Generator vliegwiel effect en stabiliteit van turbine gouverneur systeem Generator vliegwiel effect en stabiliteit van turbine gouverneur systeem Generator vliegwiel effect en stabiliteit van turbine gouverneur systeem Generator vliegwiel effect en stabiliteit van turbine gouverneur systeem
Grote moderne hydrogeneratoren hebben een kleinere traagheidsconstante en kunnen problemen ondervinden met betrekking tot de stabiliteit van het regelsysteem van de turbine.Dit komt door het gedrag van het turbinewater, dat door zijn traagheid bij het bedienen van regelapparatuur waterslag in drukleidingen veroorzaakt.Dit wordt in het algemeen gekenmerkt door de hydraulische acceleratietijdconstanten.In geïsoleerde werking, wanneer de frequentie van het hele systeem wordt bepaald door de turbine-gouverneur, beïnvloedt de waterslag de snelheidsregeling en instabiliteit verschijnt als jagen of frequentiezwaaien.Voor onderling verbonden bedrijf met een groot systeem wordt de frequentie in wezen constant gehouden door de latere.De waterslag heeft dan invloed op het vermogen dat aan het systeem wordt toegevoerd en het stabiliteitsprobleem doet zich alleen voor wanneer het vermogen in een gesloten lus wordt geregeld, dat wil zeggen in het geval van die hydrogeneratoren die deelnemen aan frequentieregeling.
De stabiliteit van het tandwiel van de turbineregelaar wordt sterk beïnvloed door de verhouding van de mechanische acceleratietijdconstante vanwege de hydraulische acceleratietijdconstante van de watermassa's en door de versterking van de gouverneur.Een verlaging van de bovenstaande verhouding heeft een destabiliserend effect en maakt een verlaging van de regelaarversterking noodzakelijk, hetgeen de frequentiestabilisatie nadelig beïnvloedt.Dienovereenkomstig is een minimaal vliegwieleffect voor roterende delen van een hydro-eenheid nodig, die normaal gesproken alleen in de generator kan worden voorzien.Als alternatief zou de mechanische versnellingstijdconstante kunnen worden verminderd door het aanbrengen van een overdrukklep of een buffertank, enz., maar dit is in het algemeen erg duur.Een empirisch criterium voor het snelheidsregelend vermogen van een waterkrachtcentrale zou gebaseerd kunnen zijn op de snelheidstoename van de eenheid die kan plaatsvinden bij de afwijzing van de gehele nominale belasting van de onafhankelijk werkende eenheid.Voor de vermogenseenheden die in grote onderling verbonden systemen werken en die nodig zijn om de systeemfrequentie te regelen, werd aangenomen dat de procentuele snelheidsstijgingsindex zoals hierboven berekend niet hoger was dan 45 procent.Voor kleinere systemen moet een kleinere snelheidstoename worden voorzien (zie hoofdstuk 4).
Langsdoorsnede van inlaat tot Dehar Power Plant
(Bron: Paper by Author - 2e wereldcongres, International Water Resources Association 1979) Voor Dehar Power Plant wordt het hydraulische drukwatersysteem getoond dat de balanceringsopslag verbindt met de krachteenheid bestaande uit waterinlaat, druktunnel, differentiële buffertank en drukleiding. .Beperking van de maximale drukstijging in de afsluiters tot 35 procent de geschatte maximale snelheidsstijging van de eenheid bij afwijzing van volledige belasting kwam uit op ongeveer 45 procent met een sluiting van de regelaar
tijd van 9,1 seconden bij een nominale opvoerhoogte van 282 m (925 ft) met het normale vliegwieleffect van de draaiende delen van de generator (dwz alleen vast op overwegingen van temperatuurstijging).In de eerste fase van de operatie bleek de snelheidsstijging niet meer dan 43 procent te bedragen.Dienovereenkomstig werd geoordeeld dat het normale vliegwieleffect voldoende is om de frequentie van het systeem te regelen.
