जेनरेटर फ्लाईव्हील प्रभाव और टर्बाइन गवर्नर सिस्टम की स्थिरता

जेनरेटर फ्लाईव्हील प्रभाव और टरबाइन गवर्नर सिस्टम की स्थिरता जेनरेटर फ्लाईव्हील प्रभाव और टरबाइन गवर्नर सिस्टम की स्थिरता जेनरेटर फ्लाईव्हील प्रभाव और टरबाइन गवर्नर सिस्टम की स्थिरता जेनरेटर फ्लाईव्हील प्रभाव और टरबाइन गवर्नर सिस्टम की स्थिरता
बड़े आधुनिक हाइड्रो जनरेटर में जड़त्व स्थिरांक कम होता है और टरबाइन गवर्निंग सिस्टम की स्थिरता से संबंधित समस्याओं का सामना करना पड़ सकता है। यह टरबाइन के पानी के व्यवहार के कारण होता है, जो अपने जड़त्व के कारण नियंत्रण उपकरणों के संचालन के दौरान दबाव पाइपों में वाटर हैमर को जन्म देता है। यह आम तौर पर हाइड्रोलिक त्वरण समय स्थिरांक द्वारा विशेषता है। पृथक संचालन में, जब पूरे सिस्टम की आवृत्ति टरबाइन गवर्नर द्वारा निर्धारित की जाती है, तो वाटर हैमर गति नियंत्रण को प्रभावित करता है और अस्थिरता हंटिंग या आवृत्ति स्विंगिंग के रूप में दिखाई देती है। एक बड़े सिस्टम के साथ परस्पर संचालन के लिए आवृत्ति अनिवार्य रूप से बाद में स्थिर रखी जाती है। वाटर हैमर तब सिस्टम को दी जाने वाली शक्ति को प्रभावित करता है और स्थिरता की समस्या केवल तब उत्पन्न होती है जब बिजली को बंद लूप में नियंत्रित किया जाता है, यानी, उन हाइड्रो जनरेटर के मामले में जो आवृत्ति विनियमन में भाग लेते हैं।

​टरबाइन गवर्नर गियर की स्थिरता जल द्रव्यमान के हाइड्रोलिक त्वरण समय स्थिरांक के कारण यांत्रिक त्वरण समय स्थिरांक के अनुपात और गवर्नर के लाभ से बहुत प्रभावित होती है। उपरोक्त अनुपात में कमी से अस्थिर प्रभाव पड़ता है और गवर्नर लाभ में कमी की आवश्यकता होती है, जो आवृत्ति स्थिरीकरण को प्रतिकूल रूप से प्रभावित करता है। तदनुसार हाइड्रो यूनिट के घूमने वाले भागों के लिए एक न्यूनतम फ्लाईव्हील प्रभाव आवश्यक है जो सामान्य रूप से केवल जनरेटर में ही प्रदान किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से यांत्रिक त्वरण समय स्थिरांक को दबाव राहत वाल्व या सर्ज टैंक आदि के प्रावधान द्वारा कम किया जा सकता है, लेकिन यह आम तौर पर बहुत महंगा होता है। हाइड्रो जनरेटिंग यूनिट की गति विनियमन क्षमता के लिए एक अनुभवजन्य मानदंड यूनिट की गति वृद्धि पर आधारित हो सकता है जो स्वतंत्र रूप से संचालित यूनिट के पूरे रेटेड लोड को अस्वीकार करने पर हो सकता है। बड़े इंटरकनेक्टेड सिस्टम में काम करने वाली बिजली इकाइयों के लिए और जिन्हें सिस्टम आवृत्ति को विनियमित करने की आवश्यकता होती है, ऊपर गणना की गई प्रतिशत गति वृद्धि सूचकांक को 45 प्रतिशत से अधिक नहीं माना जाता था। छोटी प्रणालियों के लिए छोटी गति वृद्धि प्रदान की जानी चाहिए (अध्याय 4 देखें)।

