Utjecaj zamašnjaka generatora i stabilnost sustava regulatora turbineUtjecaj zamašnjaka generatora i stabilnost sustava regulatora turbineUtjecaj zamašnjaka generatora i stabilnost sustava regulatora turbineUtjecaj zamašnjaka generatora i stabilnost sustava regulatora turbine
Veliki moderni hidrogeneratori imaju manju konstantu inercije i mogu se suočiti s problemima stabilnosti sustava upravljanja turbinom. To je zbog ponašanja vode u turbini, koja zbog svoje inercije uzrokuje hidraulički udar u tlačnim cijevima kada se aktiviraju regulacijski uređaji. To je općenito karakterizirano vremenskim konstantama hidrauličkog ubrzanja. U izoliranom radu, kada frekvenciju cijelog sustava određuje regulator turbine, hidraulički udar utječe na regulaciju brzine, a nestabilnost se pojavljuje kao oscilacija ili oscilacija frekvencije. Kod međusobno povezanog rada s velikim sustavom, frekvencija se u biti održava konstantnom pomoću potonjeg. Hidraulički udar tada utječe na snagu koja se dovodi u sustav, a problem stabilnosti nastaje samo kada se snaga regulira u zatvorenoj petlji, tj. u slučaju onih hidrogeneratora koji sudjeluju u regulaciji frekvencije.
Na stabilnost reduktora turbinskog regulatora uvelike utječe omjer vremenske konstante mehaničkog ubrzanja zbog vremenske konstante hidrauličkog ubrzanja vodenih masa i pojačanje regulatora. Smanjenje navedenog omjera ima destabilizirajući učinak i zahtijeva smanjenje pojačanja regulatora, što negativno utječe na stabilizaciju frekvencije. Sukladno tome, potreban je minimalni učinak zamašnjaka za rotirajuće dijelove hidroagregata, što se obično može osigurati samo u generatoru. Alternativno, vremenska konstanta mehaničkog ubrzanja mogla bi se smanjiti ugradnjom sigurnosnog ventila ili kompenzacijske posude itd., ali to je općenito vrlo skupo. Empirijski kriterij za sposobnost regulacije brzine hidrogeneratorske jedinice mogao bi se temeljiti na porastu brzine jedinice koji se može dogoditi odbacivanjem cijelog nazivnog opterećenja jedinice koja radi neovisno. Za energetske jedinice koje rade u velikim međusobno povezanim sustavima i koje moraju regulirati frekvenciju sustava, smatralo se da postotni indeks porasta brzine, kako je gore izračunat, ne prelazi 45 posto. Za manje sustave treba osigurati manji porast brzine (vidi Poglavlje 4).
Uzdužni presjek od ulaza do elektrane Dehar
(Izvor: Rad autora – 2. svjetski kongres, Međunarodno udruženje za vodne resurse 1979.) Za elektranu Dehar prikazan je hidraulički sustav tlačne vode koji povezuje uravnoteženi spremnik s energetskom jedinicom, a sastoji se od ulaza vode, tlačnog tunela, diferencijalnog spremnika i cjevovoda. Ograničavanje maksimalnog porasta tlaka u cjevovodima na 35 posto, procijenjeni maksimalni porast brzine jedinice nakon odbacivanja punog opterećenja izračunat je na oko 45 posto sa zatvaranjem regulatora.
vrijeme od 9,1 sekunde pri nazivnom tlaku od 282 m (925 ft) s normalnim efektom zamašnjaka rotirajućih dijelova generatora (tj. fiksirano samo na temelju razmatranja porasta temperature). U prvoj fazi rada utvrđeno je da porast brzine nije veći od 43 posto. Sukladno tome, smatrano je da je normalni efekt zamašnjaka dovoljan za regulaciju frekvencije sustava.
Parametri generatora i električna stabilnost
Parametri generatora koji utječu na stabilnost su efekt zamašnjaka, tranzijentna reaktancija i omjer kratkog spoja. U početnoj fazi razvoja 420 kV EHV sustava kao u Deharu, problemi stabilnosti mogu biti kritični zbog slabog sustava, niže razine kratkog spoja, rada s vodećim faktorom snage i potrebe za ekonomičnošću u osiguravanju prijenosnih priključaka i određivanju veličine i parametara proizvodnih jedinica. Preliminarne studije tranzijentne stabilnosti na analizatoru mreže (korištenjem konstantnog napona iza tranzijentne reaktancije) za Dehar EHV sustav također su pokazale da će se postići samo granična stabilnost. U ranoj fazi projektiranja elektrane Dehar smatralo se da je potrebno specificirati generatore s normalnim...
karakteristike i postizanje zahtjeva stabilnosti optimizacijom parametara drugih uključenih čimbenika, posebno onih sustava pobude, bila bi ekonomski jeftinija alternativa. U studiji britanskog sustava također je pokazano da promjena parametara generatora ima relativno mnogo manji utjecaj na granice stabilnosti. Sukladno tome, za generator su određeni normalni parametri generatora kako je navedeno u dodatku. Detaljne provedene studije stabilnosti dane su u nastavku.
