Uticaj zamajca generatora i stabilnost sistema regulatora turbineUticaj zamajca generatora i stabilnost sistema regulatora turbineUticaj zamajca generatora i stabilnost sistema regulatora turbineUticaj zamajca generatora i stabilnost sistema regulatora turbine
Veliki moderni hidrogeneratori imaju manju konstantu inercije i mogu se suočiti s problemima u vezi sa stabilnošću sistema upravljanja turbinom. To je zbog ponašanja vode u turbini, koja zbog svoje inercije uzrokuje hidraulički udar u tlačnim cijevima kada se koriste kontrolni uređaji. To se općenito karakterizira vremenskim konstantama hidrauličkog ubrzanja. U izoliranom radu, kada frekvenciju cijelog sistema određuje regulator turbine, hidraulički udar utiče na regulaciju brzine, a nestabilnost se manifestira kao oscilacija ili oscilacija frekvencije. Kod međusobno povezanog rada s velikim sistemom, frekvencija se u suštini održava konstantnom pomoću ovog drugog. Hidraulički udar zatim utiče na snagu koja se dovodi u sistem, a problem stabilnosti nastaje samo kada se snaga kontroliše u zatvorenoj petlji, tj. u slučaju onih hidrogeneratora koji učestvuju u regulaciji frekvencije.
Na stabilnost reduktora turbinskog regulatora uveliko utiče odnos vremenske konstante mehaničkog ubrzanja zbog vremenske konstante hidrauličkog ubrzanja vodenih masa i pojačanja regulatora. Smanjenje gore navedenog odnosa ima destabilizirajući učinak i zahtijeva smanjenje pojačanja regulatora, što negativno utiče na stabilizaciju frekvencije. Shodno tome, neophodan je minimalni efekat zamajca za rotirajuće dijelove hidroagregata, što se obično može obezbijediti samo u generatoru. Alternativno, vremenska konstanta mehaničkog ubrzanja mogla bi se smanjiti ugradnjom ventila za smanjenje pritiska ili kompenzacione posude itd., ali je to uglavnom vrlo skupo. Empirijski kriterij za sposobnost regulacije brzine hidrogeneratora mogao bi se zasnivati na porastu brzine jedinice koji se može dogoditi odbacivanjem cijelog nazivnog opterećenja jedinice koja radi nezavisno. Za elektrane koje rade u velikim međusobno povezanim sistemima i koje su potrebne za regulaciju frekvencije sistema, smatralo se da procentualni indeks porasta brzine, kako je gore izračunat, ne prelazi 45 posto. Za manje sisteme treba obezbijediti manji porast brzine (vidi Poglavlje 4).
Uzdužni presjek od ulaza do elektrane Dehar
(Izvor: Rad autora – 2. svjetski kongres, Međunarodno udruženje za vodne resurse 1979.) Za elektranu Dehar prikazan je hidraulički sistem vode pod pritiskom koji povezuje balansni rezervoar sa energetskom jedinicom, a sastoji se od vodozahvata, tunela pod pritiskom, diferencijalnog rezervoara i cjevovoda. Ograničavanje maksimalnog porasta pritiska u cjevovodima na 35 posto, procijenjeni maksimalni porast brzine jedinice nakon odbacivanja punog opterećenja izračunat je na oko 45 posto sa zatvaranjem regulatora.
vrijeme od 9,1 sekundi pri nazivnom tlaku od 282 m (925 ft) s normalnim efektom zamajca rotirajućih dijelova generatora (tj. fiksirano samo na razmatranja porasta temperature). U prvoj fazi rada utvrđeno je da porast brzine nije veći od 43 posto. Shodno tome, smatrano je da je normalni efekt zamajca adekvatan za regulaciju frekvencije sistema.
Parametri generatora i električna stabilnost
Parametri generatora koji utiču na stabilnost su efekat zamajca, tranzijentna reaktansa i koeficijent kratkog spoja. U početnoj fazi razvoja 420 kV EHV sistema kao u Deharu, problemi stabilnosti mogu biti kritični zbog slabog sistema, nižeg nivoa kratkog spoja, rada na vodećem faktoru snage i potrebe za ekonomičnošću u obezbjeđivanju prenosnih priključaka i određivanju veličine i parametara proizvodnih jedinica. Preliminarne studije tranzijentne stabilnosti na analizatoru mreže (korištenjem konstantnog napona iza tranzijentne reaktanse) za Dehar EHV sistem također su pokazale da će se postići samo marginalna stabilnost. U ranoj fazi projektovanja elektrane Dehar smatralo se da je potrebno specificirati generatore sa normalnim...
karakteristike i postizanje zahtjeva stabilnosti optimizacijom parametara drugih uključenih faktora, posebno onih sistema pobude, bila bi ekonomski jeftinija alternativa. U studiji britanskog sistema također je pokazano da promjena parametara generatora ima relativno mnogo manji utjecaj na margine stabilnosti. Shodno tome, za generator su specificirani normalni parametri generatora, kao što je navedeno u dodatku. Detaljne studije stabilnosti koje su provedene su date.