Generatorparameters en elektrische stabiliteit
De generatorparameters die van invloed zijn op de stabiliteit zijn het vliegwieleffect, de tijdelijke reactantie en de kortsluitverhouding.In de beginfase van de ontwikkeling van het 420 kV EHV-systeem, zoals in Dehar, kunnen stabiliteitsproblemen van cruciaal belang zijn vanwege het zwakke systeem, het lagere kortsluitingsniveau, de werking met een toonaangevende vermogensfactor en de behoefte aan zuinigheid bij het leveren van transmissie-uitgangen en het bevestigen van de grootte en parameters van productie-eenheden.Voorlopige transiënte stabiliteitsstudies op netwerkanalysator (met behulp van constante spanning achter transiënte reactantie) voor het Dehar EHV-systeem gaven ook aan dat slechts marginale stabiliteit zou worden verkregen.In de vroege ontwerpfase van de Dehar Power Plant werd aangenomen dat het specificeren van generatoren met normaal
kenmerken en het bereiken van stabiliteitseisen door het optimaliseren van parameters van andere betrokken factoren, met name die van het excitatiesysteem, zou een economisch goedkoper alternatief zijn.In een studie van het British System werd ook aangetoond dat veranderende generatorparameters relatief veel minder effect hebben op de stabiliteitsmarges.Dienovereenkomstig werden de normale generatorparameters zoals vermeld in de bijlage gespecificeerd voor de generator.De gedetailleerde stabiliteitsstudies die zijn uitgevoerd, worden gegeven:
Lijnoplaadcapaciteit en spanningsstabiliteit
Op afstand geplaatste hydrogeneratoren die worden gebruikt om lange onbelaste EHV-lijnen op te laden waarvan de laadkVA meer is dan de lijnoplaadcapaciteit van de machine, kan de machine zelfbekrachtigd raken en de spanning stijgt oncontroleerbaar.De voorwaarde voor zelfexcitatie is dat xc < xd waarbij xc de capacitieve belastingsreactantie is en xd de synchrone directe asreactantie.De capaciteit die nodig is voor het opladen van een enkele 420 kV onbelaste lijn E2 /xc tot Panipat (ontvangende kant) was ongeveer 150 MVAR bij nominale spanning.In de tweede fase, wanneer een tweede lijn van 420 kV van gelijke lengte wordt geïnstalleerd, zou de lijnoplaadcapaciteit die nodig is om beide onbelaste lijnen gelijktijdig op nominale spanning op te laden, ongeveer 300 MVAR zijn.
De lijnoplaadcapaciteit die beschikbaar was bij nominale spanning van de Dehar-generator, zoals aangegeven door leveranciers van de apparatuur, was als volgt:
(i) 70 procent nominale MVA, dwz 121,8 MVAR lijnlading is mogelijk met een minimale positieve excitatie van 10 procent.
(ii)Tot 87 procent van de nominale MVA, dwz 139 MVAR lijnoplaadcapaciteit is mogelijk met een minimale positieve excitatie van 1 procent.
(iii) Tot 100 procent van de nominale MVAR, dwz 173,8 lijnoplaadcapaciteit kan worden verkregen met ongeveer 5 procent negatieve bekrachtiging en de maximale lijnoplaadcapaciteit die kan worden verkregen met een negatieve bekrachtiging van 10 procent is 110 procent van de nominale MVA (191 MVAR ) volgens BSS.
(iv)Verdere vergroting van de capaciteit voor het opladen van de lijn is alleen mogelijk door de machine groter te maken.In het geval van (ii) en (iii) is handbediening van de bekrachtiging niet mogelijk en moet volledig worden vertrouwd op continue werking van snelwerkende automatische spanningsregelaars.Het is economisch niet haalbaar en ook niet wenselijk om de afmeting van de machine te vergroten met het doel de capaciteit voor het opladen van de lijn te vergroten.Dienovereenkomstig werd, rekening houdend met de bedrijfsomstandigheden in de eerste bedrijfsfase, besloten om te voorzien in een lijnoplaadcapaciteit van 191 MVAR bij nominale spanning voor de generatoren door de generatoren negatief te bekrachtigen.Kritieke bedrijfsomstandigheden die spanningsinstabiliteit veroorzaken, kunnen ook worden veroorzaakt door het loskoppelen van de belasting aan de ontvangende kant.Het fenomeen treedt op als gevolg van capacitieve belasting op de machine, die verder nadelig wordt beïnvloed door de snelheidstoename van de generator.Zelfexcitatie en spanningsinstabiliteit kunnen optreden als.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Waar Xc de capacitieve belastingsreactantie is, is Xq de synchrone reactantie van de kwadratuuras en is n de maximale relatieve oversnelheid die optreedt bij het afwijzen van de belasting.Er werd voorgesteld om deze toestand op de Dehar-generator te ondervangen door een permanent aangesloten 400 kV EHV-shuntreactor (75 MVA) aan het ontvangende uiteinde van de lijn te plaatsen volgens uitgevoerde gedetailleerde studies.
Demperwikkeling
De belangrijkste functie van een demperwikkeling is het vermogen om overmatige overspanningen te voorkomen in het geval van lijn-naar-lijnfouten met capacitieve belastingen, waardoor de overspanningsbelasting op de apparatuur wordt verminderd.Rekening houdend met afgelegen locatie en lange onderling verbonden transmissielijnen, werd volledig aangesloten demperwikkelingen gespecificeerd met een verhouding van kwadratuur en directe asreactanties Xnq / Xnd die niet groter waren dan 1,2.
Generatorkarakteristiek en excitatiesysteem
Nadat generatoren met normale kenmerken waren gespecificeerd en voorbereidende studies die slechts een marginale stabiliteit aantoonden, werd besloten om statische excitatie-apparatuur met hoge snelheid te gebruiken om de stabiliteitsmarges te verbeteren om de algehele meest economische opstelling van apparatuur te bereiken.Gedetailleerde studies werden uitgevoerd om de optimale eigenschappen van de statische excitatie-apparatuur te bepalen en besproken in hoofdstuk 10.
