Hiệu ứng bánh đà của máy phát điện và độ ổn định của hệ thống điều khiển tuabin

Hiệu ứng bánh đà máy phát và độ ổn định của hệ thống điều khiển tuabin Hiệu ứng bánh đà máy phát và tính ổn định của hệ thống điều khiển tuabin Hiệu ứng bánh đà máy phát và tính ổn định của hệ thống điều khiển tuabin Hiệu ứng bánh đà máy phát và tính ổn định của hệ thống điều khiển tuabin
Các máy phát điện thủy điện hiện đại lớn có hằng số quán tính nhỏ hơn và có thể gặp các vấn đề liên quan đến độ ổn định của hệ thống điều hành tuabin.Điều này là do hoạt động của nước tuabin, do quán tính của nó làm phát sinh búa nước trong đường ống áp lực khi các thiết bị điều khiển được vận hành.Điều này nói chung được đặc trưng bởi hằng số thời gian tăng tốc thủy lực.Trong hoạt động cô lập, khi tần số của toàn hệ thống được xác định bởi bộ điều khiển tuabin, búa nước ảnh hưởng đến việc điều chỉnh tốc độ và sự mất ổn định xuất hiện như săn hoặc dao động tần số.Đối với hoạt động liên kết với một hệ thống lớn, tần số về cơ bản được giữ không đổi về sau.Búa nước sau đó tác động đến công suất cấp cho hệ thống và vấn đề ổn định chỉ phát sinh khi công suất được điều khiển theo vòng kín, tức là trong trường hợp các máy phát thủy điện tham gia điều chỉnh tần số.

Tính ổn định của bánh răng bộ điều tốc tuabin bị ảnh hưởng rất nhiều bởi tỷ số giữa hằng số thời gian tăng tốc cơ học do hằng số thời gian gia tốc thủy lực của khối lượng nước và độ lợi của bộ điều tốc.Việc giảm tỷ lệ trên có tác dụng làm mất ổn định và đòi hỏi phải giảm hệ số khuếch đại của bộ điều tốc, ảnh hưởng xấu đến ổn định tần số.Do đó, cần có hiệu ứng bánh đà tối thiểu cho các bộ phận quay của thiết bị thủy điện mà thông thường chỉ có thể được cung cấp trong máy phát điện.Thay vào đó, hằng số thời gian tăng tốc cơ học có thể được giảm bớt bằng cách trang bị van giảm áp hoặc bình tăng áp, v.v., nhưng nói chung là rất tốn kém.Tiêu chí thực nghiệm cho khả năng điều chỉnh tốc độ của tổ máy phát điện thủy điện có thể dựa trên tốc độ tăng của tổ máy có thể xảy ra khi loại bỏ toàn bộ tải danh định của tổ máy hoạt động độc lập.Đối với các đơn vị điện hoạt động trong các hệ thống lớn được kết nối với nhau và được yêu cầu điều chỉnh tần số hệ thống, chỉ số phần trăm tốc độ tăng như đã tính ở trên được coi là không vượt quá 45 phần trăm.Đối với các hệ thống nhỏ hơn, tốc độ tăng nhỏ hơn được cung cấp (Tham khảo Chương 4).

Mặt cắt dọc từ cửa nạp đến Nhà máy điện Dehar
(Nguồn: Bài báo của Tác giả - Đại hội thế giới lần thứ 2, Hiệp hội Tài nguyên nước Quốc tế 1979) Đối với Nhà máy điện Dehar, hệ thống nước áp lực thủy lực kết nối bộ lưu trữ cân bằng với bộ nguồn bao gồm cửa lấy nước, đường hầm áp lực, bể tăng chênh lệch và ống dẫn được hiển thị .Giới hạn mức tăng áp suất tối đa trong hộp tỳ xuống 35 phần trăm, tốc độ tăng tối đa ước tính của thiết bị khi từ chối tải đầy hoạt động lên khoảng 45 phần trăm khi đóng bộ điều tốc
thời gian 9,1 giây ở đầu định mức 282 m (925 ft) với hiệu ứng bánh đà thông thường của các bộ phận quay của máy phát điện (tức là chỉ cố định khi xem xét độ tăng nhiệt độ).Trong giai đoạn vận hành đầu tiên, tốc độ tăng không quá 43%.Do đó, nó được coi là hiệu ứng bánh đà bình thường là đủ để điều chỉnh tần số của hệ thống.

