लेखक: पॉल सी. बडिंग, पी.इंजी. सदस्य, आईईईई यूनिवर्सल डायनेमिक्स लिमिटेड 100 - 13700 अंतर्राष्ट्रीय स्थान रिचमंड, बीसी वी6वी 2एक्स8 कनाडा
कॉपीराइट सामग्री आईईईई – पेपर नं. पीसीआईसी 2002-11
मैं. परिचय
यह केस अध्ययन उत्तरी अमेरिका में एक रासायनिक संयंत्र में हार्मोनिक फिल्टर विफलताओं के लेखक द्वारा की गई जांच का वर्णन करता है. प्लांट आने वाले हाई वोल्टेज लो करंट को लेने के लिए बड़े स्टैटिक कन्वर्टर्स का उपयोग करता है 60 हर्ट्ज, एसी पावर और इसे लो वोल्टेज में सुधारें, इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं के संचालन के लिए बहुत उच्च वर्तमान डीसी शक्ति. इस प्रकार की बिजली प्रणाली में हार्मोनिक वर्तमान उत्पादन की उम्मीद की जाती है और हार्मोनिक फिल्टर का उपयोग आमतौर पर हार्मोनिक स्तर को सीमित करने और बिजली प्रणाली के घटकों की सुरक्षा के लिए किया जाता है।.
प्लांट से एक कॉल ने संकेत दिया कि वे अनुभव कर रहे थे कि प्लांट के कनवर्टर सिस्टम में से एक से जुड़े हार्मोनिक फिल्टर में उपयोग किए जाने वाले रिएक्टरों का एक सेट अत्यधिक गर्म हो रहा था।. रिएक्टरों में 5वें फिल्टर की हार्मोनिक शाखा का रंग फीका पड़ गया था, और रिएक्टरों की ग्लासफाइबर सतह पर गहरे रंग की धारियाँ स्पष्ट थीं.
फ़िल्टर मूल रूप से स्थापित किया गया था 1988 और समस्याओं का इतिहास रहा है. The 5वें हार्मोनिक रिएक्टर पहले भी विफल हो चुके हैं, और एक स्पष्ट कारण की पहचान कभी नहीं की गई. चूंकि ऐतिहासिक जानकारी की समीक्षा की गई और माप डेटा एकत्र किया गया, यह स्पष्ट हो गया कि कुछ असामान्य घटित हो रहा है.
यह पेपर संयंत्र में बिजली और हार्मोनिक फिल्टर सिस्टम की रूपरेखा बताता है, चर्चा करता है कि अस्वाभाविक हार्मोनिक्स कैसे उत्पन्न होते हैं, कठिनाई का विश्लेषण करता है, कारण की पहचान करता है और समस्या को ठीक करने के लिए एक कार्य योजना प्रदान करता है.
द्वितीय. विद्युत प्रणाली विन्यास
संयंत्र की दो उत्पादन लाइनें हैं, लाइन ए और बी, प्रत्येक में इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं की एक श्रृंखला होती है.
लाइन ए में ए शामिल है 1978 सिंगल-वे एएनएसआई में विंटेज 6-पल्स रेक्टिफायर 45 अंतर-चरण ट्रांसफार्मर के साथ विन्यास. प्राथमिक वोल्टेज है 13.8 केवी. हरेक 6 चरण या "पैर" में आठ समानांतर थाइरिस्टर होते हैं. एक चरण लॉक लूप (पीएलएल) असतत एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके प्रकार नियंत्रण प्रणाली लागू की गई है.
अंजीर. 1: लाइन ए हार्मोनिक फ़िल्टर
एक तीन-शाखा हार्मोनिक फ़िल्टर स्थापित किया गया है, सटीक रूप से ट्यून की गई शाखाओं से युक्त 5वें, 7वें और 11वें हार्मोनिक के साथ 6.9 कैपेसिटर का प्रभावी एमवीएआर.
लाइन बी रेक्टिफायर सिस्टम की आपूर्ति सीधे की जाती है 66 केवी, एक एएनएसआई में 45/46 12-24-पल्स प्रणाली बनाने के लिए पल्स कॉन्फ़िगरेशन को अतिरिक्त 15° अलग स्थानांतरित कर दिया गया. रेक्टिफायर एकल शाखा हार्मोनिक फिल्टर से सुसज्जित हैं, पर भी 66 केवी, पर ट्यून किया गया 4.7वें हार्मोनिक और रेटेड 15 एमवीएआर प्रभावी.
