Γεννήτρια Flywheel Effect and Stability of Turbine Governor SystemGenerator Flywheel Effect and Stability of Turbine Governor SystemGenerator Flywheel Effect and Stability of Turbine Governor SystemGenerator Flywheel Effect and Stability of Turbine Governor System
Οι μεγάλες σύγχρονες υδρογεννήτριες έχουν μικρότερη σταθερά αδράνειας και μπορεί να αντιμετωπίσουν προβλήματα ευστάθειας του συστήματος ρύθμισης του στροβίλου.Αυτό οφείλεται στη συμπεριφορά του νερού του στροβίλου, το οποίο λόγω της αδράνειας του δημιουργεί σφυρί νερού στους σωλήνες πίεσης όταν λειτουργούν οι συσκευές ελέγχου.Αυτό γενικά χαρακτηρίζεται από τις σταθερές χρόνου υδραυλικής επιτάχυνσης.Σε απομονωμένη λειτουργία, όταν η συχνότητα ολόκληρου του συστήματος προσδιορίζεται από τον ρυθμιστή του στροβίλου, το σφυρί νερού επηρεάζει τη ρύθμιση της ταχύτητας και η αστάθεια εμφανίζεται ως κυνήγι ή αιώρηση συχνότητας.Για διασυνδεδεμένη λειτουργία με ένα μεγάλο σύστημα η συχνότητα διατηρείται ουσιαστικά σταθερή από το τελευταίο.Το σφυρί νερού στη συνέχεια επηρεάζει την ισχύ που τροφοδοτείται στο σύστημα και το πρόβλημα σταθερότητας προκύπτει μόνο όταν η ισχύς ελέγχεται σε κλειστό βρόχο, δηλαδή στην περίπτωση εκείνων των υδρογεννητριών που συμμετέχουν στη ρύθμιση συχνότητας.
Η σταθερότητα του γραναζιού ρύθμισης στροβίλου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την αναλογία της σταθεράς χρόνου μηχανικής επιτάχυνσης λόγω της σταθεράς χρόνου υδραυλικής επιτάχυνσης των μαζών του νερού και από το κέρδος του ρυθμιστή.Η μείωση της παραπάνω αναλογίας έχει αποσταθεροποιητικό αποτέλεσμα και καθιστά αναγκαία τη μείωση του κέρδους του ρυθμιστή, το οποίο επηρεάζει αρνητικά τη σταθεροποίηση της συχνότητας.Συνεπώς, είναι απαραίτητο ένα ελάχιστο εφέ σφονδύλου για περιστρεφόμενα μέρη μιας υδραυλικής μονάδας, το οποίο μπορεί κανονικά να παρέχεται μόνο στη γεννήτρια.Εναλλακτικά, η χρονική σταθερά μηχανικής επιτάχυνσης θα μπορούσε να μειωθεί με την παροχή μιας βαλβίδας εκτόνωσης πίεσης ή μιας δεξαμενής υπέρτασης κ.λπ., αλλά είναι γενικά πολύ δαπανηρή.Ένα εμπειρικό κριτήριο για την ικανότητα ρύθμισης της ταχύτητας μιας μονάδας υδροπαραγωγής θα μπορούσε να βασίζεται στην αύξηση της ταχύτητας της μονάδας που μπορεί να λάβει χώρα στην απόρριψη ολόκληρου του ονομαστικού φορτίου της μονάδας που λειτουργεί ανεξάρτητα.Για τις μονάδες ισχύος που λειτουργούν σε μεγάλα διασυνδεδεμένα συστήματα και οι οποίες απαιτούνται για τη ρύθμιση της συχνότητας του συστήματος, ο δείκτης ποσοστιαίας αύξησης ταχύτητας όπως υπολογίστηκε παραπάνω θεωρήθηκε ότι δεν υπερβαίνει το 45 τοις εκατό.Για μικρότερα συστήματα παρέχεται μικρότερη αύξηση ταχύτητας (βλ. Κεφάλαιο 4).
