Επίδραση σφονδύλου γεννήτριας και σταθερότητα του συστήματος ρυθμιστή στροβίλουΕπίδραση σφονδύλου γεννήτριας και σταθερότητα του συστήματος ρυθμιστή στροβίλουΕπίδραση σφονδύλου γεννήτριας και σταθερότητα του συστήματος ρυθμιστή στροβίλουΕπίδραση σφονδύλου γεννήτριας και σταθερότητα του συστήματος ρυθμιστή στροβίλου
Οι μεγάλες σύγχρονες υδροηλεκτρικές γεννήτριες έχουν μικρότερη σταθερά αδράνειας και ενδέχεται να αντιμετωπίσουν προβλήματα σχετικά με τη σταθερότητα του συστήματος διαχείρισης τουρμπίνας. Αυτό οφείλεται στη συμπεριφορά του νερού τουρμπίνας, το οποίο λόγω της αδράνειάς του προκαλεί υδραυλικό πλήγμα στους σωλήνες πίεσης όταν λειτουργούν οι συσκευές ελέγχου. Αυτό χαρακτηρίζεται γενικά από τις σταθερές χρόνου υδραυλικής επιτάχυνσης. Σε μεμονωμένη λειτουργία, όταν η συχνότητα ολόκληρου του συστήματος καθορίζεται από τον ρυθμιστή τουρμπίνας, το υδραυλικό πλήγμα επηρεάζει τη ρύθμιση της ταχύτητας και η αστάθεια εμφανίζεται ως κυνήγι ή ταλάντωση συχνότητας. Για διασυνδεδεμένη λειτουργία με ένα μεγάλο σύστημα, η συχνότητα διατηρείται ουσιαστικά σταθερή από το τελευταίο. Το υδραυλικό πλήγμα επηρεάζει στη συνέχεια την ισχύ που τροφοδοτείται στο σύστημα και το πρόβλημα σταθερότητας προκύπτει μόνο όταν η ισχύς ελέγχεται σε κλειστό βρόχο, δηλαδή στην περίπτωση των υδροηλεκτρικών γεννητριών που συμμετέχουν στη ρύθμιση συχνότητας.
Η σταθερότητα του μηχανισμού ελέγχου του στροβίλου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τον λόγο της σταθεράς χρόνου μηχανικής επιτάχυνσης λόγω της σταθεράς χρόνου υδραυλικής επιτάχυνσης των μαζών του νερού και από το κέρδος του ρυθμιστή. Η μείωση του παραπάνω λόγου έχει αποσταθεροποιητικό αποτέλεσμα και απαιτεί μείωση του κέρδους του ρυθμιστή, η οποία επηρεάζει αρνητικά τη σταθεροποίηση της συχνότητας. Συνεπώς, είναι απαραίτητο ένα ελάχιστο φαινόμενο σφονδύλου για τα περιστρεφόμενα μέρη μιας υδροηλεκτρικής μονάδας, το οποίο κανονικά μπορεί να παρέχεται μόνο στη γεννήτρια. Εναλλακτικά, η σταθερά χρόνου μηχανικής επιτάχυνσης θα μπορούσε να μειωθεί με την παροχή βαλβίδας εκτόνωσης πίεσης ή δεξαμενής υπερχείλισης κ.λπ., αλλά είναι γενικά πολύ δαπανηρό. Ένα εμπειρικό κριτήριο για την ικανότητα ρύθμισης της ταχύτητας μιας υδροηλεκτρικής μονάδας θα μπορούσε να βασίζεται στην αύξηση της ταχύτητας της μονάδας, η οποία μπορεί να λάβει χώρα με την απόρριψη ολόκληρου του ονομαστικού φορτίου της μονάδας που λειτουργεί ανεξάρτητα. Για τις μονάδες ισχύος που λειτουργούν σε μεγάλα διασυνδεδεμένα συστήματα και οι οποίες απαιτείται να ρυθμίζουν τη συχνότητα του συστήματος, ο δείκτης ποσοστιαίας αύξησης ταχύτητας, όπως υπολογίστηκε παραπάνω, θεωρήθηκε ότι δεν υπερβαίνει το 45 τοις εκατό. Για μικρότερα συστήματα, θα πρέπει να παρέχεται μικρότερη αύξηση ταχύτητας (βλ. Κεφάλαιο 4).
