Ефект на замаецот на генераторот и стабилност на системот за регулирање на турбината

Ефект на замаецот на генераторот и стабилност на системот за регулација на турбината Ефект на замаецот на генераторот и стабилност на системот за регулација на турбината Ефект на замаецот на генераторот и стабилност на системот за регулација на турбината Ефект на замаецот на генераторот и стабилност на системот за регулација на турбината
Големите современи хидрогенератори имаат помала константа на инерција и може да се соочат со проблеми во врска со стабилноста на системот за управување со турбината. Ова се должи на однесувањето на водата во турбината, која поради својата инерција предизвикува хидроудар во цевките за притисок кога се активираат контролните уреди. Ова генерално се карактеризира со временските константи на хидрауличното забрзување. При изолирана работа, кога фреквенцијата на целиот систем е одредена од регулаторот на турбината, хидроударот влијае на регулирањето на брзината и нестабилноста се појавува како лов или нишање на фреквенцијата. За меѓусебно поврзано работење со голем систем, фреквенцијата во суштина се одржува константна од вториот. Хидроударот потоа влијае на моќноста што се внесува во системот и проблемот со стабилноста се јавува само кога моќноста се контролира во затворена јамка, т.е. во случај на оние хидрогенератори кои учествуваат во регулацијата на фреквенцијата.

Стабилноста на регулаторот на турбината е во голема мера под влијание на односот на временската константа на механичкото забрзување поради временската константа на хидрауличкото забрзување на водните маси и од засилувањето на регулаторот. Намалувањето на горенаведениот однос има дестабилизирачки ефект и бара намалување на засилувањето на регулаторот, што негативно влијае на стабилизацијата на фреквенцијата. Според тоа, потребен е минимален ефект на замаецот за ротирачките делови на хидроединицата, кој нормално може да се обезбеди само во генераторот. Алтернативно, временската константа на механичкото забрзување може да се намали со обезбедување вентил за ослободување на притисок или резервоар за пренапон итн., но тоа генерално е многу скапо. Емпириски критериум за способноста за регулирање на брзината на хидрогенераторската единица може да се базира на зголемувањето на брзината на единицата, што може да се случи при отфрлање на целото номинално оптоварување на единицата што работи независно. За енергетските единици што работат во големи меѓусебно поврзани системи и кои се потребни за регулирање на системската фреквенција, процентуалниот индекс на зголемување на брзината, како што е пресметан погоре, се смета дека не надминува 45 проценти. За помали системи, може да се обезбеди помало зголемување на брзината (видете Поглавје 4).

Надолжен дел од зафатот до електраната Дехар
(Извор: Труд од автор – 2-ри светски конгрес, Меѓународно здружение за водни ресурси 1979) За електраната Дехар, прикажан е хидрауличен систем за вода под притисок што го поврзува балансирачкиот резервоар со енергетската единица, кој се состои од влез за вода, тунел под притисок, диференцијален резервоар за пренапон и цевка. Ограничувањето на максималното зголемување на притисокот во цевката на 35 проценти, проценетото максимално зголемување на брзината на единицата по отфрлање на целосно оптоварување, пресметано е на околу 45 проценти со затворање на регулаторот.
време од 9,1 секунда при номинален напор од 282 m (925 ft) со нормален ефект на замаецот на ротирачките делови на генераторот (т.е. фиксиран само врз основа на зголемувањето на температурата). Во првата фаза од работата, зголемувањето на брзината не беше поголемо од 43 проценти. Според тоа, се сметаше дека нормалниот ефект на замаецот е соодветен за регулирање на фреквенцијата на системот.

Параметри на генераторот и електрична стабилност
Параметрите на генераторот кои влијаат на стабилноста се ефектот на замаецот, преодната реактанса и односот на краток спој. Во почетната фаза на развој на 420 kV EHV систем како во Дехар, проблемите со стабилноста веројатно ќе бидат критични поради слабиот систем, пониското ниво на краток спој, работата на водечки фактор на моќност и потребата од економичност во обезбедувањето преносни приклучоци и фиксирање на големината и параметрите на генераторските единици. Прелиминарните студии за преодна стабилност на анализаторот на мрежата (користејќи константен напон зад преодната реактанса) за EHV системот во Дехар, исто така, покажаа дека ќе се добие само маргинална стабилност. Во раната фаза на дизајнирање на електраната во Дехар, се сметаше дека специфицирањето на генератори со нормална
карактеристиките и постигнувањето на барањата за стабилност преку оптимизирање на параметрите на другите вклучени фактори, особено оние на системот за возбудување, би била економски поевтина алтернатива. Во една студија на Британскиот систем, исто така, беше покажано дека менувањето на параметрите на генераторот има релативно многу помал ефект врз маргините на стабилност. Според тоа, нормалните параметри на генераторот, како што се дадени во додатокот, беа специфицирани за генераторот. Деталните студии за стабилност се спроведени.

