Generaatori hooratta efekt ja turbiini regulaatori süsteemi stabiilsus

Generaatori hooratta efekt ja turbiini regulaatori süsteemi stabiilsusGeneraatori hooratta efekt ja turbiini regulaatori süsteemi stabiilsusGeneraatori hooratta efekt ja turbiini regulaatori süsteemi stabiilsusGeneraatori hooratta efekt ja turbiini regulaatori süsteemi stabiilsus
Suurtel tänapäevastel hüdrogeneraatoritel on väiksem inertsikonstant ja neil võib tekkida probleeme turbiini juhtimissüsteemi stabiilsusega. See on tingitud turbiini vee käitumisest, mis oma inertsi tõttu tekitab survetorudes hüdraulilise lööki, kui juhtimisseadmeid käitatakse. Seda iseloomustavad üldiselt hüdraulilise kiirenduse ajakonstandid. Isoleeritud töö korral, kui kogu süsteemi sagedust määrab turbiini regulaator, mõjutab hüdrauliline löök kiiruse reguleerimist ja ebastabiilsus avaldub võnkumise või sageduse kõikumisena. Suure süsteemiga ühendatud töö korral hoiab regulaator sageduse sisuliselt konstantsena. Hüdrauliline löök mõjutab seejärel süsteemi antavat võimsust ja stabiilsusprobleem tekib ainult siis, kui võimsust juhitakse suletud ahelas, st nende hüdrogeneraatorite puhul, mis osalevad sageduse reguleerimises.

Turbiini regulaatori käigu stabiilsust mõjutab oluliselt veemasside hüdraulilise kiirenduse ajakonstandi ja regulaatori võimenduse suhe. Selle suhte vähendamine avaldab destabiliseerivat mõju ja tingib vajaduse regulaatori võimenduse vähendamiseks, mis omakorda mõjutab negatiivselt sageduse stabiliseerimist. Seega on vajalik hüdroagregaadi pöörlevate osade minimaalne hooratta efekt, mida tavaliselt saab tagada ainult generaatoris. Teise võimalusena saab mehaanilise kiirenduse ajakonstanti vähendada ülerõhuventiili või paisupaagi jms abil, kuid see on üldiselt väga kulukas. Hüdrogeneraatori seadme kiiruse reguleerimise võime empiiriline kriteerium võiks põhineda seadme kiiruse tõusul, mis võib toimuda iseseisvalt töötava seadme kogu nimikoormuse mahaarvamisel. Suurtes omavahel ühendatud süsteemides töötavate ja süsteemi sagedust reguleerivate jõuseadmete puhul eeldati, et eespool arvutatud kiiruse tõusu protsentuaalne indeks ei ületa 45 protsenti. Väiksemate süsteemide puhul tuleb ette näha väiksem kiiruse tõus (vt 4. peatükk).

Pikilõige sisselaskeava juurest Dehari elektrijaamani
(Allikas: autori artikkel – 2. maailmakongress, Rahvusvaheline Veevarude Assotsiatsioon 1979) Dehari elektrijaama puhul on näidatud hüdrauliline surveveesüsteem, mis ühendab tasakaalustavat veehoidlat jõuallikaga, mis koosneb veevõtust, survetunnelist, diferentsiaalpaisupaagist ja survepaagist. Piirates survepaakides maksimaalset rõhutõusu 35 protsendini, arvutati seadme hinnanguline maksimaalne kiirusetõus täiskoormuse väljalülitamisel umbes 45 protsendini, kui regulaator sulgub.
9,1 sekundit nimikõrguse 282 m (925 jalga) juures generaatori pöörlevate osade normaalse hooratta efekti korral (st fikseeritud ainult temperatuuri tõusu arvestamisel). Esimeses tööetapis leiti, et kiiruse tõus ei ületanud 43 protsenti. Seetõttu leiti, et normaalne hooratta efekt on süsteemi sageduse reguleerimiseks piisav.

Generaatori parameetrid ja elektriline stabiilsus
Generaatori parameetrid, mis mõjutavad stabiilsust, on hooratta efekt, siirdereaktants ja lühise suhe. 420 kV EHV-süsteemi, nagu Deharis, arendamise algstaadiumis on stabiilsusprobleemid tõenäoliselt kriitilise tähtsusega nõrga süsteemi, madalama lühise taseme, juhtiva võimsusteguriga töötamise ning ülekandeväljundite pakkumise ja generaatorüksuste suuruse ja parameetrite määramise säästlikkuse vajaduse tõttu. Dehari EHV-süsteemi esialgsed siirdestabiilsuse uuringud võrguanalüsaatoril (kasutades siirdereaktantsi taga konstantset pinget) näitasid samuti, et saavutatakse vaid marginaalne stabiilsus. Dehari elektrijaama projekteerimise algstaadiumis eeldati, et normaalsete generaatorite spetsialiseerimine
Majanduslikult odavam alternatiiv oleks omaduste muutmine ja stabiilsusnõuete saavutamine teiste tegurite, eriti ergastussüsteemi parameetrite optimeerimise teel. Briti süsteemi uuringus näidati ka, et generaatori parameetrite muutmisel on stabiilsusmarginaalidele suhteliselt palju väiksem mõju. Sellest tulenevalt määrati generaatori jaoks lisas esitatud tavalised generaatori parameetrid. Läbiviidud üksikasjalikud stabiilsusuuringud on esitatud.

