Efecte del volant del generador i estabilitat del sistema de governador de la turbina Efecte del volant del generador i estabilitat del sistema del governador de la turbina Efecte del volant del generador i estabilitat del sistema del governador de la turbina Efecte del volant del generador i estabilitat del sistema del governador de la turbina
Els grans hidrogeneradors moderns tenen una constant d'inèrcia més petita i poden enfrontar-se a problemes d'estabilitat del sistema de govern de la turbina.Això es deu al comportament de l'aigua de la turbina, que per la seva inèrcia dóna lloc a cops d'ariet a les canonades de pressió quan s'accionen els dispositius de control.En general, es caracteritza per les constants de temps d'acceleració hidràulica.En funcionament aïllat, quan la freqüència de tot el sistema està determinada pel governador de la turbina, el cop d'ariete afecta el govern de la velocitat i la inestabilitat apareix com a caça o oscil·lació de freqüència.Per a l'operació interconnectada amb un sistema gran, la freqüència es manté essencialment constant pel darrer.Aleshores, el cop d'ariete afecta la potència subministrada al sistema i el problema d'estabilitat només sorgeix quan la potència es controla en un bucle tancat, és a dir, en el cas d'aquells hidrogeneradors que participen en la regulació de freqüència.
L'estabilitat de l'engranatge del governador de la turbina es veu molt afectada per la relació de la constant de temps d'acceleració mecànica a causa de la constant de temps d'acceleració hidràulica de les masses d'aigua i pel guany del governador.Una reducció de la relació anterior té un efecte desestabilitzador i requereix una reducció del guany del governador, que afecta negativament l'estabilització de la freqüència.En conseqüència, és necessari un efecte de volant mínim per a les parts giratòries d'una unitat hidràulica que normalment només es pot proporcionar al generador.Alternativament, la constant de temps d'acceleració mecànica es podria reduir mitjançant la disposició d'una vàlvula d'alleujament de pressió o un dipòsit de sobretensió, etc., però en general és molt costós.Un criteri empíric per a la capacitat de regulació de la velocitat d'una unitat hidrogeneradora podria basar-se en l'augment de velocitat de la unitat que pot tenir lloc en el rebuig de tota la càrrega nominal de la unitat que funciona de manera independent.Per a les unitats de potència que operen en grans sistemes interconnectats i que han de regular la freqüència del sistema, es va considerar que l'índex d'augment de velocitat percentual calculat anteriorment no superava el 45 per cent.Per a sistemes més petits, es preveu un augment de velocitat més petit (consulteu el capítol 4).
Secció longitudinal des de la presa fins a la central elèctrica de Dehar
(Font: Ponència de l'autor – 2n Congrés mundial, Associació Internacional de Recursos Hídrics 1979) Per a la central elèctrica de Dehar, es mostra el sistema d'aigua a pressió hidràulica que connecta l'emmagatzematge d'equilibri amb la unitat de potència que consisteix en la presa d'aigua, el túnel de pressió, el dipòsit de sobretensió diferencial i la conducció. .Limitant l'augment màxim de pressió a les conductes forades al 35 per cent, l'augment de velocitat màxim estimat de la unitat després del rebuig de la càrrega completa es va calcular a un 45 per cent amb un tancament del regulador.
temps de 9,1 segons a una altura nominal de 282 m (925 peus) amb l'efecte de volant normal de les parts giratòries del generador (és a dir, fixat només per consideracions d'augment de temperatura).En la primera etapa d'operació, es va trobar que l'augment de velocitat no superava el 43 per cent.En conseqüència, es va considerar que l'efecte del volant normal és adequat per regular la freqüència del sistema.
