Áhrif svinghjóls rafalsins og stöðugleiki stjórnkerfis túrbínuÁhrif svinghjóls rafalsins og stöðugleiki stjórnkerfis túrbínuÁhrif svinghjóls rafalsins og stöðugleiki stjórnkerfis túrbínuÁhrif svinghjóls rafalsins og stöðugleiki stjórnkerfis túrbínu
Stórar nútíma vatnsaflsrafstöðvar hafa minni tregðustuðul og geta lent í vandræðum varðandi stöðugleika stýrikerfis túrbínu. Þetta er vegna hegðunar vatnsins í túrbínu, sem vegna tregðu sinnar veldur vatnshöggi í þrýstilögnum þegar stjórntæki eru notuð. Þetta einkennist almennt af tímastuðlum fyrir vökvahröðun. Í einangruðum rekstri, þegar tíðni alls kerfisins er ákvörðuð af túrbínustýringu, hefur vatnshöggið áhrif á hraðastýringu og óstöðugleiki birtist sem sveiflur eða tíðnibreytingar. Í samtengdri notkun með stóru kerfi er tíðnin í raun haldin stöðug af síðarnefnda kerfinu. Vatnshöggið hefur þá áhrif á aflið sem fært er til kerfisins og stöðugleikavandamál koma aðeins upp þegar aflið er stjórnað í lokaðri lykkju, þ.e. í tilviki þeirra vatnsaflsrafstöðva sem taka þátt í tíðnistýringu.
Stöðugleiki gangstýris túrbínu er mjög háður hlutfalli vélræns hröðunartímastuðuls vegna vökvahröðunartímastuðuls vatnsmassans og af ávinningi gangstýrisins. Lækkun á ofangreindu hlutfalli hefur óstöðugleikaáhrif og krefst lækkunar á ávinningi gangstýrisins, sem hefur neikvæð áhrif á tíðnistöðugleika. Þar af leiðandi er nauðsynlegt að lágmarka áhrif svinghjóls fyrir snúningshluta vatnsaflseiningarinnar, sem venjulega er aðeins hægt að veita í rafstöðinni. Einnig væri hægt að minnka vélrænan hröðunartímastuðul með því að koma fyrir þrýstijafnara eða þrýstingstank o.s.frv., en það er almennt mjög kostnaðarsamt. Reynsluleg viðmiðun fyrir hraðastjórnunargetu vatnsaflseiningar gæti byggst á hraðahækkun einingarinnar sem getur átt sér stað við höfnun á öllu nafnálagi einingarinnar sem starfar sjálfstætt. Fyrir aflstöðvar sem starfa í stórum samtengdum kerfum og sem þurfa að stjórna kerfistíðni, var prósentuhraðahækkunarvísitalan eins og reiknuð var hér að ofan talin ekki fara yfir 45 prósent. Fyrir minni kerfi ætti að veita minni hraðahækkun (sjá kafla 4).
Langsnið frá inntaki að Dehar-virkjun
(Heimild: Grein eftir höfund – 2. heimsþing, Alþjóðasamband vatnsauðlinda 1979) Fyrir Dehar-virkjunina er sýnt vökvakerfi fyrir þrýstivatn sem tengir jafnvægisgeymsluna við aflgjafann, sem samanstendur af vatnsinntaki, þrýstigöngum, mismunadreifingartanki og þrýstiröri. Með því að takmarka hámarksþrýstingshækkun í þrýstirörunum við 35 prósent er áætluð hámarkshraðahækkun einingarinnar við höfnun á fullu álagi reiknuð út í um 45 prósent með lokun á hraðastilli.
tími upp á 9,1 sekúndu við 282 m (925 fet) hámarkshæð með eðlilegum svinghjóláhrifum snúningshluta rafstöðvarinnar (þ.e. eingöngu miðað við hitastigshækkun). Í fyrsta stigi rekstrarins reyndist hraðahækkunin ekki vera meiri en 43 prósent. Því var talið að eðlileg svinghjóláhrif væru fullnægjandi til að stjórna tíðni kerfisins.
Rafmagnsbreytur og rafmagnsstöðugleiki
Rafstöðvarbreyturnar sem hafa áhrif á stöðugleika eru svinghjólsáhrif, tímabundin viðbrögð og skammhlaupshlutfall. Í upphafsstigi þróunar 420 kV EHV kerfis eins og í Dehar geta stöðugleikavandamál verið mikilvæg vegna veikleika kerfisins, lægra skammhlaupsstigs, rekstrar við leiðandi aflstuðul og þörf fyrir hagkvæmni við að útvega flutningsúttak og ákvarða stærð og breytur rafstöðva. Forrannsóknir á tímabundnum stöðugleika með netgreiningartæki (með því að nota fasta spennu á bak við tímabundin viðbrögð) fyrir Dehar EHV kerfi bentu einnig til þess að aðeins takmörkuð stöðugleiki yrði náð. Í upphafsstigi hönnunar Dehar virkjunarinnar var talið að tilgreina rafal með eðlilegum ...