Διαμήκης τομή από την είσοδο έως τον σταθμό παραγωγής ενέργειας Dehar
(Πηγή: Εργασία του Συγγραφέα – 2ο Παγκόσμιο Συνέδριο, Διεθνής Σύνδεσμος Υδατικών Πόρων 1979) Για τον Σταθμό Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας Dehar, παρουσιάζεται το υδραυλικό σύστημα νερού υπό πίεση που συνδέει την εξισορροπητική αποθήκευση με τη μονάδα ισχύος, η οποία αποτελείται από την εισαγωγή νερού, τη σήραγγα πίεσης, τη δεξαμενή διαφορικής υπερχείλισης και το αγωγό. Περιορίζοντας τη μέγιστη αύξηση πίεσης στους αγωγούς στο 35%, η εκτιμώμενη μέγιστη αύξηση ταχύτητας της μονάδας κατά την απόρριψη πλήρους φορτίου υπολογίστηκε σε περίπου 45% με κλείσιμο ρυθμιστή.
χρόνος 9,1 δευτερολέπτων σε ονομαστικό ύψος 282 m (925 ft) με την κανονική επίδραση του σφονδύλου των περιστρεφόμενων μερών της γεννήτριας (δηλαδή, σταθερή μόνο για λόγους αύξησης της θερμοκρασίας). Στο πρώτο στάδιο λειτουργίας, η αύξηση της ταχύτητας διαπιστώθηκε ότι δεν ήταν μεγαλύτερη από 43 τοις εκατό. Συνεπώς, θεωρήθηκε ότι η κανονική επίδραση του σφονδύλου είναι επαρκής για τη ρύθμιση της συχνότητας του συστήματος.
Παράμετροι γεννήτριας και ηλεκτρική σταθερότητα
Οι παράμετροι της γεννήτριας που επηρεάζουν τη σταθερότητα είναι το φαινόμενο του σφονδύλου, η παροδική άεργη αντίσταση και ο λόγος βραχυκυκλώματος. Στο αρχικό στάδιο ανάπτυξης ενός συστήματος υψηλής τάσης 420 kV, όπως στο Ντεχάρ, τα προβλήματα σταθερότητας είναι πιθανό να είναι κρίσιμα λόγω του ασθενούς συστήματος, του χαμηλότερου επιπέδου βραχυκυκλώματος, της λειτουργίας σε κορυφαίο συντελεστή ισχύος και της ανάγκης για οικονομία στην παροχή εξόδων μετάδοσης και στον καθορισμό του μεγέθους και των παραμέτρων των μονάδων παραγωγής. Προκαταρκτικές μελέτες παροδικής σταθερότητας σε αναλυτή δικτύου (χρησιμοποιώντας σταθερή τάση πίσω από την παροδική άεργη αντίσταση) για το σύστημα υψηλής τάσης στο Ντεχάρ έδειξαν επίσης ότι θα επιτευχθεί μόνο οριακή σταθερότητα. Στο αρχικό στάδιο σχεδιασμού του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής στο Ντεχάρ, θεωρήθηκε ότι ο καθορισμός γεννητριών με κανονική
Η βελτίωση των χαρακτηριστικών και η επίτευξη των απαιτήσεων σταθερότητας με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων άλλων παραγόντων που εμπλέκονται, ιδίως εκείνων του συστήματος διέγερσης, θα ήταν μια οικονομικά φθηνότερη εναλλακτική λύση. Σε μια μελέτη του Βρετανικού Συστήματος, αποδείχθηκε επίσης ότι η αλλαγή των παραμέτρων της γεννήτριας έχει συγκριτικά πολύ μικρότερη επίδραση στα περιθώρια σταθερότητας. Συνεπώς, καθορίστηκαν οι κανονικές παράμετροι της γεννήτριας, όπως δίνονται στο παράρτημα, για τη γεννήτρια. Οι λεπτομερείς μελέτες σταθερότητας που πραγματοποιήθηκαν δίνονται.
