स्टैंडबाय पावर प्रणाली की संरचना और उद्देश्य

प्राथमिक बिजली जाने पर स्विचगियर ट्रिपिंग कॉइल, SCADA दूरसंचार और महत्वपूर्ण संयंत्र सुरक्षा प्रणालियों की रक्षा के लिए स्टेशनरी बैटरी, रेक्टिफ़ायर और UPS इकाइयाँ कैसे जुड़ती हैं, इसकी जाँच करें।

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दो महत्वपूर्ण संरचनाएँ: औद्योगिक DC बनाम महत्वपूर्ण AC

औद्योगिक स्टैंडबाय अवसंरचना दो अलग रूपांतरण और वितरण प्रतिमानों में बँटती है: सीधा DC वितरण और स्टैटिक अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई (UPS) AC नेटवर्क।

संयंत्र इंजीनियर को लोड की भौतिकी को संरचना से मिलाना होता है:

सीधी DC प्रणालियाँ (110 VDC / 220 VDC / 48 VDC): बैटरी बैंक एक या अधिक औद्योगिक रेक्टिफ़ायर के समानांतर सीधे DC बस के आर-पार फ़्लोट करता है। सामान्य स्थिति में रेक्टिफ़ायर आधार DC लोड चलाता है और सेलों में फ़्लोट चार्ज बनाए रखता है। यदि आने वाला AC विफल हो जाए, तो बैटरी बिना ट्रांसफ़र स्विच, कॉन्टैक्ट या यांत्रिक देरी के बस को निर्बाध सहारा देती है। यह शुद्ध DC बस स्विचगियर की ट्रिप/क्लोज़ कॉइल, सुरक्षा रिले, मोटर-चालित वाल्व (MOV), आपातकालीन लुब्रिकेटिंग ऑयल पंप और इंटरपोज़िंग लॉजिक को फ़ीड करती है।
महत्वपूर्ण AC UPS प्रणालियाँ (400 VAC / 230 VAC): वहाँ आवश्यक हैं जहाँ लोड आधे साइकल की बाधा भी नहीं सह सकते, लेकिन स्वभाव से प्रत्यावर्ती धारा माँगते हैं। इन लोडों में SCADA सर्वर रैक, वितरित कंट्रोल सिस्टम (DCS) नोड, औद्योगिक फ़ील्डबस गेटवे, और अग्नि/गैस सेफ़्टी इंस्ट्रूमेंटेड सिस्टम (SIS) शामिल हैं। यहाँ रेक्टिफ़ायर से फ़ीड होने वाली DC बस इन्वर्टर को पावर देती है, जो स्वच्छ, नियंत्रित AC साइन तरंग बनाता है।

महत्वपूर्ण परिसंपत्तियों में उप-प्रणालियों की भूमिकाएँ

सुरक्षा रिले (डिफ़रेंशियल, डिस्टेंस, ओवरकरंट) द्वितीयक इंस्ट्रूमेंट ट्रांसफ़ॉर्मर की निगरानी करते हैं। ट्रिप सीमा पार होने पर रिले एक आउटपुट कॉन्टैक्ट बंद करके सर्किट ब्रेकर की शंट ट्रिप कॉइल को ऊर्जित करता है। शंट कॉइल 50-100 ms के लिए 5 A से 30 A से अधिक तक के तात्कालिक पल्स करंट खींचती हैं। सीधी ट्रिप कॉइल ड्यूटी के लिए UPS उपयुक्त नहीं है, क्योंकि उच्च तात्कालिक इनरश के दौरान इन्वर्टर की करंट सीमाएँ आंतरिक बायपास या वोल्टेज पतन का कारण बनती हैं। सीधे बैटरी बस कनेक्शन असाधारण रूप से कम आंतरिक स्रोत इम्पीडेंस देते हैं और सैकड़ों एम्पीयर के सर्ज आसानी से देते हैं।

केस स्टडी 1: वह लुब्रिकेटिंग ऑयल पंप जिसने इन्वर्टर को बैठा दिया

एक पेट्रोकेमिकल कोजनरेशन सुविधा ने 220 VDC बैटरी बैंक पर समर्पित DC मोटर लगाने की जगह एक सहायक 7.5 kW आपातकालीन लुब्रिकेटिंग ऑयल पंप (ELOP) को एक एक्रॉस-द-लाइन स्टार्टर से संयंत्र की 400 V महत्वपूर्ण इंस्ट्रूमेंटेशन UPS बस में जोड़ दिया।

अप्रत्याशित 11 kV बस ट्रिप के दौरान मुख्य AC टरबाइन लुब्रिकेशन पंप रुक गया। इंस्ट्रूमेंटेशन UPS ने 7.5 kW स्टैंडबाय मोटर चलाने का प्रयास किया। डायरेक्ट-ऑन-लाइन (DOL) लॉक्ड-रोटर इनरश पूर्ण-लोड करंट का छह गुना (लगभग 90 A शिखर) था। 40 kVA इन्वर्टर डिसैचुरेट होने से पहले केवल 30 सेकंड तक 150% रेटेड करंट दे सकता था; उसकी इंस्टेंटेनियस सुरक्षा सीमा 8 मिलीसेकंड में पार हो गई।

UPS तुरंत स्टैटिक बायपास पर ट्रांसफ़र हो गया। लेकिन बायपास स्रोत मृत यूटिलिटी बोर्ड से फ़ीड हो रहा था। पूरा ऑटोमेशन DCS क्रम के बीच में ऑफ़लाइन हो गया, जिससे अंधा संयंत्र शटडाउन, बिना निगरानी का फ़्लेयरिंग, और प्राथमिक टरबाइन शाफ़्ट पर बेयरिंग नष्ट होना हुआ।

