Kesan Roda Tenaga Penjana dan Kestabilan Sistem Gabenor Turbin

Kesan Roda Tenaga Penjana dan Kestabilan Sistem Gabenor turbin Kesan Roda Tenaga Penjana dan Kestabilan Sistem Gabenor turbin Kesan Roda Tenaga Penjana dan Kestabilan Sistem Gabenor turbin
Penjana hidro moden yang besar mempunyai pemalar inersia yang lebih kecil dan mungkin menghadapi masalah berkaitan kestabilan sistem pengawal turbin. Ini disebabkan oleh kelakuan air turbin, yang disebabkan oleh inersianya menimbulkan tukul air dalam paip tekanan apabila peranti kawalan dikendalikan. Ini secara amnya dicirikan oleh pemalar masa pecutan hidraulik. Dalam operasi terpencil, apabila frekuensi keseluruhan sistem ditentukan oleh pengawal turbin, tukul air mempengaruhi pengawal kelajuan dan ketidakstabilan muncul sebagai pemburuan atau ayunan frekuensi. Untuk operasi yang saling berkaitan dengan sistem yang besar, frekuensi pada asasnya dikekalkan malar oleh yang kemudian. Tukul air kemudiannya memberi kesan kepada kuasa yang disalurkan kepada sistem dan masalah kestabilan hanya timbul apabila kuasa dikawal dalam gelung tertutup, iaitu, dalam kes penjana hidro yang mengambil bahagian dalam pengawalaturan frekuensi.

Kestabilan gear gabenor turbin sangat dipengaruhi oleh nisbah pemalar masa pecutan mekanikal disebabkan oleh pemalar masa pecutan hidraulik jisim air dan oleh gandaan gabenor. Pengurangan nisbah di atas mempunyai kesan ketidakstabilan dan memerlukan pengurangan gandaan gabenor, yang menjejaskan penstabilan frekuensi secara negatif. Oleh itu, kesan roda tenaga minimum untuk bahagian unit hidro yang berputar adalah perlu yang biasanya hanya boleh disediakan dalam penjana. Secara alternatif, pemalar masa pecutan mekanikal boleh dikurangkan dengan menyediakan injap pelega tekanan atau tangki lonjakan, dsb., tetapi ia secara amnya sangat mahal. Kriteria empirikal untuk keupayaan mengawal kelajuan unit penjana hidro boleh berdasarkan kenaikan kelajuan unit yang mungkin berlaku apabila keseluruhan beban undian unit yang beroperasi secara bebas ditolak. Bagi unit kuasa yang beroperasi dalam sistem saling berkaitan yang besar dan yang dikehendaki untuk mengawal frekuensi sistem, indeks peratusan kenaikan kelajuan seperti yang dikira di atas dianggap tidak melebihi 45 peratus. Bagi sistem yang lebih kecil, kenaikan kelajuan yang lebih kecil perlu disediakan (Rujuk Bab 4).

Keratan membujur dari pengambilan ke Loji Janakuasa Dehar
(Sumber: Kertas Kerja oleh Pengarang – Kongres Dunia ke-2, Persatuan Sumber Air Antarabangsa 1979) Bagi Loji Janakuasa Dehar, sistem air tekanan hidraulik yang menghubungkan storan pengimbang dengan unit kuasa yang terdiri daripada pengambilan air, terowong tekanan, tangki lonjakan pembezaan dan penstock ditunjukkan. Dengan mengehadkan kenaikan tekanan maksimum dalam penstock kepada 35 peratus, anggaran kenaikan kelajuan maksimum unit apabila beban penuh ditolak, dikira kepada kira-kira 45 peratus dengan penutupan gabenor.
masa 9.1 saat pada turus undian 282 m (925 kaki) dengan kesan roda tenaga normal bahagian berputar penjana (iaitu, ditetapkan pada pertimbangan kenaikan suhu sahaja). Pada peringkat pertama operasi, peningkatan kelajuan didapati tidak lebih daripada 43 peratus. Sehubungan itu, dianggap bahawa kesan roda tenaga normal adalah mencukupi untuk mengawal selia frekuensi sistem.

Parameter Penjana dan Kestabilan Elektrik
Parameter penjana yang mempunyai kaitan dengan kestabilan ialah kesan roda tenaga, reaktansi sementara dan nisbah litar pintas. Pada peringkat awal pembangunan sistem EHV 420 kV seperti di Dehar, masalah kestabilan mungkin menjadi kritikal kerana sistem yang lemah, tahap litar pintas yang lebih rendah, operasi pada faktor kuasa utama, dan keperluan untuk menjimatkan wang dalam menyediakan saluran penghantaran dan menetapkan saiz dan parameter unit penjana. Kajian kestabilan sementara awal pada penganalisis rangkaian (menggunakan voltan malar di belakang reaktansi sementara) untuk sistem EHV Dehar juga menunjukkan bahawa hanya kestabilan marginal akan diperolehi. Pada peringkat awal reka bentuk Loji Janakuasa Dehar, adalah dianggap bahawa menentukan penjana dengan voltan normal
ciri-ciri dan mencapai keperluan kestabilan dengan mengoptimumkan parameter faktor lain yang terlibat terutamanya sistem pengujaan akan menjadi alternatif yang lebih murah dari segi ekonomi. Dalam kajian Sistem British juga ditunjukkan bahawa perubahan parameter penjana mempunyai kesan yang agak kurang terhadap margin kestabilan. Oleh itu, parameter penjana normal seperti yang diberikan dalam lampiran telah dinyatakan untuk penjana. Kajian kestabilan terperinci yang dijalankan diberikan