Paràmetres del generador i estabilitat elèctrica
Els paràmetres del generador que influeixen en l'estabilitat són l'efecte volant, la reactància transitòria i la relació de curtcircuit.En l'etapa inicial de desenvolupament del sistema EHV de 420 kV com a Dehar, els problemes d'estabilitat poden ser crítics a causa del sistema feble, el nivell de curtcircuits més baix, el funcionament amb un factor de potència líder i la necessitat d'economia per proporcionar sortides de transmissió i fixar la mida i la mida. paràmetres de les unitats generadores.Els estudis preliminars d'estabilitat transitòria de l'analitzador de xarxa (utilitzant tensió constant darrere de la reactància transitòria) per al sistema Dehar EHV també van indicar que només s'obtindria una estabilitat marginal.En l'etapa inicial del disseny de la central elèctrica de Dehar es va considerar que s'especificava generadors amb normals
Les característiques i assolir els requisits d'estabilitat optimitzant els paràmetres d'altres factors implicats especialment els del sistema d'excitació seria una alternativa econòmicament més econòmica.En un estudi del sistema britànic també es va demostrar que el canvi de paràmetres del generador té un efecte comparativament molt menor sobre els marges d'estabilitat.En conseqüència, es van especificar els paràmetres normals del generador tal com es donen a l'apèndix per al generador.Es donen els estudis detallats d'estabilitat realitzats
Capacitat de càrrega de línia i estabilitat de voltatge
Els generadors hidroelèctrics ubicats a distància que s'utilitzen per carregar línies EHV llargues sense càrrega, la càrrega de les quals en kVA és superior a la capacitat de càrrega de la línia de la màquina, la màquina pot excitar-se i augmentar la tensió sense control.La condició per a l'autoexcitació és que xc < xd on, xc és la reactància de càrrega capacitiva i xd la reactància de l'eix directe síncron.La capacitat necessària per carregar una única línia descarregada de 420 kV E2 /xc fins a Panipat (extrem receptor) era d'uns 150 MVAR a tensió nominal.En la segona etapa, quan s'instal·la una segona línia de 420 kV de longitud equivalent, la capacitat de càrrega de la línia necessària per carregar les dues línies descarregades simultàniament a la tensió nominal seria d'uns 300 MVAR.
La capacitat de càrrega de la línia disponible a la tensió nominal del generador Dehar tal com van indicar els proveïdors de l'equip era la següent:
(i) MVA nominal del 70 per cent, és a dir, la càrrega de línia de 121,8 MVAR és possible amb una excitació positiva mínima del 10 per cent.
(ii) Fins al 87% de la MVA nominal, és a dir, una capacitat de càrrega de línia de 139 MVAR és possible amb una excitació positiva mínima de l'1%.
(iii) Fins al 100% del MVAR nominal, és a dir, es pot obtenir una capacitat de càrrega de línia de 173,8 amb aproximadament un 5% d'excitació negativa i la capacitat màxima de càrrega de la línia que es pot obtenir amb una excitació negativa del 10% és del 110% del MVA nominal (191 MVAR). ) segons BSS.
(iv) Un augment addicional de la capacitat de càrrega de la línia només és possible augmentant la mida de la màquina.En el cas de (ii) i (iii) el control manual de l'excitació no és possible i s'ha de confiar plenament en el funcionament continu dels reguladors de tensió automàtics d'acció ràpida.No és econòmicament viable ni desitjable augmentar la mida de la màquina amb la finalitat d'augmentar les capacitats de càrrega de la línia.En conseqüència, tenint en compte les condicions de funcionament de la primera etapa d'operació, es va decidir proporcionar una capacitat de càrrega de línia de 191 MVAR a tensió nominal per als generadors proporcionant excitació negativa als generadors.La desconnexió de la càrrega a l'extrem receptor també pot ser causada per una condició de funcionament crítica que provoqui inestabilitat de tensió.El fenomen es produeix a causa de la càrrega capacitiva a la màquina, que es veu encara més afectada per l'augment de la velocitat del generador.Es pot produir autoexcitació i inestabilitat de voltatge si.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
On, Xc és la reactància de càrrega capacitiva, Xq és la reactància síncrona de l'eix de quadratura i n és la velocitat relativa màxima que es produeix en el rebuig de la càrrega.Es va proposar obviar aquesta condició del generador Dehar proporcionant un reactor de derivació EHV de 400 kV connectat permanentment (75 MVA) a l'extrem receptor de la línia segons els estudis detallats realitzats.
Enrotllament amortidor
La funció principal d'un bobinat amortidor és la seva capacitat per evitar sobretensions excessives en cas de fallades de línia a línia amb càrregues capacitives, reduint així la tensió de sobretensió a l'equip.Tenint en compte la ubicació remota i les llargues línies de transmissió d'interconnexió, es va especificar bobinatges amortidors completament connectats amb la relació de quadratura i reactàncies de l'eix directe Xnq/Xnd que no superava 1,2.
Característiques del generador i sistema d'excitació
Havent especificat generadors amb característiques normals i els estudis preliminars indicant només una estabilitat marginal, es va decidir utilitzar equips d'excitació estàtica d'alta velocitat per millorar els marges d'estabilitat per tal d'aconseguir la disposició més econòmica dels equips.Es van realitzar estudis detallats per determinar les característiques òptimes de l'equip d'excitació estàtica i es van comentar al capítol 10.
