터빈 가버너 시스템의 발전기 플라이휠 효과 및 안정성

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대형 현대 수력 발전기는 관성 상수가 더 작고 터빈 제어 시스템의 안정성과 관련된 문제에 직면할 수 있습니다.이것은 관성으로 인해 제어 장치가 작동될 때 압력 파이프에서 수격 현상을 일으키는 터빈 물의 거동 때문입니다.이것은 일반적으로 유압 가속 시간 상수로 특징지어집니다.격리된 작동에서 전체 시스템의 주파수가 터빈 거버너에 의해 결정될 때 워터 해머는 속도 지배에 영향을 미치고 불안정성은 헌팅 또는 주파수 스윙으로 나타납니다.대규모 시스템과 상호 연결된 작동의 경우 주파수는 기본적으로 나중에 일정하게 유지됩니다.그러면 수격 현상은 시스템에 공급되는 전력에 영향을 미치며 전력이 폐쇄 루프에서 제어될 때, 즉 주파수 조절에 참여하는 수력 발전기의 경우에만 안정성 문제가 발생합니다.

​터빈 조속기 기어의 안정성은 수괴의 수리적 가속 시정수에 의한 기계적 가속 시정수의 비율과 조속기의 이득에 의해 크게 영향을 받습니다.위 비율의 감소는 불안정화 효과가 있고 거버너 게인의 감소를 필요로 하여 주파수 안정화에 악영향을 미칩니다.따라서 일반적으로 발전기에서만 제공될 수 있는 수력 장치의 회전 부품에 대한 최소 플라이휠 효과가 필요합니다.또는 압력 릴리프 밸브 또는 서지 탱크 등을 제공하여 기계적 가속 시정수를 줄일 수 있지만 일반적으로 비용이 많이 듭니다.수력 발전 장치의 속도 조절 능력에 대한 경험적 기준은 독립적으로 작동하는 장치의 전체 정격 부하를 거부할 때 발생할 수 있는 장치의 속도 상승을 기반으로 할 수 있습니다.대규모 상호 연결된 시스템에서 작동하고 시스템 주파수를 조절해야 하는 전원 장치의 경우 위에서 계산된 백분율 속도 상승 지수는 45%를 초과하지 않는 것으로 간주되었습니다.더 작은 시스템의 경우 더 작은 속도 상승이 제공됩니다(4장 참조).

취수구에서 Dehar 발전소까지의 종단면
(출처: Paper by Author – 2nd world Congress, International Water Resources Association 1979) Dehar Power Plant의 경우 취수, 압력 터널, 차동 서지 탱크 및 펜스톡으로 구성된 동력 장치와 밸런싱 저장소를 연결하는 수압 급수 시스템이 표시됩니다. .펜스톡의 최대 압력 상승을 35%로 제한합니다. 전체 부하 거부 시 장치의 예상 최대 속도 상승은 조속기가 닫힐 때 약 45%로 계산되었습니다.
발전기 회전 부품의 정상적인 플라이휠 효과(즉, 온도 상승 고려 사항에만 고정)와 함께 282m(925피트)의 정격 수두에서 9.1초의 시간.작동의 첫 번째 단계에서 속도 상승은 43%를 넘지 않는 것으로 나타났습니다.따라서 정상적인 플라이휠 효과는 시스템의 주파수를 조절하는 데 적합하다고 간주되었습니다.

발전기 매개변수 및 전기적 안정성
안정성에 영향을 미치는 발전기 매개변수는 플라이휠 효과, 과도 리액턴스 및 단락 회로 비율입니다.Dehar와 같이 420kV EHV 시스템의 개발 초기 단계에서는 시스템의 취약성, 낮은 단락 수준, 주요 역률에서의 운용, 송전 콘센트 제공 및 고정 크기 및 고정 크기의 경제성 요구로 인해 안정성 문제가 치명적일 수 있다. 생성 단위의 매개변수.Dehar EHV 시스템에 대한 네트워크 분석기(과도 리액턴스 뒤의 일정한 전압 사용)에 대한 예비 과도 안정성 연구에서도 한계 안정성만 얻을 수 있음을 나타냈습니다.Dehar 발전소 설계의 초기 단계에서 발전기를 지정하는 것이 정상적인 것으로 간주되었습니다.
특히 여기 시스템의 매개변수와 관련된 다른 요인의 매개변수를 최적화하여 특성 및 안정성 요구사항을 달성하는 것은 경제적으로 저렴한 대안이 될 것입니다.영국 시스템에 대한 연구에서도 발전기 매개변수를 변경하는 것이 안정성 여유에 상대적으로 훨씬 적은 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.따라서 부록에 제공된 일반 생성기 매개변수가 생성기에 대해 지정되었습니다.수행된 자세한 안정성 연구가 제공됩니다.

