Ģeneratora spararata efekts un turbīnas regulatora sistēmas stabilitāte

Ģeneratora spararata efekts un turbīnas regulatora sistēmas stabilitāteĢeneratora spararata efekts un turbīnas regulatora sistēmas stabilitāteĢeneratora spararata efekts un turbīnas regulatora sistēmas stabilitāteĢeneratora spararata efekts un turbīnas regulatora sistēmas stabilitāte
Lieliem mūsdienu hidroģeneratoriem ir mazāka inerces konstante, un tie var saskarties ar problēmām saistībā ar turbīnas vadības sistēmas stabilitāti. Tas ir saistīts ar turbīnas ūdens uzvedību, kas savas inerces dēļ rada hidraulisko triecienu spiediena caurulēs, kad tiek darbinātas vadības ierīces. To parasti raksturo hidrauliskā paātrinājuma laika konstantes. Izolētā darbībā, kad visas sistēmas frekvenci nosaka turbīnas regulators, hidrauliskais trieciens ietekmē ātruma regulēšanu, un nestabilitāte izpaužas kā svīdēšana vai frekvences svārstības. Savstarpēji savienotas darbības gadījumā ar lielu sistēmu frekvenci būtībā uztur nemainīgu regulators. Tad hidrauliskais trieciens ietekmē sistēmai piegādāto jaudu, un stabilitātes problēma rodas tikai tad, ja jauda tiek kontrolēta slēgtā cilpā, t.i., tādu hidroģeneratoru gadījumā, kas piedalās frekvences regulēšanā.

Turbīnas regulatora mehānisma stabilitāti lielā mērā ietekmē mehāniskā paātrinājuma laika konstantes attiecība, kas rodas ūdens masu hidrauliskā paātrinājuma laika konstantes dēļ, un regulatora pastiprinājums. Iepriekš minētās attiecības samazināšanai ir destabilizējoša iedarbība un tā rada nepieciešamību samazināt regulatora pastiprinājumu, kas negatīvi ietekmē frekvences stabilizāciju. Attiecīgi ir nepieciešams minimāls spararata efekts hidroagregāta rotējošajām daļām, ko parasti var nodrošināt tikai ģeneratorā. Alternatīvi mehāniskā paātrinājuma laika konstanti varētu samazināt, nodrošinot spiediena samazināšanas vārstu vai izplešanās tvertni utt., taču tas parasti ir ļoti dārgi. Empīrisks kritērijs hidroģeneratora bloka ātruma regulēšanas spējai varētu būt balstīts uz bloka ātruma pieaugumu, kas var notikt, atmetot visu neatkarīgi darbojošās bloka nominālo slodzi. Spēka blokiem, kas darbojas lielās savstarpēji savienotās sistēmās un kuriem ir jāregulē sistēmas frekvence, iepriekš aprēķinātais procentuālais ātruma pieauguma indekss netika uzskatīts par lielāku par 45 procentiem. Mazākām sistēmām jānodrošina mazāks ātruma pieaugums (sk. 4. nodaļu).

Gareniskais griezums no ieplūdes atveres līdz Dehāras spēkstacijai
(Avots: Autora raksts – 2. pasaules kongress, Starptautiskā ūdens resursu asociācija, 1979. gads) Dehāras spēkstacijai ir parādīta hidrauliskā spiediena ūdens sistēma, kas savieno balansēšanas krātuvi ar spēka agregātu, kas sastāv no ūdens ieplūdes atveres, spiediena tuneļa, diferenciālā izplešanās tvertnes un spiediena spiedtvertnes. Ierobežojot maksimālo spiediena pieaugumu spiediena spiedtvertnēs līdz 35 procentiem, aprēķinātais iekārtas maksimālais ātruma pieaugums pēc pilnas slodzes atslēgšanas ir aptuveni 45 procenti, regulatoram aizveroties.
9,1 sekundes laiks pie nominālā spiedienaugstuma 282 m (925 pēdas) ar ģeneratora rotējošo daļu normālu spararata efektu (t. i., fiksēts tikai uz temperatūras paaugstināšanās apsvērumiem). Pirmajā darbības posmā ātruma pieaugums nepārsniedza 43 procentus. Attiecīgi tika uzskatīts, ka normāls spararata efekts ir pietiekams sistēmas frekvences regulēšanai.

