Efekt setrvačníku generátoru a stabilita turbíny Regulátorový systémGenerátorový setrvačník Efekt a stabilita turbínového regulátorového systému Generátorový setrvačníkový efekt a stabilita turbíny Regulační systém Generátorový setrvačníkový efekt a stabilita turbínového regulátorového systému
Velké moderní hydrogenerátory mají menší konstantu setrvačnosti a mohou čelit problémům se stabilitou systému řízení turbíny.To je způsobeno chováním turbínové vody, která kvůli své setrvačnosti způsobuje vodní rázy v tlakových potrubích při provozu řídicích zařízení.To je obecně charakterizováno časovými konstantami hydraulického zrychlení.V izolovaném provozu, kdy je frekvence celého systému určována regulátorem turbíny, vodní ráz ovlivňuje řízení rychlosti a nestabilita se projevuje jako lov nebo kolísání frekvence.Pro propojený provoz s velkým systémem je frekvence v podstatě udržována konstantní později.Vodní ráz pak ovlivňuje výkon přiváděný do systému a problém se stabilitou nastává pouze při řízení výkonu v uzavřené smyčce, tj. u těch hydrogenerátorů, které se podílejí na regulaci frekvence.
Stabilita ozubeného kola regulátoru turbíny je značně ovlivněna poměrem časové konstanty mechanického zrychlení v důsledku časové konstanty hydraulického zrychlení vodních hmot a zesílením regulátoru.Snížení výše uvedeného poměru má destabilizační účinek a vyžaduje snížení zesílení regulátoru, což nepříznivě ovlivňuje stabilizaci frekvence.V souladu s tím je nutný minimální efekt setrvačníku pro rotující části vodní jednotky, který může být normálně zajištěn pouze v generátoru.Alternativně lze časovou konstantu mechanického zrychlení snížit poskytnutím přetlakového ventilu nebo vyrovnávací nádrže atd., ale je to obecně velmi nákladné.Empirické kritérium pro schopnost regulace rychlosti hydrogenerační jednotky by mohlo být založeno na zvýšení rychlosti jednotky, ke kterému může dojít při vyřazení celého jmenovitého zatížení jednotky pracující nezávisle.U pohonných jednotek, které pracují ve velkých propojených systémech a které jsou vyžadovány k regulaci frekvence systému, se má za to, že procentuální index nárůstu rychlosti, jak je vypočten výše, nepřesahuje 45 procent.U menších systémů je třeba zajistit menší nárůst rychlosti (viz kapitola 4).
Podélný řez od vtoku k elektrárně Dehar
(Zdroj: Příspěvek autora – 2. světový kongres, International Water Resources Association 1979) Pro elektrárnu Dehar je zobrazen hydraulický tlakový vodní systém spojující vyrovnávací zásobník s energetickou jednotkou sestávající z přívodu vody, tlakového tunelu, diferenciální vyrovnávací nádrže a přivaděče .Omezení maximálního nárůstu tlaku v přivaděči na 35 procent, odhadovaný maximální nárůst rychlosti jednotky po vyřazení plného zatížení, vypracovaný na asi 45 procent se zavřeným regulátorem
čas 9,1 sekundy při jmenovité výšce 282 m (925 stop) s normálním setrvačníkovým efektem rotujících částí generátoru (tj. fixováno pouze na úvahy o zvýšení teploty).V první fázi provozu bylo zjištěno, že nárůst rychlosti není větší než 43 procent.V souladu s tím se mělo za to, že normální účinek setrvačníku je adekvátní pro regulaci frekvence systému.