Χωρητικότητα φόρτισης γραμμής και σταθερότητα τάσης
Σε απομακρυσμένες υδροηλεκτρικές γεννήτριες που χρησιμοποιούνται για τη φόρτιση μακρών, μη φορτισμένων γραμμών υψηλής τάσης (EHV), των οποίων η ισχύς φόρτισης kVA είναι μεγαλύτερη από την ικανότητα φόρτισης της γραμμής της μηχανής, η μηχανή μπορεί να αυτοδιεγερθεί και η τάση να αυξηθεί ανεξέλεγκτη. Η συνθήκη για την αυτοδιέγερση είναι xc < xd, όπου xc είναι η χωρητική άεργη αντίσταση φορτίου και xd η σύγχρονη άεργη αντίσταση άμεσου άξονα. Η απαιτούμενη χωρητικότητα για τη φόρτιση μίας μόνο μη φορτισμένης γραμμής 420 kV E2 /xc μέχρι το Panipat (άκρο λήψης) ήταν περίπου 150 MVAR σε ονομαστική τάση. Στο δεύτερο στάδιο, όταν εγκαθίσταται μια δεύτερη γραμμή 420 kV ισοδύναμου μήκους, η απαιτούμενη χωρητικότητα φόρτισης γραμμής για την ταυτόχρονη φόρτιση και των δύο μη φορτισμένων γραμμών σε ονομαστική τάση θα ήταν περίπου 300 MVAR.
Η διαθέσιμη χωρητικότητα φόρτισης γραμμής στην ονομαστική τάση από τη γεννήτρια Dehar, όπως αναφέρθηκε από τους προμηθευτές του εξοπλισμού, ήταν η εξής:
(i) Είναι δυνατή η φόρτιση γραμμής 70% ονομαστικής MVA, δηλαδή 121,8 MVAR με ελάχιστη θετική διέγερση 10%.
(ii) Είναι δυνατή η φόρτιση γραμμής έως και 87% της ονομαστικής MVA, δηλαδή 139 MVAR, με ελάχιστη θετική διέγερση 1%.
(iii) Έως και 100 τοις εκατό της ονομαστικής MVA, δηλαδή, χωρητικότητα φόρτισης γραμμής 173,8 μπορεί να επιτευχθεί με περίπου 5 τοις εκατό αρνητική διέγερση και η μέγιστη χωρητικότητα φόρτισης γραμμής που μπορεί να επιτευχθεί με αρνητική διέγερση 10 τοις εκατό είναι 110 τοις εκατό της ονομαστικής MVA (191 MVAR) σύμφωνα με το BSS.
(iv) Περαιτέρω αύξηση των δυνατοτήτων φόρτισης γραμμής είναι δυνατή μόνο με την αύξηση του μεγέθους της μηχανής. Στην περίπτωση των (ii) και (iii) ο χειροκίνητος έλεγχος της διέγερσης δεν είναι δυνατός και πρέπει να δοθεί πλήρης εμπιστοσύνη στη συνεχή λειτουργία αυτόματων ρυθμιστών τάσης ταχείας δράσης. Δεν είναι ούτε οικονομικά εφικτό ούτε επιθυμητό να αυξηθεί το μέγεθος της μηχανής με σκοπό την αύξηση των δυνατοτήτων φόρτισης γραμμής. Συνεπώς, λαμβάνοντας υπόψη τις συνθήκες λειτουργίας στο πρώτο στάδιο λειτουργίας, αποφασίστηκε να προβλεφθεί ικανότητα φόρτισης γραμμής 191 MVAR σε ονομαστική τάση για τις γεννήτριες παρέχοντας αρνητική διέγερση στις γεννήτριες. Κρίσιμες συνθήκες λειτουργίας που προκαλούν αστάθεια τάσης μπορούν επίσης να προκληθούν από την αποσύνδεση του φορτίου στο άκρο λήψης. Το φαινόμενο συμβαίνει λόγω χωρητικής φόρτισης στη μηχανή, η οποία επηρεάζεται περαιτέρω αρνητικά από την αύξηση της ταχύτητας της γεννήτριας. Αυτοδιέγερση και αστάθεια τάσης μπορεί να προκύψουν εάν.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Όπου, Xc είναι η χωρητική άεργη αντίσταση φορτίου, Xq είναι η σύγχρονη άεργη αντίσταση τετραγωνικού άξονα και n είναι η μέγιστη σχετική υπερταχύτητα που εμφανίζεται κατά την απόρριψη φορτίου. Αυτή η συνθήκη στη γεννήτρια Dehar προτάθηκε να αποφευχθεί με την παροχή ενός μόνιμα συνδεδεμένου αντιδραστήρα παράλληλης τάσης 400 kV EHV (75 MVA) στο άκρο λήψης της γραμμής, σύμφωνα με λεπτομερείς μελέτες που πραγματοποιήθηκαν.
