Ефект на маховика на генератора и стабилност на системата за управление на турбината

Ефект на маховика на генератора и стабилност на регулаторната система на турбината. Ефект на маховика на генератора и стабилност на регулаторната система на турбината. Ефект на маховика на генератора и стабилност на регулаторната система на турбината.
Големите съвременни хидрогенератори имат по-малка инерционна константа и могат да се сблъскат с проблеми относно стабилността на системата за управление на турбината.Това се дължи на поведението на водата на турбината, която поради своята инерция води до воден удар в напорните тръби при работа на управляващите устройства.Това обикновено се характеризира с времеви константи на хидравличното ускорение.При изолирана работа, когато честотата на цялата система се определя от турбинния регулатор, водният удар влияе върху регулирането на скоростта и нестабилността се проявява като лов или люлеене на честотата.За взаимосвързана работа с голяма система честотата по същество се поддържа постоянна от последната.След това водният чук въздейства върху подаваната към системата мощност и проблемът със стабилността възниква само когато мощността се управлява в затворен контур, т.е. в случай на хидрогенератори, които участват в регулирането на честотата.

Стабилността на предавката на турбинния регулатор е силно повлияна от съотношението на времевата константа на механичното ускорение поради времевата константа на хидравличното ускорение на водните маси и от усилването на регулатора.Намаляването на горното съотношение има дестабилизиращ ефект и налага намаляване на усилването на регулатора, което се отразява неблагоприятно на стабилизирането на честотата.Съответно е необходим минимален ефект на маховика за въртящи се части на хидроагрегат, който обикновено може да се осигури само в генератора.Алтернативно константата на времето за механично ускорение може да бъде намалена чрез осигуряване на клапан за освобождаване на налягането или резервоар за пренапрежение и т.н., но като цяло е много скъпо.Емпирични критерии за способността за регулиране на скоростта на хидрогенерираща единица могат да се основават на повишаването на скоростта на блока, което може да се случи при отхвърляне на цялото номинално натоварване на блока, работещ независимо.За силовите агрегати, работещи в големи взаимосвързани системи и от които се изисква да регулират честотата на системата, се счита, че индексът на процентно нарастване на скоростта, както е изчислен по-горе, не надвишава 45 процента.За по-малки системи се предвижда по-малко повишаване на скоростта (вижте глава 4).

Надлъжен разрез от всмукателния отвор до електроцентрала Дехар
(Източник: Документ от автор – 2-ри световен конгрес, Международна асоциация на водните ресурси 1979 г.) За електроцентрала Дехар е показана хидравличната водна система под налягане, свързваща балансиращото хранилище със захранващия блок, състоящ се от всмукване на вода, тунел под налягане, диференциален резервоар за пренапрежение и напорна тръба .Ограничаване на максималното покачване на налягането в напорните шахти до 35 процента, очакваното максимално увеличение на скоростта на блока при отхвърляне на пълно натоварване е достигнато до около 45 процента при затваряне на регулатора
време от 9,1 секунди при номинален напор от 282 m (925 ft) с нормалния ефект на маховика на въртящите се части на генератора (т.е. фиксиран само от съображения за повишаване на температурата).В първия етап на експлоатация се установи, че нарастването на скоростта е не повече от 43 процента.Съответно се счита, че нормалният ефект на маховика е достатъчен за регулиране на честотата на системата.

Параметри на генератора и електрическа стабилност
Параметрите на генератора, които имат отношение към стабилността, са ефектът на маховика, преходното реактивно съпротивление и съотношението на късо съединение.В началния етап на развитие на 420 kV EHV система в Дехар проблемите със стабилността може да се окажат критични поради слаба система, по-ниско ниво на късо съединение, работа при водещ фактор на мощността и необходимост от икономия при осигуряване на преносни изходи и фиксиране на размер и параметри на генериращи единици.Предварителните проучвания за стабилност на преходните процеси на мрежовия анализатор (използвайки постоянно напрежение зад преходното реактивно съпротивление) за Dehar EHV системата също показват, че ще бъде получена само пределна стабилност.В ранния етап на проектиране на електроцентрала Дехар се смяташе, че уточняването на генератори с нормални
характеристики и постигане на изисквания за стабилност чрез оптимизиране на параметрите на други включени фактори, особено тези на системата за възбуждане, би било икономически по-евтина алтернатива.В проучване на Британската система също беше показано, че променящите се параметри на генератора имат сравнително много по-малък ефект върху границите на стабилност.Съответно нормалните параметри на генератора, както са дадени в приложението, са посочени за генератора.Дадени са подробни изследвания на стабилността

