Generatorschwéngradeffekt a Stabilitéit vum Turbinenreguléierersystem

Generator Schwéngrad Effekt a Stabilitéit vum Turbinenreguléierersystem Generator Schwéngrad Effekt a Stabilitéit vum Turbinenreguléierersystem Generator Schwéngrad Effekt a Stabilitéit vum Turbinenreguléierersystem Generator Schwéngrad Effekt a Stabilitéit vum Turbinenreguléierersystem
Grouss modern Hydrogeneratoren hunn eng méi kleng Trägheetskonstant a kënne Problemer mat der Stabilitéit vum Turbinenreguléierungssystem hunn. Dëst ass wéinst dem Verhale vum Turbinenwasser, dat wéinst senger Trägheet zu Waasserhammer an Drockleitungen féiert, wann d'Steiergeräter a Betrib sinn. Dëst ass am Allgemengen duerch d'hydraulesch Beschleunigungszäitkonstanten charakteriséiert. Am isoléierte Betrib, wann d'Frequenz vum ganze System vum Turbinenreguléierer bestëmmt gëtt, beaflosst de Waasserhammer d'Geschwindegkeetsreguléierung an d'Instabilitéit erschéngt als Juegd oder Frequenzschwankungen. Fir den zesummegebonnene Betrib mat engem grousse System gëtt d'Frequenz am Fong vun der leschter konstant gehalen. De Waasserhammer beaflosst dann d'Leeschtung, déi un de System geliwwert gëtt, an e Stabilitéitsproblem entsteet nëmmen, wann d'Leeschtung an enger zouener Schleif kontrolléiert gëtt, d.h. am Fall vun Hydrogeneratoren, déi un der Frequenzreguléierung deelhuelen.

D'Stabilitéit vun engem Turbinenreguléierergetriebe gëtt staark vum Verhältnes vun der mechanescher Beschleunigungszäitkonstant wéinst der hydraulescher Beschleunigungszäitkonstant vun de Waassermassen an dem Verstärkungsgrad vum Reguléierer beaflosst. Eng Reduktioun vum uewe genannten Verhältnes huet en destabiliséierenden Effekt a verlaangt eng Reduktioun vum Reguléierverstärkungsgrad, wat sech negativ op d'Frequenzstabiliséierung auswierkt. Dofir ass e minimale Schwéngradeffekt fir rotéierend Deeler vun enger Hydrogenerator noutwendeg, deen normalerweis nëmmen am Generator virgesi ka ginn. Alternativ kéint d'mechanesch Beschleunigungszäitkonstant duerch d'Verfügung vun engem Drockentlastungsventil oder engem Iwwerlaaschtungstank etc. reduzéiert ginn, awer dat ass am Allgemengen ganz deier. En empirescht Kriterium fir d'Geschwindegkeetsreguléierungsfäegkeet vun enger Hydrogeneratoreenheet kéint op dem Geschwindegkeetsanstieg vun der Eenheet baséieren, deen bei der Oflehnung vun der gesamter Nennlaascht vun der Eenheet, déi onofhängeg funktionéiert, optriede kann. Fir d'Energieeenheeten, déi a grousse vernetzte Systemer funktionéieren a fir d'Systemfrequenz ze reguléieren, gouf de Prozentsaz vum Geschwindegkeetsanstieg, wéi uewe berechent, als net méi wéi 45 Prozent ugesinn. Fir méi kleng Systemer kann eng méi kleng Geschwindegkeetsanstieg virgesi ginn (kuckt Kapitel 4).

Längsschnëtt vun der Intake bis zum Dehar Kraaftwierk
(Quell: Artikel vum Auteur – 2. Weltkongress, International Water Resources Association 1979) Fir d'Dehar Kraaftwierk gëtt dat hydraulescht Drockwaassersystem gewisen, dat de Gläichgewiichtsspäicher mat der Kraafteenheet verbënnt, déi aus Waasserzufuhr, Drocktunnel, Differenzial-Iwwerschwemmungstank a Päifleitung besteet. Wann de maximalen Drockanstieg an de Päifleitungen op 35 Prozent limitéiert gëtt, gëtt déi geschätzte maximal Geschwindegkeetsanstieg vun der Eenheet bei Ofleenung vu voller Belaaschtung op ongeféier 45 Prozent mat engem zouene Reguléierer ausgerechent.
Zäit vun 9,1 Sekonnen bei enger nomineller Héicht vun 282 m (925 ft) mam normalen Schwéngradeffekt vun de rotéierenden Deeler vum Generator (d.h. nëmmen op Basis vun Temperaturerhéijungen). An der éischter Operatiounsphase gouf festgestallt, datt d'Geschwindegkeetserhéijung net méi wéi 43 Prozent war. Dofir gouf ugeholl, datt den normalen Schwéngradeffekt ausreechend ass fir d'Frequenz vum System ze reguléieren.

