જનરેટર ફ્લાયવ્હીલ અસર અને ટર્બાઇન ગવર્નર સિસ્ટમની સ્થિરતા

જનરેટર ફ્લાયવ્હીલ ટર્બાઇન ગવર્નર સિસ્ટમની અસર અને સ્થિરતા જનરેટર ફ્લાયવ્હીલ ટર્બાઇન ગવર્નર સિસ્ટમની અસર અને સ્થિરતા જનરેટર ફ્લાયવ્હીલ ટર્બાઇન ગવર્નર સિસ્ટમની અસર અને સ્થિરતા જનરેટર ફ્લાયવ્હીલ ટર્બાઇન ગવર્નર સિસ્ટમની અસર અને સ્થિરતા
મોટા આધુનિક હાઇડ્રો જનરેટરમાં જડતા સ્થિરાંક ઓછો હોય છે અને ટર્બાઇન ગવર્નિંગ સિસ્ટમની સ્થિરતા સંબંધિત સમસ્યાઓનો સામનો કરવો પડી શકે છે. આ ટર્બાઇન પાણીના વર્તનને કારણે છે, જે તેની જડતાને કારણે નિયંત્રણ ઉપકરણો ચલાવતી વખતે દબાણ પાઈપોમાં પાણીના હેમરને જન્મ આપે છે. આ સામાન્ય રીતે હાઇડ્રોલિક પ્રવેગક સમય સ્થિરાંકો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. આઇસોલેટેડ ઓપરેશનમાં, જ્યારે સમગ્ર સિસ્ટમની આવર્તન ટર્બાઇન ગવર્નર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, ત્યારે પાણીનો હેમર ગતિ શાસનને અસર કરે છે અને અસ્થિરતા શિકાર અથવા આવર્તન સ્વિંગિંગ તરીકે દેખાય છે. મોટી સિસ્ટમ સાથે એકબીજા સાથે જોડાયેલા ઓપરેશન માટે, આવર્તન મૂળભૂત રીતે પાછળથી સ્થિર રાખવામાં આવે છે. પછી પાણીનો હેમર સિસ્ટમને આપવામાં આવતી શક્તિને અસર કરે છે અને સ્થિરતાની સમસ્યા ફક્ત ત્યારે જ ઊભી થાય છે જ્યારે પાવર બંધ લૂપમાં નિયંત્રિત થાય છે, એટલે કે, તે હાઇડ્રો જનરેટરના કિસ્સામાં જે ફ્રીક્વન્સી નિયમનમાં ભાગ લે છે.

પાણીના જથ્થાના હાઇડ્રોલિક પ્રવેગ સમય સ્થિરાંકને કારણે યાંત્રિક પ્રવેગ સમય સ્થિરાંકના ગુણોત્તર અને ગવર્નરના ગેઇન દ્વારા ટર્બાઇન ગિયરની સ્થિરતા ખૂબ પ્રભાવિત થાય છે. ઉપરોક્ત ગુણોત્તરમાં ઘટાડો અસ્થિર અસર કરે છે અને ગવર્નર ગેઇનમાં ઘટાડો જરૂરી બનાવે છે, જે આવર્તન સ્થિરીકરણને પ્રતિકૂળ અસર કરે છે. તે મુજબ હાઇડ્રો યુનિટના ફરતા ભાગો માટે ન્યૂનતમ ફ્લાયવ્હીલ અસર જરૂરી છે જે સામાન્ય રીતે ફક્ત જનરેટરમાં જ પૂરી પાડી શકાય છે. વૈકલ્પિક રીતે યાંત્રિક પ્રવેગ સમય સ્થિરાંક દબાણ રાહત વાલ્વ અથવા સર્જ ટાંકી વગેરેની જોગવાઈ દ્વારા ઘટાડી શકાય છે, પરંતુ તે સામાન્ય રીતે ખૂબ ખર્ચાળ છે. હાઇડ્રો જનરેટિંગ યુનિટની ગતિ નિયમન ક્ષમતા માટેનો પ્રયોગમૂલક માપદંડ યુનિટના ગતિ વધારા પર આધારિત હોઈ શકે છે જે સ્વતંત્ર રીતે કાર્યરત યુનિટના સમગ્ર રેટેડ લોડના અસ્વીકાર પર થઈ શકે છે. મોટી ઇન્ટરકનેક્ટેડ સિસ્ટમોમાં કાર્યરત પાવર યુનિટ્સ માટે અને જે સિસ્ટમ આવર્તનને નિયંત્રિત કરવા માટે જરૂરી છે, ઉપર ગણતરી મુજબ ટકાવારી ગતિ વધારો સૂચકાંક 45 ટકાથી વધુ ન હોવાનું માનવામાં આવતું હતું. નાની સિસ્ટમો માટે ઓછી ગતિ વધારો પ્રદાન કરવામાં આવે છે (પ્રકરણ 4 જુઓ).

