टर्बाइन गभर्नर प्रणालीको जेनेरेटर फ्लाईव्हील प्रभाव र स्थिरता

जेनेरेटर फ्लाईव्हील टर्बाइन गभर्नर प्रणालीको प्रभाव र स्थिरताजेनेरेटर फ्लाईव्हील टर्बाइन गभर्नर प्रणालीको प्रभाव र स्थिरताजेनेरेटर फ्लाईव्हील टर्बाइन गभर्नर प्रणालीको प्रभाव र स्थिरताजेनेरेटर फ्लाईव्हील टर्बाइन गभर्नर प्रणालीको प्रभाव र स्थिरता
ठूला आधुनिक हाइड्रो जेनेरेटरहरूमा सानो जडत्व स्थिरांक हुन्छ र टर्बाइन नियन्त्रण प्रणालीको स्थिरता सम्बन्धी समस्याहरू सामना गर्न सक्छ। यो टर्बाइन पानीको व्यवहारको कारणले हो, जसले यसको जडत्वको कारणले गर्दा नियन्त्रण उपकरणहरू सञ्चालन गर्दा प्रेसर पाइपहरूमा पानी ह्यामर जन्माउँछ। यो सामान्यतया हाइड्रोलिक त्वरण समय स्थिरांकहरू द्वारा विशेषता हो। पृथक सञ्चालनमा, जब सम्पूर्ण प्रणालीको फ्रिक्वेन्सी टर्बाइन गभर्नर द्वारा निर्धारण गरिन्छ, पानी ह्यामरले गति नियन्त्रणलाई असर गर्छ र अस्थिरता शिकार वा फ्रिक्वेन्सी स्विङिंगको रूपमा देखा पर्दछ। ठूलो प्रणालीसँग अन्तरसम्बन्धित सञ्चालनको लागि फ्रिक्वेन्सी अनिवार्य रूपमा पछिल्ला द्वारा स्थिर रहन्छ। त्यसपछि पानी ह्यामरले प्रणालीमा खुवाइएको शक्तिलाई असर गर्छ र स्थिरता समस्या तब मात्र उत्पन्न हुन्छ जब शक्ति बन्द लूपमा नियन्त्रण गरिन्छ, अर्थात्, फ्रिक्वेन्सी नियमनमा भाग लिने ती हाइड्रो जेनेरेटरहरूको मामलामा।

पानीको भारको हाइड्रोलिक प्रवेग समय स्थिरताको कारणले गर्दा टर्बाइन गभर्नर गियरको स्थिरता मेकानिकल प्रवेग समय स्थिरताको अनुपात र गभर्नरको लाभले धेरै प्रभावित हुन्छ। माथिको अनुपात घटाउँदा अस्थिर प्रभाव पर्छ र गभर्नर लाभ घटाउन आवश्यक हुन्छ, जसले फ्रिक्वेन्सी स्थिरीकरणलाई प्रतिकूल असर गर्छ। तदनुसार हाइड्रो युनिटको घुमाउने भागहरूको लागि न्यूनतम फ्लाईव्हील प्रभाव आवश्यक छ जुन सामान्यतया जेनेरेटरमा मात्र प्रदान गर्न सकिन्छ। वैकल्पिक रूपमा मेकानिकल प्रवेग समय स्थिरतालाई प्रेसर रिलीफ भल्भ वा सर्ज ट्याङ्की, आदिको प्रावधानद्वारा घटाउन सकिन्छ, तर यो सामान्यतया धेरै महँगो हुन्छ। हाइड्रो जेनेरेटर युनिटको गति नियमन क्षमताको लागि अनुभवजन्य मापदण्ड एकाइको गति वृद्धिमा आधारित हुन सक्छ जुन स्वतन्त्र रूपमा सञ्चालन हुने युनिटको सम्पूर्ण मूल्याङ्कन गरिएको लोडको अस्वीकृतिमा हुन सक्छ। ठूला अन्तरसम्बन्धित प्रणालीहरूमा सञ्चालन हुने र प्रणाली आवृत्ति नियमन गर्न आवश्यक पर्ने पावर युनिटहरूको लागि, माथि गणना गरिएको प्रतिशत गति वृद्धि सूचकांक ४५ प्रतिशतभन्दा बढी नहुने मानिएको थियो। साना प्रणालीहरूको लागि सानो गति वृद्धि प्रदान गरिनुपर्छ (अध्याय ४ हेर्नुहोस्)।

