Effet du volant du générateur et stabilité du système de régulation de la turbineEffet du volant du générateur et stabilité du système de régulation de la turbineEffet du volant du générateur et stabilité du système de régulation de la turbineEffet du volant du générateur et stabilité du système de régulation de la turbine
Les grands générateurs hydroélectriques modernes ont une constante d'inertie plus petite et peuvent rencontrer des problèmes concernant la stabilité du système de régulation de la turbine.Ceci est dû au comportement de l'eau de la turbine qui, du fait de son inertie, provoque des coups de bélier dans les conduites sous pression lorsque les organes de commande sont actionnés.Celle-ci est en général caractérisée par les constantes de temps d'accélération hydraulique.En fonctionnement isolé, lorsque la fréquence de l'ensemble du système est déterminée par le régulateur de turbine, le coup de bélier affecte la régulation de la vitesse et l'instabilité apparaît sous forme de pompage ou d'oscillation de fréquence.Pour un fonctionnement interconnecté avec un grand système, la fréquence est essentiellement maintenue constante par ce dernier.Le coup de bélier affecte alors la puissance fournie au système et le problème de stabilité ne se pose que lorsque la puissance est contrôlée en boucle fermée, c'est-à-dire dans le cas des hydrogénérateurs qui participent à la régulation de fréquence.
La stabilité de l'engrenage du régulateur de turbine est fortement affectée par le rapport de la constante de temps d'accélération mécanique due à la constante de temps d'accélération hydraulique des masses d'eau et par le gain du régulateur.Une réduction du rapport ci-dessus a un effet déstabilisant et nécessite une réduction du gain du régulateur, ce qui nuit à la stabilisation en fréquence.Par conséquent, un effet de volant d'inertie minimal pour les pièces rotatives d'une unité hydraulique est nécessaire, ce qui ne peut normalement être fourni que dans le générateur.En variante, la constante de temps d'accélération mécanique pourrait être réduite par la fourniture d'une soupape de surpression ou d'un réservoir tampon, etc., mais cela est généralement très coûteux.Un critère empirique pour la capacité de régulation de la vitesse d'une unité de production hydroélectrique pourrait être basé sur l'augmentation de la vitesse de l'unité qui peut avoir lieu lors du rejet de la charge nominale totale de l'unité fonctionnant indépendamment.Pour les unités de puissance fonctionnant dans de grands systèmes interconnectés et qui sont nécessaires pour réguler la fréquence du système, l'indice d'augmentation de la vitesse en pourcentage tel que calculé ci-dessus a été considéré comme ne dépassant pas 45 %.Pour les systèmes plus petits, une plus petite augmentation de vitesse doit être fournie (voir le chapitre 4).
Coupe longitudinale de l'admission à la centrale électrique de Dehar
(Source : Article de l'auteur - 2e Congrès mondial, Association internationale des ressources en eau 1979) Pour la centrale électrique de Dehar, le système d'eau sous pression hydraulique reliant le stockage d'équilibrage à l'unité d'alimentation comprenant la prise d'eau, le tunnel de pression, le réservoir d'équilibre différentiel et la conduite forcée est illustré .Limiter l'augmentation de pression maximale dans les conduites forcées à 35 %, l'augmentation de vitesse maximale estimée de l'unité lors du rejet de la pleine charge a été établie à environ 45 % avec la fermeture d'un régulateur
temps de 9,1 secondes à une hauteur nominale de 282 m (925 ft) avec l'effet de volant normal des pièces rotatives du générateur (c'est-à-dire, fixé sur des considérations d'élévation de température uniquement).Dans la première phase de fonctionnement, l'augmentation de la vitesse n'a pas été supérieure à 43 %.Il a donc été considéré que l'effet de volant d'inertie normal est suffisant pour réguler la fréquence du système.
