Эффект маховика генератора и стабильность системы регулятора турбины Эффект маховика генератора и стабильность системы регулятора турбины Эффект маховика генератора и стабильность системы регулятора турбины Эффект маховика генератора и стабильность системы регулятора турбины
Крупные современные гидрогенераторы имеют меньшую постоянную инерции и могут столкнуться с проблемами устойчивости системы управления турбиной.Это связано с поведением турбинной воды, которая в силу своей инерционности вызывает гидроудары в напорных трубопроводах при срабатывании регулирующих устройств.Обычно это характеризуется постоянными времени гидравлического ускорения.В изолированном режиме, когда частота всей системы определяется регулятором турбины, гидравлический удар влияет на регулирование скорости, и нестабильность проявляется в виде рывков или колебания частоты.Для взаимосвязанной работы с большой системой частота в основном поддерживается постоянной последней.Тогда гидравлический удар влияет на мощность, подаваемую в систему, и проблема устойчивости возникает только тогда, когда мощность регулируется в замкнутом контуре, т. е. в случае тех гидрогенераторов, которые участвуют в частотном регулировании.
На стабильность редуктора регулятора турбины сильно влияет соотношение постоянной времени механического ускорения из-за постоянной времени гидравлического ускорения водных масс и коэффициента усиления регулятора.Уменьшение вышеуказанного отношения имеет дестабилизирующий эффект и требует уменьшения коэффициента усиления регулятора, что неблагоприятно влияет на стабилизацию частоты.Соответственно необходим минимальный эффект маховика для вращающихся частей гидроагрегата, который обычно может быть обеспечен только в генераторе.В качестве альтернативы постоянная времени механического ускорения может быть уменьшена за счет установки предохранительного клапана или расширительного бака и т. д., но это, как правило, очень дорого.Эмпирическим критерием способности регулирования скорости гидроагрегата может быть увеличение скорости агрегата, которое может происходить при сбросе всей номинальной нагрузки агрегата, работающего автономно.Для энергоблоков, работающих в крупных взаимосвязанных системах и требующих регулирования системной частоты, расчетный выше индекс увеличения скорости в процентах считался не превышающим 45 процентов.Для небольших систем должно быть предусмотрено меньшее увеличение скорости (см. главу 4).
Продольный разрез от водозабора до электростанции Дехар
(Источник: Доклад автора – 2-й Всемирный конгресс, Международная ассоциация водных ресурсов, 1979 г.) Для электростанции Дехар показана гидравлическая система напорного водоснабжения, соединяющая уравновешивающий накопитель с энергоблоком, состоящая из водозабора, напорного туннеля, дифференциального уравнительного резервуара и водовода. .Ограничение максимального повышения давления в напорных трубопроводах до 35 процентов расчетное увеличение максимальной скорости агрегата при отказе от полной нагрузки отработано примерно до 45 процентов при закрытии регулятора
время 9,1 секунды при номинальном напоре 282 м (925 футов) с нормальным эффектом маховика вращающихся частей генератора (т. е. зафиксировано только с учетом повышения температуры).На первом этапе работы прирост скорости оказался не более 43 процентов.Соответственно было сочтено, что нормальный эффект маховика достаточен для регулирования частоты системы.