इन्टेकदेखि देहर पावर प्लान्टसम्मको अनुदैर्ध्य खण्ड
(स्रोत: लेखकद्वारा लिखित पत्र - दोस्रो विश्व कांग्रेस, अन्तर्राष्ट्रिय जल संसाधन संघ १९७९) देहर पावर प्लान्टको लागि, पानीको सेवन, प्रेसर टनेल, डिफरेंशियल सर्ज ट्याङ्की र पेनस्टक मिलेर बनेको पावर युनिटसँग सन्तुलित भण्डारणलाई जोड्ने हाइड्रोलिक प्रेसर पानी प्रणाली देखाइएको छ। पेनस्टकमा अधिकतम चाप वृद्धिलाई ३५ प्रतिशतमा सीमित गर्दै, पूर्ण भार अस्वीकार गर्दा युनिटको अनुमानित अधिकतम गति वृद्धि गभर्नर बन्द गरेर लगभग ४५ प्रतिशतमा पुग्यो।
२८२ मिटर (९२५ फिट) को मूल्याङ्कन गरिएको हेडमा ९.१ सेकेन्डको समय, जेनेरेटरको घुम्ने भागहरूको सामान्य फ्लाईव्हील प्रभावको साथ (अर्थात्, तापक्रम वृद्धि विचारमा मात्र स्थिर)। सञ्चालनको पहिलो चरणमा गति वृद्धि ४३ प्रतिशत भन्दा बढी नभएको पाइयो। तदनुसार, प्रणालीको आवृत्ति नियमन गर्न सामान्य फ्लाईव्हील प्रभाव पर्याप्त छ भन्ने विचार गरियो।

जेनेरेटर प्यारामिटरहरू र विद्युतीय स्थिरता
स्थिरतामा असर पार्ने जेनेरेटर प्यारामिटरहरू फ्लाईव्हील प्रभाव, क्षणिक प्रतिक्रिया र सर्ट सर्किट अनुपात हुन्। देहरमा जस्तै ४२० केभी ईएचभी प्रणालीको विकासको प्रारम्भिक चरणमा कमजोर प्रणाली, कम सर्ट सर्किट स्तर, अग्रणी पावर फ्याक्टरमा सञ्चालन, र प्रसारण आउटलेटहरू प्रदान गर्न र उत्पादन एकाइहरूको आकार र प्यारामिटरहरू फिक्स गर्नमा मितव्ययिताको आवश्यकताको कारण स्थिरताको समस्याहरू महत्वपूर्ण हुन सक्छन्। देहर ईएचभी प्रणालीको लागि नेटवर्क विश्लेषक (क्षणिक प्रतिक्रिया पछाडि स्थिर भोल्टेज प्रयोग गरेर) मा प्रारम्भिक क्षणिक स्थिरता अध्ययनहरूले पनि संकेत गरे कि केवल सीमान्त स्थिरता प्राप्त हुनेछ। देहर पावर प्लान्टको डिजाइनको प्रारम्भिक चरणमा सामान्यसँग जेनेरेटरहरू निर्दिष्ट गर्ने विचार गरिएको थियो।
विशेष गरी उत्तेजना प्रणालीको प्यारामिटरहरूलाई अनुकूलन गरेर स्थिरताको आवश्यकताहरू प्राप्त गर्नु आर्थिक रूपमा सस्तो विकल्प हुनेछ। ब्रिटिश प्रणालीको अध्ययनमा यो पनि देखाइएको थियो कि जेनेरेटर प्यारामिटरहरू परिवर्तन गर्दा स्थिरता मार्जिनमा तुलनात्मक रूपमा धेरै कम प्रभाव पर्छ। तदनुसार परिशिष्टमा दिइएको सामान्य जेनेरेटर प्यारामिटरहरू जेनेरेटरको लागि निर्दिष्ट गरिएको थियो। गरिएका विस्तृत स्थिरता अध्ययनहरू दिइएका छन्।

