پارالل کردن دیزل ژنراتور یا سنکرون سازی به معنای اتصال دو یا چند دیزل ژنراتور به صورت همزمان برای کار با یکدیگر به منظور تأمین بار بیشتر، افزایش قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری سیستم است. این عملیات به صورت دقیق و کنترل‌شده انجام می‌شود تا ژنراتورها بدون اختلال در کار یکدیگر به شبکه متصل شوند.
سنکرون سازی دیزل ژنراتور چیست؟
سنکرون‌سازی دیزل ژنراتور فرآیندی است که طی آن ژنراتور دیزلی به طور دقیق با یک یا چند ژنراتور دیگر یا با شبکه برق سراسری هماهنگ می‌شود تا بتوانند با هم به صورت همزمان و بدون تداخل کار کنند. با پارالل کردن دیزل ژنراتور، می‌خواهیم اطمینان حاصل کنیم ژنراتور جدیدی که وارد مدار می‌شود، از نظر ولتاژ، فرکانس، ترتیب فاز و زاویه فاز دقیقاً با شبکه یا ژنراتورهای موجود مطابقت دارد.
چهار شرط اصلی برای سنکرون کردن صحیح دیزل ژنراتور
- ولتاژ برابر: ولتاژ خروجی ژنراتور باید با ولتاژ شبکه یا ژنراتور دیگر برابر باشد.
- فرکانس برابر: فرکانس ژنراتور (مثلاً 50 هرتز) باید با فرکانس شبکه مطابقت داشته باشد.
- زاویه فاز برابر (یا نزدیک): شکل موج خروجی باید هم‌‌فاز با شبکه باشد تا ضربه‌ای وارد نشود.
- ترتیب فاز یکسان: ترتیب اتصال فازها باید دقیقاً مطابق باشد؛ در غیراینصورت، باعث ایجاد جریان‌های مخالف می‌شود.
مزایای پارالل کردن دیزل ژنراتور
مزایای سنکرون کردن دیزل ژنراتور از نظر فنی، اقتصادی و عملیاتی بسیار قابل توجه است.
مزایای فنی
- افزایش ظرفیت تولید برق: ترکیب چند ژنراتور برای رسیدن به توان کلی بیشتر، بدون نیاز به خرید یک ژنراتور بزرگ.
- تقسیم بار: بار مصرفی به صورت یکنواخت بین ژنراتورها تقسیم می‌شود که باعث عملکرد بهتر و عمر بیشتر تجهیزات می‌گردد.
- پایداری و اطمینان بالا: در صورت خرابی یکی از ژنراتورها، بقیه می‌توانند به تنهایی ادامه کار دهند و سیستم دچار خاموشی نمی‌شود.
مزایای اقتصادی
- صرفه‌جویی در مصرف سوخت: در بارهای کم، فقط تعداد کمی از ژنراتورها روشن می‌شوند که مصرف سوخت را بهینه می‌کند.
- کاهش هزینه نگهداری و استهلاک: استفاده متناوب از ژنراتورها باعث توزیع استهلاک و کاهش فشار کاری بر هر دستگاه می‌شود.
- قابلیت توسعه مرحله‌ای: امکان افزایش ظرفیت سیستم در آینده با افزودن ژنراتور جدید، بدون نیاز به تعویض کامل سیستم وجود دارد.
مزایای عملیاتی
- انعطاف‌پذیری در تأمین بارهای متغیر: در پروژه‌هایی که بار مصرفی در طول روز تغییر می‌کند، سیستم به‌راحتی با تغییر تعداد ژنراتورهای فعال تنظیم می‌شود.
- امکان تعمیر بدون توقف سیستم: می‌توان یک ژنراتور را از مدار خارج کرد و تعمیرات انجام داد، بدون اینکه کل سیستم خاموش شود.
- بهبود کیفیت توان الکتریکی: در صورت تنظیم صحیح، نوسانات ولتاژ و فرکانس کاهش می‌یابد.
تجهیزات مورد نیاز برای پارالل کردن دیزل ژنراتور
برای پارالل کردن دیزل ژنراتورها، تجهیزات خاصی نیاز است تا اطمینان حاصل شود ژنراتورها به درستی و به طور ایمن با یکدیگر سنکرون شده و به شبکه متصل می‌شوند.