Liini laadimisvõimsus ja pinge stabiilsus
Kaugelasuvate hüdrogeneraatorite puhul, mida kasutatakse pikkade koormamata kõrgepingeliinide laadimiseks, mille laadimisvõimsus (kVA) on suurem kui masina liini laadimisvõimsus, võib masin iseeneslikult ergastuda ja pinge kontrollimatult tõusta. Iseenesliku ergastuse tingimuseks on, et xc < xd, kus xc on mahtuvuslik koormusreaktants ja xd sünkroonne otsetelje reaktants. Ühe 420 kV koormamata liini E2 /xc laadimiseks vajalik võimsus kuni Panipatini (vastuvõtuotsani) oli nimipingel umbes 150 MVAR. Teises etapis, kui paigaldatakse teine ​​sama pikkusega 420 kV liin, oleks mõlema koormamata liini samaaegseks laadimiseks nimipingel vajalik liini laadimisvõimsus umbes 300 MVAR.

Seadmete tarnijate poolt teatatud Dehari generaatori nimipingel saadaolev liini laadimisvõimsus oli järgmine:
(i) 70-protsendilise nimiväärtusega MVA, st 121,8 MVAR-i liini laadimine on võimalik minimaalse positiivse ergutusega 10 protsenti.
(ii) Kuni 87 protsenti nimivõimsusest (MVA), st 139 MVAR-i liini laadimisvõimsus on võimalik minimaalse positiivse ergutusega 1 protsenti.
(iii) BSS-i kohaselt on võimalik saavutada kuni 100 protsenti nimiväärtusest MVAR-ist, st 173,8 liini laadimisvõimsust, ligikaudu 5 protsendilise negatiivse ergutusega ja maksimaalne liini laadimisvõimsus, mida on võimalik saavutada 10 protsendilise negatiivse ergutusega, on 110 protsenti nimiväärtusest MVA (191 MVAR).
(iv) Liini laadimisvõimsuse edasine suurendamine on võimalik ainult masina suuruse suurendamise teel. Punktide (ii) ja (iii) puhul ei ole ergutuse käsitsi juhtimine võimalik ja tuleb täielikult loota kiiretoimeliste automaatsete pingeregulaatorite pidevale tööle. Masina suuruse suurendamine liini laadimisvõimsuse suurendamise eesmärgil ei ole majanduslikult otstarbekas ega soovitav. Seega, võttes arvesse töötingimusi töö esimeses etapis, otsustati tagada generaatoritele nimipingel 191 MVAR-i liini laadimisvõimsus, pakkudes generaatoritele negatiivset ergutust. Pinge ebastabiilsust põhjustav kriitiline töötingimus võib olla põhjustatud ka koormuse lahtiühendamisest vastuvõtupoolel. See nähtus tekib masina mahtuvusliku koormuse tõttu, mida mõjutab veelgi negatiivselt generaatori kiiruse tõus. Iserergutus ja pinge ebastabiilsus võivad tekkida, kui...

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Kus Xc on mahtuvuslik koormusreaktants, Xq on kvadratuurtelje sünkroonne reaktants ja n on koormuse väljalülitamisel esinev maksimaalne suhteline ülekiirus. Dehari generaatori selle seisundi vältimiseks pakuti välja paigaldada liini vastuvõtuotsa püsivalt ühendatud 400 kV EHV šuntreaktor (75 MVA) vastavalt läbiviidud üksikasjalikele uuringutele.

Siibri mähis
Siibrimähise peamine ülesanne on vältida liigseid ülepingeid mahtuvusliku koormuse korral liinidevaheliste rikete korral, vähendades seeläbi seadmete ülepingekoormust. Võttes arvesse kauge asukohta ja pikki omavahel ühendatud ülekandeliine, määrati täielikult ühendatud siibrimähised, mille kvadratuur- ja otsetelje reaktantside suhe Xnq/Xnd ei ületa 1,2.

Generaatori karakteristik ja ergastussüsteem
Kuna normaalsete karakteristikutega generaatorid olid spetsiifiliselt määratletud ja eeluuringud näitasid vaid marginaalset stabiilsust, otsustati stabiilsusmarginaalide parandamiseks ja seadmete üldiselt kõige ökonoomsema paigutuse saavutamiseks kasutada kiireid staatilise ergutuse seadmeid. Staatilise ergutuse seadme optimaalsete karakteristikute kindlaksmääramiseks viidi läbi üksikasjalikud uuringud, mida käsitletakse 10. peatükis.

