Effetto volano generatore e stabilità del sistema regolatore turbina Effetto volano generatore e stabilità del sistema regolatore turbina Effetto volano generatore e stabilità del sistema regolatore turbina Effetto volano generatore e stabilità del sistema regolatore turbina
I grandi generatori idroelettrici moderni hanno una costante di inerzia inferiore e possono incontrare problemi relativi alla stabilità del sistema di governo delle turbine.Ciò è dovuto al comportamento dell'acqua della turbina, che a causa della sua inerzia dà luogo a colpi d'ariete nei tubi in pressione quando vengono azionati i dispositivi di controllo.Questo è in generale caratterizzato dalle costanti di tempo dell'accelerazione idraulica.Nel funzionamento isolato, quando la frequenza dell'intero sistema è determinata dal regolatore della turbina, il colpo d'ariete influisce sulla regolazione della velocità e l'instabilità appare come oscillazione o oscillazione della frequenza.Per il funzionamento interconnesso con un grande sistema la frequenza è sostanzialmente mantenuta costante da quest'ultimo.Il colpo d'ariete interviene quindi sulla potenza alimentata all'impianto e il problema di stabilità si pone solo quando la potenza è controllata ad anello chiuso, cioè nel caso di quegli idrogeneratori che partecipano alla regolazione della frequenza.
La stabilità dell'ingranaggio del regolatore della turbina è fortemente influenzata dal rapporto tra la costante di tempo di accelerazione meccanica dovuta alla costante di tempo di accelerazione idraulica delle masse d'acqua e dal guadagno del regolatore.Una riduzione del suddetto rapporto ha un effetto destabilizzante e richiede una riduzione del guadagno del regolatore, che influisce negativamente sulla stabilizzazione della frequenza.Di conseguenza è necessario un effetto volano minimo per le parti rotanti di un'unità idraulica che normalmente può essere previsto solo nel generatore.In alternativa, la costante di tempo di accelerazione meccanica potrebbe essere ridotta fornendo una valvola limitatrice di pressione o un serbatoio di compensazione, ecc., ma generalmente è molto costoso.Un criterio empirico per la capacità di regolazione della velocità di un gruppo idroelettrico potrebbe basarsi sull'aumento di velocità dell'unità che può avvenire sulla reiezione dell'intero carico nominale dell'unità operante in modo indipendente.Per le unità di potenza che operano in grandi sistemi interconnessi e che devono regolare la frequenza del sistema, l'indice di aumento della velocità percentuale come sopra calcolato è stato considerato non superiore al 45 per cento.Per i sistemi più piccoli è previsto un aumento di velocità inferiore (fare riferimento al capitolo 4).
Sezione longitudinale dall'aspirazione alla centrale elettrica di Dehar
(Fonte: Paper by Author – 2nd World Congress, International Water Resources Association 1979) Per la Dehar Power Plant, viene mostrato il sistema idrico idraulico in pressione che collega l'accumulo di bilanciamento con l'unità di potenza composta da presa d'acqua, tunnel in pressione, cisterna differenziale e condotta forzata .Limitando l'aumento di pressione massimo nelle condotte forzate al 35 percento, l'aumento di velocità massimo stimato dell'unità al rifiuto del pieno carico si è risolto a circa il 45 percento con una chiusura del regolatore
tempo di 9,1 secondi a una prevalenza nominale di 282 m (925 piedi) con il normale effetto volano delle parti rotanti del generatore (vale a dire, fissato solo su considerazioni di aumento della temperatura).Nella prima fase di funzionamento l'aumento di velocità è risultato non superiore al 43 percento.Si è pertanto ritenuto che il normale effetto volano sia adeguato per regolare la frequenza del sistema.