Ģeneratora parametri un elektriskā stabilitāte
Ģeneratora parametri, kas ietekmē stabilitāti, ir spararata efekts, pārejas reaktivitāte un īsslēguma koeficients. 420 kV EHV sistēmas izstrādes sākumposmā, kā tas ir Dehārā, stabilitātes problēmas var būt kritiskas vājas sistēmas, zemāka īsslēguma līmeņa, darbības ar vadošo jaudas koeficientu un nepieciešamības pēc ekonomijas, nodrošinot pārvades kontaktligzdas un nosakot ģenerējošo vienību izmērus un parametrus dēļ. Sākotnējie pārejas stabilitātes pētījumi tīkla analizatorā (izmantojot nemainīgu spriegumu aiz pārejas reaktivitātes) Dehāras EHV sistēmai arī norādīja, ka tiks iegūta tikai margināla stabilitāte. Dehāras elektrostacijas projektēšanas sākumposmā tika uzskatīts, ka ģeneratoru noteikšana ar normālu
raksturlielumu optimizēšana un stabilitātes prasību sasniegšana, optimizējot citu iesaistīto faktoru, īpaši ierosmes sistēmas, parametrus, būtu ekonomiski lētāka alternatīva. Arī Lielbritānijas sistēmas pētījumā tika parādīts, ka ģeneratora parametru mainīšanai ir salīdzinoši daudz mazāka ietekme uz stabilitātes rezervēm. Attiecīgi ģeneratoram tika noteikti normāli ģeneratora parametri, kā norādīts pielikumā. Veiktie detalizētie stabilitātes pētījumi ir sniegti tālāk.

Līnijas uzlādes jauda un sprieguma stabilitāte
Attālināti novietoti hidroģeneratori, ko izmanto, lai uzlādētu garas nenoslogotas EHV līnijas, kuru uzlādes kVA pārsniedz mašīnas līnijas uzlādes jaudu, var izraisīt mašīnas pašuzbudinājumu un sprieguma paaugstināšanos ārpus kontroles. Pašuzbudinājuma nosacījums ir tāds, ka xc < xd, kur xc ir kapacitatīvā slodzes reaktivitāte un xd ir sinhronā tiešās ass reaktivitāte. Vienas 420 kV nenoslogotas līnijas E2 /xc uzlādei nepieciešamā jauda līdz Panipatai (saņemšanas galam) bija aptuveni 150 MVAR pie nominālā sprieguma. Otrajā posmā, kad tiek uzstādīta otra 420 kV līnija ar tādu pašu garumu, līnijas uzlādes jauda, ​​kas nepieciešama, lai vienlaikus uzlādētu abas nenoslogotās līnijas pie nominālā sprieguma, būtu aptuveni 300 MVAR.