लाइन चार्जिङ क्षमता र भोल्टेज स्थिरता
टाढाबाट अवस्थित हाइड्रो जेनेरेटरहरू लामो अनलोड गरिएका EHV लाइनहरू चार्ज गर्न प्रयोग गरिन्छ जसको चार्जिङ kVA मेसिनको लाइन चार्जिङ क्षमता भन्दा बढी हुन्छ, मेसिन स्वयं उत्तेजित हुन सक्छ र भोल्टेज नियन्त्रणभन्दा बाहिर बढ्न सक्छ। आत्म उत्तेजनाको लागि अवस्था xc < xd हो जहाँ, xc क्यापेसिटिव लोड रिएक्टेन्स हो र xd सिंक्रोनस प्रत्यक्ष अक्ष रिएक्टेन्स हो। पानीपत (प्राप्त गर्ने अन्त्य) सम्म एउटा एकल ४२० kV अनलोड गरिएको लाइन E2 /xc चार्ज गर्न आवश्यक क्षमता मूल्याङ्कन गरिएको भोल्टेजमा लगभग १५० MVARs थियो। दोस्रो चरणमा जब बराबर लम्बाइको दोस्रो ४२० kV लाइन स्थापना गरिन्छ, मूल्याङ्कन गरिएको भोल्टेजमा एकैसाथ दुवै अनलोड गरिएका लाइनहरू चार्ज गर्न आवश्यक लाइन चार्जिङ क्षमता लगभग ३०० MVARs हुनेछ।

उपकरण आपूर्तिकर्ताहरूले सूचित गरे अनुसार देहर जेनेरेटरबाट मूल्याङ्कन गरिएको भोल्टेजमा उपलब्ध लाइन चार्जिङ क्षमता निम्नानुसार थियो:
(i) ७० प्रतिशत मूल्याङ्कन गरिएको MVA, अर्थात्, १२१.८ MVAR लाइन चार्जिङ १० प्रतिशतको न्यूनतम सकारात्मक उत्तेजनाको साथ सम्भव छ।
(ii) मूल्याङ्कन गरिएको MVA को ८७ प्रतिशतसम्म, अर्थात्, १३९ MVAR लाइन चार्जिङ क्षमता न्यूनतम १ प्रतिशतको सकारात्मक उत्तेजनामा ​​सम्भव छ।
(iii) मूल्याङ्कन गरिएको MVAR को १०० प्रतिशतसम्म, अर्थात्, १७३.८ लाइन चार्जिङ क्षमता लगभग ५ प्रतिशत नकारात्मक उत्तेजनाको साथ प्राप्त गर्न सकिन्छ र BSS अनुसार १० प्रतिशत नकारात्मक उत्तेजनाको साथ प्राप्त गर्न सकिने अधिकतम लाइन चार्जिङ क्षमता मूल्याङ्कन गरिएको MVA (१९१ MVAR) को ११० प्रतिशत हो।
(iv) मेसिनको आकार बढाएर मात्र लाइन चार्जिङ क्षमतामा थप वृद्धि सम्भव छ। (ii) र (iii) को अवस्थामा उत्तेजनाको हातले नियन्त्रण सम्भव छैन र द्रुत अभिनय गर्ने स्वचालित भोल्टेज नियामकहरूको निरन्तर सञ्चालनमा पूर्ण निर्भरता राख्नु पर्छ। लाइन चार्जिङ क्षमता बढाउने उद्देश्यले मेसिनको आकार बढाउनु आर्थिक रूपमा सम्भव छैन र वांछनीय पनि छैन। तदनुसार सञ्चालनको पहिलो चरणमा सञ्चालन अवस्थाहरूलाई ध्यानमा राख्दै जेनेरेटरहरूमा नकारात्मक उत्तेजना प्रदान गरेर जेनेरेटरहरूको लागि मूल्याङ्कन गरिएको भोल्टेजमा १९१ MVARs को लाइन चार्जिङ क्षमता प्रदान गर्ने निर्णय गरिएको थियो। भोल्टेज अस्थिरता निम्त्याउने गम्भीर सञ्चालन अवस्था प्राप्त गर्ने छेउमा लोडको विच्छेदनको कारणले पनि हुन सक्छ। यो घटना मेसिनमा क्यापेसिटिभ लोडिङको कारणले हुन्छ जुन जेनेरेटरको गति वृद्धिले थप प्रतिकूल रूपमा प्रभावित हुन्छ। यदि स्व-उत्तेजना र भोल्टेज अस्थिरता हुन सक्छ।

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
जहाँ, Xc भनेको क्यापेसिटिव लोड रिएक्टेन्स हो, Xq भनेको क्वाड्रेचर अक्ष सिंक्रोनस रिएक्टेन्स हो र n भनेको लोड रिजेक्शनमा हुने अधिकतम सापेक्षिक ओभरस्पीड हो। गरिएको विस्तृत अध्ययन अनुसार, देहार जेनेरेटरमा यो अवस्थालाई लाइनको प्राप्त गर्ने छेउमा स्थायी रूपमा जडान गरिएको ४०० kV EHV शन्ट रिएक्टर (७५ MVA) प्रदान गरेर हटाउने प्रस्ताव गरिएको थियो।