Parametri del generatore e stabilità elettrica
I parametri del generatore che influiscono sulla stabilità sono l'effetto volano, la reattanza transitoria e il rapporto di cortocircuito.Nella fase iniziale di sviluppo del sistema EHV a 420 kV come al Dehar, i problemi di stabilità possono essere critici a causa del sistema debole, del livello di cortocircuito inferiore, del funzionamento al fattore di potenza principale e della necessità di risparmiare nel fornire prese di trasmissione e nel fissare le dimensioni e parametri delle unità di generazione.Studi preliminari di stabilità transitoria sull'analizzatore di rete (utilizzando una tensione costante dietro la reattanza transitoria) per il sistema Dehar EHV hanno anche indicato che si sarebbe ottenuta solo una stabilità marginale.Nella prima fase di progettazione della centrale elettrica di Dehar si è ritenuto che specificando i generatori con normale
caratteristiche e il raggiungimento dei requisiti di stabilità ottimizzando i parametri di altri fattori coinvolti, in particolare quelli del sistema di eccitazione, sarebbe un'alternativa economicamente più conveniente.In uno studio sul sistema britannico è stato inoltre dimostrato che la modifica dei parametri del generatore ha un effetto relativamente molto minore sui margini di stabilità.Di conseguenza per il generatore sono stati specificati i normali parametri del generatore, come indicato nell'appendice.Vengono forniti gli studi di stabilità dettagliati effettuati
Capacità di carica della linea e stabilità della tensione
Idrogeneratori remoti utilizzati per caricare lunghe linee EHV scariche il cui kVA di carica è superiore alla capacità di carica della linea della macchina, la macchina potrebbe eccitarsi automaticamente e aumentare la tensione oltre il controllo.La condizione per l'autoeccitazione è che xc < xd dove, xc è la reattanza del carico capacitivo e xd la reattanza sincrona dell'asse diretto.La capacità richiesta per caricare una singola linea scaricata da 420 kV E2 /xc fino a Panipat (parte ricevente) era di circa 150 MVAR alla tensione nominale.Nella seconda fase, quando viene installata una seconda linea da 420 kV di lunghezza equivalente, la capacità di carica della linea richiesta per caricare entrambe le linee scariche contemporaneamente alla tensione nominale sarebbe di circa 300 MVAR.
La capacità di ricarica della linea disponibile alla tensione nominale dal generatore Dehar come indicato dai fornitori dell'apparecchiatura era la seguente:
(i)70% MVA nominale, ovvero 121,8 MVAR carica di linea è possibile con un'eccitazione positiva minima del 10%.
(ii) È possibile fino all'87% dell'MVA nominale, ovvero 139 MVAR di capacità di carica della linea con un'eccitazione positiva minima dell'1%.
(iii) È possibile ottenere fino al 100 percento dell'MVAR nominale, ovvero 173,8 capacità di ricarica della linea con circa il 5 percento di eccitazione negativa e la massima capacità di ricarica della linea ottenibile con un'eccitazione negativa del 10 percento è il 110 percento dell'MVA nominale (191 MVAR ) secondo BSS.
(iv)Un ulteriore aumento delle capacità di ricarica della linea è possibile solo aumentando le dimensioni della macchina.Nel caso di (ii) e (iii) il controllo manuale dell'eccitazione non è possibile e si deve fare pieno affidamento sul funzionamento continuo dei regolatori di tensione automatici ad azione rapida.Non è né economicamente fattibile né auspicabile aumentare le dimensioni della macchina allo scopo di aumentare le capacità di ricarica della linea.Pertanto, in considerazione delle condizioni operative nella prima fase di funzionamento, si è deciso di prevedere una capacità di carica della linea di 191 MVAR alla tensione nominale per i generatori fornendo eccitazione negativa sui generatori.Condizioni operative critiche che causano instabilità di tensione possono anche essere causate dalla disconnessione del carico all'estremità ricevente.Il fenomeno si verifica a causa del carico capacitivo sulla macchina che risente ulteriormente dell'aumento di velocità del generatore.L'autoeccitazione e l'instabilità della tensione possono verificarsi se.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Dove Xc è la reattanza del carico capacitivo, Xq è la reattanza sincrona dell'asse di quadratura e n è la massima velocità eccessiva che si verifica durante la reiezione del carico.Questa condizione sul generatore Dehar è stata proposta per ovviare fornendo un reattore shunt da 400 kV EHV (75 MVA) collegato in modo permanente all'estremità ricevente della linea come da studi dettagliati effettuati.
Avvolgimento ammortizzatore
La funzione principale di un avvolgimento di una serranda è la sua capacità di prevenire sovratensioni eccessive in caso di guasti da linea a linea con carichi capacitivi, riducendo così lo stress da sovratensione sull'apparecchiatura.Prendendo in considerazione la posizione remota e le lunghe linee di trasmissione di interconnessione, è stato specificato che gli avvolgimenti della serranda sono stati completamente collegati con il rapporto tra la quadratura e le reattanze dell'asse diretto Xnq/ Xnd non superiore a 1,2.
Caratteristica del generatore e sistema di eccitazione
Essendo stati specificati generatori con caratteristiche normali e studi preliminari avendo indicato solo una stabilità marginale, si è deciso di utilizzare apparecchiature di eccitazione statica ad alta velocità per migliorare i margini di stabilità in modo da ottenere una disposizione complessivamente più economica delle apparecchiature.Sono stati condotti studi dettagliati per determinare le caratteristiche ottimali dell'apparecchiatura di eccitazione statica e discussi nel capitolo 10.