इनटेक से देहर पावर प्लांट तक अनुदैर्ध्य खंड
(स्रोत: लेखक द्वारा पेपर - द्वितीय विश्व कांग्रेस, अंतर्राष्ट्रीय जल संसाधन संघ 1979) देहर पावर प्लांट के लिए, संतुलन भंडारण को पावर यूनिट से जोड़ने वाली हाइड्रोलिक प्रेशर वाटर सिस्टम जिसमें पानी का सेवन, प्रेशर टनल, डिफरेंशियल सर्ज टैंक और पेनस्टॉक शामिल हैं, दिखाया गया है। पेनस्टॉक में अधिकतम दबाव वृद्धि को 35 प्रतिशत तक सीमित करते हुए, पूर्ण भार के अस्वीकृति पर यूनिट की अनुमानित अधिकतम गति वृद्धि लगभग 45 प्रतिशत पर काम करती है, जिसमें गवर्नर बंद होता है।
जनरेटर के घूमने वाले भागों के सामान्य फ्लाईव्हील प्रभाव के साथ 282 मीटर (925 फीट) के रेटेड हेड पर 9.1 सेकंड का समय (यानी, केवल तापमान वृद्धि के विचारों पर तय किया गया)। संचालन के पहले चरण में गति वृद्धि 43 प्रतिशत से अधिक नहीं पाई गई। तदनुसार यह माना गया कि सिस्टम की आवृत्ति को विनियमित करने के लिए सामान्य फ्लाईव्हील प्रभाव पर्याप्त है।

जनरेटर पैरामीटर और विद्युत स्थिरता
जनरेटर पैरामीटर जो स्थिरता पर असर डालते हैं वे हैं फ्लाईव्हील प्रभाव, क्षणिक प्रतिक्रिया और शॉर्ट सर्किट अनुपात। देहर में 420 केवी ईएचवी प्रणाली के विकास के प्रारंभिक चरण में स्थिरता की समस्याएं कमजोर प्रणाली, कम शॉर्ट सर्किट स्तर, अग्रणी पावर फैक्टर पर संचालन और ट्रांसमिशन आउटलेट प्रदान करने और जनरेटिंग इकाइयों के आकार और मापदंडों को तय करने में अर्थव्यवस्था की आवश्यकता के कारण गंभीर होने की संभावना है। देहर ईएचवी प्रणाली के लिए नेटवर्क विश्लेषक (क्षणिक प्रतिक्रिया के पीछे निरंतर वोल्टेज का उपयोग करके) पर प्रारंभिक क्षणिक स्थिरता अध्ययन ने भी संकेत दिया कि केवल मामूली स्थिरता प्राप्त होगी। देहर पावर प्लांट के डिजाइन के शुरुआती चरण में यह माना जाता था कि सामान्य के साथ जनरेटर निर्दिष्ट करना
विशेषताओं और अन्य कारकों के मापदंडों को अनुकूलित करके स्थिरता की आवश्यकताओं को प्राप्त करना, विशेष रूप से उत्तेजना प्रणाली के मापदंडों को अनुकूलित करके आर्थिक रूप से सस्ता विकल्प होगा। ब्रिटिश सिस्टम के एक अध्ययन में यह भी दिखाया गया था कि जनरेटर के मापदंडों को बदलने से स्थिरता मार्जिन पर तुलनात्मक रूप से बहुत कम प्रभाव पड़ता है। तदनुसार, परिशिष्ट में दिए गए सामान्य जनरेटर मापदंडों को जनरेटर के लिए निर्दिष्ट किया गया था। किए गए विस्तृत स्थिरता अध्ययन नीचे दिए गए हैं