तृतीय. पृष्ठभूमि
यह सर्वविदित है, कम से कम 1930 के दशक से, जब रेक्टिफायर विद्युत शक्ति को AC से DC में परिवर्तित करते हैं तो वे हार्मोनिक धाराएँ उत्पन्न करते हैं. मरकरी आर्क रेक्टिफायर के दिनों का एक क्लासिक पेपर, आज भी प्रासंगिक है, में लिखा गया था 1945 जे द्वारा. सी. Read. [1]. 1960 के दशक के अंत और 1970 के दशक की शुरुआत में बड़े थाइरिस्टर रेक्टिफायर के प्रसार ने हार्मोनिक्स मुद्दों का पुनरुत्थान और विकटता पैदा की।, यह मुख्यतः कन्वर्टर्स के बढ़े हुए आकार का परिणाम है (में 20 मेगावाट को 30 मेगावाट रेंज). इन नए बड़े रेक्टिफायरों को आमतौर पर पावर फैक्टर सुधार के लिए बड़े कैपेसिटर बैंकों की आवश्यकता होती है, समानांतर अनुनाद गड़बड़ी के लिए एक आदर्श वातावरण बनाना. जवाब में, पुरानी समस्या पर इस नए मोड़ को संबोधित करते हुए कई उत्कृष्ट पेपर तैयार किए गए [2] [3].
अंजीर. 2: मुख्य विद्युत वितरण को दर्शाने वाली इलेक्ट्रिकल सिंगल लाइन ड्राइंग
इस पेपर का उद्देश्य हार्मोनिक्स पर प्राइमर या सैद्धांतिक ग्रंथ होना नहीं है. ऐसे कई उत्कृष्ट कार्य संदर्भित हैं जो पावर सिस्टम हार्मोनिक्स को विस्तार से समझाते हैं. विशेष रूप से, जम्मू. अरिल्लागा एट अल, "पावर सिस्टम हार्मोनिक्स" [4], सिफारिश की है. इस मामले से संबंधित कुछ मुख्य बातें, तथापि, संक्षेप किया जाएगा.
चतुर्थ. कुछ सिद्धांत
डायोड और थाइरिस्टर के मिश्रण वाले आधे-नियंत्रित कन्वर्टर्स पर इस पेपर में विचार नहीं किया जाएगा. आधे-नियंत्रित कन्वर्टर्स स्वाभाविक रूप से समान हार्मोनिक्स उत्पन्न करते हैं और उच्च शक्ति अनुप्रयोगों में उपयोग नहीं किए जाते हैं.
जैसा कि संदर्भ पत्रों में विस्तार से चर्चा की गई है, एक संतुलित "आदर्श" स्थैतिक कनवर्टर – अर्थात, रेक्टिफायर के प्रत्येक चरण में समान धाराओं वाला एक कनवर्टर कनवर्टर के एसी पक्ष पर हार्मोनिक्स का उत्पादन करेगा:
एच = केपी ± 1 (1)
जहां: h हार्मोनिक ऑर्डर k कोई पूर्णांक (1, 2, 3,…) परिमाण के साथ सर्किट की पी पल्स संख्या:
मैंघंटे = मैं1/घंटे (2)
जहां: Ih हार्मोनिक धारा I1 मौलिक धारा परिमाण h हार्मोनिक क्रम
व्यवहार में, थाइरिस्टर की कम्यूटेटिंग प्रतिक्रिया और चरण मंदता कोण निम्नलिखित विशेषता हार्मोनिक्स में से प्रत्येक पर वर्तमान के आयाम को कुछ हद तक कम कर देगा:
लयबद्ध 5 7 11 13 17 19 23 25
वर्तमान 0.175 0.111 0.045 0.029 0.015 0.01 0.009 0.008 (इकाई)
ये सामान्य या "विशेषतापूर्ण" हार्मोनिक आवृत्तियाँ प्रारंभ होती हैं 5वें और 7वें 6पल्स रेक्टिफायर से हार्मोनिक्स की अपेक्षा की जाती है. उसी प्रकार, एक 12-पल्स प्रणाली में विशिष्ट हार्मोनिक्स शुरू होंगे 11वें और 13वें और 24-पल्स में विशिष्ट हार्मोनिक्स शुरू होंगे 23तीसरी और 25वें harmonics, आदि. रेक्टिफायर एक हार्मोनिक करंट स्रोत के रूप में कार्य करता है, इन हार्मोनिक धाराओं को वापस एसी सिस्टम में इंजेक्ट करना. यदि एसी प्रणाली उचित रूप से सममित है और रेक्टिफायर फायरिंग का समय सटीक है, परिणामी हार्मोनिक धाराएँ तीनों चरणों में समान होंगी.
जीन बैबिस्ट फूरियर के सिद्धांत का उपयोग परिणामी हार्मोनिक स्पेक्ट्रम को गणितीय रूप से समझाने के लिए किया जाता है. एक 6-पल्स रेक्टिफायर दो सिंगल-वे से बना होता है, 3-पल्स रेक्टिफायर, या तो ब्रिज कॉन्फ़िगरेशन के रूप में श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, या समानांतर में, जैसा कि इस मामले में है. फूरियर के सिद्धांत से पता चलता है कि 3पल्स सिस्टम के लिए 3तीसरी, 9वें, 15वें...हार्मोनिक्स शून्य हैं. एक एकल मार्ग, 3-पल्स सिस्टम शून्य अक्ष के बारे में अर्ध-तरंग सममित नहीं है और यहां तक कि हार्मोनिक्स भी उत्पन्न करता है 2, 4, 6,…. दो समानांतर रेक्टिफायर का 180° विन्यास एक 6-पल्स सममित प्रणाली बनाता है, जो सामान्यतः सम आवृत्तियों को समाप्त कर देता है.
