Efekt koła zamachowego generatora i stabilność systemu gubernatora turbiny Efekt koła zamachowego generatora i stabilność systemu gubernatora turbiny Efekt koła zamachowego generatora i stabilność systemu gubernatora turbiny Efekt koła zamachowego generatora i stabilność systemu gubernatora turbiny
Duże nowoczesne hydrogeneratory mają mniejszą stałą bezwładności i mogą napotkać problemy dotyczące stabilności układu sterowania turbiną.Wynika to z zachowania wody w turbinie, która ze względu na swoją bezwładność powoduje uderzenia hydrauliczne w rurach ciśnieniowych podczas pracy urządzeń sterujących.Charakteryzuje się to ogólnie stałymi czasowymi przyspieszenia hydraulicznego.W pracy izolowanej, gdy częstotliwość całego systemu jest określana przez regulator turbiny, uderzenie wodne wpływa na regulację prędkości, a niestabilność objawia się kołysaniem lub wahaniami częstotliwości.W przypadku pracy połączonej z dużym systemem częstotliwość jest zasadniczo utrzymywana na stałym poziomie przez późniejszy.Uderzenie wodne wpływa następnie na moc doprowadzoną do systemu, a problem ze stabilnością pojawia się tylko wtedy, gdy moc jest sterowana w pętli zamkniętej, czyli w przypadku hydrogeneratorów, które biorą udział w regulacji częstotliwości.
Na stabilność przekładni regulatora turbiny duży wpływ ma stosunek stałej czasowej przyspieszenia mechanicznego ze względu na stałą czasową przyspieszenia hydraulicznego mas wody oraz wzmocnienie regulatora.Zmniejszenie powyższego stosunku działa destabilizująco i wymusza zmniejszenie wzmocnienia regulatora, co niekorzystnie wpływa na stabilizację częstotliwości.W związku z tym konieczne jest minimalne działanie koła zamachowego dla obracających się części hydrozespołu, które normalnie może być zapewnione tylko w generatorze.Alternatywnie, stała czasowa przyspieszenia mechanicznego może zostać zmniejszona przez zastosowanie zaworu nadmiarowego ciśnienia lub zbiornika wyrównawczego itp., ale jest to ogólnie bardzo kosztowne.Kryterium empiryczne zdolności regulacji prędkości bloku hydrotechnicznego można oprzeć na przyroście prędkości bloku, który może nastąpić po odrzuceniu całego obciążenia znamionowego bloku pracującego niezależnie.W przypadku bloków energetycznych pracujących w dużych, połączonych ze sobą systemach, które są wymagane do regulacji częstotliwości systemu, procentowy wskaźnik wzrostu prędkości, jak obliczono powyżej, uznano za nieprzekraczający 45 procent.W przypadku mniejszych systemów przewidziany jest mniejszy przyrost prędkości (patrz rozdział 4).
Przekrój podłużny od ujęcia do elektrowni Dehar
(Źródło: Artykuł autora – 2. Światowy Kongres, Międzynarodowe Stowarzyszenie Zasobów Wodnych 1979) W przypadku elektrowni Dehar pokazano hydrauliczny system wodny ciśnieniowy łączący magazyn wyrównawczy z jednostką napędową składający się z wlotu wody, tunelu ciśnieniowego, różnicowego zbiornika wyrównawczego i zastawki .Ograniczenie maksymalnego wzrostu ciśnienia w zastawkach do 35 procent szacowany maksymalny wzrost prędkości jednostki po odrzuceniu pełnego obciążenia wyliczony do około 45 procent z zamknięciem regulatora
czas 9,1 sekundy przy nominalnej wysokości podnoszenia 282 m (925 ft) z normalnym efektem koła zamachowego obracających się części generatora (tj. ustalone tylko ze względu na wzrost temperatury).W pierwszym etapie eksploatacji wzrost prędkości wynosił nie więcej niż 43 proc.W związku z tym uznano, że normalne działanie koła zamachowego jest wystarczające do regulacji częstotliwości systemu.
