Efek Roda Gila Generator dan Stabilitas Sistem Gubernur Turbin

Efek Roda Gila Generator dan Stabilitas Sistem Gubernur turbin Efek Roda Gila Generator dan Stabilitas Sistem Gubernur turbin Efek Roda Gila Generator dan Stabilitas Sistem Gubernur turbin Efek Roda Gila Generator dan Stabilitas Sistem Gubernur turbin
Pembangkit hidro modern yang besar memiliki konstanta inersia yang lebih kecil dan mungkin menghadapi masalah mengenai stabilitas sistem pengaturan turbin.Hal ini disebabkan oleh perilaku air turbin, yang karena inersianya menimbulkan palu air di pipa tekanan ketika 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 mempengaruhi pengaturan kecepatan dan ketidakstabilan muncul sebagai perburuan atau ayunan frekuensi.Untuk operasi interkoneksi dengan sistem yang besar, frekuensi pada dasarnya dijaga konstan oleh yang belakangan.Palu air kemudian mempengaruhi daya yang diumpankan ke sistem dan masalah stabilitas hanya muncul ketika daya dikendalikan dalam loop tertutup, yaitu, dalam hal pembangkit listrik tenaga air yang mengambil bagian dalam pengaturan frekuensi.

Kestabilan gigi governor turbin sangat dipengaruhi oleh rasio konstanta waktu percepatan mekanik karena konstanta waktu percepatan hidrolik massa air dan gain dari governor.Pengurangan rasio di atas memiliki efek destabilisasi dan memerlukan pengurangan gain governor, yang berdampak buruk pada stabilisasi frekuensi.Oleh karena itu, efek roda gila minimum untuk memutar bagian 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 tenaga air dapat didasarkan pada kenaikan kecepatan unit yang mungkin terjadi pada penolakan seluruh beban pengenal unit yang beroperasi secara independen.Untuk unit daya yang beroperasi dalam sistem interkoneksi besar dan yang diperlukan untuk mengatur frekuensi sistem, persentase indeks kenaikan kecepatan seperti yang dihitung di atas dianggap tidak melebihi 45 persen.Untuk sistem yang lebih kecil, kenaikan kecepatan yang lebih kecil 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 pemasukan air, terowongan tekanan, tangki lonjakan diferensial dan penstock ditampilkan .Membatasi kenaikan tekanan maksimum di penstock hingga 35 persen perkiraan kenaikan kecepatan maksimum unit setelah penolakan beban penuh dilakukan hingga sekitar 45 persen dengan penutupan governor
waktu 9,1 detik pada ketinggian pengenal 282 m (925 kaki) dengan efek roda gila normal dari bagian generator yang berputar (yaitu, tetap pada pertimbangan kenaikan suhu saja).Pada tahap pertama operasi, kenaikan kecepatan ditemukan tidak lebih dari 43 persen.Oleh karena itu dianggap bahwa efek roda gila yang normal cukup untuk mengatur frekuensi sistem.

Parameter Generator dan Stabilitas Listrik
Parameter generator yang berpengaruh terhadap stabilitas adalah flywheel effect, reaktansi transien dan rasio hubung singkat.Pada tahap awal pengembangan sistem EHV 420 kV seperti di Dehar, masalah stabilitas dapat menjadi kritis karena sistem yang lemah, tingkat hubung singkat yang lebih rendah, operasi pada faktor daya terdepan, dan kebutuhan ekonomi dalam menyediakan outlet transmisi dan ukuran pemasangan dan parameter unit pembangkit.Studi stabilitas transien awal pada penganalisis 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 PLTU Dehar dipertimbangkan untuk menentukan generator dengan normal
karakteristik dan mencapai persyaratan stabilitas dengan mengoptimalkan parameter faktor lain yang terlibat terutama sistem eksitasi akan menjadi alternatif yang lebih murah secara ekonomi.Dalam studi tentang Sistem Inggris juga ditunjukkan bahwa mengubah parameter generator secara komparatif memiliki efek yang jauh lebih kecil pada margin stabilitas.Dengan demikian parameter generator normal seperti yang diberikan dalam lampiran ditentukan untuk generator.Studi stabilitas terperinci yang dilakukan diberikan