Consideracions sísmiques
La central elèctrica de Dehar cau en zona sísmica.Les disposicions següents en el disseny del generador hidroelèctric a Dehar es van proposar en consulta amb els fabricants d'equips i tenint en compte les condicions sísmiques i geològiques del lloc i l'informe del Comitè d'Experts en Terratrèmols de Koyna constituït pel Govern de l'Índia amb l'ajuda de la UNESCO.
Resistència mecànica
Els generadors de Dehar estaran dissenyats per suportar amb seguretat la força màxima d'acceleració del terratrèmol tant en la direcció vertical com horitzontal que s'espera a Dehar actuant al centre de la màquina.
Freqüència natural
La freqüència natural de la màquina es mantingui molt lluny (més alta) de la freqüència magnètica de 100 Hz (el doble de la freqüència del generador).Aquesta freqüència natural estarà molt allunyada de la freqüència del terratrèmol i es comprovarà el marge adequat contra la freqüència predominant del terratrèmol i la velocitat crítica del sistema de rotació.
Suport de l'estator del generador
L'estator del generador i els fonaments inferiors del coixinet d'empenta i guia comprenen una sèrie de plaques soles.Les plaques de la sola es lliguen a la base lateralment a més de la direcció vertical normal mitjançant cargols de fonament.
Disseny de coixinets de guia
Els coixinets de guia han de ser de tipus segmentat i les peces de coixinets de guia s'han d'enfortir per suportar tota la força del terratrèmol.Els fabricants recomanen, a més, lligar el suport superior lateralment amb el barril (cabina del generador) mitjançant bigues d'acer.Això també significaria que el canó de formigó al seu torn s'hauria de reforçar.
Detecció de vibracions dels generadors
Es va recomanar la instal·lació de detectors de vibracions o mesuradors d'excentricitat en turbines i generadors per iniciar l'aturada i l'alarma en cas que les vibracions degudes al terratrèmol superin un valor predeterminat.Aquest dispositiu també es pot utilitzar per detectar qualsevol vibració inusual d'una unitat a causa de les condicions hidràuliques que afecten la turbina.
Contactes de Mercuri
Si s'utilitzen contactes de mercuri, les tremolors greus a causa d'un terratrèmol poden provocar un dispar fals per iniciar l'aturada d'una unitat.Això es pot evitar especificant interruptors de mercuri de tipus antivibració o, si es considera necessari, afegint relés de temporització.
Conclusions
(1) Es van obtenir economies substancials en el cost de l'equip i l'estructura de la central elèctrica de Dehar adoptant una gran mida d'unitat tenint en compte la mida de la xarxa i la seva influència en la capacitat de recanvi del sistema.
(2) El cost dels generadors es va reduir mitjançant l'adopció d'un disseny de paraigua de construcció, que ara és possible per als grans generadors hidroelèctrics d'alta velocitat a causa del desenvolupament d'acer d'alta resistència per als punxons de la vora del rotor.
(3) L'adquisició de generadors naturals d'alt factor de potència després d'estudis detallats va donar lloc a més estalvis en el cost.
(4) L'efecte normal del volant de les parts giratòries del generador a l'estació de regulació de freqüència de Dehar es va considerar suficient per a l'estabilitat del sistema de governador de turbina a causa del gran sistema interconnectat.
(5) Els paràmetres especials dels generadors remots que alimenten xarxes EHV per garantir l'estabilitat elèctrica es poden complir mitjançant sistemes d'excitació estàtica de resposta ràpida.
(6) Els sistemes d'excitació estàtica d'acció ràpida poden proporcionar els marges d'estabilitat necessaris.Aquests sistemes, però, requereixen estabilitzadors de senyals de retroalimentació per aconseguir l'estabilitat posterior a la falla.S'han de fer estudis detallats.
(7) L'autoexcitació i la inestabilitat de tensió dels generadors remots interconnectats amb la xarxa mitjançant llargues línies EHV es poden prevenir augmentant la capacitat de càrrega de la línia de la màquina mitjançant l'excitació negativa i/o utilitzant reactors de derivació EHV connectats de manera permanent.
(8) Es poden prendre disposicions en el disseny dels generadors i els seus fonaments per proporcionar salvaguardes contra les forces sísmiques a un cost reduït.
Paràmetres principals dels generadors Dehar
Relació de curtcircuit = 1,06
Eix directe de reacció transitòria = 0,2
Efecte volant = 39,5 x 106 lliures peu2
Xnq/Xnd no superior a = 1,2
Hora de publicació: 11-maig-2021
