Učinek vztrajnika generatorja in stabilnost sistema regulatorja turbine

Učinek vztrajnika generatorja in stabilnost sistema regulatorja turbine Učinek vztrajnika generatorja in stabilnost sistema regulatorja turbine Učinek vztrajnika generatorja in stabilnost sistema regulatorja turbine Učinek vztrajnika generatorja in stabilnost sistema regulatorja turbine
Veliki sodobni hidrogeneratorji imajo manjšo vztrajnostno konstanto in se lahko soočajo s težavami glede stabilnosti sistema upravljanja turbine.To je posledica obnašanja vode v turbini, ki zaradi svoje vztrajnosti povzroča vodno kladivo v tlačnih ceveh, ko delujejo krmilne naprave.Za to so na splošno značilne časovne konstante hidravličnega pospeška.Pri izoliranem delovanju, ko frekvenco celotnega sistema določa turbinski regulator, vodno kladivo vpliva na uravnavanje hitrosti in nestabilnost se kaže kot lov ali nihanje frekvence.Za medsebojno povezano delovanje z velikim sistemom je frekvenca v bistvu konstantna zaradi kasnejšega.Vodno kladivo nato vpliva na moč, ki se dovaja v sistem, problem stabilnosti pa nastane le, če je moč krmiljena v zaprti zanki, torej v primeru tistih hidrogeneratorjev, ki sodelujejo pri regulaciji frekvence.

​Na stabilnost gonila turbinskega regulatorja močno vplivata razmerje med časovno konstanto mehanskega pospeška zaradi časovne konstante hidravličnega pospeška vodnih mas in ojačenjem regulatorja.Zmanjšanje zgornjega razmerja ima destabilizacijski učinek in zahteva zmanjšanje dobička regulatorja, kar negativno vpliva na stabilizacijo frekvence.V skladu s tem je potreben minimalni učinek vztrajnika za vrtljive dele hidro enote, ki se običajno lahko zagotovi le v generatorju.Druga možnost je, da se časovna konstanta mehanskega pospeška zmanjša z zagotavljanjem razbremenilnega ventila ali prenapetostnega rezervoarja itd., vendar je na splošno zelo drago.Empirična merila za sposobnost regulacije hitrosti hidrogeneracijske enote bi lahko temeljila na povečanju hitrosti enote, ki se lahko zgodi ob zavrnitvi celotne nazivne obremenitve enote, ki deluje neodvisno.Za napajalne enote, ki delujejo v velikih medsebojno povezanih sistemih in so potrebne za uravnavanje sistemske frekvence, je veljalo, da indeks povečanja hitrosti v odstotkih, kot je izračunan zgoraj, ne presega 45 odstotkov.Za manjše sisteme je predviden manjši dvig hitrosti (glejte 4. poglavje).

Vzdolžni prerez od dovoda do elektrarne Dehar
(Vir: Prispevek avtorja – 2. svetovni kongres, Mednarodno združenje za vodne vire 1979) Za elektrarno Dehar je prikazan hidravlični tlačni vodni sistem, ki povezuje balansirno skladišče z napajalno enoto, sestavljeno iz dovoda vode, tlačnega tunela, diferencialne prenapetostne posode in cevovoda .Omejevanje največjega dviga tlaka v cevovodih na 35 odstotkov je ocenjeno največje povečanje hitrosti enote ob zavrnitvi polne obremenitve doseglo približno 45 odstotkov z zapiranjem regulatorja
čas 9,1 sekunde pri nazivni višini 282 m (925 ft) z normalnim učinkom vztrajnika vrtečih se delov generatorja (tj. določeno samo glede na dvig temperature).V prvi fazi delovanja je bilo ugotovljeno, da se hitrost poveča za največ 43 odstotkov.V skladu s tem se je štelo, da je normalen učinek vztrajnika primeren za regulacijo frekvence sistema.

Parametri generatorja in električna stabilnost
Parametri generatorja, ki vplivajo na stabilnost, so učinek vztrajnika, prehodna reaktanca in razmerje kratkega stika.V začetni fazi razvoja 420 kV sistema EHV kot pri Deharju so lahko težave s stabilnostjo kritične zaradi šibkega sistema, nižje stopnje kratkega stika, delovanja pri vodilnem faktorju moči in potrebe po ekonomičnosti zagotavljanja prenosnih izhodov ter pritrjevanja velikosti in parametri proizvodnih enot.Preliminarne študije prehodne stabilnosti na omrežnem analizatorju (z uporabo konstantne napetosti za prehodno reaktanco) za sistem Dehar EHV so prav tako pokazale, da bi bila dosežena le mejna stabilnost.V zgodnji fazi načrtovanja elektrarne Dehar je veljalo, da je treba določiti generatorje z normalnim
značilnosti in doseganje zahtev po stabilnosti z optimizacijo parametrov drugih vpletenih dejavnikov, zlasti tistih vzbujevalnega sistema, bi bila ekonomsko cenejša alternativa.V študiji britanskega sistema se je tudi pokazalo, da spreminjanje parametrov generatorja sorazmerno veliko manj vpliva na meje stabilnosti.V skladu s tem so bili za generator določeni normalni parametri generatorja, kot so navedeni v dodatku.Podane so podrobne opravljene študije stabilnosti