Kapacitet punjenja i stabilnost napona
Udaljeno smješteni hidrogeneratori koji se koriste za punjenje dugih neopterećenih EV vodova čije je punjenje u kVA veći od kapaciteta punjenja stroja, mogu uzrokovati samouzbuđenje stroja, a napon nekontrolirano porasti. Uvjet za samouzbuđenje je xc < xd gdje je xc kapacitivna reaktancija opterećenja, a xd sinkrona reaktancija izravne osi. Kapacitet potreban za punjenje jednog neopterećenog voda od 420 kV E2 /xc do Panipata (prijemni kraj) bio je oko 150 MVAR-ova pri nazivnom naponu. U drugoj fazi, kada se instalira drugi vod od 420 kV ekvivalentne duljine, kapacitet punjenja voda potreban za istovremeno punjenje oba neopterećena voda pri nazivnom naponu bio bi oko 300 MVAR-ova.
Dostupan kapacitet punjenja mreže pri nazivnom naponu iz Dehar generatora, kako su naveli dobavljači opreme, bio je sljedeći:
(i) 70 posto nazivne MVA, tj. punjenje mreže od 121,8 MVAR moguće je s minimalnim pozitivnim pobuđivanjem od 10 posto.
(ii) Do 87 posto nazivnog MVA, tj. kapaciteta punjenja mreže od 139 MVAR, moguće je uz minimalno pozitivno pobuđivanje od 1 posto.
(iii) Do 100 posto nazivnog MVAR-a, tj. 173,8 kapaciteta punjenja mreže može se postići s približno 5 posto negativne pobude, a maksimalni kapacitet punjenja mreže koji se može postići s negativnom pobudom od 10 posto iznosi 110 posto nazivnog MVA (191 MVAR) prema BSS-u.
(iv) Daljnje povećanje kapaciteta punjenja linije moguće je samo povećanjem veličine stroja. U slučaju (ii) i (iii) ručno upravljanje uzbudom nije moguće i mora se u potpunosti osloniti na kontinuirani rad brzo djelujućih automatskih regulatora napona. Nije ni ekonomski isplativo ni poželjno povećavati veličinu stroja radi povećanja kapaciteta punjenja linije. Sukladno tome, uzimajući u obzir radne uvjete u prvoj fazi rada, odlučeno je osigurati kapacitet punjenja linije od 191 MVAR pri nazivnom naponu za generatore osiguravanjem negativne uzbude na generatorima. Kritično radno stanje koje uzrokuje nestabilnost napona može biti uzrokovano i isključenjem opterećenja na prijemnom kraju. Fenomen se javlja zbog kapacitivnog opterećenja stroja na koje dodatno negativno utječe porast brzine generatora. Samouzbuđenje i nestabilnost napona mogu se pojaviti ako...
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Gdje je Xc kapacitivna reaktancija opterećenja, Xq je sinkrona reaktancija kvadraturne osi, a n je maksimalno relativno prekoračenje brzine koje se javlja pri odbacivanju opterećenja. Predloženo je da se ovaj uvjet na Dehar generatoru izbjegne ugradnjom trajno spojene paralelne prigušnice od 400 kV EHV (75 MVA) na prijemnom kraju voda, prema detaljnim provedenim studijama.
Namotavanje prigušivača
Glavna funkcija prigušnog namota je njegova sposobnost sprječavanja prekomjernih prenapona u slučaju međufaznih kvarova s kapacitivnim opterećenjima, čime se smanjuje prenaponsko opterećenje opreme. Uzimajući u obzir udaljenu lokaciju i duge međusobno povezane dalekovode, specificirani su potpuno spojeni prigušni namoti s omjerom kvadraturne i reaktancije izravne osi Xnq/Xnd koji ne prelazi 1,2.
Karakteristika generatora i sustav uzbude
Nakon što su specificirani generatori s normalnim karakteristikama, a preliminarne studije su pokazale samo graničnu stabilnost, odlučeno je da se koristi oprema za statičku uzbudu velike brzine kako bi se poboljšale granice stabilnosti i postigao ukupno najekonomičniji raspored opreme. Detaljne studije provedene su kako bi se odredile optimalne karakteristike opreme za statičku uzbudu, a o tome se raspravlja u 10. poglavlju.