Капацитет за полнење на линијата и стабилност на напонот
Кај оддалечени хидрогенератори што се користат за полнење на долги неоптоварени EHV водови чие полнење kVA е поголемо од капацитетот за полнење на линијата на машината, машината може да се самовозбуди и напонот да се зголеми неконтролирано. Условот за самовозбудување е xc < xd каде што xc е капацитивната реактанса на оптоварувањето, а xd синхроната реактанса на директната оска. Капацитетот потребен за полнење на една единствена 420 kV неоптоварена линија E2 /xc до Panipat (приемен крај) беше околу 150 MVAR при номинален напон. Во втората фаза, кога е инсталирана втора 420 kV линија со еквивалентна должина, капацитетот за полнење на линијата потребен за истовремено полнење на двете неоптоварени водови при номинален напон би бил околу 300 MVAR.

Капацитетот на полнење на линијата достапен при номинален напон од генераторот Дехар, како што наведоа добавувачите на опремата, беше како што следува:
(i) 70 проценти номинална MVA, т.е. полнење на линија од 121,8 MVAR е можно со минимално позитивно возбудување од 10 проценти.
(ii) До 87 проценти од номиналната MVA, т.е. капацитет на полнење на линија од 139 MVAR е можен со минимално позитивно возбудување од 1 процент.
(iii) До 100 проценти од номиналната MVA, т.е. капацитет за полнење на линија од 173,8, може да се добие со приближно 5 проценти негативно возбудување, а максималниот капацитет за полнење на линија што може да се добие со негативно возбудување од 10 проценти е 110 проценти од номиналната MVA (191 MVAR) според BSS.
(iv) Понатамошно зголемување на капацитетите за полнење на линијата е можно само со зголемување на големината на машината. Во случајот на (ii) и (iii), рачното управување со возбудата не е можно и мора целосно да се потпреме на континуираното работење на брзи автоматски регулатори на напон. Не е ниту економски изводливо ниту пожелно да се зголеми големината на машината со цел зголемување на капацитетите за полнење на линијата. Според тоа, земајќи ги предвид работните услови во првата фаза од работата, беше одлучено да се обезбеди капацитет за полнење на линијата од 191 MVAR при номинален напон за генераторите со обезбедување негативно возбудување на генераторите. Критичната работна состојба што предизвикува нестабилност на напонот може да биде предизвикана и од исклучување на оптоварувањето на приемниот крај. Феноменот се јавува поради капацитивно оптоварување на машината, на кое дополнително негативно влијае зголемувањето на брзината на генераторот. Самовозбудување и нестабилност на напонот може да се појават ако.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Каде што, Xc е капацитивна реактанса на оптоварувањето, Xq е синхрона реактанса на квадратурната оска и n е максималната релативна пребрзина што се јавува при отфрлање на оптоварувањето. Оваа состојба на Дехар генераторот беше предложена да се избегне со обезбедување на трајно поврзан 400 kV EHV шунт реактор (75 MVA) на приемниот крај од линијата, според спроведените детални студии.

Намотување на амортизерот
Главната функција на намотката на амортизерот е нејзината способност да спречи прекумерни пренапони во случај на линиски грешки со капацитивни оптоварувања, со што се намалува пренапонскиот стрес на опремата. Земајќи ја предвид оддалечената локација и долгите меѓусебно поврзани далноводи, специфицирани се целосно поврзани намотки на амортизерот со однос на квадратурата и реактансите на директната оска Xnq/Xnd што не надминува 1,2.

Карактеристики на генераторот и систем за возбудување
Откако беа специфицирани генератори со нормални карактеристики и прелиминарните студии покажаа само маргинална стабилност, беше одлучено да се користи опрема за статичко возбудување со голема брзина за подобрување на маргините на стабилност, со цел да се постигне најекономично распоредување на опремата. Беа спроведени детални студии за да се утврдат оптималните карактеристики на опремата за статичко возбудување, кои беа дискутирани во поглавје 10.

