Efecto del volante del generador y estabilidad del sistema de regulación de la turbinaEfecto del volante del generador y estabilidad del sistema de regulación de la turbinaEfecto del volante del generador y estabilidad del sistema de regulación de la turbinaEfecto del volante del generador y estabilidad del sistema de regulación de la turbina
Los grandes hidrogeneradores modernos tienen una constante de inercia más pequeña y pueden enfrentar problemas relacionados con la estabilidad del sistema de control de la turbina.Esto se debe al comportamiento del agua de la turbina, que por su inercia da lugar a golpes de ariete en las tuberías de presión cuando se accionan los dispositivos de control.Esto se caracteriza en general por las constantes de tiempo de aceleración hidráulica.En operación aislada, cuando la frecuencia de todo el sistema está determinada por el gobernador de la turbina, el golpe de ariete afecta el gobierno de la velocidad y la inestabilidad aparece como fluctuaciones de frecuencia.Para la operación interconectada con un sistema grande, la frecuencia se mantiene esencialmente constante por este último.El golpe de ariete afecta entonces la potencia alimentada al sistema y el problema de estabilidad sólo surge cuando la potencia se controla en un circuito cerrado, es decir, en el caso de aquellos hidrogeneradores que participan en la regulación de frecuencia.
La estabilidad del engranaje del gobernador de la turbina se ve muy afectada por la relación de la constante de tiempo de aceleración mecánica debido a la constante de tiempo de aceleración hidráulica de las masas de agua y por la ganancia del gobernador.Una reducción de la relación anterior tiene un efecto desestabilizador y requiere una reducción de la ganancia del regulador, lo que afecta negativamente a la estabilización de frecuencia.En consecuencia, es necesario un efecto de volante mínimo para las piezas giratorias de una unidad hidráulica que normalmente solo puede proporcionarse en el generador.Alternativamente, la constante de tiempo de aceleración mecánica podría reducirse mediante la provisión de una válvula de alivio de presión o un tanque de compensación, etc., pero generalmente es muy costoso.Un criterio empírico para la capacidad de regulación de velocidad de una unidad hidrogeneradora podría basarse en el aumento de velocidad de la unidad que puede tener lugar al rechazar toda la carga nominal de la unidad que opera de forma independiente.Para las unidades de potencia que operan en grandes sistemas interconectados y que se requieren para regular la frecuencia del sistema, se consideró que el índice de aumento de velocidad porcentual calculado anteriormente no excedía el 45 por ciento.Para sistemas más pequeños, se debe proporcionar un aumento de velocidad más pequeño (consulte el Capítulo 4).
Sección longitudinal desde la entrada hasta la central eléctrica de Dehar
(Fuente: Artículo del autor - 2º Congreso mundial, Asociación Internacional de Recursos Hídricos 1979) Para la planta de energía de Dehar, se muestra el sistema de agua a presión hidráulica que conecta el almacenamiento de equilibrio con la unidad de energía que consiste en la toma de agua, el túnel de presión, el tanque de compensación diferencial y la tubería forzada .Limitando el aumento máximo de presión en las compuertas al 35 por ciento, el aumento máximo de velocidad estimado de la unidad al rechazar la carga completa se calculó en alrededor del 45 por ciento con el cierre del gobernador.
tiempo de 9,1 segundos a una altura nominal de 282 m (925 pies) con el efecto de volante normal de las partes giratorias del generador (es decir, fijo solo en consideraciones de aumento de temperatura).En la primera etapa de operación, se encontró que el aumento de velocidad no superaba el 43 por ciento.En consecuencia, se consideró que el efecto normal del volante es adecuado para regular la frecuencia del sistema.
