εντός του δοχείου λαδιού των μονάδων. Λαμβάνει πληροφορίες για την πλήρωση λαδιού. Μπορεί ακόμα και να θέσει το σταθμό εκτός, εάν δεν τηρούνται τα όρια των θερμοκρασιών και της στάθμης του λαδιού εντός των επιθυμητών.
- Ελέγχει και θέτει σε λειτουργία μία παρακαμπτήρια ηλεκτρική βάνα η οποία βρίσκεται μεταξύ κεντρικού αγωγού και των 5 αγωγών εγχυτήρων, σε θέση παράλληλη με την κεντρική βάνα ταυ σταθμού, ο ρόλος της οποίας είναι η εξισορρόπηση της πίεσης ανάμεσα σε αυτά τα δύο σημεία, καθώς και η μέτρηση της πίεσης, η οποία γίνεται από αισθητήρα μετά την κεντρική βάνα.
- Συγχρονίζει τη γεννήτρια με το δίκτυο. Κατά την εκκίνηση της γεννήτριας και αφότου αναπτύξει αυτή τις ονομαστικές της στροφές, ο πίνακας αναλαμβάνει να κλείσει το γενικό διακόπτη χαμηλής τάσης, ο οποίος συνδέει την παραγόμενη ισχύ της γεννήτριας με το δίκτυο, παράλληλα με τη βοήθεια ενός ηλεκτρονόμου στην χαμηλή τάση. Σύμφωνα με όρια που έχουν τεθεί από τον εκάστοτε διαχειριστή δικτύου, αντιδρά ανάλογα, επεμβαίνοντας στη λειτουργία της γεννήτριας.
- Λαμβάνει πληροφορίες από το μετασχηματιστή ανύψωσης, στην προκειμένη περίπτωση 0,6/20kV, για τη θερμοκρασία του, την πίεση και τη στάθμη λαδιού του, και αντίστοιχα επεμβαίνει με διακοπή λειτουργίας της γεννήτριας, και μέσω του απομακρυσμένου συστήματος παρακολούθησης ενημερωνόμαστε για τυχόν σφάλματα ώστε να επέμβουμε.
- Ελέγχει τις θερμοκρασίες χώρου μετασχηματιστών και μηχανοστασίου, και θέτει σε λειτουργία εξαναγκασμένη μονάδα ψύξης του εκάστοτε χώρου.
Γεννήτρια και υδροληψία
Σε άμεση συνεργασία με το σταθμό στον οποίο είναι εγκατεστημένη η γεννήτρια, βρίσκεται και η υδροληψία, στην οποία υπάρχουν μία σειρά από ηλεκτρικά και υδραυλικά θυροφράγματα, που σκοπό έχουν τον καθαρισμό του νερού το οποίο φτάνει στο σταθμό.
Τα θυροφράγματα ελέγχονται τοπικά, διά μέσου πίνακα ο οποίος ελέγχει την κατάσταση των θυροφραγμάτων (ανοιχτά ή κλειστά), καθώς και τυχόν σφάλματα, όπως εμπλοκή στο άνοιγμα ή κλείσιμο που μπορεί να δημιουργηθεί από φερτά εμπόδια τα οποία δύναται να εισέλθουν εντός του εξαμμωτή.
Εντός οικίσκου στην υδροληψία είναι εγκατεστημένος ένας αυτόματος καθαριστής σχαρών, ο οποίος αποτελείται από ένα μεταλλικό βραχίονα, με μία βούρτσα στην άκρη του διαστάσεων ίσων με την τελική σχάρα. Υδραυλικές βάνες ελεγχόμενες ηλεκτρικά πραγματοποιούν μία σειρά από κινήσεις πάνω στην τελική σχάρα καθαρισμού του νερού, το οποίο οδηγείται στον κεντρικό αγωγό του σταθμού, με σκοπό τον καθαρισμό φερτών τα οποία επιπλέουν και μπορούν να αποτελέσουν εμπόδιο ή ακόμα και να εισέλθουν στον αγωγό.
Μικρότερο μέρος καταλαμβάνει ο αυτοματισμός που πραγματοποιεί τη ζεύξη και απόζευξη της μέσης τάσης που έρχεται από δίκτυο με τους δύο μετασχηματιστές του σταθμού.
Ο μετασχηματιστής υποβιβασμού service σκοπό έχει να τροφοδοτήσει έναν πίνακα χαμηλής τάσης με δευτερεύοντα φορτία (όπως με το φωτισμό του κτιρίου του σταθμού που βρίσκεται η γεννήτρια, το συναγερμό, τις κάμερες), αλλά και με υψίστης σημασίας φορτία αδιάλειπτης ισχύος (όπως για το σύστημα απομακρυσμένης παρακολούθησης και λειτουργίας της παραγωγικής διαδικασίας, το γενικό πίνακα ελέγχου και λειτουργίας του σταθμού, καθώς και τον αυτοματισμό των πινάκων μέσης τάσης). Ο κύριος μετασχηματιστής ανύψωσης σκοπό έχει τη διάθεση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από τη γεννήτρια στο δίκτυο μέσης τάσης.
Με τη βοήθεια ενός ηλεκτρονόμου μέσης τάσης, ο αυτόματος γενικός διακόπτης ανοίγε ή κλείνει κατά περίπτωση αυτόματα, χωρίς κανένα τοπικό χειρισμό. Τα όρια τα οποία είναι εγκατεστημένα στoν ηλεκτρονόμο, έχουν θεσπισθεί από το διαχειριστή του εκάστοτε τοπικού δικτύου μέσης τάσης.
Σε περιπτώσεις σφαλμάτων των μετασχηματιστών πραγματοποιείται αυτόματη απόζευξη του εκάστοτε μετασχηματιστή.
Έλεγχος και ανθρώπινη παρέμβαση
Με τη χρήση VPN, μπορούμε να ελέγχουμε και να επέμβουμε στην παραγωγική διαδικασία, να παρακολουθούμε την κατάσταση των μετασχηματιστών, τις καταστάσεις των αυτόματων διακοπτών μέσης και χαμηλής τάσης, τη λειτουργία των υδραυλικών μονάδων και των θυροφραγμάτωντις ποσότητες του νερού στην υδροληψία, τις θερμοκρασίες των χώρων του σταθμού, καθώς την πίεση του νερού που φτάνει στο σταθμό, ενώ παράλληλα λαμβάνουμε μνήματα για οποιοδήπστε πιθανό σφάλμα μπορεί να προκύψει.
Τέλος, η μοναδική διαφορά στους σταθμούς που κατασκευάσαμε, τύπου Kaplan, πάντα αναφορικά με το κομμάτι του αυτοματισμού, είναι το γεγονός ότι υπάρχει μονάχα μία υδραυλική μονάδα, που σκοπό έχει τη διαχείριση της εισαγωγής του νερού με την αλλαγή της κατάστασης των εξωτερικών πτερυγίων του στροβίλου, και όχι των εγχυτήρων νερού, όπως σε αυτή των Pelton, καθώς και μία επιπλέον δυνατότητα: αυτή της ρύθμισης των πτερυγίων του στροβίλου, πάντα αναλόγως της διαθέσιμης ποσότητας νερού την εκάστοτε στιγμή. ■
*Ο κ. Ιωάννης Χαρίτος Είναι υπεύθυνος Κατασκευής Έργων της “Κiefer” E.Π.Ε.
Πηγή: Μετάδοση Ισχύος-Τεύχος Μαρτίου-Απριλίου
