اثر چرخ طیار ژنراتور و پایداری سیستم گاورنر توربیناثر چرخ طیار ژنراتور و پایداری سیستم گاورنر توربیناثر چرخ طیار ژنراتور و پایداری سیستم گاورنر توربیناثر چرخ طیار ژنراتور و پایداری سیستم گاورنر توربین
ژنراتورهای آبی مدرن بزرگ، ثابت اینرسی کمتری دارند و ممکن است با مشکلاتی در مورد پایداری سیستم کنترل توربین مواجه شوند. این به دلیل رفتار آب توربین است که به دلیل اینرسی خود، هنگام کار دستگاههای کنترل، باعث ایجاد ضربه قوچ در لولههای فشار میشود. این پدیده به طور کلی با ثابتهای زمانی شتاب هیدرولیکی مشخص میشود. در عملکرد ایزوله، هنگامی که فرکانس کل سیستم توسط گاورنر توربین تعیین میشود، ضربه قوچ بر سرعت گاورنر تأثیر میگذارد و ناپایداری به صورت هانتینگ یا نوسان فرکانس ظاهر میشود. برای عملکرد به هم پیوسته با یک سیستم بزرگ، فرکانس اساساً توسط گاورنر ثابت نگه داشته میشود. سپس ضربه قوچ بر توان تغذیه شده به سیستم تأثیر میگذارد و مشکل پایداری فقط زمانی ایجاد میشود که توان در یک حلقه بسته کنترل شود، یعنی در مورد آن دسته از ژنراتورهای آبی که در تنظیم فرکانس شرکت میکنند.
پایداری چرخدنده گاورنر توربین به شدت تحت تأثیر نسبت ثابت زمانی شتاب مکانیکی ناشی از ثابت زمانی شتاب هیدرولیکی تودههای آب و بهره گاورنر قرار دارد. کاهش نسبت فوق اثر بیثباتکنندهای دارد و مستلزم کاهش بهره گاورنر است که بر تثبیت فرکانس تأثیر منفی میگذارد. بر این اساس، حداقل اثر چرخ طیار برای قطعات چرخان یک واحد آبی ضروری است که معمولاً فقط در ژنراتور قابل ارائه است. به طور جایگزین، ثابت زمانی شتاب مکانیکی را میتوان با تعبیه شیر اطمینان فشار یا مخزن موجگیر و غیره کاهش داد، اما عموماً بسیار پرهزینه است. یک معیار تجربی برای توانایی تنظیم سرعت یک واحد تولید برق آبی میتواند بر اساس افزایش سرعت واحد باشد که ممکن است با حذف کل بار نامی واحد که به طور مستقل کار میکند، رخ دهد. برای واحدهای نیروگاهی که در سیستمهای بزرگ به هم پیوسته کار میکنند و برای تنظیم فرکانس سیستم مورد نیاز هستند، درصد افزایش سرعت محاسبه شده در بالا نباید بیش از ۴۵ درصد در نظر گرفته شود. برای سیستمهای کوچکتر، افزایش سرعت کمتری ارائه میشود (به فصل ۴ مراجعه کنید).
مقطع طولی از آبگیر تا نیروگاه دهار
(منبع: مقاله نویسنده - دومین کنگره جهانی، انجمن بینالمللی منابع آب ۱۹۷۹) برای نیروگاه دهار، سیستم آب تحت فشار هیدرولیکی که مخزن متعادلکننده را به واحد برق متصل میکند، شامل ورودی آب، تونل فشار، مخزن موجگیر دیفرانسیلی و دریچه آب نشان داده شده است. با محدود کردن حداکثر افزایش فشار در دریچههای آب به ۳۵ درصد، حداکثر افزایش سرعت تخمینی واحد پس از تخلیه بار کامل با بسته شدن گاورنر حدود ۴۵ درصد محاسبه شد.
زمان ۹.۱ ثانیه در ارتفاع نامی ۲۸۲ متر (۹۲۵ فوت) با اثر چرخ طیار معمولی قطعات چرخان ژنراتور (یعنی فقط با در نظر گرفتن ملاحظات افزایش دما). در مرحله اول بهره برداری، افزایش سرعت بیش از ۴۳ درصد نبود. بر این اساس، اثر چرخ طیار معمولی برای تنظیم فرکانس سیستم کافی در نظر گرفته شد.
