Pengaruh Roda Gila Generator dan Stabilitas Sistem Pengatur TurbinPengaruh Roda Gila Generator dan Stabilitas Sistem Pengatur TurbinPengaruh Roda Gila Generator dan Stabilitas Sistem Pengatur TurbinPengaruh Roda Gila Generator dan Stabilitas Sistem Pengatur Turbin
Generator hidro modern yang besar memiliki konstanta inersia yang lebih kecil dan mungkin menghadapi masalah yang berkaitan dengan stabilitas sistem pengaturan turbin. Hal ini disebabkan oleh perilaku air turbin, yang karena inersianya menimbulkan palu air dalam pipa bertekanan saat perangkat kontrol dioperasikan. Hal ini secara umum dicirikan oleh konstanta waktu percepatan hidrolik. Dalam operasi terisolasi, ketika frekuensi seluruh sistem ditentukan oleh pengatur turbin, palu air memengaruhi pengaturan kecepatan dan ketidakstabilan muncul sebagai perburuan atau perubahan frekuensi. Untuk operasi yang saling berhubungan dengan sistem yang besar, frekuensi pada dasarnya dipertahankan konstan oleh yang terakhir. Palu air kemudian memengaruhi daya yang disalurkan ke sistem dan masalah stabilitas hanya muncul ketika daya dikontrol dalam loop tertutup, yaitu, dalam kasus generator hidro yang mengambil bagian dalam pengaturan frekuensi.
Stabilitas roda gigi pengatur turbin sangat dipengaruhi oleh rasio konstanta waktu percepatan mekanis akibat konstanta waktu percepatan hidrolik massa air dan oleh penguatan pengatur. Pengurangan rasio di atas memiliki efek destabilisasi dan memerlukan pengurangan penguatan pengatur, yang berdampak buruk pada stabilisasi frekuensi. Oleh karena itu, efek roda gila minimum untuk bagian yang berputar dari unit hidro diperlukan yang biasanya hanya dapat disediakan di generator. Sebagai alternatif, konstanta waktu percepatan mekanis dapat dikurangi dengan penyediaan katup pelepas tekanan atau tangki lonjakan, dll., tetapi umumnya sangat mahal. Kriteria empiris untuk kemampuan pengaturan kecepatan unit pembangkit hidro dapat didasarkan pada kenaikan kecepatan unit yang dapat terjadi pada penolakan seluruh beban terukur unit yang beroperasi secara independen. Untuk unit daya yang beroperasi dalam sistem interkoneksi besar dan yang diperlukan untuk mengatur frekuensi sistem, indeks kenaikan kecepatan persentase seperti yang dihitung di atas dianggap tidak melebihi 45 persen. Untuk sistem yang lebih kecil, kenaikan kecepatan yang lebih kecil dapat disediakan (Lihat Bab 4).
Bagian memanjang dari intake ke Pembangkit Listrik Dehar
(Sumber: Makalah oleh Penulis – Kongres Dunia ke-2, Asosiasi Sumber Daya Air Internasional 1979) Untuk Pembangkit Listrik Dehar, sistem air bertekanan hidrolik yang menghubungkan penyimpanan penyeimbang dengan unit daya yang terdiri dari intake air, terowongan tekanan, tangki lonjakan diferensial dan penstock ditunjukkan. Membatasi kenaikan tekanan maksimum di penstock hingga 35 persen estimasi kenaikan kecepatan maksimum unit setelah penolakan beban penuh bekerja hingga sekitar 45 persen dengan governor yang menutup
waktu 9,1 detik pada head terukur 282 m (925 kaki) dengan efek flywheel normal dari bagian generator yang berputar (yaitu, hanya ditetapkan berdasarkan pertimbangan kenaikan suhu). Pada tahap pertama operasi, kenaikan kecepatan ditemukan tidak lebih dari 43 persen. Oleh karena itu, dianggap bahwa efek flywheel normal memadai untuk mengatur frekuensi sistem.