ड्याम्पर वाइन्डिङ
ड्याम्पर वाइन्डिङको प्रमुख कार्य भनेको क्यापेसिटिव लोडको साथ लाइन-टु-लाइन त्रुटिहरूको घटनामा अत्यधिक ओभर-भोल्टेजहरू रोक्नको लागि यसको क्षमता हो, जसले गर्दा उपकरणमा ओभर-भोल्टेज तनाव कम हुन्छ। टाढाको स्थान र लामो अन्तरसम्बन्धित प्रसारण लाइनहरूलाई ध्यानमा राख्दै क्वाड्राचर र प्रत्यक्ष अक्ष प्रतिक्रिया Xnq/Xnd को अनुपात १.२ भन्दा बढी नहुने गरी पूर्ण रूपमा जडान गरिएका ड्याम्पर वाइन्डिङहरू निर्दिष्ट गरिएको थियो।

जेनेरेटर विशेषता र उत्तेजना प्रणाली
सामान्य विशेषताहरू भएका जेनेरेटरहरू निर्दिष्ट गरिसकेपछि र प्रारम्भिक अध्ययनहरूले सीमान्त स्थिरता मात्र संकेत गरेको हुनाले, उपकरणहरूको समग्रमा सबैभन्दा किफायती व्यवस्था प्राप्त गर्न स्थिरता मार्जिन सुधार गर्न उच्च गतिको स्थिर उत्तेजना उपकरणहरू प्रयोग गर्ने निर्णय गरियो। स्थिर उत्तेजना उपकरणहरूको इष्टतम विशेषताहरू निर्धारण गर्न विस्तृत अध्ययनहरू गरियो र अध्याय १० मा छलफल गरियो।

भूकम्पीय विचारहरू
देहर पावर प्लान्ट भूकम्पीय क्षेत्रमा पर्छ। देहरमा हाइड्रोजेनरेटर डिजाइनमा निम्न प्रावधानहरू उपकरण निर्माताहरूसँग परामर्श गरेर र साइटमा रहेको भूकम्पीय र भौगर्भिक अवस्था र युनेस्कोको सहयोगमा भारत सरकारले गठन गरेको कोयना भूकम्प विशेषज्ञ समितिको प्रतिवेदनलाई ध्यानमा राखेर प्रस्ताव गरिएको थियो।

यान्त्रिक शक्ति
देहर जेनेरेटरहरू मेसिनको केन्द्रमा काम गर्ने देहरमा अपेक्षित ठाडो र तेर्सो दिशामा अधिकतम भूकम्प प्रवेग बललाई सुरक्षित रूपमा सामना गर्न डिजाइन गरिएको हुनुपर्छ।

प्राकृतिक आवृत्ति
मेसिनको प्राकृतिक आवृत्तिलाई १०० हर्ट्जको चुम्बकीय आवृत्ति (जेनेरेटर आवृत्तिको दोब्बर) बाट धेरै टाढा (उच्च) राखिनेछ। यो प्राकृतिक आवृत्ति भूकम्प आवृत्तिबाट धेरै टाढा राखिनेछ र भूकम्पको प्रमुख आवृत्ति र घुम्ने प्रणालीको महत्वपूर्ण गति विरुद्ध पर्याप्त मार्जिनको लागि जाँच गरिनेछ।

जेनेरेटर स्टेटर समर्थन
जेनेरेटर स्टेटर र तल्लो थ्रस्ट र गाइड बेयरिङ फाउन्डेसनमा धेरै सोल प्लेटहरू हुन्छन्। सोल प्लेटहरूलाई फाउन्डेसन बोल्टहरूद्वारा सामान्य ठाडो दिशाको अतिरिक्त पार्श्व रूपमा फाउन्डेसनमा बाँध्नु पर्छ।

गाइड बेयरिङ डिजाइन
गाइड बेयरिङहरू सेग्मेन्टल प्रकारका हुनुपर्छ र गाइड बेयरिङका भागहरू पूर्ण भूकम्पको बल सहन सक्ने गरी बलियो बनाउनुपर्छ। निर्माताहरूले स्टील गर्डरहरू प्रयोग गरेर ब्यारेल (जेनेरेटर एन्क्लोजर) सँग माथिल्लो कोष्ठकलाई पार्श्व रूपमा बाँध्न सिफारिस गरेका छन्। यसको अर्थ कंक्रीट ब्यारेललाई पनि बलियो बनाउनु पर्ने हुन्छ।