Paramètres du générateur et stabilité électrique
Les paramètres du générateur qui influent sur la stabilité sont l'effet volant, la réactance transitoire et le rapport de court-circuit.Dans la phase initiale de développement du système THT 420 kV comme à Dehar, les problèmes de stabilité sont susceptibles d'être critiques en raison de la faiblesse du système, du niveau de court-circuit inférieur, du fonctionnement au facteur de puissance principal et du besoin d'économie dans la fourniture de prises de transmission et la taille et la fixation des fixations. paramètres des groupes électrogènes.Des études préliminaires de stabilité transitoire sur un analyseur de réseau (utilisant une tension constante derrière la réactance transitoire) pour le système Dehar EHV ont également indiqué que seule une stabilité marginale serait obtenue.Au début de la conception de la centrale électrique de Dehar, il a été considéré que la spécification de générateurs avec des
caractéristiques et la réalisation des exigences de stabilité en optimisant les paramètres d'autres facteurs impliqués, en particulier ceux du système d'excitation, seraient une alternative économiquement moins chère.Dans une étude du système britannique, il a également été démontré que la modification des paramètres du générateur a comparativement beaucoup moins d'effet sur les marges de stabilité.En conséquence, les paramètres normaux du générateur, tels qu'indiqués dans l'annexe, ont été spécifiés pour le générateur.Les études de stabilité détaillées réalisées sont données
Capacité de charge de la ligne et stabilité de la tension
Les générateurs hydroélectriques situés à distance sont utilisés pour charger de longues lignes THT non chargées dont la charge en kVA est supérieure à la capacité de charge de la ligne de la machine, la machine peut devenir auto-excitée et la tension augmenter de façon incontrôlable.La condition d'auto-excitation est que xc < xd où, xc est la réactance de charge capacitive et xd la réactance de l'axe direct synchrone.La capacité requise pour charger une seule ligne 420 kV à vide E2 /xc jusqu'à Panipat (côté réception) était d'environ 150 MVAR à la tension nominale.Dans la deuxième étape, lorsqu'une deuxième ligne de 420 kV de longueur équivalente est installée, la capacité de charge de la ligne nécessaire pour charger simultanément les deux lignes non chargées à la tension nominale serait d'environ 300 MVAR.
La capacité de charge de la ligne disponible à la tension nominale du générateur Dehar, comme indiqué par les fournisseurs de l'équipement, était la suivante :
(i) 70 % de MVA nominal, c'est-à-dire qu'une charge de ligne de 121,8 MVAR est possible avec une excitation positive minimale de 10 %.
(ii) Jusqu'à 87 % de la MVA nominale, c'est-à-dire une capacité de charge de ligne de 139 MVAR est possible avec une excitation positive minimale de 1 %.
(iii) Jusqu'à 100 % de la MVAR nominale, c'est-à-dire qu'une capacité de charge de ligne de 173,8 peut être obtenue avec une excitation négative d'environ 5 % et une capacité de charge de ligne maximale pouvant être obtenue avec une excitation négative de 10 % est de 110 % de la MVA nominale (191 MVAR ) selon BSS.
(iv) Une augmentation supplémentaire des capacités de charge de la ligne n'est possible qu'en augmentant la taille de la machine.Dans le cas de (ii) et (iii), la commande manuelle de l'excitation n'est pas possible et il faut se fier entièrement au fonctionnement continu des régulateurs de tension automatiques à action rapide.Il n'est ni économiquement faisable ni souhaitable d'augmenter la taille de la machine dans le but d'augmenter les capacités de charge de la ligne.En conséquence, compte tenu des conditions de fonctionnement dans la première phase de fonctionnement, il a été décidé de prévoir une capacité de charge de ligne de 191 MVAR à la tension nominale pour les générateurs en fournissant une excitation négative sur les générateurs.Une condition de fonctionnement critique provoquant une instabilité de tension peut également être causée par la déconnexion de la charge à l'extrémité de réception.Le phénomène se produit en raison de la charge capacitive sur la machine qui est en outre affectée par la montée en vitesse du générateur.Une auto-excitation et une instabilité de tension peuvent se produire si.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Où, Xc est la réactance de charge capacitive, Xq est la réactance synchrone de l'axe en quadrature et n est la survitesse relative maximale se produisant lors du rejet de la charge.Il a été proposé de remédier à cette condition sur le générateur Dehar en fournissant une réactance shunt THT de 400 kV (75 MVA) connectée en permanence à l'extrémité de réception de la ligne, conformément aux études détaillées réalisées.
Enroulement d'amortisseur
La fonction principale d'un enroulement d'amortisseur est sa capacité à empêcher les surtensions excessives en cas de défauts de ligne à ligne avec des charges capacitives, réduisant ainsi la contrainte de surtension sur l'équipement.En tenant compte de l'emplacement éloigné et des longues lignes de transmission interconnectées, des enroulements d'amortisseur entièrement connectés avec un rapport de quadrature et de réactances d'axe direct Xnq/Xnd ne dépassant pas 1,2 ont été spécifiés.
Caractéristique du générateur et système d'excitation
Des générateurs ayant des caractéristiques normales ayant été spécifiés et des études préliminaires n'ayant indiqué qu'une stabilité marginale, il a été décidé d'utiliser un équipement d'excitation statique à grande vitesse pour améliorer les marges de stabilité afin d'obtenir l'agencement global le plus économique de l'équipement.Des études détaillées ont été menées pour déterminer les caractéristiques optimales de l'équipement d'excitation statique et discutées au chapitre 10.
