Generator svinghjulseffekt og stabilitet af turbineregulatorsystem

Generatorsvinghjulseffekt og stabilitet af turbine regulatorsystemGenerator Svinghjulseffekt og stabilitet af turbineregulatorsystemGenerator Svinghjulseffekt og stabilitet af turbineregulatorsystemGenerator Svinghjulseffekt og stabilitet af turbineregulatorsystem
Store moderne hydrogeneratorer har mindre inertikonstant og kan stå over for problemer med stabiliteten af ​​turbinestyringssystemet.Dette skyldes turbinevandets opførsel, som på grund af sin inerti giver anledning til vandslag i trykrør, når styreenheder betjenes.Dette er generelt karakteriseret ved de hydrauliske accelerationstidskonstanter.I isoleret drift, når frekvensen af ​​hele systemet bestemmes af turbineregulatoren, påvirker vandhammeren hastighedsstyringen, og ustabilitet fremstår som jagt eller frekvenssvingning.For indbyrdes forbundet drift med et stort system holdes frekvensen i det væsentlige konstant af den senere.Vandhammeren påvirker så den strøm, der tilføres systemet, og stabilitetsproblemet opstår først, når strømmen styres i et lukket kredsløb, dvs. i tilfælde af de hydrogeneratorer, der deltager i frekvensreguleringen.

​Stabiliteten af ​​turbineregulatorgear er stærkt påvirket af forholdet mellem den mekaniske accelerationstidskonstant på grund af vandmassernes hydrauliske accelerationstidskonstant og af regulatorens forstærkning.En reduktion af ovenstående forhold har en destabiliserende effekt og nødvendiggør en reduktion af regulatorforstærkningen, hvilket påvirker frekvensstabiliseringen negativt.Derfor er en minimal svinghjulseffekt nødvendig for roterende dele af en hydroenhed, som normalt kun kan tilvejebringes i generatoren.Alternativt kunne den mekaniske accelerationstidskonstant reduceres ved at tilvejebringe en trykaflastningsventil eller en overspændingstank osv., men det er generelt meget dyrt.Et empirisk kriterium for en hydrogenererende enheds hastighedsregulerende evne kunne være baseret på enhedens hastighedsstigning, som kan finde sted ved afvisning af hele den nominelle belastning af enheden, der fungerer uafhængigt.For de kraftenheder, der opererer i store sammenkoblede systemer, og som er nødvendige for at regulere systemfrekvensen, blev det procentvise hastighedsstigningsindeks som beregnet ovenfor anset for ikke at overstige 45 procent.For mindre systemer er der tilvejebragt en mindre hastighedsstigning (se kapitel 4).

Længdesnit fra indtag til Dehar kraftværk
(Kilde: Paper by Author – 2nd world Congress, International Water Resources Association 1979) For Dehar Power Plant vises det hydrauliske trykvandssystem, der forbinder balanceringslageret med kraftenheden bestående af vandindtag, tryktunnel, differentialoverspændingstank og penstock .Begrænsning af den maksimale trykstigning i penstockene til 35 procent, er den anslåede maksimale hastighedsstigning for enheden ved afvisning af fuld belastning beregnet til omkring 45 procent med en regulator lukket
tid på 9,1 sekunder ved en nominel løftehøjde på 282 m (925 ft) med den normale svinghjulseffekt fra de roterende dele af generatoren (dvs. kun fastsat i forhold til temperaturstigning).I den første fase af driften viste hastighedsstigningen sig ikke at være mere end 43 procent.Det blev derfor vurderet, at normal svinghjulseffekt er tilstrækkelig til at regulere systemets frekvens.

Generatorparametre og elektrisk stabilitet
Generatorparametrene, som har betydning for stabiliteten, er svinghjulseffekten, transientreaktans og kortslutningsforhold.I den indledende fase af udviklingen af ​​420 kV EHV-system som ved Dehar kan problemer med stabilitet være kritiske på grund af svagt system, lavere kortslutningsniveau, drift med førende effektfaktor og behov for økonomi i at levere transmissionsudtag og fikseringsstørrelse og parametre for generatorenheder.Foreløbige undersøgelser af transientstabilitet på netværksanalysator (ved brug af konstant spænding bag transientreaktans) for Dehar EHV-systemet indikerede også, at kun marginal stabilitet ville blive opnået.I den tidlige fase af design af Dehar Power Plant blev det anset for at specificere generatorer med alm
egenskaber og opnåelse af krav til stabilitet ved at optimere parametre for andre involverede faktorer, især dem for excitationssystemet, ville være et økonomisk billigere alternativ.I en undersøgelse af det britiske system blev det også vist, at ændring af generatorparametre har forholdsvis meget mindre effekt på stabilitetsmarginerne.Følgelig blev normale generatorparametre som angivet i appendiks specificeret for generatoren.De detaljerede stabilitetsundersøgelser, der er udført, er angivet