Parámetros del generador y estabilidad eléctrica
Los parámetros del generador que influyen en la estabilidad son el efecto volante, la reactancia transitoria y la relación de cortocircuito.En la etapa inicial de desarrollo del sistema EHV de 420 kV como en Dehar, los problemas de estabilidad pueden ser críticos debido a la debilidad del sistema, el bajo nivel de cortocircuito, la operación con un factor de potencia líder y la necesidad de economía en el suministro de salidas de transmisión y el tamaño de fijación y parámetros de las unidades generadoras.Los estudios preliminares de estabilidad transitoria en el analizador de red (usando voltaje constante detrás de la reactancia transitoria) para el sistema EHV de Dehar también indicaron que solo se obtendría una estabilidad marginal.En la etapa inicial del diseño de la central eléctrica de Dehar, se consideró que especificar generadores con
Las características y el logro de los requisitos de estabilidad mediante la optimización de los parámetros de otros factores involucrados, especialmente los del sistema de excitación, serían una alternativa económicamente más económica.En un estudio del Sistema Británico también se demostró que cambiar los parámetros del generador tiene un efecto comparativamente mucho menor en los márgenes de estabilidad.En consecuencia, se especificaron para el generador los parámetros normales del generador que figuran en el apéndice.Los estudios detallados de estabilidad llevados a cabo se dan
Capacidad de carga de línea y estabilidad de voltaje
Los hidrogeneradores ubicados en lugares remotos que se utilizan para cargar líneas EHV descargadas durante mucho tiempo cuyos kVA de carga superan la capacidad de carga de la línea de la máquina, la máquina puede autoexcitarse y el voltaje aumenta más allá del control.La condición para la autoexcitación es que xc < xd donde, xc es la reactancia de carga capacitiva y xd la reactancia de eje directo síncrono.La capacidad requerida para cargar una sola línea descargada de 420 kV E2/xc hasta Panipat (extremo receptor) era de unos 150 MVAR a tensión nominal.En la segunda etapa, cuando se instala una segunda línea de 420 kV de longitud equivalente, la capacidad de carga de la línea requerida para cargar ambas líneas descargadas simultáneamente a la tensión nominal sería de unos 300 MVAR.
La capacidad de carga de la línea disponible a la tensión nominal del generador Dehar, según lo indicado por los proveedores del equipo, era la siguiente:
(i) 70 por ciento de MVA nominal, es decir, la carga de línea de 121,8 MVAR es posible con una excitación positiva mínima del 10 por ciento.
(ii) Hasta el 87 por ciento del MVA nominal, es decir, la capacidad de carga de la línea de 139 MVAR es posible con una excitación positiva mínima del 1 por ciento.
(iii) Hasta el 100 por ciento del MVAR nominal, es decir, se puede obtener una capacidad de carga de línea de 173,8 con aproximadamente un 5 por ciento de excitación negativa y la capacidad máxima de carga de línea que se puede obtener con una excitación negativa del 10 por ciento es el 110 por ciento del MVA nominal (191 MVAR ) según NBS.
(iv) Solo es posible aumentar más las capacidades de carga de la línea aumentando el tamaño de la máquina.En el caso de (ii) y (iii), el control manual de la excitación no es posible y se debe confiar plenamente en la operación continua de los reguladores de voltaje automáticos de acción rápida.No es económicamente factible ni deseable aumentar el tamaño de la máquina con el fin de aumentar las capacidades de carga de la línea.En consecuencia, teniendo en cuenta las condiciones de operación en la primera etapa de operación, se decidió proporcionar una capacidad de carga de línea de 191 MVAR a voltaje nominal para los generadores proporcionando excitación negativa en los generadores.La condición crítica de operación que causa inestabilidad de voltaje también puede ser causada por la desconexión de la carga en el extremo receptor.El fenómeno se produce debido a la carga capacitiva de la máquina, que se ve afectada negativamente por el aumento de velocidad del generador.La autoexcitación y la inestabilidad del voltaje pueden ocurrir si.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Donde, Xc es la reactancia de carga capacitiva, Xq es la reactancia síncrona del eje en cuadratura y n es la máxima sobrevelocidad relativa que ocurre en el rechazo de la carga.Se propuso obviar esta condición en el generador Dehar proporcionando un reactor de derivación EHV de 400 kV (75 MVA) permanentemente conectado en el extremo receptor de la línea según los estudios detallados realizados.
Bobinado amortiguador
La función principal de un devanado amortiguador es su capacidad para evitar sobretensiones excesivas en caso de fallas de línea a línea con cargas capacitivas, reduciendo así el estrés de sobretensión en el equipo.Teniendo en cuenta la ubicación remota y las largas líneas de transmisión de interconexión, se especificó que los devanados amortiguadores totalmente conectados con una relación de reactancias en cuadratura y eje directo Xnq/ Xnd no superen 1,2.
Característica del generador y sistema de excitación
Una vez que se especificaron generadores con características normales y los estudios preliminares indicaron solo una estabilidad marginal, se decidió que se utilizarían equipos de excitación estática de alta velocidad para mejorar los márgenes de estabilidad a fin de lograr la disposición general más económica del equipo.Se llevaron a cabo estudios detallados para determinar las características óptimas del equipo de excitación estática y se analizan en el capítulo 10.