Капацитет на зареждане на линията и стабилност на напрежението
Дистанционно разположени хидрогенератори, използвани за зареждане на дълги ненатоварени EHV линии, чието зареждане kVA е повече от капацитета за зареждане на линията на машината, машината може да се самовъзбужда и напрежението да се повиши извън контрол.Условието за самовъзбуждане е, че xc < xd, където xc е реактивното съпротивление на капацитивното натоварване и xd реактивното съпротивление на синхронната директна ос.Капацитетът, необходим за зареждане на една единствена 420 kV ненатоварена линия E2 /xc до Panipat (приемащ край) е около 150 MVARs при номинално напрежение.Във втория етап, когато е инсталирана втора линия 420 kV с еквивалентна дължина, капацитетът на зареждане на линията, необходим за зареждане на двете ненатоварени линии едновременно при номинално напрежение, ще бъде около 300 MVARs.

Капацитетът за зареждане на линията, наличен при номинално напрежение от генератора на Dehar, както е посочено от доставчиците на оборудването, е както следва:
(i) 70 процента номинална MVA, т.е. 121,8 MVAR линия за зареждане е възможно с минимално положително възбуждане от 10 процента.
(ii) До 87 процента от номиналния MVA, т.е. капацитет за зареждане на линия 139 MVAR е възможен с минимално положително възбуждане от 1 процент.
(iii) До 100 процента от номиналния MVAR, т.е. капацитет на зареждане на линия 173,8 може да се получи с приблизително 5 процента отрицателно възбуждане, а максималният капацитет за зареждане на линията, който може да бъде получен с отрицателно възбуждане от 10 процента, е 110 процента от номиналния MVA (191 MVAR ) според БСС.
(iv) По-нататъшно увеличаване на капацитета за зареждане на линията е възможно само чрез увеличаване на размера на машината.В случай на (ii) и (iii) ръчното управление на възбуждането не е възможно и трябва да се разчита напълно на непрекъсната работа на бързодействащи автоматични регулатори на напрежение.Не е нито икономически целесъобразно, нито желателно увеличаването на размера на машината с цел увеличаване на капацитета за зареждане на линията.Съответно, като се имат предвид работните условия в първия етап на експлоатация, беше решено да се предвиди капацитет за зареждане на линия от 191 MVAR при номинално напрежение за генераторите чрез осигуряване на отрицателно възбуждане на генераторите.Критично работно състояние, причиняващо нестабилност на напрежението, може също да бъде причинено от изключване на товара на приемащия край.Явлението възниква поради капацитивно натоварване на машината, което допълнително се влияе неблагоприятно от повишаването на скоростта на генератора.Може да възникне самовъзбуждане и нестабилност на напрежението, ако.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Където Xc е капацитивно реактивно съпротивление на натоварването, Xq е синхронно реактивно съпротивление по квадратурната ос и n е максималната относителна скорост, възникваща при отхвърляне на натоварването.Това условие на генератора на Dehar беше предложено да бъде избегнато чрез осигуряване на постоянно свързан 400 kV EHV шунтов реактор (75 MVA) в приемния край на линията съгласно извършените подробни проучвания.

Намотка на амортисьора
Основната функция на намотката на амортисьора е способността му да предотвратява прекомерни пренапрежения в случай на повреди между линията с капацитивни товари, като по този начин намалява напрежението от свръхнапрежение върху оборудването.Като се има предвид отдалеченото местоположение и дългите взаимосвързани електропроводи, бяха посочени напълно свързани намотки на демпфера със съотношение на квадратурни и директни осови реактивни съпротивления Xnq/ Xnd не повече от 1,2.

Генераторна характеристика и система за възбуждане
След като генераторите с нормални характеристики са уточнени и предварителните проучвания показват само пределна стабилност, беше решено високоскоростното статично възбуждащо оборудване да се използва за подобряване на маржовете на стабилност, така че да се постигне цялостно най-икономично подреждане на оборудването.Бяха извършени подробни проучвания за определяне на оптималните характеристики на оборудването за статично възбуждане и бяха обсъдени в глава 10.