Generatorparameter an elektresch Stabilitéit
D'Generatorparameter, déi en Afloss op d'Stabilitéit hunn, sinn de Schwéngradeffekt, d'transient Reaktanz an de Kuerzschlussverhältnis. An der éischter Phas vun der Entwécklung vum 420 kV EHV-System wéi bei Dehar kënne Stabilitéitsproblemer kritesch sinn wéinst dem schwaache System, dem méi niddrege Kuerzschlussniveau, dem Betrib beim féierende Leeschtungsfaktor an der Noutwennegkeet vun der Wirtschaftlechkeet bei der Bereitstellung vun Iwwerdroungssteckdousen a bei der Festleeung vun der Gréisst a Parameter vun de Generatiounseenheeten. Virleefeg Studien iwwer transient Stabilitéit um Netzwierkanalysator (mat konstanter Spannung hannert der transienter Reaktanz) fir den Dehar EHV-System hunn och gewisen, datt nëmme marginal Stabilitéit erreecht géif ginn. An der fréier Phas vum Design vum Dehar Kraaftwierk gouf ugeholl, datt d'Spezifikatioun vu Generatoren mat normaler ...
D'Optimiséierung vun de Parameteren vun anere Faktoren, besonnesch déi vum Anregungssystem, wier eng wirtschaftlech méi bëlleg Alternativ. An enger Studie vum britesche System gouf och gewisen, datt d'Ännerung vun de Generatorparameteren am Verglach vill manner Auswierkungen op d'Stabilitéitsmargen huet. Dofir goufen normal Generatorparameter, wéi am Anhang uginn, fir de Generator spezifizéiert. Déi detailléiert Stabilitéitsstudien, déi duerchgefouert goufen, ginn hei uginn.

Linnladekapazitéit a Spannungsstabilitéit
Bei wäitem placéierten Hydrogeneratoren, déi benotzt gi fir laang, onbelastet EHV-Leitungen ze laden, deenen hir Opluedkapazitéit (kVA) méi grouss ass wéi d'Ladekapazitéit vun der Maschinn. D'Maschinn kann selwererriichten an d'Spannung kéint iwwer Kontroll erausklammen. D'Konditioun fir Selbsterrichtung ass, datt xc < xd ass, woubei xc d'kapazitiv Laaschtreaktanz an xd d'synchron Direktachsreaktanz ass. Déi néideg Kapazitéit fir eng eenzeg 420 kV onbelastet Leitung E2/xc bis op Panipat (Empfangsend) ze laden, war ongeféier 150 MVAR bei Nennspannung. An der zweeter Stuf, wann eng zweet 420 kV Leitung vun gläicher Längt installéiert gëtt, wier d'Neinnahmekapazitéit, déi néideg ass fir béid onbelastet Leitungen gläichzäiteg bei Nennspannung ze laden, ongeféier 300 MVAR.