अंजीर. 3: इंटर-फेज ट्रांसफार्मर के साथ 6-पल्स डबल वाई कनेक्शन का योजनाबद्ध
असली दुनिया में, एसी बिजली आपूर्ति पक्ष पर हमेशा कुछ अवशिष्ट असामान्य विषम और सम हार्मोनिक्स होते हैं. इन्हें "अस्वाभाविक" हार्मोनिक आवृत्तियों के रूप में वर्गीकृत किया गया है.
आमतौर पर, ट्रांसफार्मर वाइंडिंग चरण कोणों में सहनशीलता सहित एसी बिजली आपूर्ति प्रणाली में खामियों के कारण "अस्वाभाविक" हार्मोनिक्स उत्पन्न होते हैं, कम्यूटेशन प्रतिक्रिया और आने वाली एसी बिजली आपूर्ति हार्मोनिक वोल्टेज की उपस्थिति. एसी पावर पक्ष में ये खामियां थाइरिस्टर फायरिंग टाइमिंग को प्रभावित करती हैं, क्योंकि इसका सिंक्रोनाइज़ेशन सिग्नल AC मौलिक आवृत्ति से लिया गया है. सामान्यतः, विषमता मामूली है, परिणामी विकृति छोटी है और प्रभाव न्यूनतम है.
यह माना जाता है कि चरण-नियंत्रण समय या फायरिंग एक चरण पर सभी अर्ध-कंडक्टरों के लिए समान है, चरण-दर-चरण समय का समन्वय किया जाता है और प्रत्येक चरण समूह को एक-दूसरे के संबंध में सटीक रूप से सक्रिय किया जाता है. रद्दीकरण हेतु, हमें सटीक और दोहराने योग्य फायरिंग की आवश्यकता है. यह एक और क्षेत्र है जहां सहिष्णुता एक बड़ी भूमिका निभाती है. फायरिंग में विचलन से अस्वाभाविक हार्मोनिक धाराएँ भी उत्पन्न होंगी. उचित रूप से डिजाइन और संचालित रेक्टिफायर में, "अस्वाभाविक" हार्मोनिक्स सामान्यतः न्यूनतम होते हैं, और चिंता का विषय नहीं हैं.
हार्मोनिक फिल्टर डिजाइन किए गए हैं, इसलिए, स्वीकृत "सिद्धांत" पर आधारित, केवल सामान्य विशेषता हार्मोनिक्स का इलाज करने के लिए. लागत कारणों से, वे आम तौर पर अत्यधिक "अस्वाभाविक" हार्मोनिक धाराओं को संभालने के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए हैं.
में. विश्लेषण
प्लांट कनवर्टर प्रणाली की जांच और विश्लेषण में कई बाधाएँ थीं. एक सीधे मापने की क्षमता के बिना ओवरहीटिंग समस्या का विश्लेषण कर रहा था 5वें हार्मोनिक फिल्टर शाखा वर्तमान. इससे मौजूदा हार्मोनिक स्थितियों की पूरी तस्वीर प्राप्त करना मुश्किल हो गया. हार्मोनिक फिल्टर में सटीक रूप से ट्यून की गई तीन शाखाएं होती हैं 5वें, 7वें और 11वें लयबद्ध. प्रत्येक शाखा में चरण ए के लिए कैपेसिटर के एक सेट के साथ एक एयर-कोर रिएक्टर होता है, बी, और
सी. फ़िल्टर को वर्तमान ट्रांसफार्मर से सुसज्जित सर्किट ब्रेकर के माध्यम से एक धातु पहने "टेक" केबल द्वारा आपूर्ति की जाती है. माप लेने के लिए कनेक्शन का एकमात्र व्यावहारिक बिंदु वर्तमान ट्रांसफार्मर था जो फ़िल्टर की सभी तीन शाखाओं को आपूर्ति करता है.
मेज़ 1 लाइन ए रेक्टिफायर इनपुट पर हार्मोनिक धाराओं को मापा गया
रेक्टिफायर द्वारा उत्पादित हार्मोनिक धाराएं आदर्श से अधिक अस्वाभाविक घटकों के साथ उचित थीं, लेकिन 1978-पुराने रेक्टिफायर के लिए यह इतना असामान्य नहीं है. यह उल्लेखनीय था, तथापि, रेक्टिफायर के इनपुट पर माप की मात्रा कम थी 4वें फिल्टर के इनपुट की तुलना में हार्मोनिक करंट. इससे पहला संकेत मिला कि अस्वाभाविक हार्मोनिक धाराएँ रिएक्टर संकट का स्रोत थीं.
