Ефект маховика генератора та стабільність системи регулятора турбіни

Ефект маховика генератора та стабільність системи регулятора турбіни Ефект маховика генератора та стабільність системи регулятора турбіни Ефект маховика генератора та стабільність системи регулятора турбіни Ефект маховика генератора та стабільність системи регулятора турбіни
Великі сучасні гідрогенератори мають меншу постійну інерції і можуть зіткнутися з проблемами щодо стабільності системи керування турбіною.Це пов'язано з поведінкою води турбіни, яка через свою інерцію викликає гідроудари в напірних трубах під час роботи регулюючих пристроїв.Це загалом характеризується постійними часу гідравлічного прискорення.При ізольованому режимі роботи, коли частота всієї системи визначається регулятором турбіни, гідроудар впливає на регулювання швидкості, і нестабільність проявляється як полювання або коливання частоти.Для взаємопов’язаної роботи з великою системою частота по суті залишається постійною за допомогою пізнішої.Гідроудар тоді впливає на потужність, що подається в систему, і проблема стабільності виникає лише тоді, коли потужність регулюється по замкнутому контуру, тобто у випадку тих гідрогенераторів, які беруть участь у регулюванні частоти.

На стабільність редуктора турбіни сильно впливає співвідношення постійної часу механічного прискорення через постійну часу гідравлічного прискорення водних мас і коефіцієнт посилення регулятора.Зменшення вищезгаданого коефіцієнта має дестабілізуючий ефект і вимагає зменшення посилення регулятора, що негативно впливає на стабілізацію частоти.Відповідно, необхідний мінімальний ефект маховика для обертових частин гідроагрегату, який зазвичай може бути забезпечений тільки в генераторі.В якості альтернативи постійна часу механічного прискорення може бути зменшена шляхом забезпечення клапана скидання тиску або розширювального бака тощо, але, як правило, це дуже дорого.Емпіричний критерій здатності регулювати швидкість гідроагрегату може бути заснований на зростанні швидкості агрегату, яке може відбутися при відхиленні всього номінального навантаження агрегату, що працює незалежно.Для енергоблоків, що працюють у великих взаємопов’язаних системах і які необхідні для регулювання частоти системи, розрахований вище індекс швидкості в відсотках вважався таким, що не перевищує 45 відсотків.Для невеликих систем передбачається менший приріст швидкості (див. Розділ 4).

Поздовжній розріз від водозабору до Дехарської електростанції
(Джерело: Доповідь автора – 2-й світовий конгрес, Міжнародна асоціація водних ресурсів, 1979 р.) Для електростанції Дехар показана гідравлічна система напірної води, яка з’єднує балансувальне сховище з блоком живлення, що складається з водозабору, напірного тунелю, диференційного напірного резервуара та напірного штока. .Обмеження максимального підйому тиску в напірних стволах до 35 відсотків, розрахована максимальна швидкість підйому агрегату після відмови від повного навантаження досягла приблизно 45 відсотків із закриттям регулятора
час 9,1 секунди при номінальному напорі 282 м (925 футів) із звичайним ефектом маховика обертових частин генератора (тобто фіксується лише з урахуванням підвищення температури).На першому етапі експлуатації виявлено зростання швидкості не більше ніж на 43 відсотки.Відповідно вважалося, що нормальний ефект маховика є достатнім для регулювання частоти системи.

Параметри генератора та електрична стабільність
Параметрами генератора, які впливають на стабільність, є ефект маховика, перехідний реактивний опір і коефіцієнт короткого замикання.На початковому етапі розробки системи EHV 420 кВ, як і в Дехарі, проблеми стабільності можуть бути критичними через слабку систему, нижчий рівень короткого замикання, роботу з провідним коефіцієнтом потужності, а також необхідність економії при забезпеченні виводів передачі та фіксації розмірів і параметри генеруючих агрегатів.Попередні дослідження стабільності перехідних процесів на аналізаторі мережі (з використанням постійної напруги за перехідним реактивним опором) для системи Dehar EHV також показали, що буде досягнута лише гранична стабільність.На ранній стадії проектування Дехарської електростанції вважалося, що уточнення генераторів з нормальним
характеристики та досягнення вимог стабільності шляхом оптимізації параметрів інших залучених факторів, особливо системи збудження, було б економічно дешевшою альтернативою.У дослідженні Британської системи також було показано, що зміна параметрів генератора порівняно значно менше впливає на запаси стабільності.Відповідно для генератора були вказані нормальні параметри генератора, наведені в додатку.Наведено детальні дослідження стабільності, проведені