Parametry generatora i stabilność elektryczna
Parametry generatora, które mają wpływ na stabilność, to efekt koła zamachowego, reaktancja przejściowa i współczynnik zwarcia.W początkowej fazie rozwoju systemu EHV 420 kV w Dehar problemy ze stabilnością mogą być krytyczne ze względu na słaby system, niższy poziom zwarć, działanie przy wiodącym współczynniku mocy oraz potrzebę oszczędności w zapewnianiu gniazd przesyłowych i mocowaniu rozmiaru i parametry jednostek wytwórczych.Wstępne badania stabilności przejściowej na analizatorze sieci (przy użyciu stałego napięcia za reaktancją przejściową) dla systemu Dehar EHV wykazały również, że uzyskana zostanie tylko marginalna stabilność.Na wczesnym etapie projektowania Elektrowni Dehar uznano, że specyfikacja generatorów o normalnym
i osiąganie wymagań stabilności poprzez optymalizację parametrów innych zaangażowanych czynników, zwłaszcza układu wzbudzenia, byłaby tańszą ekonomicznie alternatywą.W badaniu systemu brytyjskiego wykazano również, że zmieniające się parametry generatora mają stosunkowo mniejszy wpływ na marginesy stabilności.Odpowiednio dla generatora określono normalne parametry generatora podane w załączniku.Podano szczegółowe przeprowadzone badania stabilności
Wydajność ładowania linii i stabilność napięcia
Zdalnie umieszczone generatory wodne używane do ładowania długich nieobciążonych linii EHV, których ładowanie kVA jest większe niż pojemność ładowania linii maszyny, może spowodować samowzbudzenie maszyny i wzrost napięcia poza kontrolą.Warunkiem samowzbudzenia jest to, że xc < xd, gdzie xc jest pojemnościową reaktancją obciążenia, a xd reaktancją synchroniczną osi bezpośredniej.Wydajność wymagana do ładowania pojedynczej nieobciążonej linii 420 kV E2/xc do Panipat (końca odbiorczego) wynosiła około 150 MVAR przy napięciu znamionowym.W drugim etapie, kiedy instalowana jest druga linia 420 kV o równoważnej długości, zdolność ładowania linii wymagana do jednoczesnego ładowania obu nieobciążonych linii napięciem znamionowym wynosiłaby około 300 MVAR.
Dostępna zdolność ładowania linii przy napięciu znamionowym z generatora Dehar, jak sugerowali dostawcy sprzętu, była następująca:
(i) 70 procent znamionowego MVA, tj. ładowanie linii 121,8 MVAR jest możliwe przy minimalnym dodatnim wzbudzeniu wynoszącym 10 procent.
(ii) Do 87 procent znamionowej MVA, tj. 139 MVAR zdolności ładowania linii jest możliwe przy minimalnym dodatnim wzbudzeniu wynoszącym 1 procent.
III ) zgodnie z BSS.
(iv) Dalszy wzrost wydajności ładowania linii jest możliwy tylko poprzez zwiększenie wielkości maszyny.W przypadku (ii) i (iii) ręczne sterowanie wzbudzeniem nie jest możliwe i należy w pełni polegać na ciągłej pracy szybko działających automatycznych regulatorów napięcia.Nie jest ani ekonomicznie wykonalne, ani pożądane zwiększenie wielkości maszyny w celu zwiększenia wydajności linii ładowania.W związku z powyższym, biorąc pod uwagę warunki pracy w pierwszym etapie eksploatacji, postanowiono zapewnić prądnicom zdolność ładowania linii 191 MVAR przy napięciu znamionowym poprzez zapewnienie ujemnego wzbudzenia na prądnicach.Krytyczne warunki pracy powodujące niestabilność napięcia mogą być również spowodowane odłączeniem obciążenia po stronie odbiorczej.Zjawisko to występuje z powodu pojemnościowego obciążenia maszyny, na które dodatkowo niekorzystnie wpływa wzrost prędkości generatora.Może wystąpić samowzbudzenie i niestabilność napięcia.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Gdzie, Xc jest pojemnościową reaktancją obciążenia, Xq jest kwadraturową reaktancją synchroniczną osi, a n jest maksymalnym względnym nad prędkością występującą po odrzuceniu obciążenia.Zaproponowano, aby uniknąć tego warunku w generatorze Dehar poprzez zapewnienie podłączonego na stałe dławika bocznikowego 400 kV EHV (75 MVA) na końcu linii odbiorczej, zgodnie z przeprowadzonymi szczegółowymi badaniami.
Uzwojenie przepustnicy
Podstawową funkcją uzwojenia tłumika jest jego zdolność do zapobiegania nadmiernym przepięciom w przypadku zwarć między liniami z obciążeniami pojemnościowymi, zmniejszając w ten sposób naprężenia przepięciowe w sprzęcie.Biorąc pod uwagę odległą lokalizację i długie łączące linie przesyłowe, określono w pełni połączone uzwojenia przepustnic o stosunku kwadraturowych i bezpośrednich reaktancji osi Xnq/Xnd nieprzekraczającym 1,2.
Charakterystyka generatora i układ wzbudzenia
Określono generatory o normalnej charakterystyce, a wstępne badania wykazały jedynie marginalną stabilność, zdecydowano, że w celu poprawy marginesów stabilności, tak aby osiągnąć ogólnie najbardziej ekonomiczny układ sprzętu, zastosować sprzęt do wzbudzania statycznego o wysokiej prędkości.Przeprowadzono szczegółowe badania mające na celu wyznaczenie optymalnych charakterystyk aparatury wzbudzenia statycznego i omówiono je w rozdziale 10.