लाइन ए सर्किट ब्रेकर पर माप से संकेत मिलता है कि एसी बिजली आपूर्ति प्रणाली स्वीकार्य थी और चिंता का विषय नहीं थी.
जब लाइन ए फिल्टर पर माप लिया गया, सब कुछ उचित लग रहा था. मापी गई धाराएं रिएक्टरों की रेटिंग से अधिक नहीं थीं और परिवेश का तापमान रिएक्टर की परीक्षण रेटिंग 30 डिग्री सेल्सियस के भीतर था।.
इतना, ज़्यादा गरम होने का कारण क्या था? जब हमने रेक्टिफायर ऑपरेशन के इतिहास की समीक्षा की तो अतिरिक्त सुराग उजागर हुए. संयंत्र रखरखाव कर्मियों के साथ चर्चा से संकेत मिला कि रेक्टिफायर पावर सेक्शन का व्यापक रेट्रोफिट हाल ही में पूरा किया गया था, स्थापित बड़े आकार के उपकरणों के साथ. इसने रेट्रोफिट से पहले होने वाली बार-बार थाइरिस्टर विफलताओं को समाप्त कर दिया था और यह एक मजबूत संकेत था कि समस्या नियंत्रण अनियमितताओं से जुड़ी थी.
यदि थाइरिस्टर के समानांतर सेट के लिए फायरिंग का समय समान नहीं है, असमान लोडिंग के परिणामस्वरूप व्यक्तिगत अर्धचालक विफलताएं उत्पन्न हो सकती हैं और सिस्टम के माध्यम से विफलताओं का एक बड़ा सिलसिला शुरू हो सकता है क्योंकि कम डिवाइस अधिक से अधिक लोड ले जाते हैं।. बड़े बड़े आकार के उपकरण स्थापित करके, पौधे ने लक्षण को ख़त्म कर दिया था.
Next, किसी भी असामान्य हार्मोनिक अनुनाद स्थिति को इंगित करने पर विशेष जोर देने के साथ बिजली प्रणाली का विश्लेषण किया गया था.
सामान्य संयंत्र संचालन के दौरान उपयोग किए जाने वाले विभिन्न विद्युत प्रणाली विन्यासों की जाँच की गई. एक दिलचस्प खोज तब हुई जब लाइन ए, लाइन बी रेक्टिफायर और फिल्टर बंद होने के साथ काम कर रही थी. The 5वें लाइन ए में फ़िल्टर शाखा (श्रृंखला बिल्कुल ठीक से ट्यून की गई 300 हर्ट्ज) पर विद्युत प्रणाली के साथ मजबूत समानांतर प्रतिध्वनि प्रदर्शित करते हुए पाया गया 4वें जब लाइन बी सिस्टम सेवा से बाहर हो तो हार्मोनिक. जब लाइन बी सिस्टम काम कर रहा हो, समानांतर प्रतिध्वनि अभी भी मौजूद है, लेकिन लगभग उतना महत्वपूर्ण नहीं.
बाद के विश्लेषण से संकेत मिलता है कि यदि लाइन बी बंद हो जाती है और रेक्टिफायर उतना कम उत्पादन करता है 5% 4वें हार्मोनिक वर्तमान, यह प्रवर्धित होता है और इसका कारण बनता है 40% में वर्तमान अधिभार 5वें लाइन ए फ़िल्टर की शाखा.
इस खोज ने बढ़ते संदेह के लिए सैद्धांतिक आधार प्रदान किया कि एक सम हार्मोनिक अनुनाद रिएक्टर के अधिक गरम होने का स्रोत था. एक सवाल रह गया: संयंत्र सामान्यतः पूरी क्षमता पर कार्य करता है, 24 प्रति दिन घंटे, पूरे वर्ष - क्या लाइन बी पर एक छोटा सा वार्षिक रखरखाव आउटेज रिएक्टरों पर ओवरहीटिंग और परिणामी डार्क बैंड का कारण बनने के लिए पर्याप्त हो सकता है??
रिएक्टरों में सामान्य अधिकतम तापमान में 30°C परिवेश के तापमान की तुलना में 60°C की वृद्धि होती है. निर्माता की रिपोर्ट है कि रिएक्टर इन्सुलेशन का रंग तब तक ख़राब नहीं होगा जब तक कि यह 130°C तक न पहुँच जाए. इस तापमान तक पहुँचने के लिए, रिएक्टर में कुल धारा को बढ़ाने की आवश्यकता होगी 140% रिएक्टर रेटिंग की. चूँकि रिएक्टरों का तापीय द्रव्यमान कम होता है, यह तापमान मिनटों के क्रम में होगा.
इस डेटा से लैस, सिद्धांत कि उच्च, अस्वाभाविक हार्मोनिक्स ओवरहीटिंग का कारण बन रहे थे, इसका परीक्षण किया जा सकता है. रुक-रुक कर मापने के लिए लाइन ए पर माप का एक और सेट लिया गया था, रेक्टिफायर से आने वाली अस्वाभाविक हार्मोनिक धाराएं और उनका प्रवर्धन 5वें फ़िल्टर की हार्मोनिक शाखा.