Τύλιγμα αμορτισέρ
Η κύρια λειτουργία ενός τυλίγματος αποσβεστήρα είναι η ικανότητά του να αποτρέπει υπερβολικές υπερτάσεις σε περίπτωση σφαλμάτων γραμμής με χωρητικά φορτία, μειώνοντας έτσι την υπερβολική τάση στον εξοπλισμό. Λαμβάνοντας υπόψη την απομακρυσμένη τοποθεσία και τις μεγάλες διασυνδεδεμένες γραμμές μεταφοράς, καθορίστηκε πλήρως συνδεδεμένες περιελίξεις αποσβεστήρα με λόγο τετραγωνισμού και άεργων αντιστάσεων ευθείας άξονα Xnq/Xnd που δεν υπερβαίνει το 1,2.
Χαρακτηριστικό γεννήτριας και σύστημα διέγερσης
Έχοντας προσδιοριστεί γεννήτριες με κανονικά χαρακτηριστικά και έχοντας προκαταρκτικές μελέτες που έδειξαν μόνο οριακή σταθερότητα, αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθεί εξοπλισμός στατικής διέγερσης υψηλής ταχύτητας για τη βελτίωση των περιθωρίων σταθερότητας, ώστε να επιτευχθεί η συνολικά πιο οικονομική διάταξη του εξοπλισμού. Διεξήχθησαν λεπτομερείς μελέτες για τον προσδιορισμό των βέλτιστων χαρακτηριστικών του εξοπλισμού στατικής διέγερσης, οι οποίες συζητούνται στο κεφάλαιο 10.
Σεισμικές Σκέψεις
Ο ηλεκτροπαραγωγικός σταθμός του Ντεχάρ εμπίπτει σε σεισμική ζώνη. Οι ακόλουθες διατάξεις στο σχεδιασμό της υδροηλεκτρικής γεννήτριας στο Ντεχάρ προτάθηκαν σε συνεννόηση με τους κατασκευαστές εξοπλισμού και λαμβάνοντας υπόψη τις σεισμικές και γεωλογικές συνθήκες στην περιοχή, καθώς και την έκθεση της Επιτροπής Εμπειρογνωμόνων Σεισμών του Κόινα, η οποία συστάθηκε από την κυβέρνηση της Ινδίας με τη βοήθεια της UNESCO.
Μηχανική αντοχή
Οι γεννήτριες Dehar έχουν σχεδιαστεί για να αντέχουν με ασφάλεια τη μέγιστη δύναμη επιτάχυνσης του σεισμού, τόσο στην κατακόρυφη όσο και στην οριζόντια κατεύθυνση που αναμένεται στο Dehar, η οποία επενεργεί στο κέντρο της μηχανής.
Φυσική Συχνότητα
Η ιδιοσυχνότητα της μηχανής πρέπει να διατηρείται αρκετά μακριά (υψηλότερα) από τη μαγνητική συχνότητα των 100 Hz (διπλάσια από τη συχνότητα της γεννήτριας). Αυτή η ιδιοσυχνότητα θα πρέπει να απέχει πολύ από τη συχνότητα του σεισμού και να ελέγχεται για επαρκές περιθώριο έναντι της κυρίαρχης συχνότητας του σεισμού και της κρίσιμης ταχύτητας του περιστρεφόμενου συστήματος.
Υποστήριξη στάτη γεννήτριας
Οι βάσεις του στάτορα της γεννήτριας και των κάτω εδράνων ώσης και οδήγησης αποτελούνται από έναν αριθμό πλακών βάσης. Οι πλάκες βάσης πρέπει να συνδέονται στη βάση πλευρικά, εκτός από την κανονική κατακόρυφη κατεύθυνση, με βίδες θεμελίωσης.
Σχεδιασμός ρουλεμάν οδηγού
Τα ρουλεμάν οδηγών θα είναι τμηματικού τύπου και τα μέρη των ρουλεμάν οδηγών θα πρέπει να είναι ενισχυμένα ώστε να αντέχουν την πλήρη δύναμη του σεισμού. Οι κατασκευαστές συνιστούν επίσης τη σύνδεση του άνω βραχίονα πλευρικά με τον κοχλία (περίβλημα γεννήτριας) μέσω χαλύβδινων δοκών. Αυτό θα σήμαινε επίσης ότι ο κυλινδρικός κοχλίας από σκυρόδεμα θα έπρεπε με τη σειρά του να ενισχυθεί.