Að hámarka eiginleika og uppfylla kröfur um stöðugleika með því að hámarka breytur annarra þátta sem koma við sögu, sérstaklega þá sem eru í örvunarkerfinu, væri hagkvæmara val. Í rannsókn á breska kerfinu kom einnig í ljós að breytingar á rafalbreytum hafa tiltölulega mun minni áhrif á stöðugleikamörk. Þar af leiðandi voru venjulegar rafalbreytur, eins og gefnar eru upp í viðaukanum, tilgreindar fyrir rafalinn. Ítarlegar stöðugleikarannsóknir sem gerðar voru eru gefnar upp.
Hleðslugeta línu og spennustöðugleiki
Fjarlægt staðsettir vatnsaflsrafstöðvar notaðar til að hlaða langar, óhlaðnar rafeindaspennulínur þar sem hleðslugeta vélarinnar í kVA er meiri en hleðslugeta línunnar. Vélin gæti sjálförvað og spennan hækkað óstjórnlega. Skilyrði fyrir sjálförvun er að xc < xd þar sem xc er rafrýmd álagsviðbrögð og xd er samstillta beina ás viðbrögð. Afkastagetan sem þarf til að hlaða eina 420 kV óhlaðna línu E2 /xc upp að Panipat (móttökuendi) var um 150 MVAR við málspennu. Í öðru stigi, þegar önnur 420 kV lína af jafnlangri lengd er sett upp, væri hleðslugetan sem þarf til að hlaða báðar óhlaðnu línurnar samtímis við málspennu um 300 MVAR.
Hleðslugeta Dehar-rafstöðvarinnar við nafnspennu, eins og birgjar búnaðarins gáfu til kynna, var eftirfarandi:
(i) 70 prósent af MVA, þ.e. 121,8 MVAR línuhleðsla er möguleg með lágmarks jákvæðri örvun upp á 10 prósent.
(ii) Hægt er að hlaða allt að 87 prósent af uppgefnu MVA, þ.e. 139 MVAR línuhleðslugetu, með lágmarks jákvæðri örvun upp á 1 prósent.
(iii) Hægt er að ná allt að 100 prósent af uppgefnu MVAR, þ.e. 173,8 línuhleðslugetu með um það bil 5 prósent neikvæðri örvun og hámarkslínuhleðslugeta sem hægt er að ná með neikvæðri örvun upp á 10 prósent er 110 prósent af uppgefnu MVA (191 MVAR) samkvæmt BSS.
(iv) Frekari aukning á hleðslugetu línunnar er aðeins möguleg með því að auka stærð vélarinnar. Í tilfellum (ii) og (iii) er handstýring örvunar ekki möguleg og þarf að reiða sig að fullu á stöðugan rekstur hraðvirkra sjálfvirkra spennustýringa. Það er hvorki efnahagslega hagkvæmt né æskilegt að auka stærð vélarinnar til að auka hleðslugetu línunnar. Þar af leiðandi, með hliðsjón af rekstrarskilyrðum í fyrsta stigi rekstrarins, var ákveðið að tryggja 191 MVAR línuhleðslugetu við nafnspennu fyrir rafalana með því að veita neikvæða örvun á rafalunum. Alvarleg rekstrarskilyrði sem valda spennustöðugleika geta einnig stafað af aftengingu álags við móttökuenda. Fyrirbærið kemur fram vegna rafrýmdarálags á vélina sem hefur enn frekar neikvæð áhrif af hraðaaukningu rafalsins. Sjálfsörvun og spennustöðugleiki geta komið fram ef.
Xc ≤ n² (Xq + XT)
Þar sem Xc er rafrýmd álagsviðbrögð, Xq er samstilltur viðbragðsstuðull ferningsáss og n er hámarks hlutfallslegur ofhraði sem kemur fram við höfnun á álagi. Lagt var til að koma í veg fyrir þetta ástand á Dehar rafstöðinni með því að koma fyrir varanlega tengdum 400 kV EHV shunt hvarfefni (75 MVA) við móttökuenda línunnar, samkvæmt ítarlegum rannsóknum sem gerðar voru.
Dempunarvinding
Meginhlutverk demparavöfða er geta hennar til að koma í veg fyrir óhóflega ofspennu ef bilun verður á milli línu með rafrýmdum álagi, og þar með draga úr ofspennuálagi á búnaðinn. Með hliðsjón af fjarlægri staðsetningu og löngum samtengdum flutningslínum voru tilgreindar fullkomlega tengdar demparavöfðar með hlutfalli ferningsás- og beinássviðbrögða Xnq/Xnd sem ekki fara yfir 1,2.
Einkenni rafalls og örvunarkerfi
Þar sem rafalar með eðlilega eiginleika voru tilgreindir og forrannsóknir bentu til takmarkaðs stöðugleika, var ákveðið að nota hraðvirka stöðuörvunarbúnað til að bæta stöðugleikamörk og ná fram hagkvæmustu uppsetningu búnaðarins í heildina. Ítarlegar rannsóknir voru gerðar til að ákvarða bestu eiginleika stöðuörvunarbúnaðarins og fjallað er um þetta í 10. kafla.
