Generator Svänghjulseffekt och stabilitet hos turbinregulatorsystemGenerator Svänghjulseffekt och stabilitet hos turbinregulatorsystemGenerator Svänghjulseffekt och stabilitet hos turbinregulatorsystemGenerator Svänghjulseffekt och stabilitet hos turbinregulatorsystem
Stora moderna hydrogeneratorer har mindre tröghetskonstant och kan möta problem med stabiliteten hos turbinstyrningssystemet.Detta beror på turbinvattnets beteende, som på grund av sin tröghet ger upphov till vattenslag i tryckrör när styranordningar används.Detta kännetecknas i allmänhet av de hydrauliska accelerationstidskonstanterna.I isolerad drift, när frekvensen för hela systemet bestäms av turbinregulatorn, påverkar vattenhammaren hastighetsstyrningen och instabilitet uppträder som jakt eller frekvenssvängning.För sammankopplad drift med ett stort system hålls frekvensen väsentligen konstant av den senare.Vattenhammaren påverkar då den effekt som matas till systemet och stabilitetsproblem uppstår först när kraften styrs i en sluten slinga, dvs i fallet med de hydrogeneratorer som deltar i frekvensregleringen.
Stabiliteten hos turbinregulatorns växel påverkas i hög grad av förhållandet mellan den mekaniska accelerationstidskonstanten på grund av den hydrauliska accelerationstidskonstanten för vattenmassorna och av regulatorns förstärkning.En minskning av ovanstående förhållande har en destabiliserande effekt och nödvändiggör en minskning av regulatorförstärkningen, vilket negativt påverkar frekvensstabiliseringen.Följaktligen är en minimal svänghjulseffekt nödvändig för roterande delar av en hydroenhet som normalt endast kan tillhandahållas i generatorn.Alternativt skulle den mekaniska accelerationstidskonstanten kunna reduceras genom tillhandahållandet av en tryckavlastningsventil eller en överspänningstank, etc., men det är i allmänhet mycket kostsamt.Ett empiriskt kriterium för den hastighetsreglerande förmågan hos en hydrogenererande enhet skulle kunna baseras på enhetens hastighetsökning som kan ske vid underkännande av hela den nominella belastningen hos enheten som arbetar oberoende.För de kraftenheter som arbetar i stora sammankopplade system och som krävs för att reglera systemfrekvensen, ansågs det procentuella hastighetsökningsindexet som beräknats ovan inte överstiga 45 procent.För mindre system tillhandahålls mindre hastighetsökning (se kapitel 4).
Längdsektion från intag till Dehar kraftverk
(Källa: Paper by Author – 2nd world Congress, International Water Resources Association 1979) För Dehar Power Plant visas det hydrauliska tryckvattensystemet som förbinder balanseringsförrådet med kraftenheten bestående av vattenintag, trycktunnel, differentialöverspänningstank och penstock .Genom att begränsa den maximala tryckökningen i pennstockarna till 35 procent beräknades den beräknade maximala hastighetsökningen för enheten vid avvisning av full last till cirka 45 procent med en regulator stängd
tid på 9,1 sekunder vid märkhöjd på 282 m (925 fot) med den normala svänghjulseffekten av de roterande delarna av generatorn (dvs. fixerad endast med hänsyn till temperaturstegring).I det första steget av driften visade sig hastighetsökningen vara högst 43 procent.Det ansågs följaktligen att normal svänghjulseffekt är tillräcklig för att reglera systemets frekvens.