Linjeopladningskapacitet og spændingsstabilitet
Fjerntplacerede hydrogeneratorer, der bruges til at oplade lange ubelastede EHV-ledninger, hvis opladnings-kVA er mere end maskinens linjeopladningskapacitet, kan maskinen blive selvophidset og spændingen stige uden for kontrol.Betingelsen for selvexcitering er, at xc < xd, hvor xc er kapacitiv belastningsreaktans og xd den synkrone direkte aksereaktans.Den nødvendige kapacitet til opladning af en enkelt 420 kV ubelastet linje E2/xc op til Panipat (modtageende ende) var omkring 150 MVARs ved nominel spænding.I andet trin, når en anden 420 kV-ledning af tilsvarende længde er installeret, vil den linjeopladningskapacitet, der kræves for at oplade begge de ubelastede ledninger samtidigt ved nominel spænding, være omkring 300 MVARs.

Linjeopladningskapaciteten tilgængelig ved nominel spænding fra Dehar-generatoren, som angivet af leverandører af udstyret, var som følger:
(i)70 procent vurderet MVA, dvs. 121,8 MVAR linjeopladning er mulig med en minimum positiv excitation på 10 procent.
(ii)Op til 87 procent af nominel MVA, dvs. 139 MVAR-linjeopladningskapacitet er mulig med en minimum positiv excitation på 1 procent.
(iii)Op til 100 procent af nominel MVAR, dvs. 173,8 linjeopladningskapacitet kan opnås med ca. 5 procent negativ excitation og maksimal linjeopladningskapacitet, der kan opnås med negativ excitation på 10 procent, er 110 procent af nominel MVA (191 MVAR) ) ifølge BSS.
(iv)Yderligere forøgelse af linjeopladningskapaciteten er kun mulig ved at øge maskinens størrelse.I tilfælde af (ii) og (iii) er håndstyring af excitation ikke mulig, og man skal stole fuldt ud på kontinuerlig drift af hurtigvirkende automatiske spændingsregulatorer.Det er hverken økonomisk muligt eller ønskeligt at øge maskinens størrelse med det formål at øge linjeopladningskapaciteten.I overensstemmelse hermed under hensyntagen til driftsforholdene i det første driftstrin blev det besluttet at sørge for en linjeopladningskapacitet på 191 MVARs ved nominel spænding for generatorerne ved at give negativ magnetisering på generatorerne.Kritiske driftsforhold, der forårsager spændingsustabilitet, kan også være forårsaget af afbrydelse af belastningen i den modtagende ende.Fænomenet opstår på grund af kapacitiv belastning på maskinen, som yderligere påvirkes negativt af generatorens hastighedsstigning.Selvexcitering og spændingsustabilitet kan forekomme, hvis.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Hvor Xc er kapacitiv belastningsreaktans, Xq er kvadraturaksens synkronreaktans, og n er den maksimale relative overhastighed, der forekommer ved belastningsafvisning.Denne tilstand på Dehar-generatoren blev foreslået undgået ved at tilvejebringe en permanent tilsluttet 400 kV EHV-shuntreaktor (75 MVA) i den modtagende ende af ledningen i henhold til detaljerede undersøgelser.

Spjæld vikling
En spjældviklings hovedfunktion er dens evne til at forhindre for høje overspændinger i tilfælde af linje-til-linje-fejl med kapacitive belastninger, og derved reducere overspændingsbelastningen på udstyret.Under hensyntagen til fjernplacering og lange indbyrdes forbundne transmissionslinjer blev fuldt forbundne spjældviklinger med forholdet mellem kvadratur og direkte akse-reaktanser Xnq/Xnd ikke over 1,2 specificeret.

Generatorkarakteristik og excitationssystem
Generatorer med normale egenskaber var blevet specificeret og foreløbige undersøgelser, der kun viste marginal stabilitet, blev det besluttet, at højhastigheds statisk excitationsudstyr skulle bruges til at forbedre stabilitetsmarginerne for at opnå den overordnede mest økonomiske opstilling af udstyr.Detaljerede undersøgelser blev udført for at bestemme optimale karakteristika for det statiske excitationsudstyr og diskuteret i kapitel 10.