सावधानीपूर्वक माप प्रोटोकॉल ने पुष्टि की कि प्रवर्धन वास्तव में हो रहा था. की माप 20% से 58% की 4वें हार्मोनिक वर्तमान (कुल फ़िल्टर धारा के प्रतिशत के रूप में) लगभग की अवधि के लिए रिकॉर्ड किए गए थे 13 लाइन ए फ़िल्टर पर सेकंड. यह पाया गया कि 5वें शाखा फ़िल्टर कुल फ़िल्टर धारा का लगभग आधा हिस्सा खींच रहा था, और 70% की 4वें हार्मोनिक वर्तमान. फलस्वरूप, छोटी अवधि के लिए इन रिएक्टरों पर इससे अधिक भार भरा होता है 200% रेटेड वर्तमान का. लाइन बी नीचे के साथ, इसका प्रभाव संभवतः काफी बुरा होगा.
डेटा के इस आखिरी टुकड़े ने तस्वीर पूरी कर दी.
अंजीर. 5: शृंखला & की समानांतर अनुनाद 5वें फ़िल्टर & 13.8 केवी बस
छठी. अधिक सिद्धांत
जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, यहां तक कि टाइमिंग अनियमितताओं को दूर करके रेक्टिफायर सिस्टम में हार्मोनिक्स भी बनाया जा सकता है. गैलोवे [7] हार्मोनिक अस्थिरता का वर्णन हार्मोनिक धाराओं के कारण होने वाले पावर स्रोत के हार्मोनिक वोल्टेज विरूपण के कारण कनवर्टर सिस्टम के असामान्य संचालन के रूप में किया जाता है।. जे.डी.. एन्सवर्थ ने इसी विषय पर एक क्लासिक पेपर लिखा था 35 साल पहले [8].
गैलोवे [7] समय संबंधी अनियमितताओं के विभिन्न तरीकों की व्याख्या करता है. अनियमितताओं को तीन प्रकारों में परिभाषित किया गया है.
Type 1 - पल्स विचलन - छह पल्स में से एक सही समय या तरीके से नहीं होता है. इसके परिणामस्वरूप हार्मोनिक धाराओं में "पूरे बोर्ड" में वृद्धि होती है, शून्य के बारे में अर्ध-तरंग असममिति के कारण विषम हार्मोनिक्स के खराब रद्दीकरण और सम हार्मोनिक धाराओं के उत्पादन के साथ.
Type 2 - चरण असंतुलन - चरण असंतुलन समता उत्पन्न नहीं करता है; यह एकल-चरण रेक्टिफायर की तरह कार्य करता है और ± के मॉड्यूलेशन घटकों के साथ विषम हार्मोनिक्स के पूर्ण स्पेक्ट्रम का उत्पादन करता है 2 सामान्य हार्मोनिक आवृत्तियों की.
Type 3 - समूह असंतुलन - दालें 1, 3 और 5 से समान मात्रा में विस्थापित होते हैं 2, 4 और 6. इसके परिणामस्वरूप सम हार्मोनिक्स का निर्माण होता है, अर्थात, के गुणज 3 ±1.
संयंत्र में किए गए माप से प्रतीत होता है कि एक प्रकार 1 समस्या यादृच्छिक समय परिवर्तन के कारण उत्पन्न हो रही थी, पूरे स्पेक्ट्रम में उन्नत हार्मोनिक्स की अवधि के रूप में, हार्मोनिक्स सहित भी नोट किया गया. पुराने नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ, तथापि, विफलता मोड को अलग करना कठिन था, और एक प्रकार 3 समस्या, अंतर-चरण संतृप्ति के साथ, घटित हो सकता है.
अंतर-चरण ट्रांसफार्मर आमतौर पर रेक्टिफायर हिस्सों के बीच असंतुलन की केवल थोड़ी मात्रा को अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और जल्दी से संतृप्ति में जा सकते हैं. जब रेक्टिफायर प्रणाली अच्छी तरह से संतुलित नहीं होती है, इंटरफ़ेज़ में विपरीत दिशाओं में बहने वाले दो 3-पल्स समूहों की आउटपुट धाराएं कोर के महत्वपूर्ण डीसी चुंबकीयकरण का उत्पादन करती हैं. जैसे-जैसे यह संतृप्ति में जाता है और अप्रभावी हो जाता है, रेक्टिफायर दो के रूप में कार्य करता है, अलग, 3-तारा बिंदुओं से जुड़े पल्स समूह और अर्ध-कंडक्टर केवल सामान्य 120° के आधे से अधिक का संचालन करते हैं. परिणामी 60° चालन कोण का परिणाम लगभग a होता है 17% अर्धचालक शक्ति में वृद्धि (वाट) नुकसान. इसके परिणामस्वरूप थाइरिस्टर के ताप में पर्याप्त वृद्धि होती है, फ़्यूज़ के साथ-साथ ट्रांसफॉर्मर का सेकेंडरी भी.