Seizmička razmatranja
Elektrana Dehar nalazi se u seizmičkoj zoni. Sljedeće odredbe u dizajnu hidrogeneratora u Deharu predložene su u konzultaciji s proizvođačima opreme, uzimajući u obzir seizmičke i geološke uvjete na lokaciji te izvješće Odbora stručnjaka za potrese Koyna, koji je osnovala Vlada Indije uz pomoć UNESCO-a.
Mehanička čvrstoća
Dehar generatori moraju biti projektirani tako da sigurno izdrže maksimalnu silu ubrzanja potresa u vertikalnom i horizontalnom smjeru koja se očekuje u Deharu, a djeluje u središtu stroja.
Prirodna frekvencija
Prirodna frekvencija stroja treba se držati daleko (više) od magnetske frekvencije od 100 Hz (dvostruka frekvencija generatora). Ova prirodna frekvencija bit će daleko od frekvencije potresa i provjeravat će se ima li odgovarajuća margina u odnosu na dominantnu frekvenciju potresa i kritičnu brzinu rotirajućeg sustava.
Nosač statora generatora
Temelji statora generatora i donjih aksijalnih i vodećih ležajeva sastoje se od nekoliko podložnih ploča. Potporne ploče su, osim u normalnom vertikalnom smjeru, pričvršćene za temelje i bočno, temeljnim vijcima.
Dizajn vodilice ležaja
Vodilice trebaju biti segmentnog tipa, a dijelovi vodilica trebaju biti ojačani kako bi izdržali punu silu potresa. Proizvođači nadalje preporučuju bočno povezivanje gornjeg nosača s bačvom (kućištem generatora) pomoću čeličnih nosača. To bi također značilo da bi betonska bačva morala biti ojačana.
Detekcija vibracija generatora
Preporučena je ugradnja detektora vibracija ili mjerača ekscentričnosti na turbine i generatore za pokretanje gašenja i alarma u slučaju da vibracije uzrokovane potresom premaše unaprijed određenu vrijednost. Ovaj uređaj može se koristiti i za otkrivanje bilo kakvih neuobičajenih vibracija jedinice zbog hidrauličkih uvjeta koji utječu na turbinu.
Merkurovi kontakti
Jako podrhtavanje uzrokovano potresom može rezultirati lažnim isključivanjem za pokretanje gašenja jedinice ako se koriste živini kontakti. To se može izbjeći specificiranjem živinih prekidača otpornih na vibracije ili, ako je potrebno, dodavanjem vremenskih releja.
Zaključci
(1) Značajne uštede u troškovima opreme i konstrukcije u elektrani Dehar postignute su primjenom velikih jedinica uzimajući u obzir veličinu mreže i njezin utjecaj na rezervni kapacitet sustava.
(2) Trošak generatora smanjen je primjenom krovnog dizajna konstrukcije koji je sada moguć za velike brze hidrogeneratore zahvaljujući razvoju visokonaponskog čelika za probijanje rubova rotora.
(3) Nabava prirodnih generatora s visokim faktorom snage nakon detaljnih studija rezultirala je daljnjim uštedama u troškovima.
(4) Normalni učinak zamašnjaka rotirajućih dijelova generatora u stanici za regulaciju frekvencije u Deharu smatran je dovoljnim za stabilnost sustava regulatora turbine zbog velikog međusobno povezanog sustava.
(5) Posebni parametri udaljenih generatora koji napajaju EHV mreže radi osiguranja električne stabilnosti mogu se zadovoljiti brzim odzivom statičkih uzbudnih sustava.
(6) Brzodjelujući statički sustavi uzbude mogu osigurati potrebne margine stabilnosti. Međutim, takvi sustavi zahtijevaju stabilizacijske povratne signale za postizanje stabilnosti nakon kvara. Treba provesti detaljna istraživanja.
(7) Samouzbuđivanje i nestabilnost napona udaljenih generatora međusobno povezanih s mrežom dugim visokonaponskim vodovima može se spriječiti povećanjem kapaciteta punjenja stroja pribjegavanjem negativnom uzbuđenju i/ili korištenjem trajno spojenih visokonaponskih paralelnih prigušnica.
(8) U projektiranju generatora i njihovih temelja mogu se predvidjeti mjere zaštite od seizmičkih sila uz male troškove.
Glavni parametri Dehar generatora
Omjer kratkog spoja = 1,06
Tranzijentna reaktancija izravne osi = 0,2
Učinak zamašnjaka = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd nije veći od = 1,2
Vrijeme objave: 11. svibnja 2021.
