אפקט גלגל תנופה גנרטור ויציבות של מערכת נגיד הטורבינה

השפעת גלגל תנופה ויציבות של מערכת מושל טורבינהGenerator אפקט גלגל תנופה ויציבות של מערכת מושל טורבינהGenerator אפקט גלגל תנופה ויציבות של מערכת מושל טורבינהGenerator אפקט גלגל תנופה ויציבות של מערכת מושל טורבינה
למחוללי הידרו גדולים מודרניים יש קבוע אינרציה קטן יותר ועשויים להתמודד עם בעיות הנוגעות ליציבות מערכת ניהול הטורבינה.הסיבה לכך היא התנהגות מי הטורבינה, שבגלל האינרציה שלהן נוצרת פטיש מים בצינורות לחץ בעת הפעלת התקני בקרה.זה מאופיין באופן כללי בקבועי זמן התאוצה ההידראולית.בפעולה מבודדת, כאשר תדירות המערכת כולה נקבעת על ידי מושל הטורבינה, פטיש המים משפיע על המהירות השולטת וחוסר היציבות מופיע כציד או נדנוד תדר.עבור פעולה מקושרת עם מערכת גדולה, התדר נשמר למעשה קבוע על ידי המאוחר.לאחר מכן פטיש המים משפיע על הכוח המוזן למערכת ובעיית יציבות מתעוררת רק כאשר הכוח נשלט בלולאה סגורה, כלומר, במקרה של מחוללי הידרו אשר לוקחים חלק בוויסות התדרים.

היציבות של ציוד נגיד הטורבינה מושפעת מאוד מהיחס בין קבוע זמן התאוצה המכאני עקב קבוע זמן ההאצה ההידראולית של מסות המים ומהרווח של המושל.להפחתה של היחס הנ"ל יש אפקט מערער יציבות ומחייבת הפחתה של רווח המושל, מה שמשפיע לרעה על ייצוב התדרים.בהתאם לכך יש צורך באפקט מינימלי של גלגל תנופה עבור חלקים מסתובבים של יחידת הידרו אשר בדרך כלל ניתן לספק רק בגנרטור.לחלופין, ניתן להפחית את קבוע זמן האצה מכאני על ידי מתן שסתום שחרור לחץ או מיכל נחשולים וכו', אבל זה בדרך כלל יקר מאוד.קריטריון אמפירי ליכולת ויסות המהירות של יחידת ייצור הידרו יכול להתבסס על עליית המהירות של היחידה אשר עשויה להתרחש על דחיית כל העומס המדורג של היחידה הפועלת באופן עצמאי.עבור יחידות הכוח הפועלות במערכות גדולות מחוברות ואשר נדרשות לווסת את תדירות המערכת, מדד עליית המהירות באחוזים כפי שחושב לעיל נחשב לא יעלה על 45 אחוזים.למערכות קטנות יותר תסופק עליית מהירות קטנה יותר (עיין בפרק 4).

חתך אורך מכניסה לתחנת הכוח דהר
(מקור: מאמר מאת מחבר – 2nd world Congress, International Water Resources Association 1979) עבור תחנת הכוח של Dehar, מוצגת מערכת המים בלחץ הידראולי המחברת את אגירת האיזון עם יחידת הכוח המורכבת מכניסת מים, מנהרת לחץ, מיכל נחשולי דיפרנציאלי ו-penstock. .הגבלת עליית הלחץ המקסימלית במכלים ל-35 אחוז, עליית המהירות המקסימלית המשוערת של היחידה לאחר דחיית עומס מלא הגיעה לכ-45 אחוז עם סגירת מושל
זמן של 9.1 שניות בראש מדורג של 282 מ' (925 רגל) עם השפעת גלגל התנופה הרגילה של החלקים המסתובבים של הגנרטור (כלומר, קבועה בשיקולי עליית טמפרטורה בלבד).בשלב הראשון של הפעולה נמצאה עליית המהירות לא יותר מ-43 אחוזים.לפיכך, זה נחשב כי השפעת גלגל תנופה רגילה מספיקה לוויסות תדירות המערכת.

פרמטרים של גנרטור ויציבות חשמלית
הפרמטרים של הגנרטור שיש להם השפעה על היציבות הם אפקט גלגל התנופה, תגובת הזמן החולפת ויחס הקצר.בשלב הראשוני של הפיתוח של מערכת 420 קילו וולט EHV כמו בדהאר בעיות יציבות עלולות להיות קריטיות בגלל מערכת חלשה, רמת קצר חשמלי נמוכה יותר, פעולה בגורם הספק מוביל וצורך חיסכון באספקת שקעי שידור ותיקון גודל פרמטרים של יחידות ייצור.מחקרי יציבות ארעיים ראשוניים על מנתח רשת (באמצעות מתח קבוע מאחורי תגובת חולפת) עבור מערכת Dehar EHV גם הצביעו על כך שתתקבל יציבות שולית בלבד.בשלב המוקדם של התכנון של תחנת הכוח Dehar נחשב כי ציון גנרטורים עם נורמלי
מאפיינים והשגת דרישות יציבות על ידי אופטימיזציה של פרמטרים של גורמים אחרים המעורבים במיוחד אלה של מערכת עירור תהיה חלופה זולה יותר מבחינה כלכלית.במחקר על המערכת הבריטית גם הוכח כי לשינוי פרמטרים של מחולל יש פחות השפעה יחסית על שולי היציבות.בהתאם לכך צוינו עבור הגנרטור פרמטרים תקינים של גנרטור כפי שמופיעים בנספח.מובאים מחקרי היציבות המפורטים שבוצעו