Kapasitas Pengisian Saluran dan Stabilitas Tegangan
Pembangkit listrik tenaga air yang terletak jauh digunakan untuk mengisi saluran EHV panjang yang tidak berbeban yang pengisian kVAnya melebihi kapasitas pengisian saluran mesin, mesin dapat menjadi tereksitasi sendiri dan tegangan naik di luar kendali.Kondisi untuk eksitasi sendiri adalah bahwa xc < xd dimana, xc adalah reaktansi beban kapasitif dan xd adalah reaktansi sumbu langsung sinkron.Kapasitas yang dibutuhkan untuk mengisi satu saluran tunggal 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 kedua saluran yang tidak berbeban secara bersamaan pada tegangan pengenal akan menjadi sekitar 300 MVAR.

Kapasitas pengisian saluran yang tersedia pada tegangan pengenal dari generator Dehar seperti yang ditunjukkan oleh pemasok peralatan adalah sebagai berikut:
(i) 70 persen nilai MVA, yaitu, 121,8 pengisian saluran MVAR dimungkinkan dengan eksitasi positif minimum 10 persen.
(ii) Hingga 87 persen dari nilai MVA, yaitu, kapasitas pengisian saluran 139 MVAR dimungkinkan dengan eksitasi positif minimum 1 persen.
(iii) Hingga 100 persen dari nilai MVAR, yaitu, 173,8 kapasitas pengisian saluran dapat diperoleh dengan sekitar 5 persen eksitasi negatif dan kapasitas pengisian saluran maksimum yang dapat diperoleh dengan eksitasi negatif 10 persen adalah 110 persen dari nilai MVA (191 MVAR ) menurut BSS.
(iv) Peningkatan lebih lanjut dalam kapasitas pengisian saluran hanya dimungkinkan dengan meningkatkan ukuran mesin.Dalam kasus (ii) dan (iii) kontrol eksitasi tangan tidak mungkin dan ketergantungan penuh harus ditempatkan pada operasi terus menerus dari regulator tegangan otomatis kerja cepat.Tidaklah layak secara ekonomi atau tidak diinginkan untuk meningkatkan ukuran mesin untuk tujuan meningkatkan kapasitas pengisian saluran.Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan kondisi operasi pada tahap pertama operasi, diputuskan untuk menyediakan kapasitas pengisian saluran 191 MVAR pada tegangan pengenal untuk generator dengan memberikan eksitasi negatif pada generator.Kondisi operasi kritis yang menyebabkan ketidakstabilan tegangan dapat juga disebabkan oleh pemutusan beban pada ujung penerima.Fenomena tersebut terjadi karena adanya pembebanan kapasitif pada mesin yang selanjutnya dipengaruhi oleh kenaikan kecepatan generator.Eksitasi diri dan ketidakstabilan tegangan dapat terjadi jika.

Xc n2 (Xq + XT)
Dimana, Xc adalah reaktansi beban kapasitif, Xq adalah reaktansi sinkron sumbu kuadrat dan n adalah kecepatan relatif maksimum yang terjadi pada penolakan beban.Kondisi pada generator Dehar ini diusulkan untuk dihilangkan dengan menyediakan reaktor shunt EHV 400 kV (75 MVA) yang terhubung secara permanen di ujung penerima sesuai dengan studi rinci yang dilakukan.

Gulungan peredam
Fungsi utama belitan peredam adalah kemampuannya untuk mencegah tegangan berlebih yang berlebihan pada saat terjadi gangguan saluran ke saluran dengan beban kapasitif, sehingga mengurangi tegangan tegangan berlebih pada peralatan.Mempertimbangkan lokasi yang jauh dan saluran transmisi interkoneksi yang panjang, belitan peredam yang terhubung penuh dengan rasio kuadratur dan reaktansi sumbu langsung Xnq/ Xnd tidak melebihi 1,2 ditentukan.