Thông số máy phát điện và độ ổn định điện
Các thông số máy phát điện có ảnh hưởng đến độ ổn định là hiệu ứng bánh đà, điện kháng quá độ và tỷ số ngắn mạch.Trong giai đoạn phát triển ban đầu của hệ thống EHV 420 kV như tại Dehar, các vấn đề về ổn định là rất quan trọng vì hệ thống yếu, mức độ ngắn mạch thấp hơn, hoạt động ở hệ số công suất hàng đầu và cần tiết kiệm trong việc cung cấp các ổ cắm truyền tải và cố định kích thước và các thông số của các tổ máy phát điện.Các nghiên cứu sơ bộ về độ ổn định thoáng qua trên máy phân tích mạng (sử dụng điện áp không đổi đằng sau điện kháng thoáng qua) cho hệ thống Dehar EHV cũng chỉ ra rằng chỉ đạt được độ ổn định cận biên.Trong giai đoạn đầu của thiết kế Nhà máy điện Dehar, người ta đã xem xét việc chỉ định máy phát điện bình thường
các đặc tính và đạt được các yêu cầu về độ ổn định bằng cách tối ưu hóa các thông số của các yếu tố khác liên quan, đặc biệt là các thông số của hệ thống kích từ sẽ là giải pháp thay thế rẻ hơn về mặt kinh tế.Trong một nghiên cứu của Hệ thống Anh cũng đã chỉ ra rằng việc thay đổi các thông số của máy phát có tác động tương đối ít hơn nhiều đến biên độ ổn định.Theo đó, các thông số máy phát điện bình thường như đã nêu trong phụ lục đã được quy định cho máy phát điện.Các nghiên cứu chi tiết về độ ổn định được thực hiện được đưa ra

Công suất sạc đường dây và độ ổn định điện áp
Máy phát thủy điện bố trí ở xa dùng để sạc các đường dây EHV không tải dài có kVA nạp lớn hơn công suất nạp đường dây của máy, máy có thể tự kích và tăng điện áp ngoài tầm kiểm soát.Điều kiện để tự kích thích là xc

Công suất sạc đường dây có sẵn ở điện áp danh định từ máy phát Dehar được các nhà cung cấp thiết bị xác định như sau:
(i) 70% MVA xếp hạng, tức là có thể sạc dòng 121,8 MVAR với mức kích thích dương tối thiểu là 10%.
(ii) Lên đến 87 phần trăm MVA xếp hạng, tức là, khả năng sạc đường dây 139 MVAR có thể thực hiện được với kích thích dương tối thiểu là 1 phần trăm.
(iii) Có thể đạt được tối đa 100 phần trăm MVAR định mức, tức là công suất sạc đường dây 173,8 có thể đạt được với kích thích âm xấp xỉ 5 phần trăm và công suất sạc đường dây tối đa có thể đạt được với kích thích âm 10 phần trăm là 110 phần trăm MVA định mức (191 MVAR ) theo BSS.
(iv) Chỉ có thể tăng thêm khả năng sạc dòng bằng cách tăng kích thước của máy.Trong trường hợp (ii) và (iii) không thể điều khiển kích từ bằng tay và phải hoàn toàn phụ thuộc vào hoạt động liên tục của bộ điều chỉnh điện áp tự động tác động nhanh.Việc tăng kích thước của máy với mục đích tăng khả năng sạc đường dây là không khả thi về mặt kinh tế và cũng không được mong muốn.Do đó, xem xét các điều kiện vận hành trong giai đoạn vận hành đầu tiên, nó đã được quyết định cung cấp công suất sạc đường dây là 191 MVAR ở điện áp danh định cho máy phát bằng cách cung cấp kích thích âm trên máy phát.Tình trạng hoạt động nghiêm trọng gây ra sự mất ổn định điện áp cũng có thể được gây ra bởi sự ngắt kết nối của tải ở đầu nhận.Hiện tượng xảy ra do tải điện dung trên máy bị ảnh hưởng xấu hơn nữa do tốc độ tăng của máy phát điện.Có thể xảy ra hiện tượng tự kích thích và mất ổn định điện áp nếu.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Trong đó, Xc là điện kháng tải điện dung, Xq là điện kháng đồng bộ trục vuông góc và n là tốc độ tương đối lớn nhất xảy ra khi loại bỏ tải.Điều kiện này trên máy phát Dehar đã được đề xuất để loại bỏ bằng cách cung cấp một lò phản ứng shunt 400 kV EHV (75 MVA) được kết nối vĩnh viễn ở đầu nhận của đường dây theo các nghiên cứu chi tiết được thực hiện.

Cuộn dây giảm chấn
Chức năng chính của cuộn dây điều tiết là khả năng ngăn chặn quá điện áp quá mức trong trường hợp sự cố đường dây với tải điện dung, do đó làm giảm ứng suất quá áp trên thiết bị.Có tính đến vị trí ở xa và các đường dây dài nối liền nhau, các cuộn dây van điều tiết được kết nối đầy đủ với tỷ lệ điện kháng trục phương và trục trực tiếp Xnq / Xnd không vượt quá 1,2 đã được quy định.

Hệ thống kích thích và đặc tính của máy phát điện
Máy phát điện với các đặc tính bình thường đã được quy định và các nghiên cứu sơ bộ chỉ chỉ ra độ ổn định biên, nên thiết bị kích thích tĩnh tốc độ cao được sử dụng để cải thiện biên độ ổn định để đạt được sự bố trí thiết bị tổng thể kinh tế nhất.Các nghiên cứu chi tiết đã được thực hiện để xác định các đặc tính tối ưu của thiết bị kích thích tĩnh và được thảo luận trong chương 10.