קיבולת טעינת קו ויציבות מתח
גנרטורים הידרו הממוקמים מרחוק המשמשים לטעינת קווי EHV ארוכים ללא טעינה שהטעינה שלהם ב-kVA היא יותר מיכולת הטעינה של המכונה, המכונה עלולה להתרגש מעצמה ולעלות מתח ללא שליטה.התנאי לעירור עצמי הוא ש-xc < xd שבו, xc הוא תגובת עומס קיבולי ו-xd תגובת הציר הישיר הסינכרוני.הקיבולת הנדרשת לטעינת קו בודד אחד של 420 קילו וולט E2/xc עד Panipat (הקצה המקבל) הייתה כ-150 MVAR במתח נקוב.בשלב השני, כאשר מותקן קו שני של 420 קילו וולט באורך שווה ערך, קיבולת הטעינה של הקו הדרושה לטעינת שני הקווים הלא טעונים בו זמנית במתח נקוב תהיה כ-300 MVAR.

קיבולת הטעינה של הקו הזמינה במתח נקוב מגנרטור Dehar כפי שהוזכר על ידי ספקי הציוד הייתה כדלקמן:
(i) 70 אחוז מדורג MVA, כלומר, טעינת קו MVAR של 121.8 אפשרית עם עירור חיובי מינימלי של 10 אחוז.
(ii) עד 87 אחוז מ-MVA מדורג, כלומר, קיבולת טעינת קו של 139 MVAR אפשרית עם עירור חיובי מינימלי של 1 אחוז.
(iii) עד 100 אחוז מ-MVAR מדורג, כלומר, קיבולת טעינת קו 173.8 ניתן להשיג עם כ-5 אחוז עירור שלילי ויכולת טעינת קו מקסימלית שניתן להשיג עם עירור שלילי של 10 אחוז היא 110 אחוז מ-MVA מדורג (191 MVAR ) לפי BSS.
(iv) הגדלה נוספת של קיבולות הטעינה הקו אפשרית רק על ידי הגדלת גודל המכונה.במקרה של (ii) ו-(iii) שליטה ידנית של עירור אינה אפשרית ויש להסתמך על הפעלה רציפה של ווסתי מתח אוטומטיים מהירים.לא כדאי מבחינה כלכלית ולא רצוי להגדיל את גודל המכונה לצורך הגדלת יכולות הטעינה בקו.בהתאם, בהתחשב בתנאי ההפעלה בשלב הראשון של ההפעלה, הוחלט להקנות קיבולת טעינת קו של 191 MVAR במתח נקוב עבור הגנרטורים על ידי מתן עירור שלילי על הגנרטורים.מצב הפעלה קריטי הגורם לאי יציבות מתח עלול להיגרם גם על ידי ניתוק העומס בקצה המקבל.התופעה מתרחשת עקב עומס קיבולי על המכונה אשר מושפע לרעה עוד יותר מעליית המהירות של הגנרטור.עירור עצמי וחוסר יציבות מתח עלולים להתרחש אם.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
כאשר, Xc היא תגובת עומס קיבולית, Xq היא תגובתיות סינכרונית של ציר ריבוע ו-n היא המהירות היחסית המקסימלית המתרחשת בעת דחיית עומס.תנאי זה בגנרטור Dehar הוצע לבטל על ידי אספקת כור shunt EHV 400 קילו וולט מחובר קבוע (75 MVA) בקצה המקבל של הקו בהתאם למחקרים מפורטים שבוצעו.

סלילה מנחת
הפונקציה העיקרית של פיתול מנחת הוא יכולתו למנוע מתח יתר מוגזם במקרה של תקלות קו לקו עם עומסים קיבוליים, ובכך להפחית את עומס מתח יתר על הציוד.בהתחשב במיקום מרוחק וקווי תמסורת ארוכים המחוברים זה לזה צוין פיתולי מבול המחוברים במלואם עם היחס בין ריאקטנסים של ריבוע וציר ישיר Xnq/Xnd שלא יעלה על 1.2.

מאפיין גנרטור ומערכת עירור
לאחר שצוינו גנרטורים בעלי מאפיינים תקינים ומחקרים ראשוניים הצביעו על יציבות שולית בלבד, הוחלט להשתמש בציוד עירור סטטי במהירות גבוהה כדי לשפר את שולי היציבות כדי להשיג את הסידור החסכוני ביותר של הציוד.מחקרים מפורטים בוצעו כדי לקבוע מאפיינים אופטימליים של ציוד העירור הסטטי ונדונו בפרק 10.

