Efectul volantei generatorului și stabilitatea sistemului de guvernare a turbinei

Efectul volantului generator și stabilitatea sistemului guvernator al turbinei Efectul volantului generator și stabilitatea sistemului regulator al turbinei Efectul volantului generator și stabilitatea sistemului regulator al turbinei Efectul volantului generator și stabilitatea sistemului regulator al turbinei
Hidrogeneratoarele mari moderne au o constantă de inerție mai mică și se pot confrunta cu probleme privind stabilitatea sistemului de guvernare a turbinei.Acest lucru se datorează comportării apei din turbină, care, din cauza inerției sale, dă naștere unui ciocan de berbec în conductele de presiune atunci când sunt acționate dispozitivele de control.Aceasta este, în general, caracterizată de constantele de timp ale accelerației hidraulice.În funcționare izolata, când frecvența întregului sistem este determinată de regulatorul turbinei, ciocanul de berbec afectează reglarea vitezei și instabilitatea apare ca vânătoare sau oscilație de frecvență.Pentru operarea interconectată cu un sistem mare, frecvența este în esență menținută constantă de cel mai târziu.Lovitura de berbec efectuează apoi puterea furnizată sistemului și problema de stabilitate apare doar atunci când puterea este controlată în buclă închisă, adică în cazul acelor hidrogeneratoare care participă la reglarea frecvenței.

Stabilitatea angrenajului regulatorului turbinei este foarte afectată de raportul dintre constanta de timp de accelerație mecanică datorită constantei de timp de accelerație hidraulică a maselor de apă și de câștigul regulatorului.O reducere a raportului de mai sus are un efect destabilizator și necesită o reducere a câștigului regulatorului, care afectează negativ stabilizarea frecvenței.În consecință, este necesar un efect minim de volant pentru părțile rotative ale unei unități hidro, care în mod normal poate fi furnizat numai în generator.Alternativ, constanta de timp de accelerare mecanică ar putea fi redusă prin furnizarea unei supape de limitare a presiunii sau a unui rezervor de supratensiune etc., dar este în general foarte costisitoare.Un criteriu empiric pentru capacitatea de reglare a vitezei a unei unități hidrogeneratoare ar putea fi bazat pe creșterea vitezei unității care poate avea loc la respingerea întregii sarcini nominale a unității care funcționează independent.Pentru unitățile de putere care funcționează în sisteme mari interconectate și care trebuie să regleze frecvența sistemului, indicele procentual de creștere a vitezei calculat mai sus a fost considerat a nu depăși 45 la sută.Pentru sistemele mai mici, se va asigura o creștere mai mică a vitezei (vezi capitolul 4).

Secțiune longitudinală de la captare până la Centrala Dehar
(Sursa: Lucrare de către autor – 2nd World Congress, International Water Resources Association 1979) Pentru centrala electrică Dehar, este prezentat sistemul hidraulic de apă sub presiune care conectează depozitul de echilibrare cu unitatea de putere constând din priza de apă, tunel de presiune, rezervor de supratensiune diferențială și conductă forată. .Limitarea creșterii maxime a presiunii în conducte la 35 la sută, creșterea estimată a vitezei maxime a unității la respingerea sarcinii complete a fost calculată la aproximativ 45 la sută cu un regulator de închidere
timp de 9,1 secunde la înălțimea nominală de 282 m (925 ft) cu efectul normal de volantă al părților rotative ale generatorului (adică, fixat numai pe considerente de creștere a temperaturii).În prima etapă de funcționare, s-a constatat că creșterea vitezei nu depășește 43 la sută.Prin urmare, sa considerat că efectul normal al volantului este adecvat pentru reglarea frecvenței sistemului.

Parametrii generatorului și stabilitatea electrică
Parametrii generatorului care influențează stabilitatea sunt efectul volantului, reactanța tranzitorie și raportul de scurtcircuit.În stadiul inițial de dezvoltare a sistemului EHV de 420 kV, ca la Dehar, problemele de stabilitate sunt susceptibile să fie critice din cauza sistemului slab, a nivelului scăzut de scurtcircuit, a funcționării la un factor de putere de vârf și a necesității de economie în furnizarea de prize de transmisie și fixarea dimensiunii și parametrii unităților generatoare.Studiile preliminare ale stabilității tranzitorii asupra analizorului de rețea (folosind tensiune constantă în spatele reactanței tranzitorii) pentru sistemul Dehar EHV au indicat, de asemenea, că s-ar obține doar o stabilitate marginală.În faza incipientă de proiectare a centralei electrice Dehar sa considerat că specificarea generatoarelor cu normal
caracteristicile și realizarea cerințelor de stabilitate prin optimizarea parametrilor altor factori implicați în special ai sistemului de excitație ar fi o alternativă mai ieftină din punct de vedere economic.Într-un studiu al sistemului britanic, de asemenea, sa arătat că modificarea parametrilor generatorului are un efect comparativ mult mai mic asupra marjelor de stabilitate.În consecință, parametrii normali ai generatorului, așa cum sunt indicați în anexă, au fost specificați pentru generator.Sunt prezentate studiile detaliate de stabilitate efectuate

