जनरेटर फ्लायव्हील इफेक्ट आणि टर्बाइन गव्हर्नर सिस्टमची स्थिरता

जनरेटर फ्लायव्हील टर्बाइन गव्हर्नर सिस्टमचा प्रभाव आणि स्थिरता जनरेटर फ्लायव्हील टर्बाइन गव्हर्नर सिस्टमचा प्रभाव आणि स्थिरता जनरेटर फ्लायव्हील टर्बाइन गव्हर्नर सिस्टमचा प्रभाव आणि स्थिरता जनरेटर फ्लायव्हील टर्बाइन गव्हर्नर सिस्टमचा प्रभाव आणि स्थिरता
मोठ्या आधुनिक हायड्रो जनरेटरमध्ये जडत्व स्थिरांक कमी असतो आणि त्यांना टर्बाइन नियंत्रण प्रणालीच्या स्थिरतेशी संबंधित समस्यांना तोंड द्यावे लागू शकते. हे टर्बाइन पाण्याच्या वर्तनामुळे होते, जे त्याच्या जडत्वामुळे नियंत्रण उपकरणे चालवताना प्रेशर पाईप्समध्ये वॉटर हॅमर निर्माण करते. हे सामान्यतः हायड्रॉलिक प्रवेग वेळ स्थिरांकांद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. वेगळ्या ऑपरेशनमध्ये, जेव्हा संपूर्ण सिस्टमची वारंवारता टर्बाइन गव्हर्नरद्वारे निर्धारित केली जाते तेव्हा वॉटर हॅमर गती नियंत्रणावर परिणाम करते आणि अस्थिरता शिकार किंवा वारंवारता स्विंग म्हणून दिसून येते. मोठ्या सिस्टमसह परस्पर जोडलेल्या ऑपरेशनसाठी वारंवारता मूलतः नंतर स्थिर ठेवली जाते. नंतर वॉटर हॅमर सिस्टमला पुरवलेल्या पॉवरवर परिणाम करते आणि स्थिरतेची समस्या तेव्हाच उद्भवते जेव्हा पॉवर बंद लूपमध्ये नियंत्रित केली जाते, म्हणजेच, फ्रिक्वेन्सी नियमनात भाग घेणाऱ्या हायड्रो जनरेटरच्या बाबतीत.

पाण्याच्या वस्तुमानाच्या हायड्रॉलिक प्रवेग वेळेच्या स्थिरतेमुळे आणि गव्हर्नरच्या वाढीमुळे यांत्रिक प्रवेग वेळेच्या स्थिरतेचा टर्बाइन गियरची स्थिरता मोठ्या प्रमाणात प्रभावित होते. वरील गुणोत्तर कमी केल्याने अस्थिरता निर्माण होते आणि गव्हर्नर वाढीमध्ये घट आवश्यक असते, ज्यामुळे वारंवारता स्थिरीकरणावर प्रतिकूल परिणाम होतो. त्यानुसार हायड्रो युनिटच्या फिरत्या भागांसाठी किमान फ्लायव्हील प्रभाव आवश्यक असतो जो सामान्यतः फक्त जनरेटरमध्ये प्रदान केला जाऊ शकतो. पर्यायी म्हणजे प्रेशर रिलीफ व्हॉल्व्ह किंवा सर्ज टँक इत्यादींच्या तरतुदीद्वारे यांत्रिक प्रवेग वेळ स्थिरांक कमी केला जाऊ शकतो, परंतु तो सामान्यतः खूप महाग असतो. हायड्रो जनरेटिंग युनिटच्या गती नियमन क्षमतेसाठी एक अनुभवजन्य निकष युनिटच्या गती वाढीवर आधारित असू शकतो जो स्वतंत्रपणे कार्यरत असलेल्या युनिटच्या संपूर्ण रेट केलेल्या भाराच्या नकारावर होऊ शकतो. मोठ्या परस्पर जोडलेल्या प्रणालींमध्ये कार्यरत असलेल्या आणि सिस्टम वारंवारता नियंत्रित करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या पॉवर युनिट्ससाठी, वर गणना केल्याप्रमाणे टक्केवारी गती वाढ निर्देशांक 45 टक्क्यांपेक्षा जास्त नसावा असे मानले गेले. लहान प्रणालींसाठी कमी गती वाढ प्रदान केली पाहिजे (प्रकरण 4 पहा).