D'Ladekapazitéit vun der Netzleitung, déi bei Nennspannung vum Dehar-Generator verfügbar war, wéi vun den Zouliwwerer vun der Ausrüstung uginn, war wéi follegt:
(i) 70 Prozent nominell MVA, d.h. 121,8 MVAR Netzladung ass méiglech mat enger minimaler positiver Anregung vun 10 Prozent.
(ii) Bis zu 87 Prozent vum nominellen MVA, also 139 MVAR, ass d'Ladekapazitéit vun der Linn mat enger minimaler positiver Anregung vun 1 Prozent méiglech.
(iii) Bis zu 100 Prozent vum nominellen MVAR, d.h. 173,8 Leitungsladekapazitéit kann mat ongeféier 5 Prozent negativer Anregung erreecht ginn, an déi maximal Leitungsladekapazitéit, déi mat enger negativer Anregung vun 10 Prozent erreecht ka ginn, ass 110 Prozent vum nominellen MVA (191 MVAR) laut BSS.
(iv) Eng weider Erhéijung vun de Leitungsladekapazitéiten ass nëmme méiglech duerch eng Erhéijung vun der Gréisst vun der Maschinn. Am Fall vun (ii) an (iii) ass eng manuell Steierung vun der Anregung net méiglech an et muss voll op de kontinuéierleche Betrib vu séierwierkenden automatesche Spannungsregler vertraut ginn. Et ass weder wirtschaftlech machbar nach wënschenswäert, d'Gréisst vun der Maschinn ze erhéijen, fir d'Leitungsladekapazitéiten ze erhéijen. Dofir gouf decidéiert, ënner Berécksiichtegung vun de Betribsbedingungen an der éischter Operatiounsphase eng Leitungsladekapazitéit vun 191 MVAR bei Nennspannung fir d'Generatoren ze garantéieren, andeems negativ Anregung op de Generatoren geliwwert gëtt. E kritesche Betribsbedingung, deen zu Spannungsinstabilitéit féiert, kann och duerch d'Ofschaltung vun der Laascht um Empfangsende verursaacht ginn. Dëst Phänomen trëtt duerch eng kapazitiv Belaaschtung op der Maschinn op, déi weider negativ duerch den Opstig vum Generator beaflosst gëtt. Selbstanregung a Spannungsinstabilitéit kënnen optrieden, wann...

Xc ≤ n² (Xq + XT)
Woubei Xc d'kapazitiv Laaschtreaktanz ass, Xq d'Synchronreaktanz vun der Quadraturachs an n déi maximal relativ Iwwergeschwindegkeet ass, déi bei der Oflehnung vun der Laascht optrieden. Dës Konditioun um Dehar-Generator gouf virgeschloen, andeems en permanent ugeschlossene 400 kV EHV-Shuntreaktor (75 MVA) um Empfangsende vun der Leitung installéiert gëtt, laut detailléierte Studien.

Dämpferwicklung
Déi Haaptfunktioun vun enger Dämpferwicklung ass hir Fäegkeet, exzessiv Iwwerspannungen am Fall vu Leitungsfehler mat kapazitive Lasten ze verhënneren, wouduerch d'Iwwerspannungsbelaaschtung op der Ausrüstung reduzéiert gëtt. Ënner Berécksiichtegung vun der ofgeleeëner Lag a laangen, verbonnenen Iwwerdroungsleitungen, goufen vollstänneg verbonne Dämpferwicklungen mat engem Verhältnes vun de Quadratur- an Direktachsreaktanzen Xnq/Xnd, déi net méi wéi 1,2 sinn, spezifizéiert.

Generatorcharakteristik an Anregungssystem
Well Generatoren mat normalen Eegeschafte spezifizéiert goufen a Virstudien nëmmen eng marginal Stabilitéit gewisen hunn, gouf decidéiert, datt héichgeschwindeg statesch Anregungsanlagen agesat solle ginn, fir d'Stabilitéitsmargen ze verbesseren, fir déi allgemeng wirtschaftlechst Anordnung vun der Ausrüstung z'erreechen. Detailéiert Studien goufen duerchgefouert, fir déi optimal Eegeschafte vun der statescher Anregungsanlag ze bestëmmen, déi am Kapitel 10 diskutéiert ginn.

Seismesch Iwwerleeungen
D'Dehar-Kraaftwierk fält an eng seismesch Zon. Folgend Bestëmmungen am Design vum Hydrogenerator zu Dehar goufen a Consultatioun mat den Hiersteller vun der Ausrüstung virgeschloen, ënner Berécksiichtegung vun de seismeschen a geologesche Konditiounen op der Plaz an dem Bericht vum Koyna Earthquake Experts Committee, deen vun der indescher Regierung mat Hëllef vun der UNESCO zesummegestallt gouf.

Mechanesch Stäerkt
Dehar-Generatore solle sou konzipéiert sinn, datt se der maximaler Äerdbiewenbeschleunigungskraaft souwuel a vertikaler wéi och horizontaler Richtung sécher standhalen, déi beim Dehar am Zentrum vun der Maschinn erwaart gëtt.

Natierlech Frequenz
D'Eegefrequenz vun der Maschinn muss wäit ewech (méi héich) vun der magnéitescher Frequenz vun 100 Hz gehale ginn (duebelt d'Generatorfrequenz). Dës Eegefrequenz muss wäit vun der Äerdbiewenfrequenz ewech sinn a muss op adäquat Spillraum géint déi iwwerwiegend Äerdbiewenfrequenz an déi kritesch Geschwindegkeet vum Rotatiounssystem iwwerpréift ginn.