Capacitatea de încărcare a liniei și stabilitatea tensiunii
Hidrogeneratoare amplasate la distanță utilizate pentru a încărca linii lungi EHV descărcate a căror încărcare kVA este mai mare decât capacitatea de încărcare a liniei a mașinii, mașina se poate autoexcita și tensiunea poate crește dincolo de control.Condiția pentru autoexcitare este ca xc < xd unde, xc este reactanța sarcinii capacitive și xd reactanța axei directe sincrone.Capacitatea necesară pentru încărcarea unei singure linii fără sarcină de 420 kV E2 /xc până la Panipat (capătul de recepție) a fost de aproximativ 150 MVAR la tensiunea nominală.În a doua etapă, când este instalată oa doua linie de 420 kV de lungime echivalentă, capacitatea de încărcare a liniei necesară pentru a încărca ambele linii descărcate simultan la tensiunea nominală ar fi de aproximativ 300 MVAR.

Capacitatea de încărcare a liniei disponibilă la tensiunea nominală de la generatorul Dehar, după cum au indicat furnizorii echipamentului, a fost următoarea:
(i) MVA nominal de 70 la sută, adică, încărcarea pe linie de 121,8 MVAR este posibilă cu o excitație pozitivă minimă de 10 la sută.
(ii) Până la 87 la sută din MVA nominală, adică, capacitatea de încărcare a liniei de 139 MVAR este posibilă cu o excitație pozitivă minimă de 1 la sută.
(iii) Până la 100 la sută din MVAR nominal, adică 173,8 capacitate de încărcare a liniei poate fi obținută cu aproximativ 5 la sută excitație negativă și capacitatea maximă de încărcare a liniei care poate fi obținută cu o excitație negativă de 10 la sută este de 110 la sută din MVA nominal (191 MVAR). ) conform BSS.
(iv) Creșterea suplimentară a capacităților de încărcare a liniei este posibilă numai prin creșterea dimensiunii mașinii.În cazul (ii) și (iii) controlul manual al excitației nu este posibil și trebuie să se bazeze pe deplin pe funcționarea continuă a regulatoarelor automate de tensiune cu acțiune rapidă.Nu este nici fezabil din punct de vedere economic, nici de dorit să se mărească dimensiunea mașinii în scopul creșterii capacităților de încărcare a liniei.În consecință, ținând cont de condițiile de funcționare din prima etapă de funcționare, sa decis să se asigure o capacitate de încărcare a liniei de 191 MVAR la tensiune nominală pentru generatoare prin furnizarea de excitație negativă a generatoarelor.Condițiile critice de funcționare care cauzează instabilitatea tensiunii pot fi cauzate și de deconectarea sarcinii la capătul de recepție.Fenomenul are loc din cauza încărcării capacitive a mașinii, care este în continuare afectată negativ de creșterea vitezei generatorului.Autoexcitarea și instabilitatea tensiunii pot apărea dacă.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Unde, Xc este reactanța de sarcină capacitivă, Xq este reactanța sincronă a axei în cuadratura și n este supraviteza relativă maximă care apare la respingerea sarcinii.Această condiție a generatorului Dehar a fost propusă a fi eliminată prin furnizarea unui reactor de șunt EHV de 400 kV (75 MVA) conectat permanent la capătul de recepție al liniei, conform studiilor detaliate efectuate.

Înfăşurarea amortizorului
Funcția principală a înfășurării amortizorului este capacitatea sa de a preveni supratensiunile excesive în cazul defecțiunilor între linie cu sarcini capacitive, reducând astfel stresul de supratensiune asupra echipamentului.Luând în considerare locația la distanță și liniile de transmisie lungi de interconectare, a fost specificat înfășurările amortizoare complet conectate, cu raportul dintre reactanța de cuadratura și axa directă Xnq/ Xnd care nu depășește 1,2.

Caracteristica generatorului și sistemul de excitare
După ce au fost specificate generatoare cu caracteristici normale, iar studiile preliminare au indicat doar o stabilitate marginală, s-a decis ca echipamentele de excitație statică de mare viteză să fie utilizate pentru a îmbunătăți marjele de stabilitate, astfel încât să se obțină o aranjare generală cea mai economică a echipamentelor.Au fost efectuate studii detaliate pentru a determina caracteristicile optime ale echipamentului de excitație statică și au fost discutate în capitolul 10.