Ємність лінії та стабільність напруги
Віддалено розташовані гідрогенератори, що використовуються для зарядки довгих ненавантажених ліній EHV, чия зарядка кВА перевищує потужність лінії зарядки машини, машина може самозбудитися і напруга піднятися неконтрольовано.Умовою самозбудження є те, що xc < xd, де xc – реактивний опір ємнісного навантаження, а xd – реактивний опір синхронної прямої осі.Потужність, необхідна для зарядки однієї ненавантаженої лінії 420 кВ E2 /xc до Паніпату (приймальна сторона), становила близько 150 МВАр при номінальній напрузі.На другому етапі, коли встановлюється друга лінія 420 кВ еквівалентної довжини, зарядна потужність лінії, необхідна для одночасного заряджання обох ненавантажених ліній при номінальній напрузі, становитиме близько 300 МВАР.

Зарядна потужність лінії, доступна при номінальній напрузі від генератора Dehar, як зазначено постачальниками обладнання, була такою:
(i) 70-відсотковий номінальний MVA, тобто зарядка лінії 121,8 MVAR можлива з мінімальним позитивним збудженням 10 відсотків.
(ii) До 87 відсотків номінальної MVA, тобто 139 MVAR, можлива зарядна потужність лінії з мінімальним позитивним збудженням 1 відсоток.
(iii) До 100 відсотків номінального MVAR, тобто зарядну ємність лінії 173,8 можна отримати з приблизно 5 відсотками негативного збудження, а максимальна зарядна потужність лінії, яку можна отримати при негативному збудженні 10 відсотків, становить 110 відсотків від номінальної MVA (191 MVAR). ) згідно BSS.
(iv) Подальше збільшення зарядних потужностей можливе лише за рахунок збільшення розміру машини.У випадку (ii) та (iii) ручне керування збудженням неможливе, і необхідно повністю покладатися на безперервну роботу швидкодіючих автоматичних регуляторів напруги.Збільшувати розміри машини з метою збільшення зарядних потужностей лінії не є ані економічно доцільним, ані бажаним.Відповідно, враховуючи умови експлуатації на першому етапі експлуатації, було вирішено передбачити для генераторів лінійну зарядну потужність 191 МВАР при номінальній напрузі шляхом забезпечення негативного збудження на генераторах.Критичний робочий стан, що спричиняє нестабільність напруги, також може бути викликано відключенням навантаження на приймальній стороні.Це явище виникає через ємнісне навантаження на машину, на яку в подальшому негативно впливає зростання швидкості генератора.Самозбудження та нестабільність напруги можуть виникнути, якщо.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Де Xc - ємнісний реактивний опір навантаження, Xq - синхронний реактивний опір квадратурної осі, а n - максимальна відносна швидкість, що виникає при відхиленні навантаження.Цю умову на генераторі Дехара пропонувалося усунути, забезпечивши постійно підключений шунтуючий реактор 400 кВ EHV (75 МВА) на приймальній частині лінії відповідно до проведених детальних досліджень.

Демпферна обмотка
Основною функцією обмотки демпфера є її здатність запобігати надмірним перенапругам у випадку міжлінійних несправностей з ємнісними навантаженнями, тим самим зменшуючи навантаження від перенапруги на обладнання.Враховуючи віддалене розташування та довгі з'єднувальні лінії електропередачі, було визначено повне з'єднані демпферні обмотки з відношенням квадратурних і прямих осьових реактивних опор Xnq/ Xnd не більше 1,2.

Характеристика генератора та система збудження
Після того, як генератори з нормальними характеристиками були визначені, а попередні дослідження вказали лише на граничну стабільність, було вирішено, що високошвидкісне обладнання статичного збудження використовуватиметься для покращення запасів стабільності, щоб досягти загального найбільш економічного розташування обладнання.Для визначення оптимальних характеристик обладнання статичного збудження були проведені детальні дослідження, які обговорювалися в розділі 10.