Seismische overwegingen
Dehar Power Plant valt in seismische zone.De volgende bepalingen in het ontwerp van de waterkrachtgenerator in Dehar werden voorgesteld in overleg met de fabrikanten van apparatuur en rekening houdend met de seismische en geologische omstandigheden ter plaatse en het rapport van het Koyna Earthquake Experts Committee, opgericht door de regering van India met de hulp van UNESCO.
Mechanische kracht
Dehar-generatoren zijn ontworpen om veilig de maximale versnellingskracht van aardbevingen te weerstaan, zowel in verticale als horizontale richting die wordt verwacht bij Dehar in het midden van de machine.
Natuurlijke frequentie
De eigenfrequentie van de machine moet ver weg (hoger) worden gehouden van de magnetische frequentie van 100 Hz (tweemaal de generatorfrequentie).Deze natuurlijke frequentie zal ver verwijderd zijn van de aardbevingsfrequentie en zal worden gecontroleerd op voldoende marge ten opzichte van de overheersende frequentie van aardbevingen en kritische snelheid van het roterende systeem.
Generator stator ondersteuning
De generatorstator en de onderste stuwkracht- en geleidingslagerfunderingen bestaan uit een aantal zoolplaten.De zoolplaten worden naast de normale verticale richting lateraal aan de fundering vastgemaakt door middel van funderingsbouten.
Gids lager ontwerp
De geleidelagers moeten van het segmenttype zijn en de geleidelagerdelen moeten worden versterkt om de volledige aardbevingskracht te weerstaan.Fabrikanten adviseerden verder om de bovenbeugel zijdelings vast te maken aan de loop (generatorbehuizing) door middel van stalen liggers.Dit zou ook betekenen dat de betonnen ton op zijn beurt zou moeten worden verstevigd.
Trillingsdetectie van generatoren
Het werd aanbevolen om trillingsdetectoren of excentriciteitsmeters op turbines en generatoren te installeren voor het initiëren van uitschakeling en alarm in het geval dat de trillingen als gevolg van aardbevingen een vooraf bepaalde waarde overschrijden.Dit apparaat kan ook worden gebruikt bij het detecteren van ongebruikelijke trillingen van een eenheid als gevolg van hydraulische omstandigheden die de turbine beïnvloeden.
Kwikcontacten
Ernstig schudden als gevolg van aardbevingen kan resulteren in valse uitschakeling voor het initiëren van het uitschakelen van een eenheid als kwikcontacten worden gebruikt.Dit kan worden vermeden door ofwel kwikschakelaars van het trillingsdempende type te specificeren of, indien nodig, tijdrelais toe te voegen.
conclusies
(1) Aanzienlijke besparingen in de kosten van apparatuur en structuur bij Dehar Power Plant werden verkregen door een grote eenheid aan te nemen, rekening houdend met de grootte van het net en de invloed ervan op de reservecapaciteit van het systeem.
(2) De kosten van generatoren werden verlaagd door een overkoepelend constructieontwerp toe te passen, wat nu mogelijk is voor grote hydrogeneratoren met hoge snelheid dankzij de ontwikkeling van staal met hoge treksterkte voor het ponsen van rotorvelgen.
(3) De aanschaf van natuurlijke generatoren met een hoge vermogensfactor na gedetailleerde studies resulteerde in verdere kostenbesparingen.
(4) Het normale vliegwieleffect van de roterende delen van de generator bij het frequentieregelstation in Dehar werd voldoende geacht voor de stabiliteit van het turbineregulateursysteem vanwege het grote onderling verbonden systeem.
(5) Aan speciale parameters van externe generatoren die EHV-netwerken voeden om elektrische stabiliteit te garanderen, kan worden voldaan door statische excitatiesystemen met een snelle respons.
(6) Snelwerkende statische excitatiesystemen kunnen de nodige stabiliteitsmarges bieden.Dergelijke systemen vereisen echter stabiliserende feedbacksignalen om stabiliteit na de fout te bereiken.Er moeten gedetailleerde studies worden uitgevoerd.
(7) Zelfexcitatie en spanningsinstabiliteit van afgelegen generatoren die via lange EHV-lijnen met het net zijn verbonden, kunnen worden voorkomen door de lijnoplaadcapaciteit van de machine te vergroten door toevlucht te nemen tot negatieve excitatie en/of door permanent aangesloten EHV-shuntreactoren te gebruiken.
(8) In het ontwerp van generatoren en de fundamenten daarvan kunnen voorzieningen worden getroffen om tegen geringe kosten bescherming te bieden tegen seismische krachten.
Hoofdparameters van Dehar-generatoren:
Kortsluitverhouding = 1.06
Voorbijgaande reactantie Directe as = 0.2
Vliegwieleffect = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd niet groter dan = 1,2
Posttijd: 11 mei-2021