Considerații seismice
Centrala electrică Dehar cade în zonă seismică.Următoarele prevederi în proiectarea hidrogeneratorului de la Dehar au fost propuse în consultare cu producătorii de echipamente și luând în considerare condițiile seismice și geologice de la fața locului și raportul Comitetului de experți în cutremur Koyna, constituit de Guvernul Indiei cu ajutorul UNESCO.

Putere mecanică
Generatoarele Dehar să fie proiectate pentru a rezista în siguranță la forța maximă de accelerare a cutremurului, atât pe direcția verticală, cât și pe orizontală, așteptată la Dehar, care acționează în centrul mașinii.

Frecventa naturala
Frecvența naturală a mașinii să fie ținută la distanță (mai mare) de frecvența magnetică de 100 Hz (de două ori mai mare decât frecvența generatorului).Această frecvență naturală va fi departe de frecvența cutremurului și va fi verificată pentru o marjă adecvată față de frecvența predominantă a cutremurului și viteza critică a sistemului de rotație.

Suport stator generator
Statorul generatorului și fundațiile inferioare ale rulmentului de tracțiune și ghidare cuprind un număr de plăci de talpă.Plăcile de talpă să fie legate de fundație lateral, în plus față de direcția verticală normală, prin șuruburi de fundație.

Proiectarea rulmentului de ghidare
Rulmenții de ghidare să fie de tip segmentar, iar piesele rulmentului de ghidare să fie consolidate pentru a rezista la forța totală a cutremurului.Producătorii au recomandat în continuare să legați suportul superior lateral cu cilindrul (carcasa generatorului) cu ajutorul grinzilor de oțel.Acest lucru ar însemna, de asemenea, că butoiul de beton, la rândul său, ar trebui consolidat.

Detectarea vibrațiilor generatoarelor
S-a recomandat instalarea de detectoare de vibrații sau contoare de excentricitate pe turbine și generatoare pentru declanșarea opririi și alarmei în cazul în care vibrațiile datorate cutremurului depășesc o valoare prestabilită.Acest dispozitiv poate fi folosit și pentru detectarea oricăror vibrații neobișnuite ale unei unități din cauza condițiilor hidraulice care afectează turbina.

Contacte Mercur
Tremurarea puternică din cauza cutremurului poate duce la declanșarea falsă pentru inițierea opririi unei unități dacă sunt utilizate contacte de mercur.Acest lucru poate fi evitat fie prin specificarea comutatoarelor cu mercur de tip anti-vibrații, fie dacă este necesar prin adăugarea de relee de sincronizare.

Concluzii
(1) Economii substanțiale în costul echipamentelor și structurii centralei electrice Dehar au fost obținute prin adoptarea unei dimensiuni mari a unității, ținând cont de dimensiunea rețelei și influența acesteia asupra capacității neutilizate a sistemului.
(2) Costul generatoarelor a fost redus prin adoptarea unui proiect de construcție cu umbrelă, care este acum posibil pentru hidrogeneratoarele mari de mare viteză, datorită dezvoltării oțelului de înaltă rezistență pentru perforarea jantei rotorului.
(3) Achiziționarea de generatoare naturale cu factor de putere mare după studii detaliate a dus la economii suplimentare ale costurilor.
(4) Efectul normal de volant al părților rotative ale generatorului la stația de reglare a frecvenței de la Dehar a fost considerat suficient pentru stabilitatea sistemului de reglare a turbinei din cauza sistemului mare interconectat.
(5) Parametrii speciali ai generatoarelor de la distanță care alimentează rețelele EHV pentru asigurarea stabilității electrice pot fi îndepliniți prin sistemele de excitație statică cu răspuns rapid.
(6) Sistemele de excitație statică cu acțiune rapidă pot oferi marjele de stabilitate necesare.Astfel de sisteme, totuși, necesită semnale de stabilizare de feedback pentru a obține stabilitatea post-defecțiune.Ar trebui efectuate studii detaliate.
(7) Autoexcitarea și instabilitatea tensiunii generatoarelor de la distanță interconectate cu rețeaua prin linii lungi EHV pot fi prevenite prin creșterea capacității de încărcare a liniei a mașinii prin recurgerea la excitație negativă și/sau prin utilizarea reactoarelor șunt EHV conectate permanent.
(8) În proiectarea generatoarelor și a fundațiilor acestora pot fi luate prevederi pentru a oferi garanții împotriva forțelor seismice la costuri mici.

Parametrii principali ai generatoarelor Dehar
Raportul de scurtcircuit = 1,06
Reactanță tranzitorie Axa directă = 0,2
Efectul volantului = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd nu mai mare de = 1,2