इनटेक ते देहर पॉवर प्लांट पर्यंतचा रेखांशाचा भाग
(स्रोत: लेखकाचा पेपर - दुसरे जागतिक काँग्रेस, आंतरराष्ट्रीय जल संसाधन संघटना १९७९) देहर पॉवर प्लांटसाठी, पाण्याचे सेवन, दाब बोगदा, विभेदक सर्ज टँक आणि पेनस्टॉक असलेल्या पॉवर युनिटसह बॅलन्सिंग स्टोरेजला जोडणारी हायड्रॉलिक प्रेशर वॉटर सिस्टम दर्शविली आहे. पेनस्टॉक्समध्ये जास्तीत जास्त दाब वाढ ३५ टक्क्यांपर्यंत मर्यादित ठेवून, पूर्ण भार नाकारल्यानंतर युनिटची अंदाजे कमाल गती वाढ सुमारे ४५ टक्क्यांपर्यंत मोजली गेली, गव्हर्नर क्लोजिंगसह.
जनरेटरच्या फिरणाऱ्या भागांच्या सामान्य फ्लायव्हील इफेक्टसह (म्हणजेच, केवळ तापमान वाढीच्या विचारांवर निश्चित केलेल्या) २८२ मीटर (९२५ फूट) रेट केलेल्या हेडवर ९.१ सेकंदांचा वेळ. ऑपरेशनच्या पहिल्या टप्प्यात वेग वाढ ४३ टक्क्यांपेक्षा जास्त नसल्याचे आढळून आले. त्यानुसार असे मानले गेले की सामान्य फ्लायव्हील इफेक्ट सिस्टमची वारंवारता नियंत्रित करण्यासाठी पुरेसा आहे.

जनरेटर पॅरामीटर्स आणि विद्युत स्थिरता
स्थिरतेवर परिणाम करणारे जनरेटर पॅरामीटर्स म्हणजे फ्लायव्हील इफेक्ट, ट्रान्झिएंट रिएक्टन्स आणि शॉर्ट सर्किट रेशो. देहार येथे ४२० केव्ही ईएचव्ही सिस्टमच्या विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात कमकुवत सिस्टम, कमी शॉर्ट सर्किट पातळी, अग्रगण्य पॉवर फॅक्टरवर ऑपरेशन आणि ट्रान्समिशन आउटलेट प्रदान करण्यात आणि जनरेटिंग युनिट्सचे आकार आणि पॅरामीटर्स निश्चित करण्यात बचतीची आवश्यकता यामुळे स्थिरतेच्या समस्या गंभीर असू शकतात. देहार ईएचव्ही सिस्टमसाठी नेटवर्क विश्लेषक (ट्रान्झिएंट रिएक्टन्समागे स्थिर व्होल्टेज वापरून) वरील प्राथमिक ट्रान्झिएंट स्थिरता अभ्यासात असेही दिसून आले आहे की केवळ सीमांत स्थिरता प्राप्त केली जाईल. देहार पॉवर प्लांटच्या डिझाइनच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात सामान्य असलेले जनरेटर निर्दिष्ट करणे विचारात घेतले गेले.
इतर घटकांचे, विशेषतः उत्तेजना प्रणालीचे, पॅरामीटर्स ऑप्टिमायझ करून स्थिरतेची वैशिष्ट्ये आणि आवश्यकता साध्य करणे हा आर्थिकदृष्ट्या स्वस्त पर्याय असेल. ब्रिटिश प्रणालीच्या अभ्यासात असेही दिसून आले आहे की जनरेटर पॅरामीटर्स बदलल्याने स्थिरतेच्या मार्जिनवर तुलनेने कमी परिणाम होतो. त्यानुसार जनरेटरसाठी परिशिष्टात दिलेले सामान्य जनरेटर पॅरामीटर्स निर्दिष्ट केले आहेत. केलेले तपशीलवार स्थिरता अभ्यास दिले आहेत.