इस असंतुलन के परिणामस्वरूप एक प्रभावी डीसी करंट भी उत्पन्न होता है जिसे ट्रांसफार्मर सेकेंडरी को ले जाना चाहिए. ट्रांसफार्मर संतृप्ति में जा सकता है, घाटा बढ़ रहा है और बड़ी मात्रा में गर्मी और तीसरे हार्मोनिक करंट की अनुपातहीन मात्रा पैदा हो रही है.
सातवीं. निष्कर्ष
पहेली के टुकड़े एक साथ आने लगे थे. अधिक से अधिक साक्ष्य फ़िल्टर के अधिक गर्म होने के कारण के रूप में एक समान हार्मोनिक अनुनाद की ओर इशारा करते हैं.
अनुभव की गई कठिनाइयों का मूल थाइरिस्टर फायरिंग सर्किट समस्या है. नियंत्रण प्रणाली की आयु और परिणामी इलेक्ट्रॉनिक घटक "बहाव", ऐसा प्रतीत होता है कि एक प्रकार बनाया गया है 1 समय की अनियमितता.
फायरिंग विषमता अब हाल ही में स्थापित किए गए बड़े आकार के थाइरिस्टर के साथ रेक्टिफायर के संचालन को सीधे प्रभावित नहीं कर रही थी, लेकिन कुछ संयंत्र परिचालन स्थितियों के तहत अभी भी हार्मोनिक फ़िल्टर प्रभावित हो रहा था.
लाइन ए रेक्टिफायर खत्म हो गया है 30 वर्षों पुराना और, जबकि इसकी मूल डिजाइन अवधि काफी बीत चुकी है, इलेक्ट्रोकेमिकल उद्योग में इन मजबूत मशीनों का निरंतर संचालन आम बात है. इन इकाइयों का अकिलीज़ उपचार आम तौर पर नियंत्रण प्रणाली के पुराने इलेक्ट्रॉनिक्स के कारण होता है. इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में बाथटब के आकार का विश्वसनीयता वक्र होता है और यह उपकरण संभवतः उस वक्र के ऊपर की ओर ढलान पर होता है. In short, पुराने रेक्टिफायर्स के साथ नियंत्रण प्रणाली की समस्याएँ अपेक्षित हैं.
मापन से पता चला कि लाइन बी काम कर रही है, बड़ी मात्रा में 4वें हार्मोनिक करंट ने लाइन ए फिल्टर को ओवरलोड कर दिया 5वें छोटी अवधि के लिए शाखा. रिएक्टरों का तापीय द्रव्यमान कम होता है, और मिनटों के क्रम में अत्यधिक तापमान तक पहुंच सकता है. कम से कम 13-सेकंड की अवधि के लिए, रिएक्टरों को एक के संपर्क में लाया गया 200% भार. यदि इन शर्तों के तहत लाइन बी बंद कर दी जाती है, धाराएँ काफी अधिक होने की संभावना है. एक राहत देने वाली विशेषता यह है कि लाइन बी को रखरखाव के छोटे अंतराल के लिए कभी-कभार बंद कर दिया जाता है. समय के साथ बार-बार गर्म होने के संचयी प्रभावों ने रिएक्टरों पर दबाव डाला है.
में 1992, निम्न में से एक 5वें हार्मोनिक रिएक्टरों को बदल दिया गया. यह बताता है कि क्यों तीन मौजूदा रिएक्टरों में से केवल दो में ही क्षति के संकेत दिखाई दे रहे हैं. नए रिएक्टर को दो पुराने पांचवें हार्मोनिक रिएक्टरों के समान बार-बार ओवरहीटिंग के संपर्क में नहीं लाया गया है.
एक द्वितीयक चिंता ट्रांसफार्मर के इंटरफेज़ और सेकेंडरी सर्किट पर डीसी ऑफसेट प्रभाव है. जबकि ट्रांसफार्मर अच्छी स्थिति में है, उन्नत डीसी धाराएं ताप को काफी हद तक बढ़ा सकती हैं और दीर्घकालिक गिरावट का कारण बन सकती हैं. परिवर्तक टैप करें, कोर क्लैंप और अन्य आंतरिक हार्डवेयर में हार्मोनिक धाराओं पर बढ़े हुए स्तर के साथ स्थानीयकृत हीटिंग प्रभाव हो सकता है [10], विशेष रूप से अस्वाभाविक हार्मोनिक धाराओं के साथ जिसके लिए मशीन कभी डिज़ाइन नहीं की गई थी.
आठवीं. कार्य योजना
का भौतिक निरीक्षण 5वें लाइन ए पर रिएक्टरों का काम पूरा हो चुका था और यद्यपि उस पर दबाव था, असफल होने का तत्काल खतरा नहीं था, विशेषकर यदि लाइन बी को ऑन-लाइन रखा गया हो.