सुधार: उच्च यांत्रिक इनरश वाली सहायक घूर्णी मशीनों को निम्न-इम्पीडेंस स्टेशनरी DC बैटरी प्रणाली से सीधे जुड़ी DC मोटरों से, या इंजीनियर्ड सॉफ़्ट-स्टार्टर वाले समर्पित मोटर-रेटेड UPS पर अलग करके पावर देनी चाहिए।

विफलता स्थितियाँ और आम संरचनात्मक जाल

केस स्टडी 2: शृंखलाबद्ध ब्रेकर विफलता

एक 132/33 kV ट्रांसमिशन सबस्टेशन में, 110 VDC बैटरी बैंक ने ट्रिपिंग कॉइल 1 (Main 1 सुरक्षा) और ट्रिपिंग कॉइल 2 (Main 2 सुरक्षा) दोनों को एकल DC वितरण बोर्ड से पावर दी, जिसे बीच में सेक्शनलाइज़िंग फ़्यूज़ के बिना एक ही बैटरी बैंक फ़ीड करता था।

एक बाहरी ब्रेकर मार्शलिंग किओस्क में पानी का रिसाव हुआ, जिससे ट्रिप कॉइल 1 को फ़ीड करने वाली कंट्रोल केबल में बोल्टेड शॉर्ट सर्किट बन गया। ब्रांच मिनिएचर सर्किट ब्रेकर (MCB) जल्दी क्लियर नहीं कर पाया क्योंकि बैटरी बैंक के कम आंतरिक इम्पीडेंस के कारण उसकी DC ब्रेकिंग क्षमता पार हो गई; कॉन्टैक्ट वेल्ड हो गए।

लगातार फ़ॉल्ट ने अपस्ट्रीम DC बैटरी आइसोलेटर के क्लियर करने तक 420 मिलीसेकंड के लिए मुख्य 110 VDC स्टेशन बस वोल्टेज को 18 V तक खींच लिया। उस 420 ms की गिरावट के दौरान एक वास्तविक 33 kV फ़ीडर फ़ॉल्ट हो गया। फ़ीडर सुरक्षा रिले अंडरवोल्टेज के कारण रीबूट हो गए और ट्रिप कॉइल 2 को ऊर्जित नहीं कर सके। फ़ॉल्ट तब तक बना रहा जब तक 1.8 सेकंड बाद दूरस्थ ग्रिड ट्रांसफ़ॉर्मर की ओवरकरंट सुरक्षा ने उसे क्लियर नहीं किया, जिससे 33 kV स्विचबोर्ड नष्ट हो गया।

सुधार: दोहरी सुरक्षा योजनाएँ (Main 1 और Main 2) भौतिक और विद्युतीय रूप से पृथक होनी चाहिए: अलग DC ब्रांच वितरण, समर्पित बैटरी सेट (System A और System B), और अलग केबल मार्ग, ताकि एकल बिंदु विफलता से सुरक्षा रहे।

संयंत्र लोड को उसकी सर्वोत्तम पावर संरचना से मिलाएँ

प्रत्येक महत्वपूर्ण संयंत्र घटक को उस संरचना से जोड़ें जो उसकी भौतिक और विद्युतीय माँगों को पूरा करने के लिए बनी है।

सर्किट ब्रेकर की शंट ट्रिप कॉइल और क्लोज़िंग स्प्रिंग
SCADA डेटाबेस सर्वर और DCS ऑपरेटर कंसोल
टरबाइन का आपातकालीन बेयरिंग लुब्रिकेटिंग ऑयल पंप (ELOP)
सबस्टेशन माइक्रोवेव ट्रांसीवर और मल्टीप्लेक्सर

DC और UPS नेटवर्क को खंडों में बाँटने के डिज़ाइन नियम

इन संरचनाओं को जोड़ते समय एकल-बिंदु कमज़ोरियों से बचने के लिए, अवधारणात्मक डिज़ाइन के दौरान ये मूल नियम लागू करें:

सुरक्षा चैनलों को अलग रखें: प्राथमिक और बैकअप सुरक्षा सप्लाई (Scheme A और Scheme B) को हमेशा अलग रखें। दोनों सुरक्षा चैनलों को कभी साझा फ़्यूज़ ब्लॉक, DC बस या बैटरी चार्जर साझा न करने दें।
इंडक्टिव ट्रांज़िएंट को फ़िल्टर करें: रिले से स्विच होने वाली इंडक्टिव कॉइल के आर-पार सीधे सर्ज सप्रेसर लगाएँ, और इंस्ट्रूमेंटेशन इलेक्ट्रॉनिक्स को समर्पित DC/DC कन्वर्टर या पृथक UPS फ़ीड से पावर दें।
साइज़िंग क्लीयरेंस लागू करें: सुनिश्चित करें कि रेक्टिफ़ायर इस सूत्र से चुने जाएँ:
I_charger = I_continuous_load + (1.15 × Ah_capacity / Recharge_hours)।

आप क्या करेंगे?

आप एक नए नवीनीकृत जल उपचार संयंत्र का ऑडिट कर रहे हैं। डिज़ाइन इंजीनियर ने पूरी सुविधा की सुरक्षा स्विचगियर ट्रिप कॉइल, रासायनिक डोज़ेज SCADA सर्वर और 4 kW का आपातकालीन हाइड्रोलिक एक्चुएटर मोटर, सब कुछ एक ही 20 kVA ऑनलाइन स्टैटिक AC UPS प्रणाली पर रखा है। आपका निदान और सुधारात्मक सुझाव क्या है?