ઇન્ટેકથી દેહર પાવર પ્લાન્ટ સુધીનો રેખાંશ વિભાગ
(સ્ત્રોત: લેખક દ્વારા પેપર - બીજી વિશ્વ કોંગ્રેસ, આંતરરાષ્ટ્રીય જળ સંસાધન સંગઠન 1979) દેહર પાવર પ્લાન્ટ માટે, પાણીના સેવન, પ્રેશર ટનલ, ડિફરન્શિયલ સર્જ ટાંકી અને પેનસ્ટોક ધરાવતા પાવર યુનિટ સાથે સંતુલિત સંગ્રહને જોડતી હાઇડ્રોલિક પ્રેશર વોટર સિસ્ટમ બતાવવામાં આવી છે. પેનસ્ટોક્સમાં મહત્તમ દબાણમાં વધારો 35 ટકા સુધી મર્યાદિત કરીને, સંપૂર્ણ લોડ નકારવા પર યુનિટનો અંદાજિત મહત્તમ ગતિ વધારો ગવર્નર ક્લોઝિંગ સાથે લગભગ 45 ટકા સુધી કરવામાં આવ્યો હતો.
જનરેટરના ફરતા ભાગોના સામાન્ય ફ્લાયવ્હીલ અસર સાથે 282 મીટર (925 ફૂટ) ના રેટેડ હેડ પર 9.1 સેકન્ડનો સમય (એટલે ​​\u200b\u200bકે, ફક્ત તાપમાનમાં વધારો ધ્યાનમાં લેતા). કામગીરીના પ્રથમ તબક્કામાં ગતિ વધારો 43 ટકાથી વધુ ન હોવાનું જાણવા મળ્યું. તે મુજબ એવું માનવામાં આવ્યું હતું કે સિસ્ટમની આવર્તન નિયમન માટે સામાન્ય ફ્લાયવ્હીલ અસર પર્યાપ્ત છે.

જનરેટર પરિમાણો અને વિદ્યુત સ્થિરતા
સ્થિરતા પર અસર કરતા જનરેટર પરિમાણો ફ્લાયવ્હીલ અસર, ક્ષણિક પ્રતિક્રિયા અને શોર્ટ સર્કિટ ગુણોત્તર છે. દેહરમાં 420 kV EHV સિસ્ટમના વિકાસના પ્રારંભિક તબક્કામાં, નબળી સિસ્ટમ, નીચા શોર્ટ સર્કિટ સ્તર, અગ્રણી પાવર ફેક્ટર પર કામગીરી અને ટ્રાન્સમિશન આઉટલેટ્સ પૂરા પાડવામાં અને જનરેટિંગ યુનિટ્સના કદ અને પરિમાણોને ઠીક કરવામાં બચતની જરૂરિયાતને કારણે સ્થિરતાની સમસ્યાઓ ગંભીર બની શકે છે. દેહર EHV સિસ્ટમ માટે નેટવર્ક વિશ્લેષક (ક્ષણિક પ્રતિક્રિયા પાછળ સતત વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરીને) પર પ્રારંભિક ક્ષણિક સ્થિરતા અભ્યાસોએ પણ સૂચવ્યું હતું કે ફક્ત સીમાંત સ્થિરતા પ્રાપ્ત થશે. દેહર પાવર પ્લાન્ટની ડિઝાઇનના પ્રારંભિક તબક્કામાં એવું માનવામાં આવતું હતું કે સામાન્ય જનરેટરનો ઉલ્લેખ કરવો
ઉત્તેજના પ્રણાલીના અન્ય પરિબળોના પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને લાક્ષણિકતાઓ અને સ્થિરતાની જરૂરિયાતો પ્રાપ્ત કરવી એ આર્થિક રીતે સસ્તો વિકલ્પ હશે. બ્રિટિશ સિસ્ટમના અભ્યાસમાં પણ એવું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે જનરેટર પરિમાણો બદલવાથી સ્થિરતા માર્જિન પર તુલનાત્મક રીતે ઘણી ઓછી અસર પડે છે. તે મુજબ પરિશિષ્ટમાં આપેલા સામાન્ય જનરેટર પરિમાણો જનરેટર માટે સ્પષ્ટ કરવામાં આવ્યા હતા. હાથ ધરવામાં આવેલા વિગતવાર સ્થિરતા અભ્યાસો આપવામાં આવ્યા છે

લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા અને વોલ્ટેજ સ્થિરતા
દૂરસ્થ સ્થિત હાઇડ્રો જનરેટરનો ઉપયોગ લાંબી અનલોડ કરેલી EHV લાઇનોને ચાર્જ કરવા માટે થાય છે, જેની ચાર્જિંગ kVA મશીનની લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા કરતા વધુ હોય છે, મશીન સ્વ-ઉત્તેજિત થઈ શકે છે અને વોલ્ટેજ નિયંત્રણની બહાર વધી શકે છે. સ્વ-ઉત્તેજના માટેની સ્થિતિ એ છે કે xc < xd જ્યાં, xc કેપેસિટીવ લોડ રિએક્ટન્સ છે અને xd સિંક્રનસ ડાયરેક્ટ એક્સિસ રિએક્ટન્સ છે. પાણીપત (પ્રાપ્તિ અંત) સુધી એક સિંગલ 420 kV અનલોડ કરેલી લાઇન E2 /xc ચાર્જ કરવા માટે જરૂરી ક્ષમતા રેટેડ વોલ્ટેજ પર લગભગ 150 MVARs હતી. બીજા તબક્કામાં જ્યારે સમકક્ષ લંબાઈની બીજી 420 kV લાઇન ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે છે, ત્યારે રેટેડ વોલ્ટેજ પર બંને અનલોડ કરેલી લાઇનોને એકસાથે ચાર્જ કરવા માટે જરૂરી લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા લગભગ 300 MVARs હશે.