जेनेरेटरहरूको कम्पन पत्ता लगाउने
भूकम्पका कारण हुने कम्पनहरू पूर्वनिर्धारित मानभन्दा बढी भएमा बन्द गर्न र अलार्म बजाउन टर्बाइन र जेनेरेटरहरूमा कम्पन डिटेक्टर वा विक्षिप्तता मिटरहरू जडान गर्न सिफारिस गरिएको थियो। यो उपकरण टर्बाइनलाई असर गर्ने हाइड्रोलिक अवस्थाका कारण युनिटको कुनै पनि असामान्य कम्पनहरू पत्ता लगाउन पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ।

बुध सम्पर्कहरू
यदि पारा सम्पर्कहरू प्रयोग गरिएको छ भने भूकम्पको कारणले गर्दा गम्भीर कम्पनले युनिट बन्द गर्न सुरु गर्दा गलत ट्रिपिङ हुन सक्छ। एन्टी-कम्पन प्रकार पारा स्विचहरू निर्दिष्ट गरेर वा आवश्यक परेमा टाइमिङ रिले थपेर यसलाई रोक्न सकिन्छ।

निष्कर्ष
(१) ग्रिडको आकार र प्रणालीको अतिरिक्त क्षमतामा यसको प्रभावलाई ध्यानमा राख्दै ठूलो एकाइ आकार अपनाएर देहर पावर प्लान्टमा उपकरण र संरचनाको लागतमा पर्याप्त मितव्ययिता प्राप्त गरियो।
(२) रोटर रिम पंचिङका लागि उच्च तन्य स्टीलको विकासका कारण ठूला उच्च गतिका हाइड्रो जेनेरेटरहरूको लागि निर्माणको छाता डिजाइन अपनाएर जेनेरेटरको लागत घटाइएको छ।
(३) विस्तृत अध्ययन पछि प्राकृतिक उच्च शक्ति कारक जेनेरेटरहरूको खरिदले लागतमा थप बचत गर्‍यो।
(४) देहरमा रहेको फ्रिक्वेन्सी रेगुलेटिंग स्टेशनमा जेनेरेटरको घुम्ने भागहरूको सामान्य फ्लाईव्हील प्रभावलाई टर्बाइन गभर्नर प्रणालीको स्थिरताको लागि पर्याप्त मानिएको थियो किनभने यो ठूलो अन्तरसम्बन्धित प्रणाली हो।
(५) विद्युतीय स्थिरता सुनिश्चित गर्न EHV नेटवर्कहरूलाई खुवाउने रिमोट जेनेरेटरहरूको विशेष प्यारामिटरहरू द्रुत प्रतिक्रिया स्थिर उत्तेजना प्रणालीहरूद्वारा पूरा गर्न सकिन्छ।
(६) द्रुत गतिमा काम गर्ने स्थिर उत्तेजना प्रणालीहरूले आवश्यक स्थिरता मार्जिन प्रदान गर्न सक्छन्। यद्यपि, यस्ता प्रणालीहरूलाई दोष पछिको स्थिरता प्राप्त गर्न स्थिरीकरण फिड ब्याक संकेतहरू आवश्यक पर्दछ। विस्तृत अध्ययनहरू गरिनुपर्छ।
(७) लामो EHV लाइनहरूद्वारा ग्रिडसँग जोडिएका रिमोट जेनेरेटरहरूको आत्म-उत्तेजना र भोल्टेज अस्थिरतालाई नकारात्मक उत्तेजनाको सहारा लिएर र/वा स्थायी रूपमा जडान गरिएका EHV शन्ट रिएक्टरहरू प्रयोग गरेर मेसिनको लाइन चार्जिङ क्षमता बढाएर रोक्न सकिन्छ।
(८) जेनेरेटर र यसको जगको डिजाइनमा थोरै लागतमा भूकम्पीय बलहरू विरुद्ध सुरक्षा प्रदान गर्ने प्रावधानहरू गर्न सकिन्छ।

देहर जेनरेटरका मुख्य प्यारामिटरहरू
सर्ट सर्किट अनुपात = १.०६
क्षणिक प्रतिक्रिया प्रत्यक्ष अक्ष = ०.२
फ्लाईव्हील इफेक्ट = ३९.५ x १०६ पाउन्ड फीट२
Xnq/Xnd = १.२ भन्दा ठूलो छैन