Параметры генератора и электрическая стабильность
На стабильность влияют такие параметры генератора, как эффект маховика, переходное реактивное сопротивление и коэффициент короткого замыкания.На начальном этапе развития системы сверхвысокого напряжения 420 кВ, как в Дехаре, проблемы устойчивости могут стать критическими из-за слабой системы, более низкого уровня короткого замыкания, работы с опережающим коэффициентом мощности и необходимости экономии при обеспечении выходов передачи и размеров крепления и параметры генераторных установок.Предварительные исследования устойчивости к переходным процессам на анализаторе цепей (с использованием постоянного напряжения за переходным реактивным сопротивлением) для системы сверхвысокого напряжения Дехара также показали, что будет достигнута только предельная устойчивость.На ранней стадии проектирования электростанции Дехар считалось, что установка генераторов с нормальным
характеристики и достижение требований устойчивости за счет оптимизации параметров других факторов, особенно системы возбуждения, было бы экономически более дешевой альтернативой.При исследовании Британской системы также было показано, что изменение параметров генератора сравнительно меньше влияет на запасы устойчивости.Соответственно, для генератора были указаны нормальные параметры генератора, указанные в приложении.Подробные исследования стабильности, проведенные
Зарядная емкость линии и стабильность напряжения
Удаленно расположенные гидрогенераторы, используемые для зарядки длинных ненагруженных линий сверхвысокого напряжения, зарядная кВА которых больше, чем мощность зарядки линии машины, машина может самовозбуждаться, и напряжение не поддается контролю.Условием самовозбуждения является то, что xc < xd, где xc — реактивное сопротивление емкостной нагрузки, а xd — реактивное сопротивление синхронной прямой оси.Мощность, необходимая для зарядки одной одиночной ненагруженной линии 420 кВ E2/xc до Панипата (приемная сторона), составила около 150 МВАР при номинальном напряжении.На втором этапе, когда будет установлена вторая линия 420 кВ эквивалентной длины, зарядная мощность линии, необходимая для одновременной зарядки обеих ненагруженных линий при номинальном напряжении, составит около 300 МВАР.
Зарядная мощность линии, доступная при номинальном напряжении от генератора Dehar, по заявлению поставщиков оборудования, была следующей:
(i) 70-процентная номинальная мощность МВА, т. е. возможна зарядка линии мощностью 121,8 МВАР при минимальном положительном возбуждении 10 процентов.
(ii) Возможно до 87 процентов номинальной мощности МВА, т. е. зарядная мощность линии 139 МВАР при минимальном положительном возбуждении 1 процент.
(iii) До 100 процентов от номинальной МВАР, т. е. 173,8 зарядной мощности линии, можно получить при отрицательном возбуждении приблизительно 5 процентов, а максимальная зарядная мощность линии, которая может быть получена при отрицательном возбуждении 10 процентов, составляет 110 процентов от номинальной МВА (191 МВАР). ) согласно БСС.
(iv) Дальнейшее увеличение зарядных мощностей линии возможно только за счет увеличения размера машины.В случае (ii) и (iii) ручное управление возбуждением невозможно, и необходимо полностью полагаться на непрерывную работу быстродействующих автоматических регуляторов напряжения.Экономически нецелесообразно и нежелательно увеличивать размер машины с целью увеличения зарядных мощностей линии.Соответственно с учетом условий эксплуатации на первом этапе эксплуатации было принято решение обеспечить зарядную мощность линии 191 МВАр при номинальном напряжении для генераторов за счет отрицательного возбуждения на генераторах.Критическое рабочее состояние, вызывающее нестабильность напряжения, также может быть вызвано отключением нагрузки на приемном конце.Это явление возникает из-за емкостной нагрузки на машину, на которую также отрицательно влияет увеличение скорости генератора.Самовозбуждение и нестабильность напряжения могут возникнуть, если.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Где Xc — реактивное сопротивление емкостной нагрузки, Xq — реактивное сопротивление квадратурной оси, а n — максимальное относительное превышение скорости, возникающее при сбросе нагрузки.Это условие на генераторе Дехара было предложено устранить путем установки постоянно подключенного шунтирующего реактора сверхвысокого напряжения 400 кВ (75 МВА) на приемном конце линии в соответствии с проведенными подробными исследованиями.
Демпферная обмотка
Основной функцией демпферной обмотки является ее способность предотвращать чрезмерные перенапряжения в случае межфазных КЗ с емкостными нагрузками, тем самым снижая нагрузку на оборудование от перенапряжения.С учетом удаленного расположения и длинных соединительных линий электропередач предусматривались полносвязные демпферные обмотки с отношением квадратурных и осевых реактивных сопротивлений Xnq/Xnd не более 1,2.
Характеристики генератора и система возбуждения
Были определены генераторы с нормальными характеристиками и предварительные исследования показали только предельную стабильность, было решено использовать высокоскоростное оборудование статического возбуждения для улучшения запасов устойчивости, чтобы достичь в целом наиболее экономичной компоновки оборудования.Были проведены подробные исследования для определения оптимальных характеристик оборудования статического возбуждения, которые обсуждались в главе 10.