라인 충전 용량 및 전압 안정성
충전 kVA가 기계의 라인 충전 용량보다 큰 긴 무부하 EHV 라인을 충전하는 데 사용되는 원격 수력 발전기는 기계가 자체 여기되고 전압이 제어할 수 없을 정도로 상승할 수 있습니다.자기 여자의 조건은 xc < xd입니다. 여기서 xc는 용량성 부하 리액턴스이고 xd는 동기식 직접 축 리액턴스입니다.Panipat(수신단)까지 단일 420kV 무부하 라인 E2 /xc를 충전하는 데 필요한 용량은 정격 전압에서 약 150MVAR이었습니다.두 번째 단계에서 동일한 길이의 두 번째 420kV 라인이 설치되면 정격 전압에서 무부하 라인 두 개를 동시에 충전하는 데 필요한 라인 충전 용량은 약 300MVAR이 됩니다.

장비 공급업체가 지시한 Dehar 발전기의 정격 전압에서 사용할 수 있는 라인 충전 용량은 다음과 같습니다.
(i) 70% 정격 MVA, 즉 121.8MVAR 라인 충전은 10%의 최소 양 여자로 가능합니다.
(ii) 정격 MVA의 최대 87%, 즉 139MVAR 라인 충전 용량은 최소 1%의 양의 여자로 가능합니다.
(iii) 정격 MVAR의 최대 100%, 즉 약 5%의 음 여자로 173.8 라인 충전 용량을 얻을 수 있으며 10%의 음 여자로 얻을 수 있는 최대 라인 충전 용량은 정격 MVA(191 MVAR)의 110%입니다. ) BSS에 따르면.
(iv) 라인 충전 용량의 추가 증가는 기계의 크기를 증가시켜야만 가능합니다.(ii) 및 (iii)의 경우 여자의 수동 제어가 불가능하고 신속하게 작동하는 자동 전압 조정기의 연속 작동에 전적으로 의존해야 합니다.라인 충전 용량을 증가시킬 목적으로 기계의 크기를 늘리는 것은 경제적으로 실현 가능하지도 바람직하지도 않습니다.따라서 첫 번째 작동 단계의 작동 조건을 고려하여 발전기에 음의 여자를 제공하여 발전기에 정격 전압에서 191MVAR의 라인 충전 용량을 제공하기로 결정했습니다.전압 불안정을 유발하는 치명적인 작동 조건은 수신단의 부하 차단으로 인해 발생할 수도 있습니다.이 현상은 발전기의 속도 상승에 의해 더 부정적인 영향을 받는 기계의 용량성 부하로 인해 발생합니다.경우 자기 여자 및 전압 불안정이 발생할 수 있습니다.

Xc ≤ n2(Xq + XT)
여기서 Xc는 용량성 부하 리액턴스, Xq는 직교 축 동기 리액턴스, n은 부하 거부 시 발생하는 최대 상대 과속도입니다.Dehar 발전기의 이러한 조건은 수행된 세부 연구에 따라 라인의 수신단에 영구적으로 연결된 400kV EHV 션트 리액터(75MVA)를 제공하여 제거하도록 제안되었습니다.

댐퍼 권선
댐퍼 권선의 주요 기능은 용량성 부하로 선간 오류가 발생한 경우 과도한 과전압을 방지하여 장비에 가해지는 과전압 스트레스를 줄이는 능력입니다.원격 위치와 긴 상호 연결 전송 라인을 고려하여 직교 축 리액턴스 Xnq/Xnd의 비율이 1.2를 초과하지 않는 완전 연결된 댐퍼 권선이 지정되었습니다.

발전기 특성 및 여자 시스템
정상적인 특성을 가진 발전기가 지정되고 예비 연구에서 한계 안정성만 나타 났으므로 전체 장비의 가장 경제적 인 배치를 달성하기 위해 안정성 여유를 향상시키기 위해 고속 정자기 장비를 사용하기로 결정했습니다.정적 여자 장비의 최적 특성을 결정하기 위해 자세한 연구를 수행했으며 10장에서 논의했습니다.