پارامترهای ژنراتور و پایداری الکتریکی
پارامترهای ژنراتور که بر پایداری تأثیر میگذارند، اثر چرخ طیار، راکتانس گذرا و نسبت اتصال کوتاه هستند. در مرحله اولیه توسعه سیستم EHV 420 کیلوولت مانند Dehar، مشکلات پایداری به دلیل سیستم ضعیف، سطح اتصال کوتاه پایینتر، عملکرد در ضریب توان پیشفاز و نیاز به صرفهجویی در تأمین خروجیهای انتقال و تعیین اندازه و پارامترهای واحدهای تولیدی، میتوانند بحرانی باشند. مطالعات اولیه پایداری گذرا روی تحلیلگر شبکه (با استفاده از ولتاژ ثابت پشت راکتانس گذرا) برای سیستم EHV Dehar نیز نشان داد که فقط پایداری حاشیهای حاصل خواهد شد. در مراحل اولیه طراحی نیروگاه Dehar، در نظر گرفته شد که تعیین ژنراتورها با ولتاژ معمولی
ویژگیها و دستیابی به الزامات پایداری با بهینهسازی پارامترهای سایر عوامل دخیل، به ویژه پارامترهای سیستم تحریک، از نظر اقتصادی جایگزین ارزانتری خواهد بود. در مطالعهای در مورد سیستم بریتانیایی نیز نشان داده شد که تغییر پارامترهای ژنراتور تأثیر نسبتاً کمتری بر حاشیههای پایداری دارد. بر این اساس، پارامترهای معمول ژنراتور همانطور که در پیوست آمده است، برای ژنراتور مشخص شدند. مطالعات پایداری دقیق انجام شده ارائه شده است.
ظرفیت شارژ خط و پایداری ولتاژ
ژنراتورهای برق آبی دورافتاده که برای شارژ خطوط EHV بدون بار طولانی که kVA شارژ آنها بیشتر از ظرفیت شارژ خط دستگاه است، استفاده میشوند، ممکن است دستگاه خود تحریک شده و ولتاژ از کنترل خارج شود. شرط خود تحریکی این است که xc < xd که در آن، xc راکتانس بار خازنی و xd راکتانس محور مستقیم سنکرون است. ظرفیت مورد نیاز برای شارژ یک خط 420 کیلوولت بدون بار E2 /xc تا پانیپت (انتهای گیرنده) حدود 150 MVAR در ولتاژ نامی بود. در مرحله دوم، هنگامی که یک خط 420 کیلوولت دوم با طول معادل نصب میشود، ظرفیت شارژ خط مورد نیاز برای شارژ همزمان هر دو خط بدون بار در ولتاژ نامی حدود 300 MVAR خواهد بود.
ظرفیت شارژ خط موجود در ولتاژ نامی از ژنراتور دهار، همانطور که توسط تامینکنندگان تجهیزات اعلام شده است، به شرح زیر است:
(۱) ۷۰ درصد توان نامی MVA، یعنی شارژ خط ۱۲۱.۸ MVAR با حداقل تحریک مثبت ۱۰ درصد امکانپذیر است.
(ii) تا ۸۷ درصد از توان نامی MVA، یعنی ظرفیت شارژ خط ۱۳۹ MVAR با حداقل تحریک مثبت ۱ درصد امکانپذیر است.
(iii) طبق BSS، میتوان تا ۱۰۰ درصد MVAR نامی، یعنی ۱۷۳.۸ ظرفیت شارژ خط را با تقریباً ۵ درصد تحریک منفی به دست آورد و حداکثر ظرفیت شارژ خط که میتوان با ۱۰ درصد تحریک منفی به دست آورد، ۱۱۰ درصد MVA نامی (۱۹۱ MVAR) است.