ઉપકરણોના સપ્લાયર્સ દ્વારા જણાવવામાં આવેલ દેહર જનરેટરમાંથી રેટેડ વોલ્ટેજ પર ઉપલબ્ધ લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા નીચે મુજબ હતી:
(i)70 ટકા રેટેડ MVA, એટલે કે, 121.8 MVAR લાઇન ચાર્જિંગ ઓછામાં ઓછા 10 ટકાના હકારાત્મક ઉત્તેજના સાથે શક્ય છે.
(ii) રેટેડ MVA ના 87 ટકા સુધી, એટલે કે, 139 MVAR લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા ઓછામાં ઓછી 1 ટકાના હકારાત્મક ઉત્તેજના સાથે શક્ય છે.
(iii) BSS અનુસાર, રેટેડ MVAR ના 100 ટકા સુધી, એટલે કે, 173.8 લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા લગભગ 5 ટકા નકારાત્મક ઉત્તેજના સાથે મેળવી શકાય છે અને 10 ટકા નકારાત્મક ઉત્તેજના સાથે મેળવી શકાય તેવી મહત્તમ લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા રેટેડ MVA (191 MVAR) ના 110 ટકા છે.
(iv) મશીનના કદમાં વધારો કરીને જ લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતામાં વધુ વધારો શક્ય છે. (ii) અને (iii) કિસ્સામાં ઉત્તેજનાના હાથથી નિયંત્રણ શક્ય નથી અને ઝડપી કાર્યકારી સ્વચાલિત વોલ્ટેજ નિયમનકારોના સતત સંચાલન પર સંપૂર્ણ નિર્ભરતા રાખવી પડે છે. લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા વધારવાના હેતુથી મશીનનું કદ વધારવું આર્થિક રીતે શક્ય નથી અને ઇચ્છનીય પણ નથી. તે મુજબ કામગીરીના પ્રથમ તબક્કામાં ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓને ધ્યાનમાં લેતા, જનરેટર પર નકારાત્મક ઉત્તેજના પ્રદાન કરીને જનરેટર માટે રેટેડ વોલ્ટેજ પર 191 MVARs ની લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા પ્રદાન કરવાનો નિર્ણય લેવામાં આવ્યો હતો. વોલ્ટેજ અસ્થિરતાનું કારણ બને તેવી ગંભીર ઓપરેટિંગ સ્થિતિ રીસીવિંગ એન્ડ પર લોડના ડિસ્કનેક્શનને કારણે પણ થઈ શકે છે. આ ઘટના મશીન પર કેપેસિટીવ લોડિંગને કારણે થાય છે જે જનરેટરની ગતિમાં વધારાથી વધુ પ્રતિકૂળ અસર કરે છે. સ્વ-ઉત્તેજના અને વોલ્ટેજ અસ્થિરતા આવી શકે છે જો.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
જ્યાં, Xc એ કેપેસિટીવ લોડ રિએક્ટન્સ છે, Xq એ ક્વાડ્રેચર એક્સિસ સિંક્રનસ રિએક્ટન્સ છે અને n એ લોડ રિજેક્શન પર થતી મહત્તમ રિલેટિવ ઓવરસ્પીડ છે. વિગતવાર અભ્યાસો અનુસાર, દેહર જનરેટર પર આ સ્થિતિને લાઇનના રીસીવિંગ એન્ડ પર કાયમી રીતે જોડાયેલ 400 kV EHV શંટ રિએક્ટર (75 MVA) પ્રદાન કરીને દૂર કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂકવામાં આવ્યો હતો.

ડેમ્પર વાઇન્ડિંગ
ડેમ્પર વિન્ડિંગનું મુખ્ય કાર્ય એ છે કે કેપેસિટીવ લોડ સાથે લાઇન ટુ લાઇન ફોલ્ટની સ્થિતિમાં વધુ પડતા ઓવર-વોલ્ટેજને અટકાવવાની તેની ક્ષમતા છે, જેનાથી સાધનો પર ઓવર-વોલ્ટેજ તણાવ ઓછો થાય છે. દૂરસ્થ સ્થાન અને લાંબી ઇન્ટરકનેક્ટિંગ ટ્રાન્સમિશન લાઇનોને ધ્યાનમાં લેતા, ક્વાડ્રેચર અને ડાયરેક્ટ એક્સિસ રિએક્ટન્સ Xnq/Xnd ના ગુણોત્તર સાથે સંપૂર્ણપણે જોડાયેલા ડેમ્પર વિન્ડિંગ્સનો ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો હતો જે 1.2 થી વધુ ન હોય.

જનરેટર લાક્ષણિકતા અને ઉત્તેજના સિસ્ટમ
સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ ધરાવતા જનરેટરનો ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો હતો અને પ્રારંભિક અભ્યાસોમાં માત્ર સીમાંત સ્થિરતા દર્શાવવામાં આવી હતી, તે નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું કે સ્થિરતા માર્જિન સુધારવા માટે હાઇ સ્પીડ સ્ટેટિક ઉત્તેજના સાધનોનો ઉપયોગ કરવામાં આવશે જેથી સાધનોની એકંદરે સૌથી વધુ આર્થિક વ્યવસ્થા પ્રાપ્ત કરી શકાય. સ્ટેટિક ઉત્તેજના સાધનોની શ્રેષ્ઠ લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરવા માટે વિગતવાર અભ્યાસ હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા અને પ્રકરણ 10 માં તેની ચર્ચા કરવામાં આવી હતી.