Сейсмические соображения
Электростанция Дехар находится в сейсмоопасной зоне.Следующие положения в конструкции гидрогенератора в Дехаре были предложены в консультации с производителями оборудования и с учетом сейсмических и геологических условий на площадке, а также отчета Комитета экспертов по землетрясениям Койна, созданного правительством Индии с помощью ЮНЕСКО.
Механическая сила
Генераторы Дехара должны быть спроектированы так, чтобы безопасно выдерживать максимальную силу ускорения землетрясения как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, ожидаемую в Дехаре, действующую в центре машины.
Собственная частота
Собственная частота машины должна быть достаточно далеко (выше) от частоты магнитного поля 100 Гц (удвоенная частота генератора).Эта собственная частота будет сильно удалена от частоты землетрясений и будет проверена на достаточный запас по отношению к преобладающей частоте землетрясений и критической скорости вращающейся системы.
Опора статора генератора
Статор генератора и нижние основания упорных и направляющих подшипников состоят из нескольких опорных плит.Подошва крепится к фундаменту сбоку в дополнение к нормальному вертикальному направлению с помощью фундаментных болтов.
Конструкция направляющего подшипника
Направляющие подшипники должны быть сегментного типа, а детали направляющих подшипников должны быть усилены, чтобы выдерживать полную силу землетрясения.Кроме того, производители рекомендуют связать верхний кронштейн сбоку с корпусом (корпусом генератора) с помощью стальных балок.Это также означало бы, что бетонную бочку, в свою очередь, пришлось бы укреплять.
Обнаружение вибрации генераторов
Рекомендовано установить датчики вибрации или измерители эксцентриситета на турбинах и генераторах для инициирования отключения и сигнализации в случае, если вибрации из-за землетрясения превышают заданное значение.Это устройство также можно использовать для обнаружения любых необычных вибраций агрегата из-за гидравлических условий, воздействующих на турбину.
Контакты Меркурий
Сильная тряска из-за землетрясения может привести к ложному срабатыванию для инициирования отключения агрегата, если используются ртутные контакты.Этого можно избежать, установив ртутные выключатели антивибрационного типа или, при необходимости, добавив реле времени.
Выводы
(1) Значительная экономия на стоимости оборудования и конструкции на электростанции в Дехаре была достигнута за счет принятия блоков большого размера с учетом размера сети и ее влияния на резервную мощность системы.
(2) Стоимость генераторов была снижена за счет принятия зонтичной конструкции конструкции, которая теперь возможна для больших высокоскоростных гидрогенераторов благодаря разработке высокопрочной стали для штамповки обода ротора.
(3) Закупка генераторов с естественным высоким коэффициентом мощности после детальных исследований привела к дополнительной экономии затрат.
(4) Нормальный эффект маховика вращающихся частей генератора на станции регулирования частоты в Дехаре считался достаточным для стабильности системы регулятора турбины из-за большой взаимосвязанной системы.
(5) Особые параметры удаленных генераторов, питающих сети сверхвысокого напряжения, для обеспечения электрической стабильности могут быть обеспечены быстродействующими системами статического возбуждения.
(6) Быстродействующие статические системы возбуждения могут обеспечить необходимый запас устойчивости.Однако такие системы требуют стабилизирующих сигналов обратной связи для достижения послеаварийной устойчивости.Следует провести подробные исследования.
(7) Самовозбуждение и нестабильность напряжения удаленных генераторов, соединенных с сетью длинными линиями СВН, можно предотвратить, увеличив зарядную мощность линии за счет отрицательного возбуждения и/или используя постоянно подключенные шунтирующие реакторы СВН.
(8) В конструкции генераторов и их фундаментов могут быть предусмотрены меры защиты от сейсмических воздействий при небольших затратах.
Основные параметры генераторов дехара
Коэффициент короткого замыкания = 1,06
Переходное реактивное сопротивление по прямой оси = 0,2
Эффект маховика = 39,5 x 106 фунтов·фут2
Xnq/Xnd не более = 1,2
Время публикации: 11 мая 2021 г.