Parameter Generator dan Stabilitas Listrik
Parameter generator yang memiliki pengaruh terhadap stabilitas adalah efek flywheel, reaktansi transien, dan rasio hubung singkat. Pada tahap awal pengembangan sistem EHV 420 kV seperti di Dehar, masalah stabilitas cenderung kritis karena sistem yang lemah, tingkat hubung singkat yang lebih rendah, operasi pada faktor daya terdepan, dan kebutuhan ekonomi dalam menyediakan outlet transmisi dan memperbaiki ukuran dan parameter unit pembangkit. Studi stabilitas transien awal pada penganalisa jaringan (menggunakan tegangan konstan di belakang reaktansi transien) untuk sistem EHV Dehar juga menunjukkan bahwa hanya stabilitas marjinal yang akan diperoleh. Pada tahap awal desain Pembangkit Listrik Dehar, dipertimbangkan untuk menentukan generator dengan normal
karakteristik dan pencapaian persyaratan stabilitas dengan mengoptimalkan parameter faktor lain yang terlibat terutama yang dari sistem eksitasi akan menjadi alternatif yang lebih murah secara ekonomi. Dalam sebuah studi Sistem Inggris juga ditunjukkan bahwa mengubah parameter generator memiliki efek yang jauh lebih sedikit pada margin stabilitas. Dengan demikian parameter generator normal seperti yang diberikan dalam lampiran ditentukan untuk generator. Studi stabilitas terperinci yang dilakukan diberikan
Kapasitas Pengisian Daya Saluran dan Stabilitas Tegangan
Generator hidro yang berlokasi jauh digunakan untuk mengisi daya saluran EHV panjang tanpa beban yang kVA pengisiannya lebih besar dari kapasitas pengisian saluran mesin, mesin dapat tereksitasi sendiri dan tegangan naik di luar kendali. Kondisi untuk eksitasi sendiri adalah xc < xd di mana, xc adalah reaktansi beban kapasitif dan xd adalah reaktansi sumbu langsung sinkron. Kapasitas yang diperlukan untuk mengisi daya satu saluran 420 kV tanpa beban E2 /xc hingga Panipat (ujung penerima) adalah sekitar 150 MVAR pada tegangan pengenal. Pada tahap kedua ketika saluran 420 kV kedua dengan panjang yang setara dipasang, kapasitas pengisian saluran yang diperlukan untuk mengisi daya kedua saluran tanpa beban secara bersamaan pada tegangan pengenal akan menjadi sekitar 300 MVAR.
Kapasitas pengisian daya listrik yang tersedia pada tegangan terukur dari generator Dehar sebagaimana dijelaskan oleh pemasok peralatan adalah sebagai berikut:
(i) 70 persen MVA terukur, yaitu pengisian daya saluran 121,8 MVAR dimungkinkan dengan eksitasi positif minimum 10 persen.
(ii) Hingga 87 persen dari MVA terukur, yaitu kapasitas pengisian daya saluran 139 MVAR dimungkinkan dengan eksitasi positif minimum 1 persen.
(iii) Hingga 100 persen dari MVAR terukur, yaitu kapasitas pengisian daya saluran 173,8 dapat diperoleh dengan eksitasi negatif sekitar 5 persen dan kapasitas pengisian daya saluran maksimum yang dapat diperoleh dengan eksitasi negatif 10 persen adalah 110 persen dari MVA terukur (191 MVAR) menurut BSS.
(iv)Peningkatan lebih lanjut dalam kapasitas pengisian daya saluran hanya dimungkinkan dengan meningkatkan ukuran mesin. Dalam kasus (ii) dan (iii) kontrol eksitasi secara manual tidak dimungkinkan dan ketergantungan penuh harus diletakkan pada operasi berkelanjutan dari regulator tegangan otomatis yang bekerja cepat. Tidak layak secara ekonomi maupun diinginkan untuk meningkatkan ukuran mesin untuk tujuan meningkatkan kapasitas pengisian daya saluran. Dengan demikian dengan mempertimbangkan kondisi operasi pada tahap pertama operasi, diputuskan untuk menyediakan kapasitas pengisian daya saluran sebesar 191 MVAR pada tegangan pengenal untuk generator dengan memberikan eksitasi negatif pada generator. Kondisi operasi kritis yang menyebabkan ketidakstabilan tegangan juga dapat disebabkan oleh pemutusan beban di ujung penerima. Fenomena tersebut terjadi karena pemuatan kapasitif pada mesin yang selanjutnya dipengaruhi secara negatif oleh kenaikan kecepatan generator. Eksitasi sendiri dan ketidakstabilan tegangan dapat terjadi jika.
xc ≤ n2 (xq + xt)
Di mana, Xc adalah reaktansi beban kapasitif, Xq adalah reaktansi sinkron sumbu kuadratur dan n adalah kecepatan relatif maksimum yang terjadi pada penolakan beban. Kondisi pada generator Dehar ini diusulkan untuk diatasi dengan menyediakan reaktor shunt EHV 400 kV yang terhubung secara permanen (75 MVA) di ujung penerima saluran sesuai dengan studi terperinci yang dilakukan.
Gulungan peredam
Fungsi utama lilitan peredam adalah kapasitasnya untuk mencegah tegangan berlebih yang berlebihan jika terjadi gangguan saluran ke saluran dengan beban kapasitif, sehingga mengurangi tegangan berlebih pada peralatan. Dengan mempertimbangkan lokasi yang jauh dan saluran transmisi yang saling terhubung, lilitan peredam yang terhubung penuh dengan rasio kuadratur dan reaktansi sumbu langsung Xnq/ Xnd tidak melebihi 1,2 telah ditetapkan.