लाइन चार्जिंग क्षमता और वोल्टेज स्थिरता
दूर स्थित हाइड्रो जनरेटर का उपयोग लंबी अनलोडेड ईएचवी लाइनों को चार्ज करने के लिए किया जाता है, जिनकी चार्जिंग केवीए मशीन की लाइन चार्जिंग क्षमता से अधिक होती है, मशीन स्वयं उत्तेजित हो सकती है और वोल्टेज नियंत्रण से परे बढ़ सकता है। स्व-उत्तेजना के लिए शर्त यह है कि xc < xd जहां, xc कैपेसिटिव लोड रिएक्टेंस है और xd सिंक्रोनस डायरेक्ट एक्सिस रिएक्टेंस है। पानीपत (रिसीविंग एंड) तक एक सिंगल 420 kV अनलोडेड लाइन E2 /xc को चार्ज करने के लिए रेटेड वोल्टेज पर लगभग 150 MVARs की आवश्यकता थी। दूसरे चरण में जब समतुल्य लंबाई की दूसरी 420 kV लाइन स्थापित की जाती है, तो रेटेड वोल्टेज पर दोनों अनलोडेड लाइनों को एक साथ चार्ज करने के लिए आवश्यक लाइन चार्जिंग क्षमता लगभग 300 MVARs होगी।

उपकरण के आपूर्तिकर्ताओं द्वारा सूचित की गई देहर जनरेटर से रेटेड वोल्टेज पर उपलब्ध लाइन चार्जिंग क्षमता निम्नानुसार थी:
(i) 70 प्रतिशत रेटेड एमवीए, यानी 121.8 एमवीएआर लाइन चार्जिंग 10 प्रतिशत की न्यूनतम सकारात्मक उत्तेजना के साथ संभव है।
(ii) 1 प्रतिशत की न्यूनतम सकारात्मक उत्तेजना के साथ रेटेड एमवीए का 87 प्रतिशत, यानी 139 एमवीएआर लाइन चार्जिंग क्षमता संभव है।
(iii) रेटेड एमवीएआर का 100 प्रतिशत तक, अर्थात, 173.8 लाइन चार्जिंग क्षमता लगभग 5 प्रतिशत नकारात्मक उत्तेजना के साथ प्राप्त की जा सकती है और अधिकतम लाइन चार्जिंग क्षमता जो 10 प्रतिशत के नकारात्मक उत्तेजना के साथ प्राप्त की जा सकती है, बीएसएस के अनुसार रेटेड एमवीए (191 एमवीएआर) का 110 प्रतिशत है।
(iv)लाइन चार्जिंग क्षमताओं में और वृद्धि केवल मशीन का आकार बढ़ाकर ही संभव है। (ii) और (iii) के मामले में उत्तेजना का हाथ से नियंत्रण संभव नहीं है और त्वरित अभिनय वाले स्वचालित वोल्टेज नियामकों के निरंतर संचालन पर पूरी निर्भरता रखनी होगी। लाइन चार्जिंग क्षमताओं को बढ़ाने के उद्देश्य से मशीन का आकार बढ़ाना न तो आर्थिक रूप से व्यवहार्य है और न ही वांछनीय है। तदनुसार संचालन के पहले चरण में परिचालन स्थितियों को ध्यान में रखते हुए जनरेटर पर नकारात्मक उत्तेजना प्रदान करके जनरेटर के लिए रेटेड वोल्टेज पर 191 एमवीएआर की लाइन चार्जिंग क्षमता प्रदान करने का निर्णय लिया गया था। वोल्टेज अस्थिरता पैदा करने वाली गंभीर परिचालन स्थिति प्राप्त करने वाले छोर पर लोड के डिस्कनेक्शन के कारण भी हो सकती है। यह घटना मशीन पर कैपेसिटिव लोडिंग के कारण होती है

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
जहाँ, Xc कैपेसिटिव लोड रिएक्टेंस है, Xq क्वाडरेचर एक्सिस सिंक्रोनस रिएक्टेंस है और n लोड रिजेक्शन पर होने वाली अधिकतम सापेक्ष ओवर स्पीड है। विस्तृत अध्ययनों के अनुसार लाइन के रिसीविंग एंड पर स्थायी रूप से जुड़े 400 kV EHV शंट रिएक्टर (75 MVA) प्रदान करके देहर जनरेटर पर इस स्थिति को समाप्त करने का प्रस्ताव किया गया था।