Jarðskjálftafræðileg atriði
Dehar-virkjunin lendir á jarðskjálftasvæði. Eftirfarandi ákvæði voru lögð til í hönnun vatnsaflsstöðvarinnar í Dehar í samráði við framleiðendur búnaðarins og með hliðsjón af jarðskjálfta- og jarðfræðilegum aðstæðum á staðnum og skýrslu sérfræðinganefndar um jarðskjálfta í Koyna sem ríkisstjórn Indlands skipaði með aðstoð UNESCO.
Vélrænn styrkur
Dehar-rafstöðvar skulu hannaðar til að þola á öruggan hátt hámarkshraða jarðskjálfta, bæði lóðrétt og lárétt, sem búist er við að Dehar virki í miðju vélarinnar.
Náttúruleg tíðni
Eignartíðni vélarinnar skal haldast langt frá segultíðninni 100 Hz (tvöföld tíðni rafalsins). Þessi eigintíðni skal vera langt frá jarðskjálftatíðninni og athugað skal hvort hún sé nægilega háð ríkjandi jarðskjálftatíðni og gagnrýnum hraða snúningskerfisins.
Stuðningur við stator rafalls
Undirstöður rafstöðvarinnar og neðri þrýsti- og leiðarlegulaganna eru úr nokkrum botnplötum. Botnplöturnar eru festar við undirstöðuna lárétt, auk þess að vera bundnar lóðrétt, með botnboltum.
Hönnun leiðarlegu
Leiðarlegurnar verða að vera af gerðinni „segmented“ og hlutar leiðarleganna styrktir til að þola mikinn jarðskjálfta. Framleiðendur mæla einnig með því að binda efri festina lárétt við tunnuna (rafstöðvarhús) með stálbjálkum. Þetta þýðir einnig að styrkja þarf steypta tunnuna.
Titringsgreining á rafstöðvum
Mælt var með uppsetningu titringsmæla eða sveiflumæla á túrbínum og rafstöðvum til að hefja stöðvun og gefa viðvörun ef titringur vegna jarðskjálfta fer yfir fyrirfram ákveðið gildi. Þetta tæki má einnig nota til að greina óvenjulega titring í einingu vegna vökvaaðstæðna sem hafa áhrif á túrbínuna.
Merkúríusartengiliðir
Mikill titringur vegna jarðskjálfta getur valdið því að tækið sleppir út ef kvikasilfursrofa er notaður. Þetta er hægt að forðast með því að nota titringsdeyfandi kvikasilfursrofa eða, ef þörf krefur, með því að bæta við tímarofa.
Niðurstöður
(1) Veruleg hagræðing náðist í kostnaði við búnað og mannvirki í Dehar-virkjuninni með því að taka upp stærri einingar með tilliti til stærðar raforkunetsins og áhrifa þess á varaafl kerfisins.
(2) Kostnaður við rafstöðvar lækkaði með því að taka upp regnhlífarhönnun sem nú er möguleg fyrir stórar, hraðvirkar vatnsaflsrafstöðvar vegna þróunar á hástyrktarstáli fyrir gata á snúningsbrúnum.
(3) Kaup á náttúrulegum rafstöðvum með háum aflstuðli eftir ítarlegar rannsóknir leiddu til frekari sparnaðar í kostnaði.
(4) Eðlileg áhrif svinghjóls snúningshluta rafstöðvarinnar við tíðnistýringarstöðina í Dehar voru talin nægjanleg til að tryggja stöðugleika túrbínunnar vegna stórs samtengds kerfis.
(5) Sérstakar breytur fjarstýrðra rafstöðva sem knýja raforkukerfi með raforkukerfi sem eru fljót að bregðast við, til að tryggja rafmagnsstöðugleika, er hægt að uppfylla með hraðvirkum, stöðugum örvunarkerfum.
(6) Hraðvirk, stöðug örvunarkerfi geta veitt nauðsynleg stöðugleikamörk. Slík kerfi þurfa þó stöðug afturvirk merki til að ná stöðugleika eftir bilun. Ítarlegar rannsóknir ættu að vera gerðar.
(7) Hægt er að koma í veg fyrir sjálfsörvun og spennustöðugleika fjarlægra rafstöðva sem eru tengdir við raforkunetið með löngum EHV-línum með því að auka hleðslugetu línunnar með því að grípa til neikvæðrar örvunar og/eða með því að nota varanlega tengda EHV-shunt-hvarfa.
(8) Hægt er að gera ráðstafanir í hönnun rafstöðva og undirstöðum þeirra til að tryggja vernd gegn jarðskjálftaöflum með litlum tilkostnaði.
Helstu breytur Dehar rafala
Skammhlaupshlutfall = 1,06
Skammvinn viðbrögð Bein ás = 0,2
Áhrif svinghjóls = 39,5 x 106 lb ft²
Xnq/Xnd ekki stærra en = 1,2
Birtingartími: 11. maí 2021