Considerazioni sismiche
La centrale elettrica di Dehar cade in zona sismica.Le seguenti disposizioni nella progettazione del generatore idroelettrico a Dehar sono state proposte in consultazione con i produttori di apparecchiature e tenendo in considerazione le condizioni sismiche e geologiche del sito e il rapporto del Comitato di esperti sui terremoti di Koyna costituito dal governo indiano con l'aiuto dell'UNESCO.
Resistenza meccanica
I generatori Dehar devono essere progettati per resistere in sicurezza alla massima forza di accelerazione del terremoto sia in direzione verticale che orizzontale prevista a Dehar che agisce al centro della macchina.
Frequenza naturale
La frequenza naturale della macchina deve essere tenuta ben lontana (più alta) dalla frequenza magnetica di 100 Hz (il doppio della frequenza del generatore).Questa frequenza naturale sarà molto lontana dalla frequenza del terremoto e sarà verificata per un margine adeguato rispetto alla frequenza predominante del terremoto e alla velocità critica del sistema di rotazione.
Supporto statore generatore
Lo statore del generatore e le basi dei cuscinetti di guida e reggispinta inferiori comprendono un numero di piastre suole.Le sole piastre devono essere legate alla fondazione lateralmente in aggiunta alla normale direzione verticale mediante bulloni di fondazione.
Progettazione del cuscinetto di guida
I cuscinetti di guida devono essere di tipo segmentato e le parti del cuscinetto di guida devono essere rinforzate per resistere alla piena forza del terremoto.I produttori raccomandavano inoltre di legare la staffa superiore lateralmente alla canna (armadio del generatore) per mezzo di travi in acciaio.Ciò significherebbe anche che la canna di cemento a sua volta dovrebbe essere rafforzata.
Rilevamento delle vibrazioni dei generatori
Si raccomandava l'installazione di rilevatori di vibrazioni o misuratori di eccentricità su turbine e generatori da installare per avviare l'arresto e l'allarme nel caso in cui le vibrazioni dovute al terremoto superino un valore predeterminato.Questo dispositivo può essere utilizzato anche per rilevare eventuali vibrazioni insolite di un'unità dovute a condizioni idrauliche che interessano la turbina.
Contatti Mercurio
Un forte scuotimento dovuto a un terremoto può provocare un falso intervento per l'avvio dell'arresto di un'unità se vengono utilizzati contatti di mercurio.Ciò può essere evitato specificando interruttori al mercurio di tipo antivibrante o, se necessario, aggiungendo relè temporizzati.
Conclusioni
(1) Sostanziali economie nei costi delle apparecchiature e della struttura presso la centrale elettrica di Dehar sono state ottenute adottando unità di grandi dimensioni tenendo conto delle dimensioni della rete e della sua influenza sulla capacità inutilizzata del sistema.
(2) Il costo dei generatori è stato ridotto adottando un design ad ombrello che ora è possibile per i grandi generatori idroelettrici ad alta velocità grazie allo sviluppo di acciaio ad alta resistenza per la punzonatura del bordo del rotore.
(3) L'acquisto di generatori naturali ad alto fattore di potenza dopo studi dettagliati ha comportato ulteriori risparmi sui costi.
(4) Il normale effetto volano delle parti rotanti del generatore presso la stazione di regolazione della frequenza a Dehar è stato considerato sufficiente per la stabilità del sistema di regolazione della turbina a causa del grande sistema interconnesso.
(5) I parametri speciali dei generatori remoti che alimentano le reti EHV per garantire la stabilità elettrica possono essere soddisfatti da sistemi di eccitazione statica a risposta rapida.
(6) I sistemi di eccitazione statica ad azione rapida possono fornire i necessari margini di stabilità.Tali sistemi, tuttavia, richiedono la stabilizzazione dei segnali di feedback per ottenere la stabilità post guasto.Dovrebbero essere effettuati studi dettagliati.
(7) L'autoeccitazione e l'instabilità di tensione dei generatori remoti interconnessi alla rete da lunghe linee AAT possono essere prevenute aumentando la capacità di carica della linea della macchina ricorrendo all'eccitazione negativa e/o utilizzando reattori shunt AAT collegati permanentemente.
(8) È possibile prevedere disposizioni nella progettazione dei generatori e delle sue fondamenta per fornire salvaguardie contro le forze sismiche a costi contenuti.
Parametri principali dei generatori Dehar
Rapporto di cortocircuito = 1,06
Asse diretto reattanza transitoria = 0,2
Effetto volano = 39,5 x 106 libbre ft2
Xnq/Xnd non maggiore di = 1,2
Tempo di pubblicazione: 11-maggio-2021