Parametry generátoru a elektrická stabilita
Parametry generátoru, které mají vliv na stabilitu, jsou efekt setrvačníku, přechodová reaktance a zkratový poměr.V počáteční fázi vývoje systému 420 kV EHV v Deharu mohou být problémy se stabilitou pravděpodobně kritické kvůli slabému systému, nižší úrovni zkratu, provozu s nejvyšším účiníkem a potřebě hospodárnosti při poskytování přenosových zásuvek a velikosti upevnění a parametry výrobních jednotek.Předběžné studie stability přechodových jevů na síťovém analyzátoru (využívající konstantní napětí za přechodovou reaktancí) pro systém Dehar EHV také ukázaly, že bude dosaženo pouze okrajové stability.V rané fázi návrhu elektrárny Dehar se uvažovalo o specifikaci generátorů s normálním
charakteristik a dosažení požadavků na stabilitu optimalizací parametrů dalších zúčastněných faktorů, zejména budicího systému, by bylo ekonomicky levnější alternativou.Ve studii British System se také ukázalo, že změny parametrů generátoru mají srovnatelně mnohem menší vliv na rezervy stability.V souladu s tím byly pro generátor specifikovány normální parametry generátoru uvedené v příloze.Jsou uvedeny podrobné provedené studie stability
Kapacita nabíjení linky a stabilita napětí
U vzdáleně umístěných hydrogenerátorů používaných k nabíjení dlouhých nezatížených vedení EHV, jejichž nabíjecí kVA je větší než kapacita nabíjení vedení stroje, může dojít k samovolnému buzení a zvýšení napětí mimo kontrolu.Podmínkou pro samobuzení je, že xc < xd kde xc je kapacitní reaktance zátěže a xd reaktance synchronní přímé osy.Kapacita požadovaná pro nabíjení jedné jediné 420 kV nezatížené linky E2 /xc až po Panipat (přijímací konec) byla asi 150 MVAR při jmenovitém napětí.Ve druhé fázi, kdy je instalováno druhé vedení 420 kV ekvivalentní délky, by kapacita nabíjení vedení potřebná k nabíjení obou nezatížených vedení současně při jmenovitém napětí byla asi 300 MVAR.
Kapacita nabíjení linky dostupná při jmenovitém napětí z generátoru Dehar, jak uvedla dodavatelé zařízení, byla následující:
(i) 70% jmenovité MVA, tj. 121,8 MVAR linkové nabíjení je možné s minimálním kladným buzením 10 procent.
(ii) Až 87 procent jmenovité MVA, tj. nabíjecí kapacity linky 139 MVAR je možné s minimálním kladným buzením 1 procento.
(iii) Až 100 procent jmenovité MVAR, tj. 173,8 linkové nabíjecí kapacity lze získat s přibližně 5 procenty záporného buzení a maximální linková nabíjecí kapacita, kterou lze získat se záporným buzením 10 procent, je 110 procent jmenovité MVA (191 MVAR ) podle BSS.
(iv)Další zvýšení kapacity nabíjení linky je možné pouze zvětšením velikosti stroje.V případě (ii) a (iii) není ruční ovládání buzení možné a je třeba se plně spolehnout na nepřetržitý provoz rychločinných automatických regulátorů napětí.Není ani ekonomicky proveditelné, ani žádoucí zvětšovat velikost stroje za účelem zvýšení kapacity nabíjení linky.V souladu s tím, s ohledem na provozní podmínky v první fázi provozu, bylo rozhodnuto zajistit kapacitu nabíjení linky 191 MVAR při jmenovitém napětí pro generátory zajištěním záporného buzení generátorů.Kritický provozní stav způsobující nestabilitu napětí může být také způsoben odpojením zátěže na přijímacím konci.K tomuto jevu dochází v důsledku kapacitního zatížení stroje, které je dále nepříznivě ovlivněno nárůstem otáček generátoru.Může dojít k samobuzení a nestabilitě napětí, pokud.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Kde Xc je kapacitní reaktance zátěže, Xq je synchronní reaktance s kvadraturní osou a n je maximální relativní rychlost, ke které dochází při potlačení zátěže.Bylo navrženo, aby tento stav na generátoru Dehar byl odstraněn poskytnutím trvale připojeného bočního reaktoru 400 kV EHV (75 MVA) na přijímacím konci linky podle provedených podrobných studií.
Vinutí tlumiče
Hlavní funkcí vinutí tlumiče je jeho schopnost zabránit nadměrnému přepětí v případě poruch mezi linkami s kapacitní zátěží, a tím snížit přepěťové namáhání zařízení.S uvážením vzdáleného umístění a dlouhých propojovacích přenosových vedení byla specifikována plně připojená vinutí tlumičů s poměrem kvadraturní a přímé osové reaktance Xnq/Xnd nepřesahujícím 1,2.
Charakteristika generátoru a systém buzení
Když byly specifikovány generátory s normálními charakteristikami a předběžné studie ukázaly pouze okrajovou stabilitu, bylo rozhodnuto, že ke zlepšení mezí stability bude použito vysokorychlostní zařízení pro statické buzení, aby se dosáhlo celkově nejhospodárnějšího uspořádání zařízení.Pro stanovení optimálních charakteristik statického budícího zařízení byly provedeny podrobné studie a diskutovány v kapitole 10.