Generatorparametrar och elektrisk stabilitet
Generatorparametrarna som har betydelse för stabiliteten är svänghjulseffekten, transientreaktansen och kortslutningsförhållandet.I det inledande skedet av utvecklingen av 420 kV EHV-system som vid Dehar kan stabilitetsproblem vara kritiska på grund av svagt system, lägre kortslutningsnivå, drift med ledande effektfaktor och behov av ekonomi i att tillhandahålla transmissionsuttag och fixeringsstorlek och parametrar för genererande enheter.Preliminära studier av transientstabilitet på nätverksanalysator (med konstant spänning bakom transientreaktans) för Dehar EHV-systemet indikerade också att endast marginell stabilitet skulle erhållas.I det tidiga skedet av designen av Dehar Power Plant ansågs det att specificera generatorer med normal
egenskaper och att uppnå stabilitetskrav genom att optimera parametrar för andra faktorer som är involverade, särskilt de för excitationssystemet skulle vara ett ekonomiskt billigare alternativ.I en studie av det brittiska systemet visade det sig också att ändrade generatorparametrar har jämförelsevis mycket mindre effekt på stabilitetsmarginalerna.Följaktligen specificerades normala generatorparametrar som anges i bilagan för generatorn.De detaljerade stabilitetsstudier som genomförts ges
Linjeladdningskapacitet och spänningsstabilitet
Fjärrplacerade hydrogeneratorer som används för att ladda långa olastade EHV-ledningar vars laddningskVA är mer än maskinens linjeladdningskapacitet, maskinen kan bli självexciterad och spänningen stiger bortom kontroll.Villkoret för självexcitering är att xc < xd där, xc är kapacitiv lastreaktans och xd den synkrona direktaxelreaktansen.Kapaciteten som krävdes för att ladda en enda 420 kV olastad linje E2/xc fram till Panipat (mottagande änden) var cirka 150 MVAR vid märkspänning.I det andra steget, när en andra 420 kV-ledning med motsvarande längd installeras, skulle ledningsladdningskapaciteten som krävs för att ladda båda de obelastade ledningarna samtidigt vid märkspänning vara cirka 300 MVAR.
Linjeladdningskapaciteten tillgänglig vid märkspänning från Dehar-generatorn som antyddes av leverantörerna av utrustningen var följande:
(i)70 procent klassad MVA, dvs 121,8 MVAR linjeladdning är möjlig med en minsta positiv excitation på 10 procent.
(ii) Upp till 87 procent av märkt MVA, dvs. 139 MVAR linjeladdningskapacitet är möjlig med en minsta positiv magnetisering på 1 procent.
(iii) Upp till 100 procent av nominell MVAR, dvs. 173,8 linjeladdningskapacitet kan erhållas med cirka 5 procent negativ magnetisering och maximal linjeladdningskapacitet som kan erhållas med negativ magnetisering på 10 procent är 110 procent av nominell MVA (191 MVAR) ) enligt BSS.
(iv) Ytterligare ökning av linjeladdningskapaciteten är möjlig endast genom att öka storleken på maskinen.I fallet med (ii) och (iii) är handkontroll av excitation inte möjlig och man måste lita fullt ut på kontinuerlig drift av snabbverkande automatiska spänningsregulatorer.Det är varken ekonomiskt genomförbart eller önskvärt att öka storleken på maskinen i syfte att öka linjeladdningskapaciteten.Följaktligen med hänsyn till driftsförhållandena i det första driftssteget beslutades det att tillhandahålla en linjeladdningskapacitet på 191 MVAR vid märkspänning för generatorerna genom att tillhandahålla negativ magnetisering på generatorerna.Kritiska driftsförhållanden som orsakar spänningsinstabilitet kan också orsakas av frånkoppling av lasten vid den mottagande änden.Fenomenet uppstår på grund av kapacitiv belastning på maskinen som ytterligare påverkas negativt av generatorns hastighetsökning.Självexcitering och spänningsinstabilitet kan uppstå om.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Där Xc är kapacitiv belastningsreaktans, Xq är kvadraturaxelns synkronreaktans och n är den maximala relativa överhastigheten som inträffar vid belastningsavvisning.Detta tillstånd på Dehar-generatorn föreslogs undanröjas genom att tillhandahålla en permanent ansluten 400 kV EHV-shuntreaktor (75 MVA) vid den mottagande änden av ledningen enligt utförda detaljerade studier.
Spjälllindning
Huvudfunktionen hos en spjälllindning är dess förmåga att förhindra alltför höga överspänningar i händelse av linje-till-linje-fel med kapacitiv belastning, och därigenom minska överspänningsbelastningen på utrustningen.Med hänsyn till avlägsen plats och långa sammankopplade transmissionsledningar specificerades helt anslutna spjälllindningar med förhållandet mellan kvadratur- och direktaxelreaktanser Xnq/Xnd som inte översteg 1,2.
Generatorkarakteristik och excitationssystem
Generatorer med normala egenskaper har specificerats och preliminära studier som endast har indikerat marginell stabilitet, beslutades att höghastighetsutrustning för statisk excitation skulle användas för att förbättra stabilitetsmarginalerna för att uppnå det totalt sett mest ekonomiska arrangemanget av utrustning.Detaljerade studier utfördes för att fastställa optimala egenskaper hos den statiska excitationsutrustningen och diskuterades i kapitel 10.