Seismiske overvejelser
Dehar Power Plant falder i seismisk zone.Følgende bestemmelser i hydrogeneratordesignet i Dehar blev foreslået i samråd med fabrikanterne af udstyr og under hensyntagen til de seismiske og geologiske forhold på stedet og rapporten fra Koyna Earthquake Experts Committee, der er nedsat af Indiens regering med hjælp fra UNESCO.

Mekanisk styrke
Dehar-generatorer er designet til sikkert at modstå den maksimale jordskælvsaccelerationskraft både i lodret og vandret retning, der forventes ved Dehar, der virker i midten af ​​maskinen.

Naturlig frekvens
Maskinens naturlige frekvens holdes godt væk (højere) fra den magnetiske frekvens på 100 Hz (dobbelt generatorens frekvens).Denne naturlige frekvens vil være langt væk fra jordskælvets frekvens og blive kontrolleret for tilstrækkelig margin i forhold til den dominerende frekvens af jordskælv og den kritiske hastighed af roterende system.

Generator stator støtte
Generatorstatoren og det nederste tryk- og styrelejefundament består af et antal sålplader.Sålpladerne bindes til fundamentet sideværts ud over normal vertikal retning med fundamentbolte.

Styrelejedesign
Styrelejer skal være af segmenttype, og styrelejedelene skal forstærkes til at modstå fuld jordskælvskraft.Producenterne anbefalede endvidere at binde topbeslaget sideværts med cylinderen (generatorkabinet) ved hjælp af ståldragere.Det ville også betyde, at betontønden til gengæld skulle forstærkes.

Vibrationsdetektion af generatorer
Installation af vibrationsdetektorer eller excentricitetsmålere på turbiner og generatorer blev anbefalet at blive installeret for at starte nedlukning og alarm i tilfælde af, at vibrationerne på grund af jordskælv overstiger en forudbestemt værdi.Denne enhed kan også bruges til at detektere eventuelle usædvanlige vibrationer i en enhed på grund af hydrauliske forhold, der påvirker turbinen.

Mercury kontakter
Alvorlige rystelser på grund af jordskælv kan resultere i falsk udløsning for at starte nedlukning af en enhed, hvis der anvendes kviksølvkontakter.Dette kan undgås ved enten at specificere antivibrationstype kviksølvkontakter eller hvis det findes nødvendigt ved at tilføje tidsrelæer.

Konklusioner
(1) Betydelige besparelser i omkostningerne til udstyr og struktur på Dehar Power Plant blev opnået ved at anvende store enhedsstørrelser under hensyntagen til nettets størrelse og dets indflydelse på systemets reservekapacitet.
(2) Omkostningerne til generatorer blev reduceret ved at vedtage paraplydesign af konstruktionen, som nu er mulig for store højhastigheds hydrogeneratorer på grund af udviklingen af ​​stål med høj trækstyrke til udstansning af rotorfælg.
(3) Anskaffelse af naturlige højeffektfaktorgeneratorer efter detaljerede undersøgelser resulterede i yderligere besparelser i omkostningerne.
(4) Normal svinghjulseffekt af de roterende dele af generatoren ved frekvensreguleringsstationen i Dehar blev anset for tilstrækkelig til stabilitet af turbineregulatorsystemet på grund af det store sammenkoblede system.
(5) Særlige parametre for fjerngeneratorer, der forsyner EHV-netværk for at sikre, at elektrisk stabilitet kan opfyldes af statiske excitationssystemer med hurtig respons.
(6) Hurtigt virkende statiske excitationssystemer kan give nødvendige stabilitetsmargener.Sådanne systemer kræver imidlertid stabiliserende feedback-signaler for at opnå stabilitet efter fejl.Der bør udføres detaljerede undersøgelser.
(7) Selvmagnetisering og spændingsustabilitet af fjerngeneratorer, der er forbundet med nettet via lange EHV-ledninger, kan forhindres ved at øge maskinens linjeopladningskapacitet ved at ty til negativ excitation og/eller ved at anvende permanent tilsluttede EHV-shuntreaktorer.
(8) Der kan træffes foranstaltninger i konstruktionen af ​​generatorer og dets fundamenter for at yde beskyttelse mod seismiske kræfter til små omkostninger.

Hovedparametre for Dehar-generatorer
Kortslutningsforhold = 1,06
Transient reaktans direkte akse = 0,2
Svinghjulseffekt = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd ikke større end = 1,2