Rozważania sejsmiczne
Elektrownia Dehar wchodzi w strefę sejsmiczną.Następujące postanowienia w projekcie hydrogeneratora w Dehar zostały zaproponowane w porozumieniu z producentami sprzętu i biorąc pod uwagę warunki sejsmiczne i geologiczne na miejscu oraz raport Komitetu Ekspertów ds. Trzęsienia Ziemi Koyna powołanego przez rząd Indii z pomocą UNESCO.
Siła mechaniczna
Generatory Dehar są zaprojektowane tak, aby bezpiecznie wytrzymać maksymalną siłę przyspieszenia trzęsienia ziemi, zarówno w kierunku pionowym, jak i poziomym, oczekiwaną w Dehar działającym w środku maszyny.
Naturalna frekwencja
Częstotliwość drgań własnych maszyny powinna być utrzymywana z dala (wyższa) od częstotliwości magnetycznej 100 Hz (dwukrotna częstotliwość generatora).Ta częstotliwość drgań własnych będzie daleka od częstotliwości trzęsień ziemi i będzie sprawdzana pod kątem odpowiedniego marginesu w stosunku do dominującej częstotliwości trzęsienia ziemi i krytycznej prędkości systemu wirującego.
Obsługa stojana generatora
Stojan generatora oraz fundamenty z dolnymi łożyskami oporowymi i prowadzącymi składają się z kilku płyt fundamentowych.Płyty fundamentowe należy przymocować do fundamentu z boku, dodatkowo do normalnego kierunku pionowego, za pomocą śrub fundamentowych.
Konstrukcja łożyska prowadzącego
Łożyska prowadzące powinny być typu segmentowego, a części łożyska prowadzącego powinny być wzmocnione, aby wytrzymać pełną siłę trzęsienia ziemi.Producenci zalecali ponadto boczne związanie wspornika górnego z lufą (obudowa generatora) za pomocą stalowych dźwigarów.Oznaczałoby to również, że beczka betonowa z kolei musiałaby zostać wzmocniona.
Wykrywanie wibracji generatorów
Zalecono instalację detektorów drgań lub mierników mimośrodowości na turbinach i generatorach w celu inicjowania wyłączenia i alarmu w przypadku, gdy wibracje spowodowane trzęsieniem ziemi przekroczą ustaloną wartość.Urządzenie to może być również wykorzystywane do wykrywania wszelkich nietypowych drgań zespołu spowodowanych warunkami hydraulicznymi wpływającymi na turbinę.
Kontakty rtęciowe
Silne wstrząsy spowodowane trzęsieniem ziemi mogą spowodować fałszywe wyłączenie w celu zainicjowania wyłączenia urządzenia, jeśli używane są styki rtęciowe.Można tego uniknąć, określając antywibracyjne przełączniki rtęciowe lub, jeśli okaże się to konieczne, dodając przekaźniki czasowe.
Wnioski
(1) Znaczne oszczędności w kosztach wyposażenia i konstrukcji w Elektrowni Dehar osiągnięto poprzez przyjęcie dużego rozmiaru jednostki, mając na uwadze wielkość sieci i jej wpływ na wolne moce systemu.
(2) Koszt generatorów został zmniejszony poprzez przyjęcie konstrukcji parasolowej, która jest obecnie możliwa dla dużych generatorów wodnych o dużej prędkości dzięki opracowaniu stali o wysokiej wytrzymałości na wykrawanie obręczy wirnika.
(3) Zakup naturalnych generatorów o wysokim współczynniku mocy po szczegółowych badaniach skutkował dalszymi oszczędnościami kosztów.
(4) Normalny efekt koła zamachowego obracających się części generatora na stacji regulacji częstotliwości w Dehar uznano za wystarczający dla stabilności systemu regulatora turbiny ze względu na duży, wzajemnie połączony system.
(5) Specjalne parametry zdalnych generatorów zasilających sieci NN w celu zapewnienia stabilności elektrycznej mogą być spełnione przez układy wzbudzenia statycznego o szybkim czasie reakcji.
(6) Szybko działające statyczne systemy wzbudzenia mogą zapewnić niezbędne marginesy stabilności.Takie systemy wymagają jednak stabilizujących sygnałów zwrotnych w celu uzyskania stabilności po zwarciu.Należy przeprowadzić szczegółowe badania.
(7) Samowzbudzeniu i niestabilności napięcia odległych generatorów połączonych z siecią długimi liniami NN można zapobiec poprzez zwiększenie wydajności ładowania linii maszyny poprzez zastosowanie wzbudzenia ujemnego i/lub zastosowanie dławików bocznikowych NN na stałe.
(8) W konstrukcji generatorów i ich fundamentów można wprowadzić przepisy zapewniające ochronę przed siłami sejsmicznymi przy niewielkich kosztach.
Główne parametry generatorów Dehar
Współczynnik zwarcia = 1,06
Oś bezpośrednia reaktancji przejściowej = 0,2
Efekt koła zamachowego = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd nie większe niż = 1,2
Czas publikacji: 11 maja-2021