(iv) افزایش بیشتر ظرفیتهای شارژ خط تنها با افزایش اندازه دستگاه امکانپذیر است. در مورد (ii) و (iii) کنترل دستی تحریک امکانپذیر نیست و باید به طور کامل به عملکرد مداوم تنظیمکنندههای ولتاژ خودکار با عملکرد سریع تکیه شود. افزایش اندازه دستگاه به منظور افزایش ظرفیتهای شارژ خط نه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است و نه مطلوب. بر این اساس، با در نظر گرفتن شرایط عملیاتی در مرحله اول بهرهبرداری، تصمیم گرفته شد که با ایجاد تحریک منفی روی ژنراتورها، ظرفیت شارژ خط 191 مگاوار در ولتاژ نامی برای ژنراتورها فراهم شود. شرایط عملیاتی بحرانی که باعث ناپایداری ولتاژ میشود، ممکن است در اثر قطع بار در انتهای گیرنده نیز ایجاد شود. این پدیده به دلیل بارگذاری خازنی روی دستگاه رخ میدهد که افزایش سرعت ژنراتور نیز بر آن تأثیر منفی میگذارد. در صورت ... ممکن است خود تحریکی و ناپایداری ولتاژ رخ دهد.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
که در آن، Xc راکتانس بار خازنی، Xq راکتانس سنکرون محور متعامد و n حداکثر اضافه سرعت نسبی است که در هنگام حذف بار رخ میدهد. طبق مطالعات دقیق انجام شده، پیشنهاد شده است که این وضعیت در ژنراتور دهار با نصب یک راکتور شنت EHV 400 کیلوولت (75 مگاولت آمپر) متصل دائمی در انتهای دریافت خط برطرف شود.
سیم پیچ دمپر
وظیفه اصلی سیمپیچ میراگر، ظرفیت آن برای جلوگیری از اضافه ولتاژهای بیش از حد در صورت بروز خطای خط به خط با بارهای خازنی است، در نتیجه استرس اضافه ولتاژ روی تجهیزات را کاهش میدهد. با در نظر گرفتن موقعیت مکانی دور و خطوط انتقال طولانی، سیمپیچهای میراگر کاملاً متصل با نسبت راکتانسهای محور مربع و مستقیم Xnq/Xnd که از ۱.۲ تجاوز نمیکند، مشخص شد.
مشخصه ژنراتور و سیستم تحریک
با مشخص شدن ژنراتورهایی با مشخصات عادی و با توجه به اینکه مطالعات اولیه تنها پایداری حاشیهای را نشان میدادند، تصمیم گرفته شد که از تجهیزات تحریک استاتیک پرسرعت برای بهبود حاشیههای پایداری استفاده شود تا به طور کلی به اقتصادیترین چیدمان تجهیزات دست یابیم. مطالعات دقیقی برای تعیین مشخصات بهینه تجهیزات تحریک استاتیک انجام شد و در فصل 10 مورد بحث قرار گرفت.
ملاحظات لرزهای
نیروگاه دهار در منطقه زلزلهخیز قرار دارد. با مشورت سازندگان تجهیزات و با در نظر گرفتن شرایط لرزهای و زمینشناسی محل و گزارش کمیته کارشناسان زلزله کوینا که توسط دولت هند با کمک یونسکو تشکیل شده است، مفاد زیر در طراحی ژنراتور برق آبی دهار پیشنهاد شده است.
مقاومت مکانیکی
ژنراتورهای دهار باید به گونهای طراحی شوند که حداکثر نیروی شتاب زلزله را چه در جهت عمودی و چه در جهت افقی مورد انتظار در دهار که در مرکز دستگاه عمل میکند، به طور ایمن تحمل کنند.
فرکانس طبیعی
فرکانس طبیعی دستگاه باید به اندازه کافی دور (بالاتر) از فرکانس مغناطیسی ۱۰۰ هرتز (دو برابر فرکانس ژنراتور) نگه داشته شود. این فرکانس طبیعی باید از فرکانس زلزله بسیار دور باشد و برای حاشیه کافی در برابر فرکانس غالب زلزله و سرعت بحرانی سیستم چرخشی بررسی شود.
پایه استاتور ژنراتور
استاتور ژنراتور و فونداسیونهای رانش پایینی و یاتاقانهای هدایتکننده شامل تعدادی صفحه کفی هستند. صفحات کفی علاوه بر جهت عمودی معمول، توسط پیچهای فونداسیون، به صورت جانبی نیز به فونداسیون بسته میشوند.