Kapacitet punjenja i stabilnost napona
Kod udaljeno smještenih hidrogeneratora koji se koriste za punjenje dugih neopterećenih EHV vodova čije je punjenje u kVA veći od kapaciteta punjenja mašine, mašina se može samopobuditi i napon porasti nekontrolisano. Uslov za samopobudu je da je xc < xd gdje je xc kapacitivna reaktansa opterećenja, a xd sinhrona reaktansa direktne ose. Kapacitet potreban za punjenje jednog neopterećenog voda od 420 kV E2 /xc do Panipata (prijemni kraj) bio je oko 150 MVAR pri nazivnom naponu. U drugoj fazi, kada se instalira drugi vod od 420 kV ekvivalentne dužine, kapacitet punjenja voda potreban za istovremeno punjenje oba neopterećena voda pri nazivnom naponu bio bi oko 300 MVAR.
Kapacitet punjenja mreže dostupan pri nazivnom naponu iz Dehar generatora, kako su naveli dobavljači opreme, bio je sljedeći:
(i) 70 posto nazivne MVA, tj. punjenje linije od 121,8 MVAR je moguće s minimalnim pozitivnim pobuđivanjem od 10 posto.
(ii) Do 87 posto nazivnog MVA, tj. kapaciteta punjenja linije od 139 MVAR, moguće je postići uz minimalno pozitivno pobuđivanje od 1 posto.
(iii) Do 100 posto nazivnog MVAR-a, tj. 173,8 kapaciteta punjenja linije, može se postići s približno 5 posto negativne pobude, a maksimalni kapacitet punjenja linije koji se može postići s negativnom pobudom od 10 posto iznosi 110 posto nazivnog MVA (191 MVAR) prema BSS-u.
(iv) Daljnje povećanje kapaciteta punjenja linije moguće je samo povećanjem veličine mašine. U slučaju (ii) i (iii) ručno upravljanje pobudom nije moguće i mora se u potpunosti osloniti na kontinuirani rad brzo djelujućih automatskih regulatora napona. Nije ni ekonomski izvodljivo ni poželjno povećavati veličinu mašine radi povećanja kapaciteta punjenja linije. Shodno tome, uzimajući u obzir radne uslove u prvoj fazi rada, odlučeno je da se obezbijedi kapacitet punjenja linije od 191 MVAR pri nazivnom naponu za generatore obezbjeđivanjem negativne pobude na generatorima. Kritično radno stanje koje uzrokuje nestabilnost napona može biti uzrokovano i isključenjem opterećenja na prijemnom kraju. Fenomen se javlja zbog kapacitivnog opterećenja mašine, na šta dodatno negativno utiče porast brzine generatora. Samopobuda i nestabilnost napona mogu se pojaviti ako...
Xc ≤ n² (Xq + XT)
Gdje je Xc kapacitivna reaktancija opterećenja, Xq je sinhrona reaktancija kvadraturne ose, a n je maksimalno relativno prekoračenje brzine koje se javlja pri odbacivanju opterećenja. Predloženo je da se ovaj uslov na Dehar generatoru izbjegne obezbjeđivanjem trajno priključene paralelne prigušnice od 400 kV EHV (75 MVA) na prijemnom kraju voda, prema detaljnim provedenim studijama.
Namotavanje prigušivača
Glavna funkcija prigušnog namotaja je njegova sposobnost sprječavanja prekomjernih prenapona u slučaju međufaznih kvarova s kapacitivnim opterećenjima, čime se smanjuje prenaponsko opterećenje opreme. Uzimajući u obzir udaljenu lokaciju i duge međusobno povezane dalekovode, specificirani su potpuno povezani prigušni namotaji s omjerom kvadraturne i direktne reaktancije ose Xnq/Xnd koji ne prelazi 1,2.
Karakteristika generatora i sistem pobude
Nakon što su specificirani generatori s normalnim karakteristikama, a preliminarne studije su pokazale samo graničnu stabilnost, odlučeno je da se koristi oprema za statičku pobudu velike brzine kako bi se poboljšale margine stabilnosti i postigao ukupno najekonomičniji raspored opreme. Detaljne studije su provedene kako bi se odredile optimalne karakteristike opreme za statičku pobudu, a o tome se raspravlja u poglavlju 10.