लाईन चार्जिंग क्षमता आणि व्होल्टेज स्थिरता
लांब अनलोड केलेल्या EHV लाईन्स चार्ज करण्यासाठी वापरले जाणारे दूरस्थ हायड्रो जनरेटर ज्यांचे चार्जिंग kVA मशीनच्या लाईन चार्जिंग क्षमतेपेक्षा जास्त असते, मशीन स्वतःहून उत्तेजित होऊ शकते आणि व्होल्टेज नियंत्रणाबाहेर जाऊ शकते. सेल्फ एक्सिटेशनची अट म्हणजे xc < xd जिथे, xc कॅपेसिटिव्ह लोड रिएक्टन्स आहे आणि xd सिंक्रोनस डायरेक्ट अक्ष रिएक्टन्स आहे. पानिपत (रिसीव्हिंग एंड) पर्यंत एक सिंगल 420 kV अनलोड केलेली लाईन E2 /xc चार्ज करण्यासाठी आवश्यक असलेली क्षमता रेटेड व्होल्टेजवर सुमारे 150 MVARs होती. दुसऱ्या टप्प्यात जेव्हा समतुल्य लांबीची दुसरी 420 kV लाइन स्थापित केली जाते, तेव्हा रेटेड व्होल्टेजवर दोन्ही अनलोड केलेल्या लाईन्स एकाच वेळी चार्ज करण्यासाठी आवश्यक असलेली लाईन चार्जिंग क्षमता सुमारे 300 MVARs असेल.

उपकरणांच्या पुरवठादारांनी सूचित केल्यानुसार देहर जनरेटरकडून रेटेड व्होल्टेजवर उपलब्ध असलेली लाइन चार्जिंग क्षमता खालीलप्रमाणे होती:
(i) ७० टक्के रेटेड MVA, म्हणजेच १२१.८ MVAR लाइन चार्जिंग किमान १० टक्के पॉझिटिव्ह एक्सिटेशनसह शक्य आहे.
(ii) किमान १ टक्के सकारात्मक उत्तेजनासह रेटेड MVA च्या ८७ टक्क्यांपर्यंत, म्हणजेच १३९ MVAR लाइन चार्जिंग क्षमता शक्य आहे.
(iii) BSS नुसार, रेटेड MVA च्या १०० टक्के पर्यंत, म्हणजेच १७३.८ लाइन चार्जिंग क्षमता अंदाजे ५ टक्के नकारात्मक उत्तेजनासह मिळवता येते आणि १० टक्के नकारात्मक उत्तेजनासह मिळू शकणारी कमाल लाइन चार्जिंग क्षमता रेटेड MVA (१९१ MVAR) च्या ११० टक्के आहे.
(iv) मशीनचा आकार वाढवूनच लाईन चार्जिंग क्षमतेत आणखी वाढ करणे शक्य आहे. (ii) आणि (iii) बाबतीत उत्तेजनाचे हाताने नियंत्रण करणे शक्य नाही आणि जलद कार्य करणाऱ्या स्वयंचलित व्होल्टेज रेग्युलेटरच्या सतत ऑपरेशनवर पूर्ण अवलंबून राहावे लागते. लाईन चार्जिंग क्षमता वाढवण्याच्या उद्देशाने मशीनचा आकार वाढवणे आर्थिकदृष्ट्या शक्य नाही आणि इष्टही नाही. त्यानुसार ऑपरेशनच्या पहिल्या टप्प्यातील ऑपरेटिंग परिस्थिती लक्षात घेऊन जनरेटरवर नकारात्मक उत्तेजना प्रदान करून जनरेटरसाठी रेटेड व्होल्टेजवर 191 MVARs ची लाईन चार्जिंग क्षमता प्रदान करण्याचा निर्णय घेण्यात आला. रिसीव्हिंग एंडवरील लोड डिस्कनेक्ट झाल्यामुळे व्होल्टेज अस्थिरता निर्माण करणारी गंभीर ऑपरेटिंग स्थिती देखील होऊ शकते. मशीनवरील कॅपेसिटिव्ह लोडिंगमुळे ही घटना घडते जी जनरेटरच्या वेग वाढीमुळे अधिक प्रतिकूल परिणाम करते. स्वयं उत्तेजना आणि व्होल्टेज अस्थिरता उद्भवू शकते जर ...

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
जिथे, Xc म्हणजे कॅपेसिटिव्ह लोड रिएक्टन्स, Xq म्हणजे क्वाड्रॅचर अक्ष सिंक्रोनस रिएक्टन्स आणि n म्हणजे लोड रिजेक्शनवर होणारा कमाल सापेक्ष ओव्हरस्पीड. केलेल्या तपशीलवार अभ्यासानुसार, देहार जनरेटरवरील ही स्थिती रेषेच्या रिसीव्हिंग एंडला कायमस्वरूपी कनेक्टेड 400 kV EHV शंट रिअॅक्टर (75 MVA) प्रदान करून कमी करण्याचा प्रस्ताव होता.

