Učinak zamašnjaka generatora i stabilnost sustava regulatora turbine

Učinak zamašnjaka generatora i stabilnost sustava regulatora turbine Učinak zamašnjaka generatora i stabilnost sustava regulatora turbine Učinak zamašnjaka generatora i stabilnost sustava regulatora turbine Učinak zamašnjaka generatora i stabilnost sustava regulatora turbine
Veliki moderni hidrogeneratori imaju manju konstantu inercije i mogu se suočiti s problemima u pogledu stabilnosti sustava upravljanja turbinom.To je zbog ponašanja vode u turbini, koja zbog svoje inercije dovodi do vodenog udara u tlačnim cijevima pri radu upravljačkih uređaja.To je općenito karakterizirano vremenskim konstantama hidrauličkog ubrzanja.U izoliranom radu, kada frekvenciju cijelog sustava određuje turbinski regulator, vodeni čekić utječe na reguliranje brzine i nestabilnost se javlja kao lov ili ljuljanje frekvencije.Za međusobno povezan rad s velikim sustavom frekvencija se u osnovi održava konstantnom.Vodeni čekić tada utječe na snagu koja se dovodi u sustav, a problem stabilnosti nastaje samo kada se snaga kontrolira u zatvorenoj petlji, tj. u slučaju onih hidrogeneratora koji sudjeluju u regulaciji frekvencije.

Na stabilnost zupčanika turbinskog regulatora uvelike utječe omjer vremenske konstante mehaničkog ubrzanja zbog vremenske konstante hidrauličkog ubrzanja vodenih masa i pojačanja regulatora.Smanjenje gornjeg omjera ima destabilizirajući učinak i zahtijeva smanjenje pojačanja guvernera, što negativno utječe na stabilizaciju frekvencije.Sukladno tome, neophodan je minimalni učinak zamašnjaka za rotirajuće dijelove hidroagregata koji se normalno može osigurati samo u generatoru.Alternativno, vremenska konstanta mehaničkog ubrzanja može se smanjiti osiguravanjem ventila za smanjenje tlaka ili prenaponskog spremnika, itd., ali je općenito vrlo skupo.Empirijski kriteriji za sposobnost regulacije brzine hidrogeneracijske jedinice mogli bi se temeljiti na porastu brzine jedinice koji se može dogoditi odbacivanjem cjelokupnog nazivnog opterećenja jedinice koja radi samostalno.Za energetske jedinice koje rade u velikim međusobno povezanim sustavima i koje su potrebne za regulaciju frekvencije sustava, smatralo se da indeks porasta postotka brzine kako je gore izračunat ne prelazi 45 posto.Za manje sustave predviđen je manji porast brzine (pogledajte Poglavlje 4).

Uzdužni presjek od unosa do elektrane Dehar
(Izvor: Rad autora – 2. svjetski kongres, Međunarodna udruga za vodene resurse 1979.) Za elektranu Dehar, prikazan je hidraulički sustav vode pod pritiskom koji povezuje skladište za uravnoteženje s agregatom koji se sastoji od unosa vode, tlačnog tunela, diferencijalnog prenaponskog spremnika i odvodne cijevi .Ograničavanje maksimalnog porasta tlaka u cijevima na 35 posto, procijenjeni maksimalni porast brzine jedinice nakon odbijanja punog opterećenja razrađen je na oko 45 posto uz zatvaranje regulatora
vrijeme od 9,1 sekunde pri nazivnoj visini od 282 m (925 ft) s normalnim učinkom zamašnjaka rotirajućih dijelova generatora (tj. fiksirano samo s obzirom na porast temperature).U prvoj fazi rada utvrđeno je da porast brzine nije veći od 43 posto.U skladu s tim smatralo se da je normalan učinak zamašnjaka adekvatan za regulaciju frekvencije sustava.

Parametri generatora i električna stabilnost
Parametri generatora koji utječu na stabilnost su učinak zamašnjaka, prolazna reaktancija i omjer kratkog spoja.U početnoj fazi razvoja 420 kV EHV sustava kao u Deharu problemi stabilnosti mogu biti kritični zbog slabog sustava, niže razine kratkog spoja, rada na vodećem faktoru snage i potrebe za ekonomičnošću u osiguravanju prijenosnih izlaza i fiksiranju veličine i parametri proizvodnih jedinica.Preliminarne studije prolazne stabilnosti na mrežnom analizatoru (koristeći konstantni napon iza prijelazne reaktancije) za Dehar EHV sustav također su pokazale da će se postići samo marginalna stabilnost.U ranoj fazi projektiranja elektrane Dehar smatralo se da specificiranje generatora s normalnim
karakteristike i postizanje zahtjeva stabilnosti optimiziranjem parametara drugih uključenih čimbenika, posebice onih uzbudnog sustava, bila bi ekonomski jeftinija alternativa.U studiji Britanskog sustava također je pokazano da promjene parametara generatora imaju relativno mnogo manji učinak na margine stabilnosti.U skladu s tim, za generator su specificirani normalni parametri generatora koji su navedeni u dodatku.Dane su detaljne studije stabilnosti koje su provedene