Сеизмички размислувања
Електраната Дехар спаѓа во сеизмичка зона. Следните одредби во дизајнот на хидрогенераторот во Дехар беа предложени во консултација со производителите на опрема и земајќи ги предвид сеизмичките и геолошките услови на локацијата и извештајот на Комитетот на експерти за земјотреси во Којна, формиран од Владата на Индија со помош на УНЕСКО.

Механичка цврстина
Генераторите на Дехар се дизајнирани безбедно да издржат максимална сила на забрзување на земјотресот, како во вертикална, така и во хоризонтална насока, што се очекува кај Дехар, која дејствува во центарот на машината.

Природна фреквенција
Природната фреквенција на машината треба да се држи подалеку (повисоко) од магнетната фреквенција од 100 Hz (двојно поголема од фреквенцијата на генераторот). Оваа природна фреквенција ќе биде далеку од фреквенцијата на земјотресот и ќе се провери за соодветна маргина во однос на доминантната фреквенција на земјотресот и критичната брзина на ротирачкиот систем.

Поддршка на статорот на генераторот
Темелите на статорот на генераторот и долниот потисок и водилките се состојат од голем број ѓонални плочи. Ѓоналните плочи се врзани за темелот странично, покрај нормалната вертикална насока, со фундаментални завртки.

Дизајн на лежиште за водичи
Водилките треба да бидат од сегментен тип, а деловите од водилките треба да бидат зајакнати за да издржат целосна сила на земјотрес. Производителите дополнително препорачуваат горниот држач да се врзе странично со цевката (куќиште на генераторот) со помош на челични греди. Ова исто така би значело дека бетонската цевка, пак, ќе треба да се зајакне.

Детекција на вибрации на генератори
Се препорачува инсталирање на детектори за вибрации или мерачи на ексцентричност на турбините и генераторите за иницирање на исклучување и аларм во случај вибрациите поради земјотрес да надминат однапред одредена вредност. Овој уред може да се користи и за откривање на какви било невообичаени вибрации на единицата поради хидраулични услови што влијаат на турбината.

Контакти на Меркур
Силното тресење поради земјотрес може да резултира со лажно исклучување за иницирање на исклучување на уредот ако се користат живини контакти. Ова може да се избегне со специфицирање на прекинувачи од типот жива против вибрации или, доколку е потребно, со додавање на временски релеи.

Заклучоци
(1) Значителни заштеди во трошоците за опрема и структура во електраната Дехар беа постигнати со усвојување на голема големина на единиците, земајќи ја предвид големината на мрежата и нејзиното влијание врз резервниот капацитет на системот.
(2) Цената на генераторите беше намалена со усвојување на чадор дизајн на конструкција, што сега е можно за големи хидрогенератори со голема брзина поради развојот на челик со висока затегнување за дупчење на рабовите на роторот.
(3) Набавката на природни генератори со висок фактор на моќност по детални студии резултираше со дополнителни заштеди на трошоците.
(4) Нормалниот ефект на замаецот на ротирачките делови на генераторот на станицата за регулирање на фреквенцијата во Дехар се сметаше за доволен за стабилноста на системот за регулација на турбини поради големиот меѓусебно поврзан систем.
(5) Посебните параметри на далечинските генератори што ги напојуваат EHV мрежите за обезбедување електрична стабилност можат да се исполнат со системи за брзо реагирање на статички возбудувања.
(6) Брзо дејствувачките статички системи за возбудување можат да обезбедат потребни маргини на стабилност. Сепак, ваквите системи бараат стабилизирачки повратни сигнали за постигнување стабилност по распадот. Треба да се спроведат детални студии.
(7) Самовозбудувањето и нестабилноста на напонот на оддалечените генератори меѓусебно поврзани со мрежата со долги високонапонски водови може да се спречат со зголемување на капацитетот за полнење на машината преку негативна возбуда и/или со користење на трајно поврзани високонапонски шунт реактори.
(8) Во дизајнот на генераторите и нивните темели може да се направат одредби за да се обезбеди заштита од сеизмички сили со мали трошоци.

Главни параметри на генераторите Dehar
Коефициент на краток спој = 1,06
Преодна реактанса Директна оска = 0,2
Ефект на замаецот = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd не е поголемо од = 1,2