Kapasiti Pengecasan Talian dan Kestabilan Voltan
Penjana hidro yang terletak jauh digunakan untuk mengecas talian EHV tanpa muatan panjang yang mana kVA pengecasannya lebih daripada kapasiti pengecasan talian mesin, mesin mungkin akan teruja sendiri dan voltan meningkat di luar kawalan. Keadaan untuk pengujaan sendiri ialah xc < xd di mana, xc ialah reaktans beban kapasitif dan xd ialah reaktans paksi langsung segerak. Kapasiti yang diperlukan untuk mengecas satu talian tanpa muatan 420 kV tunggal E2/xc sehingga Panipat (hujung penerima) adalah kira-kira 150 MVAR pada voltan undian. Pada peringkat kedua apabila talian 420 kV kedua yang setara panjang dipasang, kapasiti pengecasan talian yang diperlukan untuk mengecas kedua-dua talian tanpa muatan secara serentak pada voltan undian ialah kira-kira 300 MVAR.

Kapasiti pengecasan talian yang tersedia pada voltan undian daripada penjana Dehar seperti yang dimaklumkan oleh pembekal peralatan adalah seperti berikut:
(i) MVA berkadar 70 peratus, iaitu pengecasan talian 121.8 MVAR boleh dilakukan dengan pengujaan positif minimum sebanyak 10 peratus.
(ii) Sehingga 87 peratus daripada MVA yang dinilai, iaitu kapasiti pengecasan talian 139 MVAR adalah mungkin dengan pengujaan positif minimum sebanyak 1 peratus.
(iii) Sehingga 100 peratus daripada MVAR yang dinilai, iaitu kapasiti pengecasan talian 173.8 boleh diperoleh dengan pengujaan negatif kira-kira 5 peratus dan kapasiti pengecasan talian maksimum yang boleh diperoleh dengan pengujaan negatif sebanyak 10 peratus ialah 110 peratus daripada MVA yang dinilai (191 MVAR) mengikut BSS.
(iv) Peningkatan selanjutnya dalam kapasiti pengecasan talian hanya boleh dilakukan dengan meningkatkan saiz mesin. Dalam kes (ii) dan (iii) kawalan pengujaan tangan tidak mungkin dan pergantungan penuh perlu diletakkan pada operasi berterusan pengawal selia voltan automatik bertindak pantas. Adalah tidak berdaya maju dari segi ekonomi dan tidak wajar untuk meningkatkan saiz mesin bagi tujuan meningkatkan kapasiti pengecasan talian. Sehubungan itu, dengan mengambil kira keadaan operasi pada peringkat pertama operasi, telah diputuskan untuk menyediakan kapasiti pengecasan talian sebanyak 191 MVAR pada voltan undian untuk penjana dengan menyediakan pengujaan negatif pada penjana. Keadaan operasi kritikal yang menyebabkan ketidakstabilan voltan juga mungkin disebabkan oleh pemutusan beban pada hujung penerima. Fenomena ini berlaku disebabkan oleh beban kapasitif pada mesin yang seterusnya terjejas teruk oleh peningkatan kelajuan penjana. Pengujaan kendiri dan ketidakstabilan voltan mungkin berlaku jika.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Di mana, Xc ialah reaktansi beban kapasitif, Xq ialah reaktansi segerak paksi kuadratur dan n ialah kelajuan lampau relatif maksimum yang berlaku pada penolakan beban. Keadaan pada penjana Dehar ini dicadangkan untuk disingkirkan dengan menyediakan reaktor shunt EHV 400 kV (75 MVA) yang disambungkan secara kekal pada hujung penerima talian seperti kajian terperinci yang dijalankan.

Penggulungan peredam
Fungsi utama belitan peredam adalah keupayaannya untuk mencegah voltan lampau yang berlebihan sekiranya berlaku kerosakan talian ke talian dengan beban kapasitif, sekali gus mengurangkan tekanan voltan lampau pada peralatan. Dengan mengambil kira lokasi terpencil dan talian penghantaran yang bersambung panjang, belitan peredam yang disambungkan sepenuhnya dengan nisbah kuadratur dan reaktans paksi terus Xnq/Xnd tidak melebihi 1.2 telah ditentukan.

Ciri-ciri Penjana dan Sistem Pengujaan
Penjana dengan ciri-ciri normal telah ditentukan dan kajian awal hanya menunjukkan kestabilan marginal, telah diputuskan bahawa peralatan pengujaan statik berkelajuan tinggi digunakan untuk meningkatkan margin kestabilan bagi mencapai susunan peralatan yang paling menjimatkan secara keseluruhan. Kajian terperinci telah dijalankan untuk menentukan ciri-ciri optimum peralatan pengujaan statik dan dibincangkan dalam bab 10.

