تقييم الموثوقية لعدد كبير من مولدات الديزل الكهربائية

أهمية تقييم الموثوقية لعدد كبير من مولدات الديزل الكهربائية

نظراً لأن المجتمعات يزداد اعتمادها على التوافر المستمر “للطاقة الكهربائية” عالية الجودة؛ فإن المرافق الحيوية محمية بشكل متزايد بواسطة مصفوفات من المولدات الاحتياطية، بحيث يعد التصميم القابل للدفاع عن النظام المصمم للوصول إلى هدف موثوقية محدد جيداً أو تجاوزه مستحيلاً بدون بيانات حول موثوقية المكونات.

كما استندت الجهود السابقة لتقديم هذه البيانات إلى المسوحات، والتي تطلبت عملاً مكثفاً وعانت من الإبلاغ عن الأخطاء وتحيز الاختيار وعدد محدود من التجارب أو الإخفاقات وذلك لتحديد موثوقية أسطول (PS) لما يقرب من (2000) مولد ديزل احتياطي، كما تم منح (MTech) وصولاً غير مقيد إلى قاعدة البيانات التي تضم مئات الآلاف من السجلات، بحيث تم تسجيل كل نشاط بدء وإيقاف وإصلاح وصيانة في مركزين زائدين لتشغيل الشبكة الكهربائية منذ عام 2007م.

يتم تزويد المستخدمين النهائيين بالطاقة الاحتياطية أثناء انقطاع المرافق (متطلبات الاستعداد)، بينما يمكن للمرافق المرتبطة بهم استخدام الآلات الكهربائية كبدائل غير مثبتة لاحتياطيات الغزل (متطلبات إدارة الأحمال)، بحيث تشمل تطبيقات إدارة الأحمال استجابة الطلب وأسواق سعة الذروة المتزامنة والاستجابة التلقائية للترددات والتوليد خلال ذروة أسعار السوق الفورية.

كما تتطلب المهمة الاحتياطية بدء تشغيل مولد ناجحاً بعد فشل المرافق وتوفير الطاقة للحمل حتى عودة طاقة المرافق، بحيث تتضمن مهام إدارة الأحمال بدء تشغيل المولد والمزامنة والتشغيل بالتوازي مع المرفق المحلي وفصل آمن عن المرفق لإنهاء المهمة، كما أنه يمكن أن تكون المهام الاحتياطية وإدارة الحمل بأي مدة.

كما أنها تتمثل إحدى مزايا المهام المزدوجة في أن متوسط ​​تشغيل الماكينة 40 ساعة / سنة، بحيث يعد هذا اختباراً أكثر شمولاً من بروتوكولات اختبار الجهاز الاحتياطية النموذجية لمدة ساعة / شهر، كما أنه يقلل الدوران المتكرر للوقود المخزن بشكل كبير من مساهمة الوقود القديم والملوث في الأعطال.

فيما بعد نما الأسطول من (1874) طلباً لإدارة الأحمال الكهربائية (LM) في عام 2007م إلى 15560م في عام 2018م، كما وزادت الطلبات الاحتياطية من (343) إلى (3264) خلال نفس الفترة، بحيث تم البدء بتقييم موثوقية الأسطول في عام 2011م، وذلك في ذلك الوقت كانت موثوقية كلتا المهمتين 95٪، بما يتوافق مع الدراسات المنشورة سابقاً.

كما أنه لا يشير هذا العمل إلى توافر الأسطول، ومتوسط ​​جزء من الوقت على المدى الطويل الذي تعمل فيه مولدات محرك الديزل وتؤدي وظيفتها بشكل مرض، لذلك لم يتم تحليل سبب (أسباب) أعطال الماكينة هنا. يشكل الفشل في توفير سلطة مقبولة طوال مدة المهمة لأي سبب فشلًا، بحيث تشمل أسباب الفشل.

الدراسات السابقة حول مولدات الديزل الكهربائية

استندت العديد من الدراسات السابقة إلى سجلات من محطات الطاقة النووية الأمريكية، والتي تستخدم مولدات الديزل للطوارئ (EDGs) لتوفير الطاقة عند عدم توفر طاقة المرافق خارج الموقع، كما نشر “ويكوف” في (EPRI) في عام 1986م مسحاً لـ 75 وحدة نووية في 54 محطة للأعوام 1983م حتى 1985م، كما قام بتقييم أسطول مكون من (154 EDGs) و (454 EDG-years) من الخبرة.

وفيما بعد تم الإبلاغ عن البيانات ذاتياً من قبل المشغلين مع عدم تقديم أربعة مصانع أو تقديم معلومات جزئية، بحيث تباينت مسك السجلات بين المرافق وكانت التعديلات مطلوبة في تصنيف مهام (EDG)، كما قُدِّر الجهد المطلوب لإنتاج البيانات من سجلات التشغيل بما يتراوح بين 100 إلى 200 ساعة / وحدة، أو ما يقرب من ثلاث سنوات من الأشخاص يقضونها في جمع البيانات ونسخها إلى تنسيق إبلاغ مشترك.