Seismické úvahy
Elektrárna Dehar spadá do seismické zóny.Následující ustanovení v návrhu hydrogenerátoru v Deharu byla navržena po konzultaci s výrobci zařízení as přihlédnutím k seismickým a geologickým podmínkám v místě a zprávě Výboru odborníků na zemětřesení v Koyně ustaveného vládou Indie s pomocí UNESCO.
Mechanická síla
Generátory Dehar jsou navrženy tak, aby bezpečně vydržely maximální sílu zrychlení zemětřesení ve vertikálním i horizontálním směru očekávanou v Deharu působící ve středu stroje.
Přirozená frekvence
Vlastní frekvence stroje musí být udržována v dostatečné vzdálenosti (vyšší) od magnetické frekvence 100 Hz (dvojnásobek frekvence generátoru).Tato vlastní frekvence bude daleko od frekvence zemětřesení a bude zkontrolována přiměřená rezerva vůči převládající frekvenci zemětřesení a kritické rychlosti rotačního systému.
Podpora statoru generátoru
Základy statoru generátoru a spodního axiálního a vodícího ložiska obsahují řadu základových desek.Základové desky jsou kromě normálního vertikálního směru přivázány k základu i bočně pomocí základových šroubů.
Konstrukce vodicích ložisek
Vodicí ložiska mají být segmentového typu a části vodicích ložisek musí být zesíleny, aby vydržely plnou sílu zemětřesení.Výrobci dále doporučovali svázat horní konzolu bočně s hlavní (kryt generátoru) pomocí ocelových nosníků.To by také znamenalo, že betonový sud by zase musel být zpevněn.
Detekce vibrací generátorů
Instalace detektorů vibrací nebo měřičů excentricity na turbíny a generátory byla doporučena pro iniciaci odstavení a poplachu v případě, že vibrace způsobené zemětřesením překročí předem stanovenou hodnotu.Toto zařízení může být také použito pro detekci jakýchkoli neobvyklých vibrací jednotky v důsledku hydraulických podmínek ovlivňujících turbínu.
Kontakty Mercury
Silné otřesy v důsledku zemětřesení mohou mít za následek falešné vypnutí pro zahájení vypnutí jednotky, pokud jsou použity rtuťové kontakty.Tomu se lze vyhnout buď specifikací antivibračních rtuťových spínačů, nebo v případě potřeby přidáním časovacích relé.
Závěry
(1) Podstatných úspor v nákladech na vybavení a strukturu elektrárny Dehar bylo dosaženo přijetím velké jednotky s ohledem na velikost sítě a její vliv na volnou kapacitu systému.
(2) Náklady na generátory byly sníženy přijetím zastřešujícího designu konstrukce, který je nyní možný u velkých vysokorychlostních hydrogenerátorů díky vývoji oceli s vysokou pevností v tahu pro děrování okrajů rotorů.
(3) Pořízení přirozených generátorů s vysokým účinkem po podrobných studiích vedlo k dalším úsporám nákladů.
(4) Normální setrvačníkový efekt rotujících částí generátoru na frekvenční regulační stanici v Deharu byl považován za dostatečný pro stabilitu systému regulátoru turbíny kvůli velkému propojenému systému.
(5) Speciální parametry vzdálených generátorů napájejících sítě VN pro zajištění elektrické stability mohou být splněny systémy rychlého statického buzení.
(6) Rychle působící systémy statického buzení mohou poskytnout potřebné rezervy stability.Takové systémy však vyžadují stabilizaci zpětnovazebních signálů pro dosažení stability po poruše.Měly by být provedeny podrobné studie.
(7) Samobuzení a napěťové nestabilitě vzdálených generátorů propojených se sítí dlouhými vedeními VN lze zabránit zvýšením kapacity nabíjení vedení stroje pomocí záporného buzení a/nebo použitím trvale připojených bočníkových tlumivek VN.
(8) V konstrukci generátorů a jejich základů lze učinit opatření k zajištění ochrany proti seismickým silám s malými náklady.
Hlavní parametry generátorů Dehar
Zkratový poměr = 1,06
Přímá osa přechodné reakce = 0,2
Efekt setrvačníku = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd ne větší než = 1,2
Čas odeslání: 11. května 2021