Kapacitet punjenja linije i stabilnost napona
Udaljeno smješteni hidrogeneratori koji se koriste za punjenje dugo neopterećenih EHV vodova čija je kVA punjenja veća od kapaciteta punjenja linije stroja, stroj se može samouzbuditi i napon porasti izvan kontrole.Uvjet za samopobudu je da je xc < xd gdje je xc reaktancija kapacitivnog opterećenja, a xd sinkrona reaktancija izravne osi.Kapacitet potreban za punjenje jednog pojedinačnog 420 kV neopterećenog voda E2 /xc do Panipata (prijemni kraj) bio je oko 150 MVARs pri nazivnom naponu.U drugoj fazi kada je instaliran drugi 420 kV vod ekvivalentne duljine, kapacitet punjenja linije potreban za istovremeno punjenje oba neopterećena voda pri nazivnom naponu bio bi oko 300 MVAR.

Kapacitet punjenja linije dostupan pri nazivnom naponu iz Dehar generatora prema navodima dobavljača opreme bio je sljedeći:
(i) 70-postotni nazivni MVA, tj. 121,8 MVAR linijsko punjenje moguće je uz minimalnu pozitivnu pobudu od 10 posto.
(ii) Moguće je do 87 posto nazivnog MVA, tj. kapaciteta punjenja linije od 139 MVAR uz minimalnu pozitivnu pobudu od 1 posto.
(iii) Do 100 posto nazivnog MVAR-a, tj. kapacitet punjenja linije 173,8 može se postići s približno 5 posto negativne pobude, a maksimalni kapacitet punjenja linije koji se može postići s negativnom pobudom od 10 posto je 110 posto nazivnog MVA (191 MVAR ) prema BSS-u.
(iv) Daljnje povećanje kapaciteta punjenja linije moguće je samo povećanjem veličine stroja.U slučaju (ii) i (iii) ručna kontrola uzbude nije moguća te se mora potpuno osloniti na kontinuirani rad brzodjelujućih automatskih regulatora napona.Nije ni ekonomski isplativo ni poželjno povećavati veličinu stroja u svrhu povećanja kapaciteta punjenja linije.Sukladno tome, uzimajući u obzir radne uvjete u prvoj fazi rada, odlučeno je da se osigura kapacitet punjenja linije od 191 MVAR pri nazivnom naponu za generatore tako što će se osigurati negativna pobuda na generatorima.Kritično radno stanje koje uzrokuje nestabilnost napona također može biti uzrokovano isključenjem opterećenja na prijemnoj strani.Fenomen se javlja zbog kapacitivnog opterećenja stroja na što dodatno nepovoljno utječe porast brzine generatora.Može doći do samouzbude i nestabilnosti napona ako.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Gdje je Xc kapacitivna reaktancija opterećenja, Xq je sinkrona reaktancija kvadraturne osi, a n je najveća relativna brzina koja se javlja pri odbijanju opterećenja.Predloženo je da se ovaj uvjet na Deharovom generatoru izbjegne osiguravanjem trajno spojenog 400 kV EHV šanta reaktora (75 MVA) na prijemnom kraju linije prema provedenim detaljnim studijama.

Prigušni namot
Glavna funkcija prigušnog namota je njegova sposobnost da spriječi prekomjerne prenapone u slučaju kvarova između vodova s ​​kapacitivnim opterećenjima, čime se smanjuje prenaponsko opterećenje na opremi.Uzimajući u obzir udaljeni položaj i duge međusobne dalekovode, specificirani su potpuno povezani prigušni namoti s omjerom kvadraturne i izravne osne reaktancije Xnq/ Xnd ne većim od 1,2.

Karakteristike generatora i sustav uzbude
Budući da su generatori s normalnim karakteristikama specificirani i preliminarne studije su pokazale samo graničnu stabilnost, odlučeno je da se oprema za statičku uzbudu velike brzine koristi za poboljšanje margina stabilnosti kako bi se postigao ukupni najekonomičniji raspored opreme.Provedene su detaljne studije kako bi se odredile optimalne karakteristike opreme statičke uzbude o kojima se raspravljalo u poglavlju 10.