لذلك كانت هناك العديد من الاستثناءات اللاحقة للفشل، خاصةً إذا فشلت الآلة في البدء ولكن كان السبب هو أي مما يلي؛ فسيتم استبعاد الفشل من خلال:

• خطأ في التشغيل لم يمنع إعادة التشغيل.

• إشارة رحلة غير صحيحة.

• عطل في المعدات التي لن تعمل في وضع الطوارئ.

• تسرب طفيف للزيت والوقود.

كما تم أيضاً استبعاد الطلبات والفشل إذا تم إجراؤها عندما تم إعلان خروج (EDG) عن الخدمة أو تم تشغيلها لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها ولأغراض التشخيص، بحيث لم يتم احتساب عمليات إعادة المحاولة بعد الفشل الأولي، كما أنه تم احتساب اختبارات تشغيل التحميل التي فشلت في أقل من ساعة واحدة على أنها إخفاقات في البدء وليست إخفاقات في مهمة تشغيل التحميل.

لذلك استبعدت الدراسة على ما يبدو (292) حادثة عانت فيها الآلة من عطل ولكن تم الحكم عليها لاحقاً بأنها قادرة على إعادة التشغيل أو تحميلها يدوياً في حالة طوارئ فعلية، كما يلخص الجدول الثامن النتائج، بحيث أنه لم يقدم ويكوف عدم موثوقية مع حالات فشل مستبعدة، لذلك تم تضمينها هنا لأغراض المقارنة.

كما أن عدم موثوقية الطلبات غير المخطط لها أعلى من متطلبات الاختبار، لكن العدد القليل من الأحداث غير المخطط لها يحد من الثقة في هذه النتيجة، مما أدى استبعاد معظم حالات الفشل إلى زيادة الموثوقية المبلغ عنها، وبعد عشر سنوات، قام تقرير مختبر الهندسة الوطني في أيداهو (INEL) لعام 1996م بتقييم أداء مولدات الديزل في حالات الطوارئ في محطات الطاقة النووية التجارية الأمريكية.

المهمات وحدود النظام الكهربائي

محركات أو مولدات الديزل هي أنظمة معقدة بها العديد من المكونات والواجهات، بحيث يظهر الرسم التخطيطي لحدود النظام في الشكل التالي تعمل معظم الآلات في أسطول (PS) وليس جميعها بمهمتين منفصلتين، بحيث تتطلب مهام إدارة الأحمال أن تبدأ الآلات الكهربائية وتسريع السرعة المتزامنة والمزامنة مع الأداة وإغلاق قاطع خرج المولد وتحميل الآلات تدريجياًِ إلى مستوى طاقة محدد على مدار فترة تقارب 30 ثانية أو أكثر.

كما تتم بشكل عام جدولة مهام إدارة الأحمال مسبقاً على الرغم من أن حالات الطوارئ في المرافق وتطبيقات دعم التردد تسبب طلبات غير مجدولة، حيث أن الأداة موجودة دائماً أثناء متطلبات إدارة الأحمال تعمل الآلات “متصلة بالشبكة”، بحيث يتشابه التحميل التدريجي وأوقات التشغيل الطويلة نسبياً لأحداث (LM) تقريباً مع اختبارات تشغيل محطة الطاقة النووية على مدار (24) ساعة باستخدام بدايات بطيئة.

غالباً ما تحدث مطالب إدارة الحمل عندما يتم الضغط على المرفق بسبب درجات الحرارة المحيطة الشديدة وانقطاع محطة التوليد وانقطاع النقل وعوامل أخرى. هذا يضيف تحديا إضافياً لتحميل البعثات الإدارية، كما المهمات الاحتياطية غير مجدولة وتبدأ عند فشل خدمة الموقع، بحيث تعمل جميع مهام الاستعداد مع الآلات في “وضع الجزيرة”.

لذلك يجب أن تبدأ الآلات وتسريع السرعة المتزامنة والمزامنة مع الأجهزة الاحتياطية الأخرى في الموقع وإغلاق قاطع الإخراج وتحميل العميل للطاقة، كما تمتلك العديد من المواقع جهازاً واحداً ولكن المواقع التي تحتوي على 40 جهازاً في الخدمة، بحيث تتزامن الأجهزة المتعددة بشكل عام أثناء التسارع ويتم التحميل في أقل من 9 ثوانٍ.

وأخيراً تستبعد المهام الاحتياطية حالات عدم المطابقة اللحظية وانقطاعات الطاقة القصيرة، لذلك إذا تمت استعادة طاقة المرافق في أقل من 10 ثوانٍ؛ فلن يتم تعريفها على أنها طلب احتياطي ولا يتم إنشاء أي سجل لنجاح المهمة أو فشلها.