Zmogljivost polnjenja linije in stabilnost napetosti
Daljinsko nameščeni hidrogeneratorji, ki se uporabljajo za polnjenje dolgo neobremenjenih vodov EHV, katerih polnilna kVA je večja od polnilne zmogljivosti stroja, se lahko stroj samovzbudi in napetost naraste zunaj nadzora.Pogoj za samovzbujanje je, da je xc < xd, kjer je xc kapacitivna reaktanca obremenitve in xd sinhrona direktna osna reaktanca.Zmogljivost, potrebna za polnjenje enega samega 420 kV neobremenjenega voda E2 /xc do Panipata (prejemni konec) je bila približno 150 MVAR pri nazivni napetosti.V drugi fazi, ko je nameščen drugi 420 kV vod enakovredne dolžine, bi bila polnilna zmogljivost, potrebna za polnjenje obeh neobremenjenih vodov hkrati pri nazivni napetosti, približno 300 MVAR.

Zmogljivost polnjenja linije, ki je bila na voljo pri nazivni napetosti iz Dehar generatorja, kot so navedli dobavitelji opreme, je bila naslednja:
(i) 70-odstotno ocenjeno MVA, tj. polnjenje linije 121,8 MVAR je možno z minimalnim pozitivnim vzbujanjem 10 odstotkov.
(ii) Mogoča je do 87 odstotkov nazivne MVA, tj. 139 MVAR polnilne zmogljivosti linije z najmanjšim pozitivnim vzbujanjem 1 odstotek.
(iii) Do 100 odstotkov nazivne MVAR, tj. 173,8 polnilne zmogljivosti linije je mogoče doseči s približno 5-odstotnim negativnim vzbujanjem, največja polnilna zmogljivost linije, ki jo je mogoče doseči z negativnim vzbujanjem 10 odstotkov, pa je 110 odstotkov nazivne MVA (191 MVAR). ) po BSS.
(iv) Nadaljnje povečanje polnilne zmogljivosti linije je možno le s povečanjem velikosti stroja.V primeru (ii) in (iii) ročno upravljanje vzbujanja ni možno in se je treba v celoti zanašati na neprekinjeno delovanje hitro delujočih avtomatskih regulatorjev napetosti.Povečanje velikosti stroja z namenom povečanja polnilne zmogljivosti linije ni niti ekonomsko izvedljivo niti zaželeno.V skladu s tem je bilo ob upoštevanju obratovalnih pogojev v prvi fazi obratovanja odločeno, da se za generatorje zagotovi polnilna zmogljivost 191 MVAR pri nazivni napetosti za generatorje z negativnim vzbujanjem na generatorjih.Kritično delovno stanje, ki povzroča napetostno nestabilnost, lahko povzroči tudi odklop bremena na sprejemni strani.Do tega pojava pride zaradi kapacitivne obremenitve stroja, na katero dodatno negativno vpliva naraščanje hitrosti generatorja.Samovzbujanje in napetostna nestabilnost se lahko pojavita, če.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Kjer je Xc kapacitivna reaktanca obremenitve, Xq je sinhrona reaktanca kvadraturne osi, n pa je največja relativna hitrost, ki se pojavi pri zavrnitvi obremenitve.Predlagano je bilo, da se ta pogoj na Deharjevem generatorju odpravi z zagotovitvijo trajno priključenega 400 kV EHV reaktorja (75 MVA) na sprejemnem koncu linije v skladu z izvedenimi podrobnimi študijami.

Navitje blažilnika
Glavna funkcija navitja blažilnika je njegova sposobnost preprečevanja prekomernih prenapetosti v primeru napak med linijo in vodo s kapacitivnimi obremenitvami, s čimer se zmanjša prenapetostna obremenitev opreme.Ob upoštevanju oddaljene lokacije in dolgih medsebojno povezanih daljnovodov je bila določena polno povezana blažilna navitja z razmerjem kvadraturnih in neposrednih osnih reaktanc Xnq/Xnd, ki ne presega 1,2.

Karakteristike generatorja in vzbujevalni sistem
Ker so generatorji z normalnimi značilnostmi določeni in predhodne študije so pokazale le obrobno stabilnost, je bilo odločeno, da se za izboljšanje meja stabilnosti za izboljšanje stabilnosti, da se doseže splošna najbolj ekonomična razporeditev opreme, je bilo odločeno, da se uporablja oprema za statično vzbujanje visoke hitrosti.Izvedene so bile podrobne študije za določitev optimalnih lastnosti opreme za statično vzbujanje in obravnavane v 10. poglavju.