Karakteristik Generator dan Sistem Eksitasi
Generator dengan karakteristik normal telah ditentukan dan studi pendahuluan hanya menunjukkan stabilitas marjinal, diputuskan bahwa peralatan eksitasi statis kecepatan tinggi digunakan untuk meningkatkan margin stabilitas sehingga mencapai pengaturan peralatan yang paling ekonomis secara keseluruhan. Studi terperinci dilakukan untuk menentukan karakteristik optimal peralatan eksitasi statis dan dibahas dalam bab 10.
Pertimbangan Seismik
Pembangkit Listrik Dehar berada di zona seismik. Ketentuan berikut dalam desain pembangkit listrik tenaga air di Dehar diusulkan setelah berkonsultasi dengan produsen peralatan dan mempertimbangkan kondisi seismik dan geologi di lokasi serta laporan Komite Ahli Gempa Bumi Koyna yang dibentuk oleh Pemerintah India dengan bantuan UNESCO.
Kekuatan Mekanik
Generator Dehar harus dirancang agar dapat menahan gaya percepatan gempa maksimum baik dalam arah vertikal maupun horizontal yang diperkirakan terjadi di Dehar yang bekerja di pusat mesin.
Frekuensi Alami
Frekuensi alami mesin harus dijaga jauh (lebih tinggi) dari frekuensi magnetik 100 Hz (dua kali frekuensi generator). Frekuensi alami ini akan jauh dari frekuensi gempa bumi dan diperiksa untuk margin yang memadai terhadap frekuensi gempa bumi yang dominan dan kecepatan kritis sistem berputar.
Dukungan stator generator
Fondasi stator generator dan pondasi dorong bawah serta pondasi pemandu terdiri dari sejumlah pelat sol. Pelat sol diikat ke fondasi secara lateral selain arah vertikal normal dengan baut fondasi.
Desain Bantalan Pemandu
Bantalan pemandu harus berjenis segmental dan bagian bantalan pemandu diperkuat untuk menahan gaya gempa penuh. Produsen selanjutnya merekomendasikan untuk mengikat braket atas secara lateral dengan laras (penutup generator) dengan menggunakan balok baja. Ini juga berarti bahwa laras beton pada gilirannya harus diperkuat.
Deteksi Getaran Generator
Pemasangan detektor getaran atau pengukur eksentrisitas pada turbin dan generator direkomendasikan untuk memulai penghentian dan alarm jika getaran akibat gempa bumi melebihi nilai yang telah ditentukan. Perangkat ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi getaran yang tidak biasa pada suatu unit karena kondisi hidrolik yang memengaruhi turbin.
Kontak Merkurius
Guncangan hebat akibat gempa bumi dapat mengakibatkan tripping palsu untuk memulai penghentian unit jika kontak merkuri digunakan. Hal ini dapat dihindari dengan menentukan sakelar merkuri jenis antigetar atau jika perlu dengan menambahkan relai pengaturan waktu.
Kesimpulan
(1) Penghematan yang signifikan terhadap biaya peralatan dan struktur di Pembangkit Listrik Dehar diperoleh dengan mengadopsi ukuran unit yang besar dengan mempertimbangkan ukuran jaringan dan pengaruhnya terhadap kapasitas cadangan sistem.
(2) Biaya generator dikurangi dengan mengadopsi desain konstruksi payung yang sekarang memungkinkan untuk generator hidro berkecepatan tinggi yang besar karena pengembangan baja berkekuatan tarik tinggi untuk pelubangan tepi rotor.
(3) Pengadaan generator faktor daya tinggi alami setelah studi rinci menghasilkan penghematan biaya lebih lanjut.
(4) Efek roda gila normal pada bagian berputar generator di stasiun pengatur frekuensi di Dehar dianggap cukup untuk stabilitas sistem pengatur turbin karena sistem saling berhubungan yang besar.
(5) Parameter khusus generator jarak jauh yang menyalurkan daya ke jaringan EHV guna memastikan kestabilan listrik dapat dipenuhi oleh sistem eksitasi statis respon cepat.
(6) Sistem eksitasi statis yang bekerja cepat dapat memberikan margin stabilitas yang diperlukan. Namun, sistem seperti itu memerlukan sinyal umpan balik yang menstabilkan untuk mencapai stabilitas pasca-kesalahan. Studi terperinci harus dilakukan.
(7) Eksitasi sendiri dan ketidakstabilan tegangan pada generator jarak jauh yang terhubung dengan jaringan melalui saluran EHV yang panjang dapat dicegah dengan meningkatkan kapasitas pengisian saluran mesin dengan menggunakan eksitasi negatif dan/atau dengan menggunakan reaktor shunt EHV yang terhubung secara permanen.
(8) Dalam desain generator dan pondasinya dapat dibuat ketentuan untuk memberikan perlindungan terhadap gaya seismik dengan biaya kecil.
Parameter Utama Generator Dehar
Rasio Hubungan Pendek = 1,06
Reaktansi Transien Sumbu Langsung = 0,2
Efek Roda Gila = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd tidak lebih besar dari = 1,2
Waktu posting: 11-Mei-2021