Διαμήκης τομή από την εισαγωγή στο εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής του Dehar
(Πηγή: Paper by Author – 2nd world Congress, International Water Resources Association 1979) Για το Dehar Power Plant, εμφανίζεται το σύστημα υδραυλικής πίεσης νερού που συνδέει την αποθήκευση εξισορρόπησης με τη μονάδα ισχύος που αποτελείται από εισαγωγή νερού, σήραγγα πίεσης, δεξαμενή διαφορικής υπέρτασης και αποθήκη .Περιορίζοντας τη μέγιστη αύξηση της πίεσης στα στελέχη στο 35 τοις εκατό, η εκτιμώμενη μέγιστη αύξηση της ταχύτητας της μονάδας κατά την απόρριψη του πλήρους φορτίου υπολογίστηκε σε περίπου 45 τοις εκατό με κλείσιμο του ρυθμιστή
χρόνος 9,1 δευτερολέπτων σε ονομαστική κεφαλή 282 m (925 πόδια) με την κανονική επίδραση σφονδύλου των περιστρεφόμενων μερών της γεννήτριας (δηλαδή, σταθερή μόνο για λόγους αύξησης της θερμοκρασίας).Στο πρώτο στάδιο της λειτουργίας η αύξηση της ταχύτητας διαπιστώθηκε ότι δεν ήταν μεγαλύτερη από 43 τοις εκατό.Ως εκ τούτου, θεωρήθηκε ότι η κανονική επίδραση του σφονδύλου είναι επαρκής για τη ρύθμιση της συχνότητας του συστήματος.
Παράμετροι γεννήτριας και ηλεκτρική ευστάθεια
Οι παράμετροι της γεννήτριας που επηρεάζουν τη σταθερότητα είναι το φαινόμενο του σφονδύλου, η μεταβατική αντίδραση και ο λόγος βραχυκυκλώματος.Στο αρχικό στάδιο ανάπτυξης του συστήματος EHV 420 kV, όπως στο Dehar, τα προβλήματα ευστάθειας ενδέχεται να είναι κρίσιμα λόγω του αδύναμου συστήματος, του χαμηλότερου επιπέδου βραχυκυκλώματος, της λειτουργίας στον κορυφαίο συντελεστή ισχύος και της ανάγκης για οικονομία στην παροχή εξόδων μετάδοσης και του μεγέθους στερέωσης και παραμέτρους των μονάδων παραγωγής.Οι προκαταρκτικές μελέτες μεταβατικής ευστάθειας στον αναλυτή δικτύου (χρησιμοποιώντας σταθερή τάση πίσω από την παροδική αντίδραση) για το σύστημα Dehar EHV έδειξαν επίσης ότι θα επιτευχθεί μόνο οριακή σταθερότητα.Στο πρώιμο στάδιο του σχεδιασμού του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής Dehar θεωρήθηκε ότι καθορίζονται γεννήτριες με κανονικές
χαρακτηριστικά και η επίτευξη των απαιτήσεων σταθερότητας με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων άλλων παραγόντων που εμπλέκονται, ιδιαίτερα εκείνων του συστήματος διέγερσης θα ήταν οικονομικά φθηνότερη εναλλακτική.Σε μια μελέτη του Βρετανικού Συστήματος επίσης έδειξε ότι η αλλαγή των παραμέτρων της γεννήτριας έχει συγκριτικά πολύ μικρότερη επίδραση στα περιθώρια σταθερότητας.Κατά συνέπεια, οι κανονικές παράμετροι της γεννήτριας όπως δίνονται στο παράρτημα καθορίστηκαν για τη γεννήτρια.Δίνονται οι λεπτομερείς μελέτες σταθερότητας που πραγματοποιήθηκαν
Χωρητικότητα φόρτισης γραμμής και σταθερότητα τάσης