Considérations sismiques
Dehar Power Plant tombe dans la zone sismique.Les dispositions suivantes dans la conception de l'hydrogénérateur à Dehar ont été proposées en consultation avec les fabricants d'équipements et en tenant compte des conditions sismiques et géologiques sur le site et du rapport du Comité d'experts sur le tremblement de terre de Koyna constitué par le gouvernement indien avec l'aide de l'UNESCO.
Force mécanique
Les générateurs Dehar doivent être conçus pour résister en toute sécurité à la force d'accélération maximale du tremblement de terre dans les directions verticale et horizontale attendue à Dehar agissant au centre de la machine.
Fréquence naturelle
La fréquence propre de la machine doit être éloignée (plus élevée) de la fréquence magnétique de 100 Hz (deux fois la fréquence du générateur).Cette fréquence naturelle sera très éloignée de la fréquence des tremblements de terre et sera vérifiée pour une marge adéquate par rapport à la fréquence prédominante des tremblements de terre et à la vitesse critique du système en rotation.
Support de stator de générateur
Les fondations du stator du générateur et des paliers inférieurs de butée et de guidage comprennent un certain nombre de semelles.Les semelles doivent être attachées à la fondation latéralement en plus de la direction verticale normale par des boulons de fondation.
Conception de roulement de guidage
Les roulements de guidage doivent être de type segmenté et les pièces du roulement de guidage doivent être renforcées pour résister à la force sismique totale.Les fabricants ont en outre recommandé d'attacher latéralement le support supérieur au baril (enceinte du générateur) au moyen de poutres en acier.Cela signifierait également que le tonneau en béton devrait à son tour être renforcé.
Détection des vibrations des générateurs
L'installation de détecteurs de vibrations ou de compteurs d'excentricité sur les turbines et les générateurs a été recommandée pour déclencher l'arrêt et l'alarme au cas où les vibrations dues au tremblement de terre dépasseraient une valeur prédéterminée.Ce dispositif peut également être utilisé pour détecter toute vibration inhabituelle d'une unité due aux conditions hydrauliques affectant la turbine.
Contacts au mercure
De fortes secousses dues à un tremblement de terre sont susceptibles d'entraîner un faux déclenchement pour initier l'arrêt d'une unité si des contacts au mercure sont utilisés.Cela peut être évité en spécifiant des interrupteurs à mercure de type anti-vibration ou, si nécessaire, en ajoutant des relais temporisés.
conclusion
(1) Des économies substantielles sur le coût de l'équipement et de la structure de la centrale électrique de Dehar ont été obtenues en adoptant une grande taille d'unité en tenant compte de la taille du réseau et de son influence sur la capacité de réserve du système.
(2) Le coût des générateurs a été réduit en adoptant une conception de construction parapluie qui est désormais possible pour les grands générateurs hydroélectriques à grande vitesse en raison du développement d'acier à haute résistance pour les poinçonnages de jante de rotor.
(3) L'acquisition de générateurs à facteur de puissance naturel élevé après des études détaillées a permis de réaliser des économies supplémentaires.
(4) L'effet de volant d'inertie normal des pièces rotatives du générateur à la station de régulation de fréquence de Dehar a été considéré comme suffisant pour la stabilité du système de régulateur de turbine en raison du grand système interconnecté.
(5) Les paramètres spéciaux des générateurs distants alimentant les réseaux THT pour assurer la stabilité électrique peuvent être satisfaits par des systèmes d'excitation statique à réponse rapide.
(6) Les systèmes d'excitation statique à action rapide peuvent fournir les marges de stabilité nécessaires.Cependant, de tels systèmes nécessitent des signaux de retour de stabilisation pour obtenir une stabilité après défaut.Des études détaillées devraient être menées.
(7) L'auto-excitation et l'instabilité de tension des générateurs distants interconnectés au réseau par de longues lignes THT peuvent être évitées en augmentant la capacité de charge de la ligne de la machine en recourant à une excitation négative et/ou en utilisant des réacteurs shunt THT connectés en permanence.
(8) Des dispositions peuvent être prises dans la conception des générateurs et de ses fondations pour fournir des protections contre les forces sismiques à faible coût.
Paramètres principaux des générateurs Dehar
Rapport de court-circuit = 1,06
Axe direct de réactance transitoire = 0,2
Effet volant d'inertie = 39,5 x 106 lb pi2
Xnq/Xnd non supérieur à = 1,2
Heure de publication : 11 mai 2021