डँपर वाइंडिंग
डँपर वाइंडिंगचे मुख्य कार्य म्हणजे कॅपेसिटिव्ह लोडसह लाईन टू लाईन फॉल्ट झाल्यास जास्त ओव्हर-व्होल्टेज टाळण्याची क्षमता, ज्यामुळे उपकरणांवरील ओव्हर-व्होल्टेजचा ताण कमी होतो. दूरस्थ स्थान आणि लांब इंटरकनेक्टिंग ट्रान्समिशन लाईन्स लक्षात घेऊन, क्वाड्रॅचर आणि डायरेक्ट अक्ष रिएक्टन्स Xnq/Xnd 1.2 पेक्षा जास्त नसलेल्या गुणोत्तरासह पूर्णपणे जोडलेले डँपर वाइंडिंग निर्दिष्ट केले गेले.

जनरेटर वैशिष्ट्यपूर्ण आणि उत्तेजना प्रणाली
सामान्य वैशिष्ट्यांसह जनरेटर निर्दिष्ट केल्यानंतर आणि प्राथमिक अभ्यासात केवळ सीमांत स्थिरता दर्शविल्यानंतर, स्थिरता मार्जिन सुधारण्यासाठी उच्च गती स्थिर उत्तेजना उपकरणे वापरण्याचा निर्णय घेण्यात आला जेणेकरून उपकरणांची एकूण सर्वात किफायतशीर व्यवस्था साध्य करता येईल. स्थिर उत्तेजना उपकरणांची इष्टतम वैशिष्ट्ये निश्चित करण्यासाठी तपशीलवार अभ्यास करण्यात आला आणि प्रकरण १० मध्ये चर्चा करण्यात आली.

भूकंपाच्या बाबी
देहर पॉवर प्लांट भूकंपप्रवण क्षेत्रात येतो. देहर येथील हायड्रो जनरेटर डिझाइनमध्ये खालील तरतुदी उपकरणांच्या उत्पादकांशी सल्लामसलत करून आणि घटनास्थळावरील भूकंपीय आणि भूगर्भीय परिस्थिती आणि युनेस्कोच्या मदतीने भारत सरकारने स्थापन केलेल्या कोयना भूकंप तज्ञ समितीच्या अहवालाचा विचार करून प्रस्तावित करण्यात आल्या.

यांत्रिक शक्ती
देहर जनरेटर अशा प्रकारे डिझाइन केलेले असावेत की देहरमध्ये यंत्राच्या मध्यभागी काम करताना अपेक्षित उभ्या आणि आडव्या दोन्ही दिशेने जास्तीत जास्त भूकंप प्रवेग शक्ती सुरक्षितपणे सहन करावी.

नैसर्गिक वारंवारता
यंत्राची नैसर्गिक वारंवारता १०० हर्ट्झच्या चुंबकीय वारंवारतेपासून (जनरेटर वारंवारतेच्या दुप्पट) खूप दूर (जास्त) ठेवली पाहिजे. ही नैसर्गिक वारंवारता भूकंप वारंवारतेपासून खूप दूर ठेवली पाहिजे आणि भूकंपाच्या प्रमुख वारंवारतेच्या आणि फिरणाऱ्या प्रणालीच्या गंभीर गतीच्या तुलनेत पुरेसा फरक तपासला पाहिजे.

जनरेटर स्टेटर सपोर्ट
जनरेटर स्टेटर आणि लोअर थ्रस्ट आणि गाईड बेअरिंग फाउंडेशनमध्ये अनेक सोल प्लेट्स असतात. सोल प्लेट्स फाउंडेशन बोल्टद्वारे सामान्य उभ्या दिशेने व्यतिरिक्त बाजूने फाउंडेशनला बांधल्या पाहिजेत.

मार्गदर्शक बेअरिंग डिझाइन
गाईड बेअरिंग्ज सेगमेंटल प्रकारचे असावेत आणि गाईड बेअरिंगचे भाग भूकंपाच्या पूर्ण ताकदीला तोंड देण्यासाठी मजबूत करावेत. उत्पादकांनी स्टील गर्डर्सच्या सहाय्याने वरच्या ब्रॅकेटला बॅरल (जनरेटर एन्क्लोजर) सोबत बाजूने बांधण्याची शिफारस केली आहे. याचा अर्थ असा की काँक्रीट बॅरललाही मजबूत करावे लागेल.