Απομακρυσμένες υδρογεννήτριες που χρησιμοποιούνται για τη φόρτιση μεγάλων εκφορτωμένων γραμμών EHV των οποίων η φόρτιση kVA είναι μεγαλύτερη από την ικανότητα φόρτισης γραμμής του μηχανήματος, το μηχάνημα μπορεί να αυτοδιεγερθεί και η τάση να ανέλθει εκτός ελέγχου.Η προϋπόθεση για την αυτοδιέγερση είναι ότι xc < xd όπου, xc είναι η χωρητική αντίδραση φορτίου και xd η αντίδραση σύγχρονου άμεσου άξονα.Η χωρητικότητα που απαιτείται για τη φόρτιση μιας μεμονωμένης γραμμής E2 /xc χωρίς φορτίο 420 kV μέχρι το Panipat (τέλος λήψης) ήταν περίπου 150 MVARs στην ονομαστική τάση.Στο δεύτερο στάδιο, όταν εγκαθίσταται μια δεύτερη γραμμή ισοδύναμου μήκους 420 kV, η ικανότητα φόρτισης γραμμής που απαιτείται για τη φόρτιση και των δύο εκφορτωμένων γραμμών ταυτόχρονα στην ονομαστική τάση θα είναι περίπου 300 MVARs.
Η διαθέσιμη χωρητικότητα φόρτισης γραμμής στην ονομαστική τάση από τη γεννήτρια Dehar όπως υποδείχθηκε από τους προμηθευτές του εξοπλισμού ήταν η εξής:
(i) 70 τοις εκατό ονομαστικής MVA, δηλαδή, είναι δυνατή η φόρτιση γραμμής 121,8 MVAR με ελάχιστη θετική διέγερση 10 τοις εκατό.
(ii) Έως και 87 τοις εκατό της ονομαστικής MVA, δηλαδή, είναι δυνατή η χωρητικότητα φόρτισης γραμμής 139 MVAR με ελάχιστη θετική διέγερση 1 τοις εκατό.
(iii) Έως και 100 τοις εκατό της ονομαστικής διέγερσης MVAR, δηλαδή, η 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 διέγερσης MVA (191 MVAR ) σύμφωνα με το BSS.
(iv) Περαιτέρω αύξηση στις δυνατότητες φόρτισης γραμμής είναι δυνατή μόνο με την αύξηση του μεγέθους του μηχανήματος.Στην περίπτωση των (ii) και (iii) ο χειροκίνητος έλεγχος της διέγερσης δεν είναι δυνατός και πρέπει να βασιστούμε πλήρως στη συνεχή λειτουργία των 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 της λειτουργίας, αποφασίστηκε να προβλεφθεί χωρητικότητα φόρτισης γραμμής 191 MVARs στην ονομαστική τάση για τις γεννήτριες παρέχοντας αρνητική διέγερση στις γεννήτριες.Κρίσιμη κατάσταση λειτουργίας που προκαλεί αστάθεια τάσης μπορεί επίσης να προκληθεί από την αποσύνδεση του φορτίου στο άκρο λήψης.Το φαινόμενο συμβαίνει λόγω χωρητικής φόρτισης στο μηχάνημα που επηρεάζεται περαιτέρω αρνητικά από την αύξηση της ταχύτητας της γεννήτριας.Μπορεί να προκύψει αυτοδιέγερση και αστάθεια τάσης εάν.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Όπου, Xc είναι χωρητική αντίδραση φορτίου, Xq είναι σύγχρονη αντίδραση τετραγωνικού άξονα και n είναι η μέγιστη σχετική υπερταχύτητα που εμφανίζεται κατά την απόρριψη φορτίου.Αυτή η κατάσταση στη γεννήτρια Dehar προτάθηκε να αποφευχθεί με την παροχή ενός μόνιμα συνδεδεμένου αντιδραστήρα διακλάδωσης 400 kV EHV (75 MVA) στο άκρο λήψης της γραμμής σύμφωνα με λεπτομερείς μελέτες που πραγματοποιήθηκαν.