지진 고려 사항
Dehar 발전소가 지진 지역에 떨어집니다.Dehar의 수력 발전기 설계의 다음 조항은 장비 제조업체와 협의하고 현장의 지진 및 지질학적 조건과 유네스코의 도움으로 인도 정부가 구성한 Koyna 지진 전문가 위원회의 보고서를 고려하여 제안되었습니다.

기계적 강도
Dehar 발전기는 기계의 중심에 작용하는 Dehar에서 예상되는 수직 및 수평 방향의 최대 지진 가속도를 안전하게 견딜 수 있도록 설계되었습니다.

고유진동수
기계의 고유 주파수는 100Hz(발전기 주파수의 2배)의 자기 주파수에서 멀리(높게) 유지됩니다.이 고유진동수는 지진진동수와 거리가 멀고, 지배적인 지진진동수와 회전계의 임계속도에 대한 적절한 여유를 확인한다.

발전기 고정자 지원
발전기 고정자와 하부 추력 및 가이드 베어링 기초는 다수의 밑판으로 구성됩니다.바닥판은 기초볼트에 의해 수직 수직방향 외에 측방향으로 기초에 결속된다.

가이드 베어링 설계
가이드베어링은 세그먼트형으로 하고 가이드베어링 부품은 전체 지진력에 견딜 수 있도록 강화된다.제조업체는 강철 거더를 사용하여 배럴(발전기 인클로저)과 측면으로 상단 브래킷을 묶을 것을 권장합니다.이것은 또한 콘크리트 배럴이 차례로 강화되어야 함을 의미합니다.

발전기의 진동 감지
터빈 및 발전기에 진동탐지기 또는 편심도계를 설치하여 지진에 의한 진동이 미리 정해진 값을 초과할 경우 정지 및 경보를 발하도록 권고하였다.이 장치는 또한 터빈에 영향을 미치는 유압 조건으로 인한 장치의 비정상적인 진동을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.

수은 접촉
지진으로 인한 심한 흔들림은 수은 접촉을 사용하는 경우 장치의 정지를 시작하기 위해 잘못된 트립을 초래할 수 있습니다.이것은 방진형 수은 스위치를 지정하거나 필요한 경우 타이밍 릴레이를 추가하여 방지할 수 있습니다.

결론
(1) Dehar 발전소의 설비 및 구조 비용은 그리드의 크기와 시스템 여유 용량에 미치는 영향을 고려하여 큰 단위 크기를 채택하여 상당한 경제성을 얻었습니다.
(2) 로터 림 펀칭용 고장력강의 개발로 인해 이제 대형 고속 수력 발전기에 대해 가능한 건설의 우산 설계를 채택하여 발전기 비용을 절감했습니다.
(3) 정밀한 조사를 거쳐 천연고역률 발전기를 구입함으로써 비용을 더욱 절감할 수 있었다.
(4) Dehar의 주파수 조절 스테이션에서 발전기 회전부의 정상적인 플라이휠 효과는 상호 연결된 시스템이 크기 때문에 터빈 조속기 시스템의 안정성에 충분하다고 간주되었습니다.
(5) 전기적 안정성을 보장하기 위해 EHV 네트워크에 공급하는 원격 발전기의 특수 매개변수는 빠른 응답 정적 여기 시스템으로 충족될 수 있습니다.
(6) 빠르게 작동하는 정적 여기 시스템은 필요한 안정성 여유를 제공할 수 있습니다.그러나 이러한 시스템은 고장 후 안정성을 달성하기 위해 피드백 신호를 안정화해야 합니다.자세한 연구를 수행해야 합니다.
(7) 긴 EHV 라인으로 그리드와 연결된 원격 발전기의 자체 여기 및 전압 불안정성은 음의 여자에 의존하거나 영구적으로 연결된 EHV 션트 리액터를 사용하여 기계의 라인 충전 용량을 증가시켜 방지할 수 있습니다.
(8) 작은 비용으로 지진력에 대한 보호 장치를 제공하기 위해 발전기 및 기초 설계에 규정을 둘 수 있습니다.

Dehar 발전기의 주요 매개변수
단락 비율 = 1.06
과도 리액턴스 직접 축 = 0.2
플라이휠 효과 = 39.5 x 106lb ft2
Xnq/Xnd = 1.2보다 크지 않음