Consideraciones sísmicas
La central eléctrica de Dehar cae en zona sísmica.Se propusieron las siguientes disposiciones en el diseño del generador hidroeléctrico en Dehar en consulta con los fabricantes de equipos y teniendo en cuenta las condiciones sísmicas y geológicas del sitio y el informe del Comité de Expertos en Terremotos de Koyna constituido por el Gobierno de la India con la ayuda de la UNESCO.
Fuerza mecánica
Los generadores de Dehar deben diseñarse para soportar con seguridad la fuerza máxima de aceleración sísmica tanto en la dirección vertical como horizontal esperada en Dehar actuando en el centro de la máquina.
Frecuencia natural
La frecuencia natural de la máquina debe mantenerse alejada (más alta) de la frecuencia magnética de 100 Hz (el doble de la frecuencia del generador).Esta frecuencia natural estará muy alejada de la frecuencia de los terremotos y se verificará el margen adecuado contra la frecuencia predominante de los terremotos y la velocidad crítica del sistema de rotación.
Soporte del estator del generador
El estator del generador y los cimientos de los cojinetes guía y de empuje inferiores comprenden una serie de placas de base.Las placas de base se amarran a la cimentación lateralmente además de la dirección vertical normal mediante pernos de cimentación.
Diseño de cojinete de guía
Los cojinetes de guía serán de tipo segmentario y las piezas de los cojinetes de guía se fortalecerán para resistir la fuerza total de un terremoto.Los fabricantes recomendaron además amarrar el soporte superior lateralmente con el barril (carcasa del generador) por medio de vigas de acero.Esto también significaría que el barril de hormigón, a su vez, tendría que ser reforzado.
Detección de vibraciones de generadores
Se recomendó la instalación de detectores de vibraciones o medidores de excentricidad en turbinas y generadores para iniciar el paro y alarma en caso de que las vibraciones por sismo excedan un valor predeterminado.Este dispositivo también se puede utilizar para detectar cualquier vibración inusual de una unidad debido a las condiciones hidráulicas que afectan a la turbina.
Contactos de mercurio
Las sacudidas severas debidas a un terremoto pueden provocar un disparo falso para iniciar el apagado de una unidad si se utilizan contactos de mercurio.Esto se puede evitar especificando interruptores de mercurio de tipo antivibración o, si es necesario, agregando relés de temporización.
Conclusiones
(1) Se obtuvieron economías sustanciales en el costo del equipo y la estructura en la planta de energía de Dehar al adoptar un tamaño de unidad grande teniendo en cuenta el tamaño de la red y su influencia en la capacidad disponible del sistema.
(2) El costo de los generadores se redujo al adoptar un diseño general de construcción que ahora es posible para grandes hidrogeneradores de alta velocidad debido al desarrollo de acero de alta resistencia a la tracción para perforaciones en el borde del rotor.
(3) La adquisición de generadores naturales de alto factor de potencia después de estudios detallados resultó en ahorros adicionales en el costo.
(4) El efecto normal del volante de inercia de las partes giratorias del generador en la estación de regulación de frecuencia en Dehar se consideró suficiente para la estabilidad del sistema regulador de la turbina debido al gran sistema interconectado.
(5) Los parámetros especiales de los generadores remotos que alimentan las redes EHV para garantizar la estabilidad eléctrica pueden cumplirse mediante sistemas de excitación estática de respuesta rápida.
(6) Los sistemas de excitación estática de acción rápida pueden proporcionar los márgenes de estabilidad necesarios.Dichos sistemas, sin embargo, requieren señales de retroalimentación estabilizadoras para lograr la estabilidad posterior a la falla.Se deben realizar estudios detallados.
(7) La autoexcitación y la inestabilidad de voltaje de los generadores remotos interconectados con la red mediante líneas EHV largas pueden evitarse aumentando la capacidad de carga de la línea de la máquina recurriendo a la excitación negativa y/o empleando reactores de derivación EHV conectados permanentemente.
(8) Se pueden hacer provisiones en el diseño de generadores y sus cimientos para brindar protección contra fuerzas sísmicas a un costo reducido.
Parámetros principales de los generadores Dehar
Relación de cortocircuito = 1,06
Eje directo de reactancia transitoria = 0.2
Efecto Volante = 39.5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd no mayor que = 1.2
Hora de publicación: 11-may-2021