Iekārtu piegādātāju norādītā līnijas uzlādes jauda pie nominālā sprieguma no Dehar ģeneratora bija šāda:
(i) 70 procentu nominālā MVA, t. i., 121,8 MVAR līnijas uzlāde ir iespējama ar minimālo pozitīvo ierosmi 10 procentu apmērā.
(ii) Līdz 87 procentiem no nominālās MVA, t. i., 139 MVAR līnijas uzlādes jauda ir iespējama ar minimālo pozitīvo ierosmi 1 procenta apmērā.
(iii) Saskaņā ar BSS līdz 100 procentiem no nominālās MVAR, t. i., 173,8 līnijas uzlādes jaudu var iegūt ar aptuveni 5 procentu negatīvu ierosmi, un maksimālā līnijas uzlādes jauda, ​​ko var iegūt ar 10 procentu negatīvu ierosmi, ir 110 procenti no nominālās MVA (191 MVAR).
(iv) Līnijas uzlādes jaudu tālāka palielināšana ir iespējama, tikai palielinot mašīnas izmērus. (ii) un (iii) gadījumā ierosmes manuāla vadība nav iespējama, un pilnībā jāpaļaujas uz ātras darbības automātisko sprieguma regulatoru nepārtrauktu darbību. Nav ne ekonomiski izdevīgi, ne vēlams palielināt mašīnas izmērus, lai palielinātu līnijas uzlādes jaudas. Attiecīgi, ņemot vērā darbības apstākļus pirmajā darbības posmā, tika nolemts nodrošināt ģeneratoriem 191 MVAR līnijas uzlādes jaudu pie nominālā sprieguma, nodrošinot ģeneratoriem negatīvu ierosmi. Kritisks darbības stāvoklis, kas izraisa sprieguma nestabilitāti, var rasties arī slodzes atvienošanās dēļ uztvērēja galā. Šī parādība rodas mašīnas kapacitatīvās slodzes dēļ, ko vēl vairāk negatīvi ietekmē ģeneratora ātruma pieaugums. Pašierosināšanās un sprieguma nestabilitāte var rasties, ja...

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Kur Xc ir kapacitīvā slodzes reaktivitāte, Xq ir kvadratūras sinhronā reaktivitāte un n ir maksimālais relatīvais pārslodzes ātrums, kas rodas slodzes atvienošanas laikā. Šo Dehara ģeneratora stāvokli tika ierosināts novērst, nodrošinot pastāvīgi pievienotu 400 kV EHV šunta reaktoru (75 MVA) līnijas saņēmēja galā saskaņā ar veiktajiem detalizētajiem pētījumiem.

Slāpētāja tinums
Slāpētāja tinuma galvenā funkcija ir tā spēja novērst pārmērīgu pārspriegumu līniju savstarpējo kļūmju gadījumā ar kapacitatīvām slodzēm, tādējādi samazinot pārsprieguma slodzi uz iekārtu. Ņemot vērā attālu atrašanās vietu un garas savstarpēji savienotas elektropārvades līnijas, tika noteikti pilnībā savienoti slāpētāja tinumi ar kvadratūras un tiešās ass reaktīvo deviāciju attiecību Xnq/Xnd, kas nepārsniedz 1,2.

Ģeneratora raksturlielums un ierosmes sistēma
Tā kā tika noteikti ģeneratori ar normāliem raksturlielumiem un sākotnējie pētījumi uzrādīja tikai marginālu stabilitāti, tika nolemts izmantot ātrgaitas statiskās ierosmes iekārtas, lai uzlabotu stabilitātes robežas un panāktu kopumā ekonomiskāko iekārtu izvietojumu. Tika veikti detalizēti pētījumi, lai noteiktu statiskās ierosmes iekārtu optimālos raksturlielumus, un tie tika apspriesti 10. nodaļā.

Seismiskie apsvērumi
Dehāras elektrostacija atrodas seismiskajā zonā. Konsultējoties ar iekārtu ražotājiem un ņemot vērā seismiskos un ģeoloģiskos apstākļus objektā, kā arī Indijas valdības ar UNESCO palīdzību izveidotās Koyna zemestrīču ekspertu komitejas ziņojumu, tika ierosināti šādi Dehāras hidroģeneratora projektēšanas noteikumi.

Mehāniskā izturība
Dehara ģeneratoriem jābūt konstruētiem tā, lai tie droši izturētu maksimālo zemestrīces paātrinājuma spēku gan vertikālā, gan horizontālā virzienā, kas sagaidāms Dehara ģeneratora centrā.

Dabiskā frekvence
Mašīnas pašsvārstību frekvencei jābūt ievērojami atšķirtai (augstākai) no 100 Hz magnētiskās frekvences (divreiz lielākai par ģeneratora frekvenci). Šī pašsvārstību frekvencei jābūt tālu no zemestrīces frekvences, un tai jāpārbauda pietiekama rezerve attiecībā pret dominējošo zemestrīces frekvenci un rotējošās sistēmas kritisko ātrumu.