एक नई रेक्टिफायर नियंत्रण प्रणाली की स्थापना एक बड़ा पूंजीगत व्यय है, और संयंत्र अब इस कदम पर विचार कर रहा है. इस बीच में, निम्नलिखित उपाय लागू किये गये हैं.
अंजीर. 6: लाइन ए रेक्टिफायर नियंत्रण प्रणाली
पहले, पीक सेंसिंग प्रोटेक्शन रिले को एक आधुनिक प्रोग्रामेबल रिले से बदला जा रहा है जो इस सिस्टम पर अनुभव होने वाली निम्न क्रम की हार्मोनिक आवृत्तियों के प्रति संवेदनशील है।. यदि रिएक्टर ओवरलोड के खतरे में हैं तो यह फिल्टर बैंक की अलार्मिंग और ट्रिपिंग प्रदान करेगा. यह रिले हार्मोनिक स्तरों को भी मापता है और रिकॉर्ड करता है.
दूसरा, पुननिर्मित 5वें फिल्टर और पावर सिस्टम के बीच समानांतर अनुनाद को नीचे ले जाने के लिए हार्मोनिक फिल्टर रिएक्टर स्थापित किए जा रहे हैं 4वें. नया डिज़ाइन अनुनाद के प्रति संवेदनशीलता को बहुत कम कर देगा. नए रिएक्टरों का ऑर्डर दे दिया गया है और प्रतिस्थापन का कार्यक्रम निर्धारित कर दिया गया है.
अंत में, ट्रांसफार्मर की स्थिति की निगरानी में सुधार के लिए ट्रांसफार्मर में घुली गैस के नमूनों के बीच के अंतराल को कम कर दिया गया है. ट्रांसफार्मर की स्थिति का मूल्यांकन करने के लिए विघटित गैस विश्लेषण एक महान उपकरण है, खासकर जब अनिश्चित हार्मोनिक तनाव का सामना करना पड़ता है. फिर आवश्यकतानुसार सुधारात्मक कार्रवाई की जा सकती है.
नौवीं. निष्कर्ष
एक सतत सुधारक 4वें हार्मोनिक स्तर 5% या अधिक, ऐसे समय में जब लाइन बी बंद है, रिएक्टरों पर अत्यधिक भार पड़ गया है और वे गर्म हो गए हैं और उनका रंग फीका पड़ गया है. पिछले कुछ वर्षों में, स्थिति को तीव्र करने का संचयी प्रभाव पड़ा है. अगर कुछ नहीं किया गया, संयंत्र परिचालन इतिहास ने स्थापित किया है कि विफलता आएगी.
पहले कदम के तौर पर, फ़िल्टर सुरक्षा रिले को पता लगाने के लिए संशोधित किया गया था 4वें हार्मोनिक वर्तमान अधिभार और आवश्यकतानुसार अलार्म और ट्रिप के लिए.
उपचारित की जाने वाली प्रत्येक हार्मोनिक आवृत्ति के लिए लाइन ए हार्मोनिक फ़िल्टर को ट्यून करने के गुंजायमान प्रभावों पर मूल डिज़ाइन में विचार नहीं किया गया था. प्रत्येक को ट्यून करना 5वें, 7वें और 11वें एक आवृत्ति पर शाखाएँ 2% से 10% लक्ष्य आवृत्ति के नीचे समानांतर अनुनाद कम हो गया होगा.
क्षतिग्रस्त फ़िल्टर रिएक्टरों का नया डिज़ाइन पूरा हो गया है और नए रिएक्टरों की स्थापना निर्धारित है.
नए बड़े थाइरिस्टर, जिन्हें हाल ही में बदला गया है, नियंत्रण प्रणाली की अनियमितताओं को काफी हद तक झेलने में सक्षम हैं, विश्वसनीयता में परिणामी सुधार के साथ. नियंत्रण प्रणाली की अनियमितताएँ जो पहले सुधारक समस्याओं का कारण बनती थीं, तथापि, अभी भी एसी बिजली व्यवस्था प्रभावित है.
यहां तक कि हार्मोनिक्स के कारण भी चुंबकीय सर्किट की संतृप्ति से रेक्टिफायर ट्रांसफार्मर अधिक गर्म हो जाएगा. धातु क्लैंप, ट्रांसफार्मर के अंदर फिक्स्चर और अन्य घटक ज़्यादा गरम हो सकते हैं, स्थानीय हॉट स्पॉट बनाना. इससे ट्रांसफार्मर का जीवन काफी कम हो सकता है.
जैसा कि उल्लेख किया गया है, तत्काल मुद्दों को कम करने के लिए कदम उठाए गए हैं और संयंत्र द्वारा एक प्रतिस्थापन नियंत्रण प्रणाली पर विचार किया जा रहा है.