طراحی یاتاقان راهنما
یاتاقانهای راهنما باید از نوع قطعهای باشند و قطعات یاتاقان راهنما برای مقاومت در برابر نیروی کامل زلزله تقویت شوند. تولیدکنندگان همچنین توصیه کردند که براکت بالایی را به صورت جانبی با استفاده از تیرهای فولادی به بشکه (محفظه ژنراتور) ببندند. این همچنین به این معنی است که بشکه بتنی نیز به نوبه خود باید تقویت شود.
تشخیص لرزش ژنراتورها
نصب آشکارسازهای ارتعاش یا دستگاههای اندازهگیری خروج از مرکز روی توربینها و ژنراتورها برای شروع خاموش کردن و اعلام خطر در صورت تجاوز ارتعاشات ناشی از زلزله از مقدار از پیش تعیینشده توصیه شد. این دستگاه همچنین میتواند در تشخیص هرگونه ارتعاش غیرمعمول یک واحد به دلیل شرایط هیدرولیکی مؤثر بر توربین مورد استفاده قرار گیرد.
تماس با عطارد
لرزش شدید ناشی از زلزله در صورت استفاده از کنتاکتهای جیوهای، میتواند منجر به قطع اشتباه برای شروع خاموش کردن واحد شود. این امر را میتوان با تعیین کلیدهای جیوهای ضد لرزش یا در صورت لزوم با اضافه کردن رلههای زمانبندی، اجتناب کرد.
نتیجهگیری
(1) با در نظر گرفتن اندازه بزرگ واحد و تأثیر آن بر ظرفیت اضافی سیستم، صرفهجوییهای قابل توجهی در هزینه تجهیزات و سازه در نیروگاه دهار حاصل شد.
(2) هزینه ژنراتورها با اتخاذ طراحی چتری در ساخت کاهش یافت که اکنون به دلیل توسعه فولاد با کشش بالا برای پانچهای لبه روتور، برای ژنراتورهای آبی بزرگ با سرعت بالا امکانپذیر است.
(3) تهیه ژنراتورهای طبیعی با ضریب توان بالا پس از مطالعات دقیق منجر به صرفهجویی بیشتر در هزینه شد.
(4) به دلیل سیستم بزرگ به هم پیوسته، اثر چرخ طیار عادی قطعات چرخان ژنراتور در ایستگاه تنظیم فرکانس در دهار برای پایداری سیستم گاورنر توربین کافی در نظر گرفته شد.
(5) پارامترهای ویژه ژنراتورهای دوردست که شبکههای EHV را تغذیه میکنند، برای اطمینان از پایداری الکتریکی، میتوانند توسط سیستمهای تحریک استاتیک با پاسخ سریع برآورده شوند.
(6) سیستمهای تحریک استاتیک با عملکرد سریع میتوانند حاشیههای پایداری لازم را فراهم کنند. با این حال، چنین سیستمهایی برای دستیابی به پایداری پس از خطا به سیگنالهای بازخورد پایدارکننده نیاز دارند. مطالعات دقیق باید انجام شود.
(7) خود تحریکی و ناپایداری ولتاژ ژنراتورهای دوردست که توسط خطوط EHV طولانی به شبکه متصل شدهاند، را میتوان با افزایش ظرفیت شارژ خط ماشین با توسل به تحریک منفی و/یا با استفاده از راکتورهای شنت EHV متصل به طور دائم، جلوگیری کرد.
(8) میتوان در طراحی ژنراتورها و فونداسیونهای آنها تمهیداتی را برای ایجاد ایمنی در برابر نیروهای لرزهای با هزینههای کم در نظر گرفت.
پارامترهای اصلی ژنراتورهای دهار
نسبت اتصال کوتاه = ۱.۰۶
راکتانس گذرا، محور مستقیم = ۰.۲
اثر چرخ طیار = ۳۹.۵ × ۱۰۶ پوند فوت مربع
Xnq/Xnd بزرگتر از = ۱.۲ نیست
زمان ارسال: ۱۱ مه ۲۰۲۱