Seizmička razmatranja
Elektrana Dehar se nalazi u seizmičkoj zoni. Sljedeće odredbe u dizajnu hidrogeneratora u Deharu predložene su u konsultaciji s proizvođačima opreme, uzimajući u obzir seizmičke i geološke uslove na lokaciji i izvještaj Komiteta stručnjaka za zemljotrese Koyna, koji je osnovala Vlada Indije uz pomoć UNESCO-a.
Mehanička čvrstoća
Dehar generatori moraju biti dizajnirani da sigurno izdrže maksimalnu silu ubrzanja zemljotresa, kako u vertikalnom tako i u horizontalnom smjeru, koja se očekuje u Deharu, a djeluje u središtu mašine.
Prirodna frekvencija
Prirodna frekvencija mašine treba da bude daleko (više) od magnetne frekvencije od 100 Hz (dvostruka frekvencija generatora). Ova prirodna frekvencija će biti daleko od frekvencije zemljotresa i provjerava se na odgovarajuću marginu u odnosu na predominantnu frekvenciju zemljotresa i kritičnu brzinu rotirajućeg sistema.
Nosač statora generatora
Temelji statora generatora i donjih aksijalnih i vodećih ležajeva sastoje se od nekoliko temeljnih ploča. Temeljne ploče su, pored normalnog vertikalnog smjera, pričvršćene za temelj vijcima za temelje i bočno.
Dizajn vodilice ležaja
Vodilice trebaju biti segmentnog tipa, a dijelovi vodilica trebaju biti ojačani kako bi izdržali punu silu zemljotresa. Proizvođači dalje preporučuju da se gornji nosač bočno poveže s cijevi (kućištem generatora) pomoću čeličnih nosača. To bi također značilo da bi betonska cijev zauzvrat morala biti ojačana.
Detekcija vibracija generatora
Preporučena je ugradnja detektora vibracija ili mjerača ekscentričnosti na turbinama i generatorima radi iniciranja gašenja i alarma u slučaju da vibracije uzrokovane zemljotresom pređu unaprijed određenu vrijednost. Ovaj uređaj se također može koristiti za otkrivanje bilo kakvih neuobičajenih vibracija jedinice zbog hidrauličnih uslova koji utiču na turbinu.
Kontakti Merkura
Jako podrhtavanje uzrokovano zemljotresom može dovesti do lažnog aktiviranja za pokretanje gašenja jedinice ako se koriste živini kontakti. To se može izbjeći ili specificiranjem živinih prekidača otpornih na vibracije ili, ako je potrebno, dodavanjem vremenskih releja.
Zaključci
(1) Značajne uštede u troškovima opreme i konstrukcije u elektrani Dehar postignute su usvajanjem velikih jedinica, uzimajući u obzir veličinu mreže i njen utjecaj na rezervni kapacitet sistema.
(2) Troškovi generatora su smanjeni usvajanjem krovnog dizajna konstrukcije, što je sada moguće za velike brze hidrogeneratore zahvaljujući razvoju visokokvalitetnog čelika za probijanje rubova rotora.
(3) Nabavka prirodnih generatora visokog faktora snage nakon detaljnih studija rezultirala je daljnjim uštedama u troškovima.
(4) Normalni efekat zamajca rotirajućih dijelova generatora u stanici za regulaciju frekvencije u Deharu smatran je dovoljnim za stabilnost sistema regulatora turbine zbog velikog međusobno povezanog sistema.
(5) Posebni parametri udaljenih generatora koji napajaju EHV mreže radi osiguranja električne stabilnosti mogu se ispuniti brzim statičkim sistemima pobude.
(6) Brzodjelujući statički sistemi pobude mogu osigurati potrebne margine stabilnosti. Međutim, takvi sistemi zahtijevaju stabilizirajuće povratne signale za postizanje stabilnosti nakon kvara. Trebalo bi provesti detaljne studije.
(7) Samopobuda i nestabilnost napona udaljenih generatora međusobno povezanih s mrežom dugim EHV vodovima može se spriječiti povećanjem kapaciteta punjenja mašine pribjegavanjem negativnoj pobudi i/ili korištenjem trajno spojenih EHV paralelnih prigušnica.
(8) U dizajnu generatora i njihovih temelja mogu se predvidjeti mjere zaštite od seizmičkih sila uz male troškove.
Glavni parametri Dehar generatora
Omjer kratkog spoja = 1,06
Tranzijentna reaktansa direktne ose = 0,2
Efekat zamajca = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd nije veće od = 1,2
Vrijeme objave: 11. maj 2021.