- کنترلر پارالل یا سنکرونایزر: کنترلر پارالل یا سنکرونایزر یکی از اصلی‌ترین تجهیزات در سنکرون کردن دیزل ژنراتورها است. این کنترلر وظیفه دارد که ژنراتور جدید را قبل از اتصال به سیستم، از نظر ولتاژ، فرکانس و زاویه فاز، با ژنراتورهای فعال یا شبکه برق همزمان کند.
- برد کنترل ژنراتور: هنگام سنکرون سازی، مدیریت عملکرد موتور دیزل و ژنراتور بر عهده برد کنترل ژنراتور است. بسیاری از کنترلرهای جدید، این برد را همراه دارند و استارت، توقف، نمایش خطاها و پارامترهای عملیاتی را کنترل می‌کند.
- رله سنکرون‌چک: بررسی هماهنگی صحیح بین ژنراتورها قبل از اتصال آن‌ها به شبکه یا یکدیگر، بر عهده رله سنکرون‌چک است. این قطعه، در صورت عدم تطابق، از وارد مدار شدن ژنراتور جلوگیری می‌کند و به نوعی نقش محافظ ایمنی را دارد.
- کلیدهای قطع و وصل: همانطور که از نام آن برمی‌آید، این کلیدها برای اتصال ژنراتورها به باس‌بار یا شبکه و یا قطع اتصال ژنراتورها کاربرد دارند. همچنین، این کلیدها قابلیت باز و بسته شدن هماهنگ‌شده توسط سیستم کنترلی را دارا هستند.
- کابل‌های ارتباطی و دیتا لینک: هنگام پارالل کردن ژنراتورها، برای ارتباط بین کنترلرها و تبادل اطلاعات، از کابل‌های ارتباطی و دیتا لینک مانند CAN، RS485 یا Ethernet استفاده می‌شود. در کل، بسته به نوع کنترلر، از پروتکل‌های خاص استفاده می‌شود.
- تابلو سنکرون: تابلو سنکرون متشکل از مجموعه‌ای از تجهیزات کنترلی و حفاظتی در یک تابلو واحد است. تابلو سنکرون اغلب شامل کنترلر، رله‌ها، نمایشگرها و کلیدها است.
- باس‌بار مشترک: باس‌بار نقطه اتصال خروجی ژنراتورها است. طراحی باس‌بار باید متناسب با توان و جریان کل سیستم باشد.
- سیستم ماینتورینگ: این سیستم وضعیت همزمان چند ژنراتور را نمایش می‌دهد و توان، ولتاژ، فرکانس، بار و هشدارها از طریق نمایشگر مرکزی سیستم، ماینتورینگ می‌شوند.
انواع سنکرون سازی ژنراتور
سنکرون‌سازی دیزل ژنراتور می‌تواند در انواع مختلفی، بسته به نوع سیستم و نیاز پروژه، انجام شود. هر روش مزایا، معایب و کاربردهای خاص خود را دارد. انواع سنکرون سازی ژنراتور عبارتند از:
- سنکرون سازی دستی
- سنکرون سازی نیمه خودکار
- سنکرون سازی خودکار
- سنکرون سازی با شبکه برق شهری
سنکرون سازی دستی
سنکرون‌سازی دستی فرآیندی است که در آن اپراتور، ژنراتور را به صورت دستی با شبکه برق یا ژنراتور دیگر سنکرون می‌کند. این روش به ابزارهای ساده‌ای نیاز دارد و معمولاً در سیستم‌های کوچک یا موقت استفاده می‌شود. در این روش، اپراتور با کمک ابزارهایی مانند ولت‌متر، فرکانس‌متر و لامپ سنکرون، ژنراتورها را به صورت دستی تنظیم و به شبکه یا ژنراتور دیگر متصل می‌کند.
از مزایای سنکرون سازی دستی، می‌توانیم هزینه اولیه پایین و سادگی برای سیستم‌های کوچک را نام ببریم. در مقابل، این روش زمان‌بر است، احتمال خطای انسانی وجود دارد و نیاز به اپراتور ماهر خواهید داشت.