Karakteristik Generator dan Sistem Eksitasi
Generator dengan karakteristik normal telah ditentukan dan studi pendahuluan hanya menunjukkan stabilitas marginal, diputuskan bahwa peralatan eksitasi statis kecepatan tinggi digunakan untuk meningkatkan margin stabilitas sehingga mencapai pengaturan peralatan yang paling ekonomis secara keseluruhan.Studi rinci dilakukan untuk menentukan karakteristik optimal dari 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 melalui konsultasi dengan produsen peralatan dan dengan mempertimbangkan kondisi seismik dan geologis di lokasi dan laporan Komite Ahli Gempa Koyna yang dibentuk oleh Pemerintah India dengan bantuan UNESCO.

Kekuatan Mekanik
Generator Dehar dirancang untuk menahan dengan aman gaya percepatan gempa maksimum baik dalam arah vertikal maupun horizontal yang diharapkan pada Dehar yang bekerja di pusat mesin.

Frekuensi Alami
Frekuensi alami mesin dijauhkan (lebih tinggi) dari frekuensi magnetik 100 Hz (dua kali frekuensi generator).Frekuensi alami ini akan jauh dijauhkan dari frekuensi gempa dan diperiksa margin yang memadai terhadap frekuensi dominan gempa dan kecepatan kritis sistem rotasi.

Dukungan generator stator
Stator generator dan daya dorong bawah serta pondasi bantalan pemandu terdiri dari sejumlah pelat tunggal.Pelat sol diikat ke pondasi secara lateral di samping arah vertikal normal dengan baut pondasi.

Panduan Desain Bantalan
Bantalan pemandu menjadi tipe 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 eksentrisitas meter pada turbin dan generator disarankan untuk dipasang untuk memulai shutdown dan alarm jika getaran akibat gempa melebihi nilai yang telah ditentukan.Perangkat ini juga dapat digunakan dalam mendeteksi getaran yang tidak biasa dari suatu unit karena kondisi hidrolik yang mempengaruhi turbin.

Kontak Merkuri
Guncangan hebat akibat gempa bumi dapat mengakibatkan kesalahan tersandung untuk memulai shutdown unit jika kontak merkuri digunakan.Hal ini dapat dihindari dengan menentukan sakelar merkuri tipe anti-getaran atau jika diperlukan dengan menambahkan relai pengatur waktu.

Kesimpulan
(1) Ekonomi substansial dalam 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 payung konstruksi yang sekarang dimungkinkan untuk generator hidro berkecepatan tinggi yang besar karena pengembangan baja tarik tinggi untuk pelubangan pelek rotor.
(3) Pengadaan generator faktor daya tinggi alami setelah studi rinci menghasilkan penghematan lebih lanjut dalam biaya.
(4) Efek flywheel normal dari bagian-bagian generator yang berputar pada stasiun pengatur frekuensi di Dehar dianggap cukup untuk stabilitas sistem governor turbin karena sistem interkoneksi yang besar.
(5) Parameter khusus generator jarak jauh yang memasok jaringan EHV untuk memastikan stabilitas listrik dapat dipenuhi oleh sistem eksitasi statis respons cepat.
(6) Sistem eksitasi statis yang bekerja cepat dapat memberikan margin stabilitas yang diperlukan.Sistem seperti itu, bagaimanapun, memerlukan sinyal umpan balik yang stabil untuk mencapai stabilitas pasca gangguan.Studi rinci harus dilakukan.
(7) Eksitasi sendiri dan ketidakstabilan tegangan 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) Ketentuan dapat dibuat dalam desain generator dan fondasinya untuk memberikan perlindungan terhadap gaya gempa dengan biaya kecil.

Parameter Utama Generator Dehar
Rasio Sirkuit Pendek = 1,06
Sumbu Langsung Reaktansi Transien = 0,2
Efek Roda Gila = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd tidak lebih besar dari = 1,2