Ανίχνευση κραδασμών γεννητριών
Συνιστάται η εγκατάσταση ανιχνευτών κραδασμών ή μετρητών εκκεντρότητας σε στροβίλους και γεννήτριες για την ενεργοποίηση διακοπής λειτουργίας και συναγερμού σε περίπτωση που οι κραδασμοί λόγω σεισμού υπερβούν μια προκαθορισμένη τιμή. Αυτή η συσκευή μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση τυχόν ασυνήθιστων κραδασμών μιας μονάδας λόγω υδραυλικών συνθηκών που επηρεάζουν τον στρόβιλο.
Επαφές Mercury
Η έντονη δόνηση λόγω σεισμού είναι πιθανό να οδηγήσει σε ψευδή ενεργοποίηση για την έναρξη της απενεργοποίησης μιας μονάδας εάν χρησιμοποιούνται επαφές υδραργύρου. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί είτε καθορίζοντας διακόπτες υδραργύρου αντικραδασμικού τύπου είτε, εάν κριθεί απαραίτητο, προσθέτοντας ρελέ χρονισμού.
Συμπεράσματα
(1) Σημαντικές οικονομίες στο κόστος εξοπλισμού και κατασκευής στον σταθμό παραγωγής ενέργειας Dehar επιτεύχθηκαν με την υιοθέτηση μεγάλου μεγέθους μονάδας λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος του δικτύου και την επιρροή του στην εφεδρική χωρητικότητα του συστήματος.
(2) Το κόστος των γεννητριών μειώθηκε με την υιοθέτηση ενός ολοκληρωμένου σχεδιασμού κατασκευής, ο οποίος είναι πλέον εφικτός για μεγάλες υδροηλεκτρικές γεννήτριες υψηλής ταχύτητας λόγω της ανάπτυξης χάλυβα υψηλής εφελκυσμού για τις διατρήσεις των χειλιών του ρότορα.
(3) Η προμήθεια φυσικών γεννητριών υψηλού συντελεστή ισχύος μετά από λεπτομερείς μελέτες είχε ως αποτέλεσμα περαιτέρω εξοικονόμηση κόστους.
(4) Η κανονική επίδραση του σφονδύλου των περιστρεφόμενων μερών της γεννήτριας στον σταθμό ρύθμισης συχνότητας στο Dehar θεωρήθηκε επαρκής για τη σταθερότητα του συστήματος ρυθμιστή στροβίλου λόγω του μεγάλου διασυνδεδεμένου συστήματος.
(5) Ειδικές παράμετροι των απομακρυσμένων γεννητριών που τροφοδοτούν δίκτυα υψηλής τάσης για τη διασφάλιση της ηλεκτρικής σταθερότητας μπορούν να επιτευχθούν από συστήματα στατικής διέγερσης ταχείας απόκρισης.
(6) Τα συστήματα ταχείας δράσης στατικής διέγερσης μπορούν να παρέχουν τα απαραίτητα περιθώρια σταθερότητας. Τέτοια συστήματα, ωστόσο, απαιτούν σταθεροποιητικά σήματα ανάδρασης για την επίτευξη σταθερότητας μετά το ρήγμα. Θα πρέπει να διεξαχθούν λεπτομερείς μελέτες.
(7) Η αυτοδιέγερση και η αστάθεια τάσης απομακρυσμένων γεννητριών που διασυνδέονται με το δίκτυο μέσω μακριών γραμμών υψηλής τάσης μπορούν να αποφευχθούν αυξάνοντας την ικανότητα φόρτισης γραμμής της μηχανής με την προσφυγή σε αρνητική διέγερση ή/και με τη χρήση μόνιμα συνδεδεμένων αντιδραστήρων παράλληλης διακλάδωσης υψηλής τάσης.
(8) Μπορούν να ληφθούν μέτρα στον σχεδιασμό των γεννητριών και των θεμελίων τους για την παροχή ασφαλειών έναντι σεισμικών δυνάμεων με μικρό κόστος.
Κύριες παράμετροι των γεννητριών Dehar
Λόγος βραχυκυκλώματος = 1,06
Μεταβατική Αντίδραση Άμεσος Άξονας = 0,2
Επίδραση σφονδύλου = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd όχι μεγαλύτερο από = 1,2
Ώρα δημοσίευσης: 11 Μαΐου 2021