एक्स. आभार
मैं इस बेहद दिलचस्प चुनौती पर काम करने का अवसर देने के लिए जॉन किरिचेंको और प्लांट स्टाफ और मेरे सहयोगी बर्नड श्मिटके को धन्यवाद देना चाहता हूं।, पी.इंजी. इस परियोजना पर उनके उत्कृष्ट कार्य और अंतर्दृष्टि के लिए.
ग्यारहवीं. संदर्भ
[1] जे.सी.. Read, “रेक्टिफायर और इन्वर्टर प्रदर्शन विशेषताओं की गणना”, एलईईई की कार्यवाही, उड़ान. 92, भाग 2, नहीं. 29, अक्टूबर 1945, पीपी. 495-509. [2] ए.पी. जैकब्स और जी.डब्ल्यू. वाल्श, "एससीआर डीसी पावर सिस्टम के लिए आवेदन विचार,"आईईईई ट्रांस. आईजीए-4, जुलाई/अगस्त 1968. [3] डी.ई. स्टीपर और आर.पी. स्ट्रैटफ़ोर्ड, "थाइरिस्टर कन्वर्टर्स का उपयोग करके औद्योगिक पावर सिस्टम के लिए प्रतिक्रियाशील पावर मुआवजा और हार्मोनिक दमन,"आईईईई ट्रांस. आईए-12, 5/76 पीपी. 235-255. [4] जम्मू. अरिल्लागा एट अल, "पावर सिस्टम हार्मोनिक्स", जॉन विले & संस, आईएसबीएन 0471906409, 1985. [5] पावर कन्वर्टर हैंडबुक, कैनेडियन जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी. लिमिटेड, 1976. [6] आईईईई 519-1992 "आईईईई विद्युत पावर सिस्टम्स में आचरण और सुरीले नियंत्रण के लिए आवश्यकताएँ अनुशंसित". [7] जे.एच. गैलोवे, "चरण नियंत्रित रेक्टीफायर्स में हार्मोनिक अस्थिरता,"आईईईई पीसीआईसी कॉन्फ़. अभिलेख 1999, पीपी. 171-175. [8] जे.डी.. एन्सवर्थ, "नियंत्रित स्टेटिक कन्वर्टर्स और एसी नेटवर्क के बीच हार्मोनिक अस्थिरता,प्रोक. IEE, क्रमांक 7 पृ.949-957 जुलाई 1967. [9] जम्मू. अरिल्लागा एट अल, "पावर सिस्टम हार्मोनिक विश्लेषण,जॉन विले, आईएसबीएन 0471975486, 1998. [10] एस.पी. कैनेडी, “सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर ट्रांसफार्मर का डिजाइन और अनुप्रयोग,"आईईईई पीसीआईसी कॉन्फ़. 2001 रिकार्ड पी.पी. 153-159. [11] जम्मू. शेफ़र “रेक्टिफ़ायर सर्किट – लिखित & डिज़ाइन,जॉन विले & संस, 1965. [12] बी.एम. बर्ड एट अल, “पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का परिचय,जॉन विले & संस, आईएसबीएन 10430 2 1983. [13] एक. क्लॉस, “पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक बुनियादी मार्गदर्शिका,जॉन विले, आईएसबीएन 0471904325 1985. [14] पी.सी. बडिंग & जम्मू. सेंट. मंगल ग्रह “समसामयिक डिजिटल नियंत्रण का उपयोग कर पुराने थाइरिस्टर पावर रेक्टिफायर के लिए नया जीवन,”आईईईई आईएएस लेनदेन सितम्बर/अक्टूबर 2000, पीपी. 1449-1454.बारहवीं. संक्षिप्त आत्मकथा
पॉल सी. बडिंग ने थंडर बे में लेकहेड विश्वविद्यालय से स्नातक की उपाधि प्राप्त की, ओंटारियो, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में डिग्री के साथ कनाडा. सनातन के बाद, उन्होंने टोरंटो से बाहर काम करते हुए कई साल बिताए, कनाडा में भारी उद्योग में कार्यरत एक विद्युत परामर्श इंजीनियर के रूप में. में 1991, उन्होंने एक ऐसी कंपनी की सह-स्थापना की जिसने कम वोल्टेज प्रणालियों में शून्य अनुक्रम हार्मोनिक समस्याओं को हल करने के लिए एक नया चुंबकीय दृष्टिकोण विकसित किया. में 1997, वह वैंकूवर चले गए, कनाडा और यूनिवर्सल डायनेमिक्स में शामिल हो गए. वह हार्मोनिक फिल्टर डिजाइन और स्थापित कर रहा है 15 साल. उनका काम कठिन भार के लिए उच्च विश्वसनीयता वाली बिजली प्रणालियों को डिजाइन करने पर केंद्रित है, पूरे अमेरिका में कई औद्योगिक ग्राहकों के लिए पावर कनवर्टर मुद्दे और बिजली प्रणाली की समस्याओं का समाधान करना. वह ओंटारियो प्रांत में एक पंजीकृत इंजीनियर हैं, मैनिटोबा और ब्रिटिश कोलंबिया और कई IEEE पत्रों के लेखक.