जनरेटरचे कंपन शोधणे
भूकंपामुळे होणारी कंपने पूर्वनिर्धारित मूल्यापेक्षा जास्त झाल्यास बंद पडणे आणि अलार्म सुरू करण्यासाठी टर्बाइन आणि जनरेटरवर कंपन डिटेक्टर किंवा विक्षिप्तता मीटर बसवण्याची शिफारस करण्यात आली. टर्बाइनवर परिणाम करणाऱ्या हायड्रॉलिक परिस्थितीमुळे युनिटमधील कोणत्याही असामान्य कंपनांचा शोध घेण्यासाठी देखील हे उपकरण वापरले जाऊ शकते.

बुध संपर्क
जर पारा संपर्क वापरला तर भूकंपामुळे तीव्र हादरे बसल्याने युनिट बंद करण्यास सुरुवात करताना खोटे ट्रिपिंग होऊ शकते. अँटी-व्हायब्रेशन प्रकारचे पारा स्विच निर्दिष्ट करून किंवा आवश्यक असल्यास टायमिंग रिले जोडून हे टाळता येते.

निष्कर्ष
(१) देहर पॉवर प्लांटमधील उपकरणे आणि संरचनेच्या किमतीत लक्षणीय बचत ग्रिडचा आकार आणि सिस्टम स्पेअर क्षमतेवर त्याचा प्रभाव लक्षात घेऊन मोठ्या युनिट आकाराचा अवलंब करून झाली.
(२) रोटर रिम पंचिंगसाठी उच्च तन्य स्टीलच्या विकासामुळे मोठ्या हाय स्पीड हायड्रो जनरेटरसाठी आता छत्री डिझाइनचा अवलंब करून जनरेटरची किंमत कमी करण्यात आली.
(३) सविस्तर अभ्यासानंतर नैसर्गिक उच्च शक्ती घटक जनरेटर खरेदी केल्याने खर्चात आणखी बचत झाली.
(४) देहर येथील फ्रिक्वेन्सी रेग्युलेटिंग स्टेशनवरील जनरेटरच्या फिरणाऱ्या भागांचा सामान्य फ्लायव्हील इफेक्ट टर्बाइन गव्हर्नर सिस्टमच्या स्थिरतेसाठी पुरेसा मानला जात होता कारण ही सिस्टम मोठ्या प्रमाणात एकमेकांशी जोडलेली होती.
(५) विद्युत स्थिरता सुनिश्चित करण्यासाठी EHV नेटवर्क्सना फीड करणाऱ्या रिमोट जनरेटरचे विशेष पॅरामीटर्स जलद प्रतिसाद स्थिर उत्तेजना प्रणालींद्वारे पूर्ण केले जाऊ शकतात.
(६) जलद-कार्य करणाऱ्या स्थिर उत्तेजना प्रणाली आवश्यक स्थिरता मार्जिन प्रदान करू शकतात. तथापि, अशा प्रणालींना फॉल्टनंतर स्थिरता प्राप्त करण्यासाठी स्थिरीकरण फीड बॅक सिग्नलची आवश्यकता असते. तपशीलवार अभ्यास केला पाहिजे.
(७) लांब EHV लाईन्सद्वारे ग्रिडशी जोडलेल्या रिमोट जनरेटरची स्वयं-उत्तेजना आणि व्होल्टेज अस्थिरता नकारात्मक उत्तेजनाचा अवलंब करून आणि/किंवा कायमस्वरूपी जोडलेले EHV शंट रिअॅक्टर वापरून मशीनची लाईन चार्जिंग क्षमता वाढवून रोखता येते.
(८) भूकंपीय शक्तींपासून संरक्षण करण्यासाठी जनरेटर आणि त्याच्या पायाच्या डिझाइनमध्ये कमी खर्चात तरतूद केली जाऊ शकते.

देहर जनरेटरचे मुख्य पॅरामीटर्स
शॉर्ट सर्किट रेशो = १.०६
क्षणिक अभिक्रिया थेट अक्ष = ०.२
फ्लायव्हील इफेक्ट = ३९.५ x १०६ पौंड फूट२
Xnq/Xnd = १.२ पेक्षा जास्त नाही