ભૂકંપની બાબતો
દેહર પાવર પ્લાન્ટ ભૂકંપ ઝોનમાં આવે છે. દેહર ખાતે હાઇડ્રો જનરેટર ડિઝાઇનમાં નીચેની જોગવાઈઓ સાધનોના ઉત્પાદકો સાથે પરામર્શ કરીને અને સ્થળ પરની ભૂકંપીય અને ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય પરિસ્થિતિઓ અને યુનેસ્કોની મદદથી ભારત સરકાર દ્વારા રચાયેલી કોયના ભૂકંપ નિષ્ણાતો સમિતિના અહેવાલને ધ્યાનમાં લઈને પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી હતી.

યાંત્રિક શક્તિ
દેહર જનરેટર એવી રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવે કે દેહરમાં મશીનના કેન્દ્રમાં કાર્યરત થઈને ઊભી અને આડી બંને દિશામાં અપેક્ષિત મહત્તમ ભૂકંપ પ્રવેગ બળનો સુરક્ષિત રીતે સામનો કરી શકાય.

કુદરતી આવર્તન
મશીનની કુદરતી આવૃત્તિ 100 હર્ટ્ઝ (જનરેટર આવૃત્તિ કરતાં બમણી) ની ચુંબકીય આવૃત્તિથી ઘણી દૂર (ઉચ્ચ) રાખવામાં આવશે. આ કુદરતી આવૃત્તિ ભૂકંપ આવૃત્તિથી ઘણી દૂર રાખવામાં આવશે અને ભૂકંપની મુખ્ય આવૃત્તિ અને ફરતી સિસ્ટમની મહત્વપૂર્ણ ગતિ સામે પૂરતા માર્જિન માટે તપાસવામાં આવશે.

જનરેટર સ્ટેટર સપોર્ટ
જનરેટર સ્ટેટર અને લોઅર થ્રસ્ટ અને ગાઇડ બેરિંગ ફાઉન્ડેશનમાં સંખ્યાબંધ સોલ પ્લેટો હોય છે. સોલ પ્લેટોને ફાઉન્ડેશન બોલ્ટ દ્વારા સામાન્ય ઊભી દિશા ઉપરાંત, બાજુની બાજુએ ફાઉન્ડેશન સાથે જોડવામાં આવે છે.

ગાઇડ બેરિંગ ડિઝાઇન
ગાઇડ બેરિંગ્સ સેગમેન્ટલ પ્રકારના હોવા જોઈએ અને ગાઇડ બેરિંગ ભાગોને ભૂકંપના સંપૂર્ણ બળનો સામનો કરવા માટે મજબૂત બનાવવા જોઈએ. ઉત્પાદકોએ સ્ટીલ ગર્ડર્સ દ્વારા ટોચના કૌંસને બેરલ (જનરેટર એન્ક્લોઝર) સાથે બાજુની બાજુએ બાંધવાની ભલામણ પણ કરી. આનો અર્થ એ પણ થશે કે કોંક્રિટ બેરલને પણ મજબૂત બનાવવું પડશે.

જનરેટરની કંપન શોધ
ભૂકંપને કારણે થતા કંપનો પૂર્વનિર્ધારિત મૂલ્ય કરતાં વધી જાય તો બંધ થવા અને એલાર્મ શરૂ કરવા માટે ટર્બાઇન અને જનરેટર પર વાઇબ્રેશન ડિટેક્ટર અથવા એક્સેન્ટ્રિસિટી મીટર ઇન્સ્ટોલ કરવાની ભલામણ કરવામાં આવી હતી. આ ઉપકરણનો ઉપયોગ ટર્બાઇનને અસર કરતી હાઇડ્રોલિક પરિસ્થિતિઓને કારણે યુનિટના કોઈપણ અસામાન્ય કંપનો શોધવા માટે પણ થઈ શકે છે.