Pertimbangan Seismik
Loji Janakuasa Dehar berada dalam zon seismik. Peruntukan berikut dalam reka bentuk penjana hidro di Dehar telah dicadangkan dengan berunding dengan pengeluar peralatan dan mengambil kira keadaan seismik dan geologi di tapak serta laporan Jawatankuasa Pakar Gempa Bumi Koyna yang ditubuhkan oleh Kerajaan India dengan bantuan UNESCO.

Kekuatan Mekanikal
Penjana Dehar direka bentuk untuk menahan daya pecutan gempa bumi maksimum dengan selamat dalam arah menegak dan mendatar yang dijangkakan di Dehar yang bertindak di tengah mesin.

Frekuensi Semula Jadi
Frekuensi semula jadi mesin hendaklah dijauhkan (lebih tinggi) daripada frekuensi magnet 100 Hz (dua kali ganda frekuensi penjana). Frekuensi semula jadi ini akan jauh daripada frekuensi gempa bumi dan akan diperiksa untuk margin yang mencukupi terhadap frekuensi gempa bumi yang dominan dan kelajuan kritikal sistem berputar.

Sokongan stator penjana
Stator penjana dan asas tujahan dan galas panduan bawah terdiri daripada beberapa plat tapak. Plat tapak hendaklah diikat pada asas secara sisi sebagai tambahan kepada arah menegak biasa oleh bolt asas.

Reka Bentuk Bearing Panduan
Galas panduan hendaklah daripada jenis segmental dan bahagian galas panduan hendaklah dikukuhkan untuk menahan daya gempa bumi penuh. Pengilang selanjutnya mengesyorkan untuk mengikat pendakap atas secara lateral dengan laras (kandang penjana) melalui galang keluli. Ini juga bermakna laras konkrit pula perlu dikukuhkan.

Pengesanan Getaran Penjana
Pemasangan pengesan getaran atau meter eksentrisitas pada turbin dan penjana disyorkan untuk memulakan penutupan dan penggera sekiranya getaran akibat gempa bumi melebihi nilai yang telah ditetapkan. Peranti ini juga boleh digunakan untuk mengesan sebarang getaran luar biasa pada unit disebabkan oleh keadaan hidraulik yang mempengaruhi turbin.

Kenalan Merkuri
Gegaran teruk akibat gempa bumi boleh mengakibatkan pelantikan palsu untuk memulakan penutupan unit jika kenalan merkuri digunakan. Ini boleh dielakkan dengan sama ada menentukan suis merkuri jenis anti-getaran atau jika didapati perlu dengan menambah geganti pemasaan.

Kesimpulan
(1) Penjimatan yang besar dalam kos peralatan dan struktur di Loji Janakuasa Dehar telah diperoleh dengan menggunakan saiz unit yang besar dengan mengambil kira saiz grid dan pengaruhnya terhadap kapasiti simpanan sistem.
(2) Kos penjana telah dikurangkan dengan menerima pakai reka bentuk pembinaan payung yang kini boleh digunakan untuk penjana hidro berkelajuan tinggi yang besar disebabkan oleh pembangunan keluli tegangan tinggi untuk penebukan rim rotor.
(3) Perolehan penjana faktor kuasa tinggi semula jadi selepas kajian terperinci menghasilkan penjimatan kos selanjutnya.
(4) Kesan roda tenaga biasa pada bahagian berputar penjana di stesen pengawal frekuensi di Dehar dianggap mencukupi untuk kestabilan sistem gabenor turbin kerana sistem yang saling berkaitan dan besar.
(5) Parameter khas penjana jauh yang membekalkan rangkaian EHV untuk memastikan kestabilan elektrik boleh dipenuhi oleh sistem pengujaan statik tindak balas pantas.
(6) Sistem pengujaan statik bertindak pantas boleh memberikan margin kestabilan yang diperlukan. Walau bagaimanapun, sistem sedemikian memerlukan isyarat suapan balik yang menstabilkan untuk mencapai kestabilan pasca kerosakan. Kajian terperinci perlu dijalankan.
(7) Ketidakstabilan pengujaan kendiri dan voltan penjana jauh yang saling terhubung dengan grid melalui talian EHV yang panjang boleh dicegah dengan meningkatkan kapasiti pengecasan talian mesin dengan menggunakan pengujaan negatif dan/atau dengan menggunakan reaktor shunt EHV yang disambungkan secara kekal.
(8) Peruntukan boleh dibuat dalam reka bentuk penjana dan asasnya untuk menyediakan perlindungan terhadap daya seismik dengan kos yang kecil.

Parameter Utama Penjana Dehar
Nisbah Litar Pintasan = 1.06
Reaktans Sementara Paksi Langsung = 0.2
Kesan Roda Tenaga = 39.5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd tidak lebih besar daripada = 1.2