Сейсмічні міркування
Дехарська електростанція потрапляє в сейсмічну зону.Наступні положення в проекті гідрогенератора в Дехарі були запропоновані після консультацій з виробниками обладнання та з урахуванням сейсмічних та геологічних умов на місці та звіту Комітету експертів із землетрусів Койна, створеного урядом Індії за допомогою ЮНЕСКО.

Механічна міцність
Генератори Dehar мають бути сконструйовані так, щоб безпечно витримувати максимальну силу прискорення землетрусу як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямку, що очікується в Dehar, що діє в центрі машини.

Природна частота
Власна частота машини повинна бути далеко (вищою) від магнітної частоти 100 Гц (вдвічі більше частоти генератора).Ця власна частота буде далека від частоти землетрусу і буде перевірена на достатній запас відносно переважної частоти землетрусу та критичної швидкості обертання системи.

Опора статора генератора
Основи статора генератора та нижнього опорного та напрямного підшипника містять ряд підошв.Плити підошви прив’язуються до фундаменту збоку на додаток до нормального вертикального напрямку за допомогою фундаментних болтів.

Конструкція направляючих підшипників
Направляючі підшипники мають бути сегментного типу, а направляючі частини підшипників мають бути зміцнені, щоб витримувати повну силу землетрусу.Крім того, виробники рекомендували прив'язувати верхній кронштейн збоку зі стовбуром (корпусом генератора) за допомогою сталевих балок.Це також означало б, що бетонну бочку, у свою чергу, потрібно було б посилити.

Виявлення вібрації генераторів
Рекомендовано встановити вібраційні сповіщувачі або ексцентриситети на турбінах і генераторах для ініціювання зупинки та сигналізації у випадку, якщо вібрація внаслідок землетрусу перевищує задане значення.Цей пристрій також можна використовувати для виявлення будь-яких незвичайних вібрацій агрегату через гідравлічні умови, що впливають на турбіну.

Контакти Mercury
Сильне трясіння внаслідок землетрусу може призвести до помилкового відключення для ініціювання вимкнення пристрою, якщо використовуються ртутні контакти.Цього можна уникнути, якщо вказати ртутні перемикачі антивібраційного типу, або, якщо буде необхідно, додавши реле часу.

Висновки
(1) Значна економія у вартості обладнання та конструкції на електростанції Дехар була отримана шляхом прийняття великого розміру блоку з урахуванням розміру мережі та її впливу на вільну потужність системи.
(2) Вартість генераторів була знижена за рахунок прийняття конструкцій парасольки, яка тепер можлива для великих високошвидкісних гідрогенераторів завдяки розробці високоміцної сталі для штампування обода ротора.
(3) Закупівля природних генераторів з високим коефіцієнтом потужності після детальних досліджень привела до подальшої економії вартості.
(4) Нормальний ефект маховика обертових частин генератора на станції регулювання частоти в Дехарі вважався достатнім для стабільності системи регулятора турбіни через велику взаємопов’язану систему.
(5) Спеціальні параметри дистанційних генераторів, що живлять мережі EHV для забезпечення електричної стабільності, можуть бути забезпечені швидкодіючими статичними системами збудження.
(6) Швидкодіючі статичні системи збудження можуть забезпечити необхідні запаси стабільності.Однак такі системи вимагають стабілізації зворотних сигналів для досягнення стабільності після збою.Необхідно провести детальні дослідження.
(7) Самозбудження та нестабільність напруги дистанційних генераторів, з'єднаних із мережею довгими лініями EHV, можна запобігти шляхом збільшення зарядної потужності машини шляхом вдавання до негативного збудження та/або використанням постійно підключених шунтуючих реакторів EHV.
(8) У конструкції генераторів та їх основ можуть бути передбачені заходи захисту від сейсмічних сил за невеликі витрати.

Основні параметри генераторів Дехара
Коефіцієнт короткого замикання = 1,06
Перехідний реактивний опір Пряма вісь = 0,2
Ефект маховика = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd не більше = 1,2