Seizmička razmatranja
Elektrana Dehar pada u seizmičku zonu.Sljedeće odredbe u projektu hidrogeneratora u Deharu predložene su uz konzultacije s proizvođačima opreme i uzimajući u obzir seizmičke i geološke uvjete na lokaciji i izvješće Odbora stručnjaka za potrese Koyna kojeg je osnovala Vlada Indije uz pomoć UNESCO-a.

Mehanička čvrstoća
Dehar generatori su projektirani tako da sigurno izdrže maksimalnu silu ubrzanja potresa u vertikalnom i horizontalnom smjeru koja se očekuje u Deharu koja djeluje u središtu stroja.

Prirodna frekvencija
Prirodnu frekvenciju stroja treba držati daleko (više) od magnetske frekvencije od 100 Hz (dvostruko od frekvencije generatora).Ova prirodna frekvencija bit će udaljena od frekvencije potresa i provjeravati se za odgovarajuću marginu u odnosu na prevladavajuću frekvenciju potresa i kritičnu brzinu rotacionog sustava.

Podrška statora generatora
Stator generatora i temelji donjeg potisnog i vodećeg ležaja sastoje se od brojnih ploča potplata.Ploče potplata se bočno vežu za temelj uz normalan okomit smjer pomoću temeljnih vijaka.

Dizajn ležaja vodilice
Ležajevi vodilice moraju biti segmentnog tipa, a dijelovi ležaja vodilice ojačani da izdrže punu potresnu silu.Proizvođači su također preporučili da se gornji držač bočno veže s cijevi (kućište generatora) pomoću čeličnih nosača.To bi također značilo da bi betonsku bačvu zauzvrat trebalo ojačati.

Detekcija vibracija generatora
Preporučeno je instaliranje detektora vibracija ili mjerača ekscentriciteta na turbinama i generatorima za pokretanje isključivanja i alarma u slučaju da vibracije uslijed potresa prijeđu unaprijed određenu vrijednost.Ovaj se uređaj također može koristiti za otkrivanje bilo kakvih neobičnih vibracija jedinice zbog hidrauličkih uvjeta koji utječu na turbinu.

Merkur kontakti
Jako podrhtavanje zbog potresa može dovesti do lažnog okidanja za pokretanje isključivanja jedinice ako se koriste živini kontakti.To se može izbjeći ili specificiranjem živinih prekidača protiv vibracija ili ako se smatra potrebnim dodavanjem vremenskih releja.

Zaključci
(1) Značajna ušteda u troškovima opreme i strukture u elektrani Dehar postignuta je usvajanjem velike veličine jedinice imajući u vidu veličinu mreže i njezin utjecaj na rezervni kapacitet sustava.
(2) Troškovi generatora smanjeni su usvajanjem krovnog dizajna konstrukcije koji je sada moguć za velike hidrogeneratore velike brzine zbog razvoja čelika visoke vlačne čvrstoće za probijanje rubova rotora.
(3) Nabava prirodnih generatora visokog faktora snage nakon detaljnih studija rezultirala je daljnjim uštedama troškova.
(4) Normalan učinak zamašnjaka rotirajućih dijelova generatora na stanici za regulaciju frekvencije u Deharu smatran je dovoljnim za stabilnost turbinskog regulatora zbog velikog međusobno povezanog sustava.
(5) Posebni parametri daljinskih generatora koji napajaju EHV mreže za osiguranje električne stabilnosti mogu se zadovoljiti brzoreazivnim statičkim sustavima uzbude.
(6) Brzo djelujući statički sustavi uzbude mogu osigurati potrebne margine stabilnosti.Takvi sustavi, međutim, zahtijevaju stabilizirajuće povratne signale za postizanje stabilnosti nakon kvara.Potrebno je provesti detaljne studije.
(7) Samopobuda i nestabilnost napona udaljenih generatora koji su međusobno povezani s mrežom dugim EHV vodovima mogu se spriječiti povećanjem kapaciteta punjenja stroja pribjegavanjem negativnoj pobudi i/ili korištenjem trajno povezanih EHV šanta reaktora.
(8) U projektiranju generatora i njegovih temelja mogu se predvidjeti mjere zaštite od seizmičkih sila uz male troškove.

Glavni parametri Dehar generatora
Omjer kratkog spoja = 1,06
Prijelazna reaktancija Direktna os = 0,2
Učinak zamašnjaka = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd ne veći od = 1,2