שיקולים סיסמיים
תחנת הכוח דהאר נופלת באזור סיסמי.ההוראות הבאות בתכנון גנרטור הידרו בדהר הוצעו בהתייעצות עם יצרני הציוד ובהתחשב בתנאים הסיסמיים והגיאולוגיים באתר ובדו"ח של ועדת המומחים לרעידות אדמה בקוינה שהוקמה על ידי ממשלת הודו בסיוע אונסק"ו.

חוזק מכני
גנרטורים של Dehar מתוכננים לעמוד בבטחה בכוח האצה המרבי של רעידת אדמה הן בכיוון האנכי והן בכיוון האופקי הצפוי ב-Dehar הפועל במרכז המכונה.

תדר טבעי
התדר הטבעי של המכונה יישמר רחוק (גבוה יותר) מהתדר המגנטי של 100 הרץ (פי שניים מתדר הגנרטור).תדר טבעי זה יהיה מרוחק מתדירות רעידת האדמה וייבדק עבור מרווח נאות מול התדירות השלטת של רעידת האדמה והמהירות הקריטית של המערכת המסתובבת.

תמיכה בסטאטור גנרטור
הסטטור של הגנרטור ויסודות נושאי הדחף והנחייה התחתונים כוללים מספר לוחות סוליה.לוחות הסוליה יהיו קשורים לבסיס לרוחב בנוסף לכיוון אנכי רגיל על ידי ברגי יסוד.

עיצוב מיסב מדריך
מיסבי הכוונה יהיו מסוג סגמנטלי וחלקי מיסבי המדריך יהיו מחוזקים כדי לעמוד בעוצמת רעידת אדמה מלאה.עוד המליצו היצרנים לקשור את התושבת העליונה לרוחב עם הקנה (מתחם הגנרטור) באמצעות קורות פלדה.זה גם אומר שיהיה צורך לחזק את חבית הבטון בתורו.

זיהוי רעידות של גנרטורים
הומלץ להתקין גלאי רעידות או מדי אקסצנטריות על טורבינות וגנרטורים לצורך התחלת השבתה ואזעקה במקרה שהרעידות עקב רעידת אדמה חורגות מערך שנקבע מראש.מכשיר זה עשוי לשמש גם לאיתור רעידות חריגות של יחידה עקב תנאים הידראוליים המשפיעים על הטורבינה.

מרקורי אנשי קשר
טלטול חמור עקב רעידת אדמה עלול לגרום למכשול שווא לצורך התחלת כיבוי של יחידה אם נעשה שימוש במגעי כספית.ניתן להימנע מכך על ידי ציון מתגי כספית מסוג נגד רעידות או אם יימצא צורך בכך על ידי הוספת ממסרי תזמון.

מסקנות
(1) חסכון משמעותי בעלויות הציוד והמבנה בתחנת הכוח דהר הושגו על ידי אימוץ גודל יחידה גדול תוך התחשבות בגודל הרשת והשפעתה על הקיבולת הפנויה של המערכת.
(2) עלות הגנרטורים הופחתה על ידי אימוץ תכנון מטריה של בנייה אשר כעת אפשרית עבור גנרטורים הידרו גדולים במהירות גבוהה עקב פיתוח פלדה בעלת מתיחה גבוהה עבור חבטות חישוק הרוטור.
(3) רכש של גנרטורים טבעיים עם גורם הספק גבוה לאחר מחקרים מפורטים הביאה לחיסכון נוסף בעלות.
(4) השפעת גלגל תנופה רגילה של החלקים המסתובבים של הגנרטור בתחנת ויסות התדר בדהר נחשבה מספיקה ליציבות מערכת מושל הטורבינה בגלל המערכת הגדולה המחוברת ביניהן.
(5) פרמטרים מיוחדים של גנרטורים מרוחקים המזינים רשתות EHV להבטחת יציבות חשמלית ניתנות לעמידה על ידי מערכות עירור סטטיות בתגובה מהירה.
(6) מערכות עירור סטטיות הפועלות במהירות יכולות לספק שולי יציבות נחוצים.עם זאת, מערכות כאלה דורשות ייצוב אותות היזון חוזר להשגת יציבות לאחר תקלה.יש לבצע מחקרים מפורטים.
(7) ניתן למנוע עירור עצמי וחוסר יציבות במתח של גנרטורים מרוחקים המחוברים לרשת באמצעות קווי EHV ארוכים על ידי הגדלת קיבולת הטעינה של המכונה באמצעות עירור שלילי ו/או על ידי שימוש בכורי shunt EHV המחוברים באופן קבוע.
(8) ניתן לקבוע הוראות בתכנון גנרטורים ויסודותיו כדי לספק אמצעי הגנה מפני כוחות סיסמיים בעלויות קטנות.

פרמטרים עיקריים של גנרטורים Dehar
יחס קצר חשמלי = 1.06
ציר ישיר של תגובה חולפת = 0.2
אפקט גלגל תנופה = 39.5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd לא גדול מ-= 1.2