Ģeneratora statora atbalsts
Ģeneratora statora un apakšējo vilces un virzošo gultņu pamati sastāv no vairākām pamatplāksnēm. Pamatplāksnes ir piestiprinātas pie pamatnes sāniski papildus parastajam vertikālajam virzienam ar pamatu skrūvēm.

Vadotnes gultņa dizains
Vadošajiem gultņiem jābūt segmentveida, un vadošo gultņu daļām jābūt nostiprinātām, lai tās izturētu pilnu zemestrīces spēku. Ražotāji arī ieteica augšējo kronšteinu sāniski sasiet ar mucu (ģeneratora korpusu), izmantojot tērauda sijas. Tas nozīmētu arī to, ka betona muca savukārt būtu jānostiprina.

Ģeneratoru vibrācijas noteikšana
Tika ieteikts uz turbīnām un ģeneratoriem uzstādīt vibrācijas detektorus vai ekscentricitātes mērītājus, lai ierosinātu izslēgšanu un trauksmi, ja zemestrīces izraisītās vibrācijas pārsniedz iepriekš noteiktu vērtību. Šo ierīci var izmantot arī, lai noteiktu jebkādas neparastas iekārtas vibrācijas, ko rada turbīnu ietekmējošie hidrauliskie apstākļi.

Merkura kontakti
Spēcīga vibrācija zemestrīces dēļ var izraisīt kļūdainu iekārtas izslēgšanu, ja tiek izmantoti dzīvsudraba kontakti. To var novērst, vai nu norādot vibrācijas slāpēšanas tipa dzīvsudraba slēdžus, vai, ja nepieciešams, pievienojot laika relejus.

Secinājumi
(1) Dehāras elektrostacijas iekārtu un konstrukciju izmaksu ievērojama ekonomija tika panākta, pieņemot lielus agregātu izmērus, ņemot vērā tīkla izmērus un tā ietekmi uz sistēmas rezerves jaudu.
(2) Ģeneratoru izmaksas tika samazinātas, pieņemot konstrukcijas “lietussarga” dizainu, kas tagad ir iespējams lieliem ātrgaitas hidroģeneratoriem, pateicoties augstas stiepes izturības tērauda attīstībai rotora loka caurumošanai.
(3) Dabisko augstas jaudas koeficienta ģeneratoru iegāde pēc detalizētiem pētījumiem ļāva vēl vairāk ietaupīt izmaksas.
(4) Dehāras frekvences regulēšanas stacijas ģeneratora rotējošo daļu normālais spararata efekts tika uzskatīts par pietiekamu turbīnas regulatora sistēmas stabilitātei lielās savstarpēji savienotās sistēmas dēļ.
(5) Ātras reaģēšanas statiskās ierosmes sistēmas var nodrošināt attālināto ģeneratoru, kas baro EHV tīklus, īpašos parametrus elektriskās stabilitātes nodrošināšanai.
(6) Ātras darbības statiskās ierosmes sistēmas var nodrošināt nepieciešamās stabilitātes robežas. Tomēr šādām sistēmām ir nepieciešami stabilizējoši atgriezeniskās saites signāli, lai sasniegtu stabilitāti pēc kļūmes. Jāveic detalizēti pētījumi.
(7) Attālu ģeneratoru, kas savienoti ar tīklu ar garām EHV līnijām, pašizraisīšanos un sprieguma nestabilitāti var novērst, palielinot mašīnas līnijas uzlādes jaudu, izmantojot negatīvu ierosmi un/vai pastāvīgi pieslēgtus EHV šunta reaktorus.
(8) Ģeneratoru un to pamatu projektēšanā var paredzēt pasākumus, lai ar nelielām izmaksām nodrošinātu aizsardzību pret seismiskajiem spēkiem.

Dehar ģeneratoru galvenie parametri
Īsslēguma attiecība = 1,06
Pārejošas reaktivitātes tiešā ass = 0,2
Spararata efekts = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd ne lielāks par = 1,2