डैम्पर वाइंडिंग
डैम्पर वाइंडिंग का मुख्य कार्य कैपेसिटिव लोड के साथ लाइन से लाइन फॉल्ट की स्थिति में अत्यधिक ओवर-वोल्टेज को रोकने की क्षमता है, जिससे उपकरण पर ओवर-वोल्टेज तनाव कम होता है। दूरस्थ स्थान और लंबी इंटरकनेक्टिंग ट्रांसमिशन लाइनों को ध्यान में रखते हुए क्वाडरेचर और डायरेक्ट एक्सिस रिएक्टेंस Xnq/ Xnd के अनुपात के साथ पूरी तरह से जुड़े हुए डैम्पर वाइंडिंग को 1.2 से अधिक नहीं निर्दिष्ट किया गया था।

जनरेटर विशेषता और उत्तेजना प्रणाली
सामान्य विशेषताओं वाले जनरेटर निर्दिष्ट किए जाने और प्रारंभिक अध्ययनों से केवल सीमांत स्थिरता का संकेत मिलने के बाद, यह निर्णय लिया गया कि स्थिरता मार्जिन में सुधार के लिए उच्च गति वाले स्थैतिक उत्तेजना उपकरण का उपयोग किया जाए ताकि उपकरणों की समग्र रूप से सबसे किफायती व्यवस्था प्राप्त की जा सके। स्थैतिक उत्तेजना उपकरण की इष्टतम विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए विस्तृत अध्ययन किए गए और अध्याय 10 में चर्चा की गई।

भूकंपीय विचार
देहर पावर प्लांट भूकंपीय क्षेत्र में आता है। देहर में हाइड्रो जनरेटर डिजाइन में निम्नलिखित प्रावधान उपकरण निर्माताओं के परामर्श से और साइट पर भूकंपीय और भूवैज्ञानिक स्थितियों और यूनेस्को की मदद से भारत सरकार द्वारा गठित कोयना भूकंप विशेषज्ञ समिति की रिपोर्ट को ध्यान में रखते हुए प्रस्तावित किए गए थे।

यांत्रिक शक्ति
देहर जनरेटर को मशीन के केंद्र में कार्यरत देहर से अपेक्षित ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज दोनों दिशाओं में अधिकतम भूकंप त्वरण बल को सुरक्षित रूप से झेलने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए।

प्राकृतिक आवृत्ति
मशीन की प्राकृतिक आवृत्ति को 100 हर्ट्ज़ (जनरेटर आवृत्ति से दुगुनी) की चुंबकीय आवृत्ति से काफी दूर (अधिक) रखा जाना चाहिए। यह प्राकृतिक आवृत्ति भूकंप की आवृत्ति से बहुत दूर होगी और भूकंप की प्रमुख आवृत्ति और घूर्णन प्रणाली की महत्वपूर्ण गति के विरुद्ध पर्याप्त मार्जिन के लिए जाँच की जाएगी।

जेनरेटर स्टेटर समर्थन
जनरेटर स्टेटर और निचले थ्रस्ट और गाइड बेयरिंग की नींव में कई सोल प्लेट शामिल हैं। सोल प्लेट को फाउंडेशन बोल्ट द्वारा सामान्य ऊर्ध्वाधर दिशा के अलावा पार्श्व दिशा में भी फाउंडेशन से बांधा जाता है।

गाइड बेयरिंग डिजाइन
गाइड बियरिंग सेगमेंटल प्रकार की होनी चाहिए और गाइड बियरिंग भागों को भूकंप के पूरे बल को झेलने के लिए मजबूत किया जाना चाहिए। निर्माताओं ने आगे स्टील गर्डरों के माध्यम से बैरल (जनरेटर संलग्नक) के साथ शीर्ष ब्रैकेट को पार्श्व रूप से बांधने की सिफारिश की। इसका मतलब यह भी होगा कि बदले में कंक्रीट बैरल को मजबूत करना होगा।