Περιέλιξη αποσβεστήρα
Η κύρια λειτουργία ενός τυλίγματος αποσβεστήρα είναι η ικανότητά του να αποτρέπει υπερβολικές υπερτάσεις σε περίπτωση σφαλμάτων γραμμής σε γραμμή με χωρητικά φορτία, μειώνοντας έτσι την υπερβολική τάση στον εξοπλισμό.Λαμβάνοντας υπόψη την απομακρυσμένη θέση και τις μεγάλες διασυνδεόμενες γραμμές μεταφοράς, καθορίστηκαν πλήρως συνδεδεμένες περιελίξεις αποσβεστήρα με αναλογία τετραγωνισμού και αντιδράσεων άμεσου άξονα Xnq/Xnd που δεν υπερβαίνει το 1,2.
Χαρακτηριστικό Γεννήτριας και Σύστημα Διέγερσης
Έχοντας καθοριστεί γεννήτριες με κανονικά χαρακτηριστικά και προκαταρκτικές μελέτες που έδειξαν μόνο οριακή ευστάθεια, αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθεί εξοπλισμός στατικής διέγερσης υψηλής ταχύτητας για τη βελτίωση των περιθωρίων ευστάθειας, ώστε να επιτευχθεί η συνολική πιο οικονομική διάταξη του εξοπλισμού.Πραγματοποιήθηκαν λεπτομερείς μελέτες για τον προσδιορισμό των βέλτιστων χαρακτηριστικών του εξοπλισμού στατικής διέγερσης και συζητήθηκαν στο κεφάλαιο 10.
Σεισμικές Θεωρήσεις
Το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας Dehar πέφτει σε σεισμική ζώνη.Οι ακόλουθες διατάξεις στον σχεδιασμό της υδρογεννήτριας στο Dehar προτάθηκαν σε συνεννόηση με τους κατασκευαστές εξοπλισμού και λαμβάνοντας υπόψη τις σεισμικές και γεωλογικές συνθήκες στην τοποθεσία και την έκθεση της Επιτροπής Εμπειρογνωμόνων για τους Σεισμούς Koyna που συγκροτήθηκε από την κυβέρνηση της Ινδίας με τη βοήθεια της UNESCO.
Μηχανική δύναμη
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 που ενεργεί στο κέντρο της μηχανής.
Φυσική Συχνότητα
Η φυσική συχνότητα του μηχανήματος διατηρείται πολύ μακριά (υψηλότερη) από τη μαγνητική συχνότητα των 100 Hz (διπλάσια συχνότητα γεννήτριας).Αυτή η φυσική συχνότητα θα απέχει πολύ από τη συχνότητα του σεισμού και θα ελεγχθεί για επαρκές περιθώριο έναντι της κυρίαρχης συχνότητας του σεισμού και της κρίσιμης ταχύτητας του περιστρεφόμενου συστήματος.
Υποστήριξη στάτορα γεννήτριας
Ο στάτορας της γεννήτριας και τα θεμέλια ρουλεμάν κάτω ώσης και οδηγού περιλαμβάνουν έναν αριθμό πλακών σόλας.Οι πλάκες της σόλας συνδέονται στο θεμέλιο πλευρικά εκτός από την κανονική κατακόρυφη διεύθυνση με μπουλόνια θεμελίωσης.
Σχεδιασμός ρουλεμάν οδηγού
Τα ρουλεμάν καθοδήγησης να είναι τμηματικού τύπου και τα μέρη που φέρουν οδηγό να ενισχυθούν για να αντέχουν σε πλήρη σεισμική δύναμη.Οι κατασκευαστές συνέστησαν περαιτέρω να δένετε το επάνω στήριγμα πλευρικά με την κάννη (περίβλημα γεννήτριας) μέσω χαλύβδινων δοκών.Αυτό θα σήμαινε επίσης ότι η τσιμεντένια κάννη με τη σειρά της θα έπρεπε να ενισχυθεί.