Сеизмични съображения
Електроцентрала Дехар попада в сеизмична зона.Следните разпоредби в проекта на хидрогенератора в Дехар бяха предложени след консултация с производителите на оборудване и като се вземат предвид сеизмичните и геоложките условия на мястото и доклада на Комитета на експертите по земетресения Койна, създаден от правителството на Индия с помощта на ЮНЕСКО.

Механична сила
Генераторите на Dehar са проектирани да издържат безопасно на максималната сила на ускорение на земетресението както във вертикална, така и във хоризонтална посока, очаквана при Dehar, действаща в центъра на машината.

Естествена честота
Естествената честота на машината трябва да бъде далеч (по-висока) от магнитната честота от 100 Hz (два пъти по-висока от честотата на генератора).Тази естествена честота ще бъде далеч от честотата на земетресението и ще бъде проверена за адекватен марж спрямо преобладаващата честота на земетресението и критичната скорост на въртящата се система.

Поддръжка на статора на генератора
Статорът на генератора и долните опори и направляващи лагери се състоят от множество подметки.Подметките се завързват странично към основата в допълнение към нормалната вертикална посока чрез фундаментни болтове.

Дизайн на водещи лагери
Направляващите лагери да са от сегментен тип, а направляващите лагерни части да бъдат подсилени, за да издържат на пълна сила на земетресение.Освен това производителите препоръчват да се завърже горната скоба странично с цевта (корпуса на генератора) чрез стоманени греди.Това също би означавало, че бетонната цев от своя страна ще трябва да бъде укрепена.

Откриване на вибрации на генератори
Препоръчва се инсталиране на вибрационни детектори или ексцентриситет на турбини и генератори за иницииране на спиране и аларма в случай, че вибрациите, дължащи се на земетресение, превишават предварително определена стойност.Това устройство може да се използва и за откриване на всякакви необичайни вибрации на единица поради хидравлични условия, засягащи турбината.

Контакти на Меркурий
Силното разклащане поради земетресение може да доведе до фалшиво изключване за иницииране на изключване на уреда, ако се използват живачни контакти.Това може да бъде избегнато чрез посочване на живачни превключватели от антивибрационен тип или, ако е необходимо, чрез добавяне на релета за синхронизация.

Заключения
(1) Значителни икономии от цената на оборудването и структурата в електроцентрала Дехар бяха постигнати чрез приемане на голям размер на блока, като се има предвид размерът на мрежата и нейното влияние върху свободния капацитет на системата.
(2) Разходите на генераторите бяха намалени чрез приемане на дизайн на чадър на конструкцията, който сега е възможен за големи високоскоростни хидрогенератори поради разработването на стомана с висока якост на опън за щанцоване на джантите на ротора.
(3) Закупуването на естествени генератори с висок фактор на мощността след подробни проучвания доведе до допълнителни спестявания на разходите.
(4) Нормалният ефект на маховика на въртящите се части на генератора в станцията за регулиране на честотата в Дехар се счита за достатъчен за стабилност на системата на турбинния регулатор поради голямата взаимосвързана система.
(5) Специални параметри на дистанционни генератори, захранващи EHV мрежи за осигуряване на електрическа стабилност, могат да бъдат изпълнени от системи за статично възбуждане с бързо реагиране.
(6) Бързодействащите статични възбуждащи системи могат да осигурят необходимите граници на стабилност.Такива системи обаче изискват стабилизиращи обратни сигнали за постигане на стабилност след повреда.Трябва да се извършат подробни проучвания.
(7) Самовъзбуждането и нестабилността на напрежението на дистанционни генератори, свързани помежду си с мрежата чрез дълги EHV линии, могат да бъдат предотвратени чрез увеличаване на капацитета за зареждане на линията на машината чрез прибягване до отрицателно възбуждане и/или чрез използване на постоянно свързани EHV шунтиращи реактори.
(8) При проектирането на генераторите и техните основи могат да се предвидят разпоредби за осигуряване на предпазни мерки срещу сеизмични сили при малки разходи.

Основни параметри на генераторите Dehar
Коефициент на късо съединение = 1,06
Преходно съпротивление Директна ос = 0,2
Ефект на маховика = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd не по-голямо от = 1,2