जनरेटरों का कंपन पता लगाना
भूकंप के कारण कंपन पूर्व निर्धारित मान से अधिक होने पर शटडाउन और अलार्म शुरू करने के लिए टर्बाइनों और जनरेटरों पर कंपन डिटेक्टर या एक्सेंट्रिसिटी मीटर लगाने की सिफारिश की गई थी। इस उपकरण का उपयोग टर्बाइन को प्रभावित करने वाली हाइड्रोलिक स्थितियों के कारण किसी इकाई के किसी भी असामान्य कंपन का पता लगाने में भी किया जा सकता है।

मर्करी संपर्क
यदि पारा संपर्कों का उपयोग किया जाता है, तो भूकंप के कारण होने वाले तीव्र झटकों के कारण यूनिट को बंद करने के लिए गलत ट्रिपिंग हो सकती है। इसे या तो कंपन-रोधी प्रकार के पारा स्विच निर्दिष्ट करके या यदि आवश्यक हो तो टाइमिंग रिले जोड़कर टाला जा सकता है।

निष्कर्ष
(1) ग्रिड के आकार और सिस्टम की अतिरिक्त क्षमता पर इसके प्रभाव को ध्यान में रखते हुए बड़ी इकाई आकार को अपनाकर देहर पावर प्लांट में उपकरण और संरचना की लागत में पर्याप्त बचत प्राप्त की गई।
(2) निर्माण की अम्ब्रेला डिजाइन को अपनाकर जनरेटर की लागत को कम किया गया, जो अब रोटर रिम पंचिंग के लिए उच्च तन्यता वाले स्टील के विकास के कारण बड़े उच्च गति वाले हाइड्रो जनरेटर के लिए संभव है।
(3) विस्तृत अध्ययन के बाद प्राकृतिक उच्च शक्ति कारक जनरेटर की खरीद से लागत में और अधिक बचत हुई।
(4) देहर में आवृत्ति विनियमन स्टेशन पर जनरेटर के घूर्णन भागों के सामान्य फ्लाईव्हील प्रभाव को बड़े अंतर्सम्बद्ध प्रणाली के कारण टरबाइन गवर्नर प्रणाली की स्थिरता के लिए पर्याप्त माना गया।
(5) विद्युत स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए ईएचवी नेटवर्क को खिलाने वाले दूरस्थ जनरेटर के विशेष मापदंडों को तेज प्रतिक्रिया स्थैतिक उत्तेजना प्रणालियों द्वारा पूरा किया जा सकता है।
(6) तेजी से काम करने वाली स्थैतिक उत्तेजना प्रणालियाँ आवश्यक स्थिरता मार्जिन प्रदान कर सकती हैं। हालाँकि, ऐसी प्रणालियों को पोस्ट फॉल्ट स्थिरता प्राप्त करने के लिए स्थिर फ़ीड बैक सिग्नल की आवश्यकता होती है। विस्तृत अध्ययन किए जाने चाहिए।
(7) लंबी ईएचवी लाइनों द्वारा ग्रिड से जुड़े दूरस्थ जनरेटरों की स्व-उत्तेजना और वोल्टेज अस्थिरता को नकारात्मक उत्तेजना का सहारा लेकर और/या स्थायी रूप से जुड़े ईएचवी शंट रिएक्टरों को नियोजित करके मशीन की लाइन चार्जिंग क्षमता को बढ़ाकर रोका जा सकता है।
(8) जनरेटर और उसकी नींव के डिजाइन में कम लागत पर भूकंपीय ताकतों के खिलाफ सुरक्षा प्रदान करने के प्रावधान किए जा सकते हैं।

देहर जेनरेटर के मुख्य पैरामीटर
शॉर्ट सर्किट अनुपात = 1.06
क्षणिक प्रतिक्रिया प्रत्यक्ष अक्ष = 0.2
फ्लाईव्हील प्रभाव = 39.5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd = 1.2 से अधिक नहीं