Xem xét địa chấn
Nhà máy điện Dehar rơi vào vùng địa chấn.Các quy định trong thiết kế máy phát điện thủy điện tại Dehar đã được đề xuất với sự tham vấn của các nhà sản xuất thiết bị và xem xét các điều kiện địa chấn và địa chất tại hiện trường và báo cáo của Ủy ban chuyên gia động đất Koyna do Chính phủ Ấn Độ thành lập với sự giúp đỡ của UNESCO.

Sức mạnh cơ học
Máy phát điện Dehar được thiết kế để chịu được an toàn lực gia tốc động đất tối đa cả theo phương thẳng đứng và phương ngang dự kiến ​​khi Dehar tác động ở tâm máy.

Tần số tự nhiên
Đặt tần số riêng của máy điện cách xa tần số từ 100 Hz (gấp đôi tần số của máy phát).Tần suất tự nhiên này sẽ khác xa với tần suất động đất và được kiểm tra để đảm bảo biên độ phù hợp so với tần suất chủ yếu của động đất và tốc độ tới hạn của hệ thống quay.

Hỗ trợ stator máy phát điện
Stato của máy phát điện và các nền tảng ổ trục dẫn hướng và lực đẩy thấp hơn bao gồm một số tấm đế.Các tấm đế được liên kết với móng theo phương ngang ngoài phương thẳng đứng thông thường bằng bu lông móng.

Hướng dẫn thiết kế vòng bi
Ổ trục dẫn hướng phải là loại phân đoạn và các bộ phận của ổ trục dẫn hướng được tăng cường để chịu được toàn bộ lực động đất.Các nhà sản xuất khuyến nghị thêm rằng cột giá đỡ phía trên cùng với thùng (vỏ máy phát điện) bằng các dầm thép.Điều này cũng có nghĩa là thùng bê tông sẽ phải được tăng cường.

Phát hiện rung động của máy phát điện
Khuyến nghị lắp đặt máy dò rung động hoặc máy đo độ lệch tâm trên tuabin và máy phát điện để bắt đầu tắt máy và báo động trong trường hợp rung động do động đất vượt quá một giá trị định trước.Thiết bị này cũng có thể được sử dụng để phát hiện bất kỳ rung động bất thường nào của tổ máy do các điều kiện thủy lực ảnh hưởng đến tuabin.

Liên hệ Mercury
Rung lắc nghiêm trọng do động đất có thể dẫn đến vấp ngã sai khi bắt đầu tắt thiết bị nếu sử dụng tiếp điểm thủy ngân.Điều này có thể tránh được bằng cách chỉ định các công tắc thủy ngân loại chống rung hoặc nếu thấy cần thiết bằng cách thêm các rơ le thời gian.

Kết luận
(1) Hiệu quả kinh tế đáng kể về chi phí thiết bị và cấu trúc tại Nhà máy điện Dehar có được nhờ áp dụng kích thước đơn vị lớn phù hợp với kích thước xem của lưới điện và ảnh hưởng của nó đến công suất dự phòng của hệ thống.
(2) Giá thành của máy phát điện được giảm xuống bằng cách áp dụng thiết kế xây dựng dạng ô mà ngày nay có thể thực hiện được đối với các máy phát điện thủy lực tốc độ lớn do sự phát triển của thép cường độ cao cho đột lỗ vành rôto.
(3) Mua sắm máy phát điện có hệ số công suất cao tự nhiên sau khi nghiên cứu chi tiết dẫn đến tiết kiệm chi phí hơn nữa.
(4) Hiệu ứng bánh đà bình thường của các bộ phận quay của máy phát tại trạm điều tần ở Dehar được coi là đủ cho sự ổn định của hệ thống điều tốc tuabin vì hệ thống liên kết lớn.
(5) Các thông số đặc biệt của máy phát điện từ xa cung cấp cho mạng EHV để đảm bảo tính ổn định điện có thể được đáp ứng bởi hệ thống kích thích tĩnh đáp ứng nhanh.
(6) Hệ thống kích thích tĩnh hoạt động nhanh có thể cung cấp biên độ ổn định cần thiết.Tuy nhiên, các hệ thống như vậy yêu cầu ổn định tín hiệu nguồn cấp lại để đạt được độ ổn định sau lỗi.Các nghiên cứu chi tiết nên được thực hiện.
(7) Hiện tượng tự kích thích và mất ổn định điện áp của các máy phát điện từ xa được kết nối với lưới điện bằng các đường dây EHV dài có thể được ngăn chặn bằng cách tăng khả năng sạc đường dây của máy bằng cách sử dụng kích thích âm và / hoặc bằng cách sử dụng các lò phản ứng shunt EHV được kết nối cố định.
(8) Có thể đưa ra các quy định trong thiết kế máy phát điện và nền tảng của nó để cung cấp các biện pháp bảo vệ chống lại các lực địa chấn với chi phí nhỏ.

Các thông số chính của máy phát điện Dehar
Tỷ lệ ngắn mạch = 1,06
Trục trực tiếp phản ứng thoáng qua = 0,2
Hiệu ứng bánh đà = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq / Xnd không lớn hơn = 1,2