Seismiska överväganden
Dehar Power Plant faller i seismisk zon.Följande bestämmelser i hydrogeneratorkonstruktionen i Dehar föreslogs i samråd med tillverkarna av utrustning och med hänsyn till de seismiska och geologiska förhållandena på platsen och rapporten från Koyna Earthquake Experts Committee som bildades av Indiens regering med hjälp av UNESCO.
Mekanisk styrka
Dehar-generatorer är konstruerade för att säkert motstå den maximala jordbävningsaccelerationskraften både i vertikal och horisontell riktning som förväntas vid Dehar som verkar i mitten av maskinen.
Naturlig frekvens
Maskinens naturliga frekvens hålls långt borta (högre) från den magnetiska frekvensen på 100 Hz (dubbla generatorfrekvensen).Denna naturliga frekvens kommer att vara långt borta från jordbävningsfrekvensen och kontrolleras för adekvat marginal mot den övervägande jordbävningsfrekvensen och kritiska hastigheten hos roterande system.
Stöd för generatorstator
Generatorns stator och nedre axial- och styrlagerfundament består av ett antal sulplåtar.Sulplattorna knyts till fundamentet i sidled utöver normal vertikal riktning med fundamentbultar.
Styrlagerdesign
Styrlager ska vara av segmenttyp och styrlagerdelarna ska förstärkas för att motstå full jordbävningskraft.Tillverkarna rekommenderade vidare att binda upp det övre fästet i sidled med pipan (generatorkapsling) med hjälp av stålbalkar.Det skulle också innebära att betongtunnan i sin tur skulle behöva förstärkas.
Vibrationsdetektering av generatorer
Installation av vibrationsdetektorer eller excentricitetsmätare på turbiner och generatorer rekommenderades att installeras för att initiera avstängning och larm om vibrationerna på grund av jordbävning överstiger ett förutbestämt värde.Denna anordning kan också användas för att detektera eventuella ovanliga vibrationer hos en enhet på grund av hydrauliska förhållanden som påverkar turbinen.
Mercury kontakter
Kraftiga skakningar på grund av jordbävning kan leda till falsk utlösning för att initiera avstängning av en enhet om kvicksilverkontakter används.Detta kan undvikas genom att antingen specificera antivibrationstyp kvicksilveromkopplare eller om det anses nödvändigt genom att lägga till tidsreläer.
Slutsatser
(1) Betydande besparingar i kostnaden för utrustning och struktur vid Dehar Power Plant erhölls genom att anta stora enheter med hänsyn till nätets storlek och dess inverkan på systemets reservkapacitet.
(2) Kostnaden för generatorer reducerades genom att anta paraplydesign av konstruktion som nu är möjlig för stora höghastighetsvattengeneratorer på grund av utvecklingen av höghållfast stål för rotorfälgstansning.
(3) Upphandling av naturliga generatorer med hög effektfaktor efter detaljerade studier resulterade i ytterligare kostnadsbesparingar.
(4) Normal svänghjulseffekt av de roterande delarna av generatorn vid frekvensregleringsstationen i Dehar ansågs tillräcklig för stabiliteten hos turbinregulatorsystemet på grund av det stora sammankopplade systemet.
(5) Särskilda parametrar för fjärrgeneratorer som matar EHV-nätverk för att säkerställa elektrisk stabilitet kan uppfyllas av statiska excitationssystem med snabb respons.
(6) Snabbverkande statiska excitationssystem kan ge nödvändiga stabilitetsmarginaler.Sådana system kräver emellertid stabiliserande återkopplingssignaler för att uppnå stabilitet efter fel.Detaljerade studier bör genomföras.
(7) Självexcitering och spänningsinstabilitet hos avlägsna generatorer som är sammankopplade med nätet med långa EHV-ledningar kan förhindras genom att öka maskinens linjeladdningskapacitet genom att tillgripa negativ excitation och/eller genom att använda permanent anslutna EHV-shuntreaktorer.
(8) Åtgärder kan vidtas vid konstruktionen av generatorer och dess fundament för att tillhandahålla skydd mot seismiska krafter till små kostnader.
Huvudparametrar för Dehar-generatorer
Kortslutningsförhållande = 1,06
Transient reaktans direktaxel = 0,2
Svänghjulseffekt = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd inte större än = 1,2
Posttid: 11 maj 2021