Generatorstatorënnerstëtzung
De Stator vum Generator an déi ënnescht Schub- a Féierungslagerfundamenter bestinn aus enger Rei vu Sohlen. D'Sohlen sinn nieft der normaler vertikaler Richtung och lateral un d'Fundament mat Fundamentschrauben befestegt.

Führungslager Design
Führungslager solle vum segmentalen Typ sinn an d'Führungslagerdeeler verstäerkt sinn, fir der voller Äerdbiewenkraaft standzehalen. D'Hiersteller hunn weider recommandéiert, déi iewescht Halterung seitlech mam Laf (Generatorgehäuse) mat Hëllef vu Stolträger ze bannen. Dëst géif och bedeiten, datt de Betonlaf nees verstäerkt muss ginn.

Vibratiounsdetektioun vu Generatoren
Et gouf recommandéiert, Schwéngungsdetekteren oder Exzentrizitéitsmesser op Turbinnen a Generatoren z'installéieren, fir den Ofschalten an den Alarm auszeléisen, wann d'Vibratiounen duerch Äerdbiewen e virbestëmmte Wäert iwwerschreiden. Dësen Apparat kann och benotzt ginn, fir ongewéinlech Schwéngungen vun enger Eenheet ze detektéieren, déi duerch hydraulesch Konditiounen d'Turbinn beaflossen.

Merkurkontakter
Schwéier Zidderen duerch en Äerdbiewen kann zu engem falschen Ausléiser féieren, deen den Apparat ausschalt, wann Quecksëlwerkontakter benotzt ginn. Dëst kann vermeit ginn, andeems entweder Antivibratiounsschalter vum Quecksëlwertyp benotzt ginn oder, wann néideg, Zäitrelais derbäigesat ginn.

Conclusiounen
(1) Bedeitend Käschtespuermoossname fir Ausrüstung a Struktur am Dehar Kraaftwierk goufen erreecht andeems grouss Eenheetsgréissten adoptéiert goufen, andeems d'Gréisst vum Netz an säin Afloss op d'Ersatzkapazitéit vum System berécksiichtegt goufen.
(2) D'Käschte vu Generatoren goufen reduzéiert duerch d'Adoptioun vun engem Umbrella-Design, wat elo fir grouss Héichgeschwindegkeetshydrogeneratoren méiglech ass wéinst der Entwécklung vun Héichzugstahl fir d'Rotorrand-Stanzungen.
(3) D'Akafe vun natierleche Generatoren mat héijem Leeschtungsfaktor no detailléierte Studien huet zu weidere Käschtenerspuernisser gefouert.
(4) Den normalen Schwéngradeffekt vun de rotéierenden Deeler vum Generator an der Frequenzreguléierungsstatioun zu Dehar gouf als ausreechend fir d'Stabilitéit vum Turbinnereguléierungssystem ugesinn, well de System grouss a verbonnen ass.
(5) Spezial Parameter vun Ferngeneratoren, déi EHV-Netzwierker fidderen, fir d'elektresch Stabilitéit ze garantéieren, kënnen duerch séier reagéierend statesch Anregungssystemer erfëllt ginn.
(6) Schnellwierkend statesch Anregungssystemer kënnen déi néideg Stabilitéitsmargen ubidden. Sou Systemer brauchen awer stabiliséierend Réckkopplungssignaler fir d'Stabilitéit no engem Feeler z'erreechen. Detailéiert Studien sollten duerchgefouert ginn.
(7) Selbsterregung a Spannungsinstabilitéit vu Ferngeneratoren, déi iwwer laang EHV-Leitungen mam Stroumnetz verbonne sinn, kënne verhënnert ginn, andeems d'Ladekapazitéit vun der Maschinn erhéicht gëtt, andeems op negativ Erregung zréckgegraff gëtt an/oder andeems permanent ugeschlosse EHV-Shuntreaktoren agesat ginn.
(8) Beim Design vu Generatoren an hire Fundamenter kënne Viraussetzunge getraff ginn, fir Sécherheetsmoossname géint seismesch Kräften zu gerénge Käschten ze bidden.

Haaptparameter vun Dehar Generatoren
Kuerzschlussverhältnis = 1,06
Transient Reaktanz Direktachs = 0,2
Schwéngradeffekt = 39,5 x 106 lb ft²
Xnq/Xnd net méi grouss wéi = 1,2