سنکرون سازی نیمه خودکار
سنکرون‌سازی نیمه‌خودکار، ترکیبی از عملکرد دستی و اتوماتیک در فرآیند سنکرون کردن دیزل ژنراتور با شبکه یا ژنراتورهای دیگر است. در این روش، تنظیمات اصلی (ولتاژ، فرکانس و فاز) به صورت اتوماتیک توسط کنترلر انجام می‌شود، اما فرمان نهایی اتصال به شبکه یا باس‌بار توسط اپراتور داده می‌شود.
به دلیل تنظیم خودکار ولتاژ و فرکانس، سنکرون سازی نیمه خودکار دقت بالاتری دارد. در این روش، خطای انسانی نسبت به سنکرون‌سازی کامل دستی کاهش می‌یابد. سنکرون سازی نیمه خودکار مناسب برای پروژه‌های متوسط با نیاز به کنترل بیشتر است و امکان بررسی و تصمیم‌گیری توسط اپراتور قبل از ورود ژنراتور به مدار وجود دارد.
سنکرون سازی خودکار
سنکرون‌سازی خودکار پیشرفته‌ترین، دقیق‌ترین و ایمن‌ترین روش برای پارالل کردن دیزل ژنراتورها با یکدیگر یا با شبکه برق شهری است. در این روش، تمام مراحل، از راه‌اندازی ژنراتور تا سنکرون‌سازی و اتصال به شبکه، توسط کنترلر هوشمند و بدون دخالت انسانی انجام می‌شود.
سنکرون‌سازی خودکار دقت و سرعت بالایی دارد و نیازی به دخالت اپراتور نیست. همچنین، با این روش، می‌توان از قطعی یا نوسان برق در حین انتقال جلوگیری کرد و امکان کنترل و بررسی وضعیت از راه دور نیز وجود دارد. البته، سنکرون سازی خودکار به دلیل نیاز به تجهیزات پیشرفته، هزینه اولیه بالاتری دارد و همچنین، نیازمند برنامه‌نویسی دقیق کنترلرها در مرحله نصب است.
سنکرون سازی با شبکه برق شهری
در فرآیند سنکرون‌سازی با شبکه برق شهری، دیزل ژنراتور به‌گونه‌ای کنترل می‌شود که ولتاژ، فرکانس و فاز خروجی آن دقیقاً با مشخصات شبکه برق شهری هماهنگ شود و سپس، به آن متصل گردد. این تکنولوژی برای تأمین همزمان برق با شبکه، کاهش بار مصرفی از شبکه یا در برخی موارد تزریق برق به شبکه استفاده می‌شود.
با این روش، انتقال بدون وقفه بین ژنراتور و شبکه برق برقرار می‌شود و می‌توان هزینه برق را در ساعات اوج مصرف کاهش داد. از سایر مزایای سنکرون‌سازی با شبکه برق، می‌توانیم به بهینه‌سازی مصرف سوخت، افزایش پایداری شبکه داخلی و قابلیت اتصال به سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر را نام ببریم. در مقابل، این روش هزینه بالایی دارد و خطر برگشت برق به شبکه در شرایط خاص وجود دارد. همچنین، پارالل کردن ژنراتور با شبکه برق شهری، نیاز به طراحی دقیق دارد تا تنظیمات کنترلرها بسیار دقیق انجام شوند.
مراحل پارالل کردن دیزل ژنراتور
- راه‌اندازی ژنراتور: ژنراتور دوم یا ژنراتورهای بعدی را استارت کرده و صبر می‌کنیم تا به حالت پایدار برسد.
- تنظیم ولتاژ: با استفاده از AVR یا تنظیمات کنترلر، ولتاژ خروجی ژنراتور را با ولتاژ باس یا شبکه مقصد برابر می‌کنیم.
- تطابق فاز و زاویه فاز: فاز ژنراتور باید با فاز سیستم هم‌راستا باشد. برای بررسی، از لامپ‌های سنکرون، سینکروسکوپ یا کنترلر دیجیتال استفاده می‌شود.
- بررسی اختلاف فاز: اگر سرعت چرخش فاز (مثلاً عقربه سینکروسکوپ) خیلی سریع باشد، ممکن است لحظه مناسب برای اتصال را از دست بدهید. باید در حالتی که سینکروسکوپ روی عدد 12 (یا فاز صفر) است، عملیات اتصال انجام شود.
- وصل کردن کلید خروجی ژنراتور به سیستم: زمانی که تمام پارامترها هماهنگ شدند، دستور وصل، به صورت دستی یا خودکار، داده می‌شود.