Seismilised kaalutlused
Dehari elektrijaam asub seismilises tsoonis. Järgmised Dehari hüdrogeneraatori projekti sätted esitati seadmete tootjatega konsulteerides, võttes arvesse kohapealseid seismilisi ja geoloogilisi tingimusi ning India valitsuse ja UNESCO abiga moodustatud Koyna maavärinate ekspertide komitee aruannet.

Mehaaniline tugevus
Dehari generaatorid peavad olema konstrueeritud nii, et need taluksid ohutult maksimaalset maavärina kiirendusjõudu nii vertikaalses kui ka horisontaalses suunas, mida eeldatakse masina keskele mõjuva Dehari juures.

Omavõrra sagedus
Masina omavõnkesagedust tuleb hoida 100 Hz magnetilisest sagedusest (kahekordne generaatori sagedus) eemal (kõrgemal). See omavõnkesagedus peab olema maavärina sagedusest kaugel ja seda tuleb kontrollida piisava varu osas maavärina valdava sageduse ja pöörleva süsteemi kriitilise kiiruse suhtes.

Generaatori staatori tugi
Generaatori staatori ja alumise tõuke- ning juhtlaagri vundament koosneb mitmest alusplaadist. Lisaks tavapärasele vertikaalsuunale kinnitatakse alusplaadid vundamendi külge ka küljelt vundamendipoltide abil.

Juhtlaagri disain
Juhtlaagrid peavad olema segmenttüüpi ja juhtlaagrite osad peavad olema tugevdatud, et taluda täielikku maavärinajõudu. Tootjad soovitavad lisaks siduda ülemise kronsteini küljelt tünni (generaatori korpuse) külge terastalade abil. See tähendaks ka seda, et betoontünni tuleks omakorda tugevdada.

Generaatorite vibratsiooni tuvastamine
Turbiinidele ja generaatoritele soovitati paigaldada vibratsiooniandureid või ekstsentrilisuse mõõtureid, mis käivitaksid seiskamise ja alarmi juhul, kui maavärinast tingitud vibratsioon ületab etteantud väärtuse. Seda seadet saab kasutada ka seadme ebatavaliste vibratsioonide tuvastamiseks, mis on tingitud turbiini mõjutavatest hüdraulilistest tingimustest.

Merkuuri kontaktid
Maavärinast tingitud tugev rappumine võib elavhõbedakontaktide kasutamisel põhjustada vale käivitumise, mis käivitab seadme väljalülitamise. Seda saab vältida vibratsioonivastaste elavhõbedalülitite paigaldamisega või vajadusel taimereleede lisamisega.

Järeldused
(1) Dehari elektrijaama seadmete ja konstruktsioonide maksumuses saavutati märkimisväärne kokkuhoid suuremate seadmete kasutuselevõtuga, võttes arvesse võrgu suurust ja selle mõju süsteemi varuvõimsusele.
(2) Generaatorite maksumust vähendati vihmavarjukonstruktsiooni kasutuselevõtuga, mis on nüüd võimalik suurte kiirete hüdrogeneraatorite puhul tänu rootoriäärte stantsimiseks kasutatava ülitugeva terase väljatöötamisele.
(3) Põhjalike uuringute tulemusel hangitud looduslikud suure võimsusteguriga generaatorid aitasid kulusid veelgi kokku hoida.
(4) Dehari sagedusreguleerimisjaama generaatori pöörlevate osade normaalset hooratta efekti peeti turbiini regulaatorisüsteemi stabiilsuse tagamiseks piisavaks, kuna tegemist on suure omavahel ühendatud süsteemiga.
(5) Kõrgepingevõrke toitvate kauggeneraatorite eriparameetreid elektrilise stabiilsuse tagamiseks saab täita kiire reageerimisega staatiliste ergutussüsteemidega.
(6) Kiiretoimelised staatilised ergutussüsteemid võivad pakkuda vajalikke stabiilsusvarusid. Sellised süsteemid vajavad aga rikkejärgse stabiilsuse saavutamiseks stabiliseerivaid tagasisidesignaale. Tuleks läbi viia üksikasjalikud uuringud.
(7) Pikkade kõrgepingeliinide abil võrguga ühendatud kaugete generaatorite eneseergutust ja pinge ebastabiilsust saab vältida, suurendades masina liini laadimisvõimsust negatiivse ergutuse abil ja/või kasutades püsivalt ühendatud kõrgepinge šuntreaktoreid.
(8) Generaatorite ja nende vundamentide projekteerimisel saab ette näha meetmeid seismiliste jõudude eest kaitsmiseks väikeste kuludega.

Dehari generaatorite peamised parameetrid
Lühise suhe = 1,06
Mööduv reaktants otseteljel = 0,2
Hooratta efekt = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd mitte suurem kui = 1,2