Ανίχνευση κραδασμών γεννητριών
Συνιστάται η εγκατάσταση ανιχνευτών κραδασμών ή μετρητών εκκεντρότητας σε στροβίλους και γεννήτριες για την έναρξη διακοπής λειτουργίας και συναγερμού σε περίπτωση που οι δονήσεις 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 μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένη ενεργοποίηση για την έναρξη της διακοπής λειτουργίας μιας μονάδας εάν χρησιμοποιηθούν επαφές υδραργύρου.Αυτό μπορεί να αποφευχθεί είτε καθορίζοντας αντικραδασμικούς διακόπτες υδραργύρου είτε, εάν κριθεί απαραίτητο, προσθέτοντας ρελέ χρονισμού.
συμπεράσματα
(1) Σημαντικές οικονομίες στο κόστος του εξοπλισμού και της δομής στο εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής του Dehar επιτεύχθηκε με την υιοθέτηση μεγάλου μεγέθους μονάδας λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος του δικτύου και την επιρροή του στην πλεονάζουσα χωρητικότητα του συστήματος.
(2) Το κόστος των γεννητριών μειώθηκε με την υιοθέτηση σχεδίασης ομπρέλας κατασκευής που είναι πλέον δυνατή για μεγάλες υδρογεννήτριες υψηλής ταχύτητας λόγω της ανάπτυξης χάλυβα υψηλής εφελκυσμού για διάτρηση στεφάνης ρότορα.
(3) Η προμήθεια φυσικών γεννητριών υψηλού συντελεστή ισχύος μετά από λεπτομερείς μελέτες είχε ως αποτέλεσμα περαιτέρω εξοικονόμηση κόστους.
(4) Η κανονική επίδραση σφονδύλου των περιστρεφόμενων τμημάτων της γεννήτριας στον σταθμό ρύθμισης συχνότητας στο Dehar θεωρήθηκε επαρκής για τη σταθερότητα του συστήματος ρυθμιστή στροβίλου λόγω του μεγάλου διασυνδεδεμένου συστήματος.
(5) Οι ειδικές παράμετροι των απομακρυσμένων γεννητριών που τροφοδοτούν δίκτυα EHV για τη διασφάλιση της ηλεκτρικής σταθερότητας μπορούν να καλυφθούν από συστήματα στατικής διέγερσης ταχείας απόκρισης.
(6) Τα συστήματα στατικής διέγερσης ταχείας δράσης μπορούν να παρέχουν τα απαραίτητα περιθώρια σταθερότητας.Τέτοια συστήματα, ωστόσο, απαιτούν σταθεροποιητικά σήματα ανατροφοδότησης για την επίτευξη σταθερότητας μετά το σφάλμα.Θα πρέπει να γίνουν λεπτομερείς μελέτες.
(7) Η αυτοδιέγερση και η αστάθεια τάσης απομακρυσμένων γεννητριών που διασυνδέονται με το δίκτυο μέσω μεγάλων γραμμών EHV μπορούν να αποφευχθούν αυξάνοντας την ικανότητα φόρτισης γραμμής της μηχανής με την προσφυγή σε αρνητική διέγερση ή/και με τη χρήση μόνιμα συνδεδεμένων αντιδραστήρων διακλάδωσης EHV.
(8) Μπορούν να ληφθούν διατάξεις στον σχεδιασμό των γεννητριών και των θεμελίων τους για την παροχή διασφαλίσεων έναντι των σεισμικών δυνάμεων με μικρό κόστος.
Κύριες Παράμετροι των Γεννητριών Dehar
Λόγος βραχυκυκλώματος = 1,06
Μεταβατική Αντίδραση Άμεσος Άξονας = 0,2
Flywheel Effect = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd όχι μεγαλύτερο από = 1,2
Ώρα δημοσίευσης: 11 Μαΐου 2021