Seizmični premisleki
Elektrarna Dehar pade v potresno območje.Naslednje določbe pri načrtovanju hidrogeneratorja v Deharju so bile predlagane po posvetovanju s proizvajalci opreme in ob upoštevanju potresnih in geoloških razmer na lokaciji ter poročila odbora strokovnjakov za potrese Koyna, ki ga je sestavila vlada Indije s pomočjo Unesca.

Mehanska trdnost
Dehar generatorji so zasnovani tako, da varno prenesejo največjo silo potresnega pospeška v navpični in vodoravni smeri, ki se pričakuje pri Deharju, ki deluje v središču stroja.

Naravna frekvenca
Naravna frekvenca stroja mora biti daleč (višja) od magnetne frekvence 100 Hz (dvakratna frekvenca generatorja).Ta naravna frekvenca bo daleč od frekvence potresa in bo preverjena glede na ustrezen rob glede na prevladujočo frekvenco potresa in kritično hitrost vrtljivega sistema.

Podpora statorja generatorja
Stator generatorja ter spodnji potisni in vodilni ležajni temelji obsegajo številne podplatne plošče.Plošče podplatov se poleg normalne navpične smeri privežejo na temelj bočno s temeljnimi vijaki.

Oblikovanje vodilnega ležaja
Vodilni ležaji morajo biti segmentnega tipa, vodilni ležajni deli pa okrepljeni, da prenesejo celotno potresno silo.Proizvajalci so nadalje priporočali, da se zgornji nosilec bočno priveže s cevjo (ohišje generatorja) z jeklenimi nosilci.To bi pomenilo tudi, da bi bilo treba betonski sod v zameno okrepiti.

Zaznavanje vibracij generatorjev
Priporočena je bila namestitev detektorjev vibracij ali merilnikov ekscentričnosti na turbinah in generatorjih za sprožitev zaustavitve in alarma v primeru, da vibracije zaradi potresa presežejo vnaprej določeno vrednost.Ta naprava se lahko uporablja tudi za odkrivanje kakršnih koli nenavadnih vibracij enote zaradi hidravličnih pogojev, ki vplivajo na turbino.

Kontakti Merkur
Močno tresenje zaradi potresa lahko povzroči napačno sprožitev za začetek izklopa enote, če se uporabljajo živosrebrni kontakti.Temu se lahko izognemo tako, da določimo živosrebrna stikala proti vibracijam ali po potrebi dodamo časovne releje.

Zaključki
(1) Znaten prihranek pri stroških opreme in strukture v elektrarni Dehar je bil dosežen s sprejetjem velike velikosti enote ob upoštevanju velikosti omrežja in njegovega vpliva na prosto zmogljivost sistema.
(2) Stroški generatorjev so bili znižani s sprejetjem krovne zasnove konstrukcije, ki je zdaj mogoča za velike hidrogeneratorje za visoke hitrosti zaradi razvoja visoko nateznega jekla za prebijanje robov rotorja.
(3) Nabava naravnih generatorjev z visokim faktorjem moči po podrobnih študijah je povzročila nadaljnje prihranke pri stroških.
(4) Normalen učinek vztrajnika vrtečih se delov generatorja na postaji za regulacijo frekvence v Deharju je zaradi velikega medsebojno povezanega sistema zadostoval za stabilnost sistema turbinskih regulatorjev.
(5) Posebne parametre oddaljenih generatorjev, ki napajajo EHV omrežja za zagotavljanje električne stabilnosti, je mogoče izpolniti s hitro odzivnimi statičnimi vzbujevalnimi sistemi.
(6) Hitro delujoči statični vzbujevalni sistemi lahko zagotovijo potrebne meje stabilnosti.Takšni sistemi pa zahtevajo stabilizacijske povratne signale za doseganje stabilnosti po napaki.Izvesti je treba podrobne študije.
(7) Samovzbujanje in napetostno nestabilnost oddaljenih generatorjev, ki so med seboj povezani z omrežjem z dolgimi vodovi EHV, je mogoče preprečiti s povečanjem polnilne zmogljivosti stroja z negativnim vzbujanjem in/ali z uporabo trajno povezanih EHV ranžnih reaktorjev.
(8) Pri načrtovanju generatorjev in njihovih temeljev je mogoče predvideti določbe za zagotavljanje zaščite pred potresnimi silami z majhnimi stroški.

Glavni parametri Dehar generatorjev
Razmerje kratkega stika = 1,06
Prehodna reaktanca Direktna os = 0,2
Učinek vztrajnika = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd ne več kot = 1,2