બુધ સંપર્કો
જો પારાના સંપર્કોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે તો ભૂકંપને કારણે તીવ્ર ધ્રુજારી યુનિટને બંધ કરવા માટે ખોટી ટ્રિપિંગ તરફ દોરી શકે છે. એન્ટી-વાઇબ્રેશન પ્રકારના પારાના સ્વીચોનો ઉલ્લેખ કરીને અથવા જો જરૂરી જણાય તો ટાઇમિંગ રિલે ઉમેરીને આ ટાળી શકાય છે.

તારણો
(૧) ગ્રીડના કદ અને સિસ્ટમ સ્પેર ક્ષમતા પર તેના પ્રભાવને ધ્યાનમાં રાખીને મોટા યુનિટ કદને અપનાવીને દેહર પાવર પ્લાન્ટમાં સાધનો અને માળખાના ખર્ચમાં નોંધપાત્ર અર્થતંત્ર પ્રાપ્ત થયું.
(2) રોટર રિમ પંચિંગ માટે ઉચ્ચ ટેન્સાઇલ સ્ટીલના વિકાસને કારણે, બાંધકામની છત્રી ડિઝાઇન અપનાવીને જનરેટરની કિંમતમાં ઘટાડો થયો હતો, જે હવે મોટા હાઇ સ્પીડ હાઇડ્રો જનરેટર માટે શક્ય બન્યું છે.
(૩) વિગતવાર અભ્યાસ પછી કુદરતી ઉચ્ચ શક્તિ પરિબળ જનરેટરની ખરીદીના પરિણામે ખર્ચમાં વધુ બચત થઈ.
(૪) દેહર ખાતે ફ્રીક્વન્સી રેગ્યુલેટીંગ સ્ટેશન પર જનરેટરના ફરતા ભાગોનો સામાન્ય ફ્લાયવ્હીલ પ્રભાવ ટર્બાઇન ગવર્નર સિસ્ટમની સ્થિરતા માટે પૂરતો માનવામાં આવતો હતો કારણ કે તે મોટી એકબીજા સાથે જોડાયેલી સિસ્ટમ હતી.
(5) ઝડપી પ્રતિભાવ સ્થિર ઉત્તેજના પ્રણાલીઓ દ્વારા વિદ્યુત સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે EHV નેટવર્ક્સને ફીડ કરતા રિમોટ જનરેટરના ખાસ પરિમાણો પૂરા કરી શકાય છે.
(૬) ઝડપી કાર્ય કરતી સ્થિર ઉત્તેજના પ્રણાલીઓ જરૂરી સ્થિરતા માર્જિન પ્રદાન કરી શકે છે. જોકે, આવી પ્રણાલીઓને ફોલ્ટ પછીની સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરવા માટે સ્થિર ફીડ બેક સિગ્નલોની જરૂર પડે છે. વિગતવાર અભ્યાસ હાથ ધરવા જોઈએ.
(૭) લાંબી EHV લાઇનો દ્વારા ગ્રીડ સાથે જોડાયેલા રિમોટ જનરેટરોની સ્વ-ઉત્તેજના અને વોલ્ટેજ અસ્થિરતાને નકારાત્મક ઉત્તેજનાનો આશરો લઈને અને/અથવા કાયમી રીતે જોડાયેલા EHV શંટ રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરીને મશીનની લાઇન ચાર્જિંગ ક્ષમતા વધારીને અટકાવી શકાય છે.
(૮) જનરેટરની ડિઝાઇન અને તેના પાયામાં નાના ખર્ચે ભૂકંપીય બળો સામે રક્ષણ પૂરું પાડવા માટે જોગવાઈઓ કરી શકાય છે.

દેહર જનરેટરના મુખ્ય પરિમાણો
શોર્ટ સર્કિટ રેશિયો = 1.06
ક્ષણિક પ્રતિક્રિયા પ્રત્યક્ષ ધરી = 0.2
ફ્લાયવ્હીલ ઇફેક્ટ = 39.5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd = 1.2 કરતા વધારે નહીં