Efeito do volante do gerador e estabilidade da turbina Sistema do reguladorEfeito do volante do gerador e estabilidade da turbina Sistema do reguladorEfeito do volante do gerador e estabilidade da turbina Sistema do reguladorEfeito do volante do gerador e estabilidade da turbina Sistema do regulador
Grandes hidrogeradores modernos têm menor constante de inércia e podem enfrentar problemas relativos à estabilidade do sistema de governo da turbina.Isso se deve ao comportamento da água da turbina, que devido à sua inércia dá origem ao golpe de aríete nas tubulações de pressão quando os dispositivos de controle são acionados.Isto é geralmente caracterizado pelas constantes de tempo de aceleração hidráulica.Em operação isolada, quando a frequência de todo o sistema é determinada pelo regulador da turbina, o golpe de aríete afeta a regulação da velocidade e a instabilidade aparece como oscilação ou oscilação de frequência.Para operação interconectada com um sistema grande, a frequência é essencialmente mantida constante pelo último.O golpe de aríete então afeta a potência fornecida ao sistema e o problema de estabilidade só surge quando a potência é controlada em circuito fechado, ou seja, no caso daqueles hidrogeradores que participam da regulação de frequência.
A estabilidade da engrenagem do governador da turbina é muito afetada pela razão da constante de tempo de aceleração mecânica devido à constante de tempo de aceleração hidráulica das massas de água e pelo ganho do governador.Uma redução da relação acima tem um efeito desestabilizador e requer uma redução do ganho do governador, o que afeta adversamente a estabilização da frequência.Por conseguinte, é necessário um efeito de volante mínimo para as partes rotativas de uma unidade hidrelétrica, que normalmente só pode ser fornecida no gerador.Alternativamente, a constante de tempo de aceleração mecânica pode ser reduzida pelo fornecimento de uma válvula de alívio de pressão ou um tanque de compensação, etc., mas geralmente é muito caro.Um critério empírico para a capacidade de regulação de velocidade de uma unidade geradora hidrelétrica poderia ser baseado no aumento de velocidade da unidade que pode ocorrer na rejeição de toda a carga nominal da unidade operando independentemente.Para as unidades de energia que operam em grandes sistemas interconectados e que são obrigadas a regular a frequência do sistema, o índice percentual de aumento de velocidade calculado acima foi considerado como não superior a 45%.Para sistemas menores, um aumento de velocidade menor deve ser fornecido (consulte o Capítulo 4).
Seção longitudinal da entrada à Usina de Dehar
(Fonte: Paper by Author – 2nd world Congress, International Water Resources Association 1979) Para a Usina de Dehar, o sistema de água de pressão hidráulica que conecta o armazenamento de balanceamento com a unidade de energia consiste em entrada de água, túnel de pressão, tanque de compensação diferencial e conduto forçado .Limitando o aumento máximo de pressão nos condutos forçados a 35 por cento, o aumento de velocidade máxima estimado da unidade após a rejeição da carga total funcionou para cerca de 45 por cento com um fechamento do regulador
tempo de 9,1 segundos na altura nominal de 282 m (925 pés) com o efeito volante normal das partes rotativas do gerador (ou seja, fixo apenas em considerações de aumento de temperatura).No primeiro estágio de operação, o aumento de velocidade não foi superior a 43%.Assim, considerou-se que o efeito volante normal é adequado para regular a frequência do sistema.
Parâmetros do Gerador e Estabilidade Elétrica
Os parâmetros do gerador que influenciam a estabilidade são o efeito volante, a reatância transitória e a relação de curto-circuito.No estágio inicial de desenvolvimento do sistema EHV de 420 kV como em Dehar, os problemas de estabilidade podem ser críticos devido ao sistema fraco, nível de curto-circuito mais baixo, operação no fator de potência líder e necessidade de economia no fornecimento de saídas de transmissão e fixação de tamanho e parâmetros das unidades geradoras.Estudos preliminares de estabilidade transitória no analisador de rede (usando tensão constante atrás da reatância transitória) para o sistema Dehar EHV também indicaram que apenas a estabilidade marginal seria obtida.Na fase inicial do projeto da Usina de Dehar, foi considerado que a especificação de geradores com
características e atingir os requisitos de estabilidade otimizando parâmetros de outros fatores envolvidos principalmente os do sistema de excitação seriam uma alternativa economicamente mais barata.Em um estudo do sistema britânico também foi demonstrado que a alteração dos parâmetros do gerador tem um efeito comparativamente muito menor nas margens de estabilidade.Consequentemente, os parâmetros normais do gerador, conforme fornecidos no apêndice, foram especificados para o gerador.Os estudos detalhados de estabilidade realizados são fornecidos
Capacidade de carregamento de linha e estabilidade de tensão
Hidrogeradores localizados remotamente usados para carregar linhas EHV longas e sem carga cujo kVA de carga é maior que a capacidade de carga da máquina, a máquina pode se tornar auto-excitada e a tensão subir além do controle.A condição para auto-excitação é que xc < xd onde, xc é a reatância de carga capacitiva e xd a reatância síncrona do eixo direto.A capacidade necessária para carregar uma única linha descarregada de 420 kV E2/xc até Panipat (extremidade receptora) foi de cerca de 150 MVARs na tensão nominal.No segundo estágio, quando uma segunda linha de 420 kV de comprimento equivalente é instalada, a capacidade de carga da linha necessária para carregar ambas as linhas descarregadas simultaneamente na tensão nominal seria de cerca de 300 MVARs.
A capacidade de carregamento da linha disponível na tensão nominal do gerador Dehar, conforme indicado pelos fornecedores do equipamento, foi a seguinte:
(i) 70 por cento de MVA nominal, ou seja, o carregamento de linha de 121,8 MVAR é possível com uma excitação positiva mínima de 10 por cento.
(ii) Até 87 por cento do MVA nominal, ou seja, capacidade de carregamento de linha de 139 MVAR é possível com uma excitação positiva mínima de 1 por cento.
(iii) Até 100 por cento do MVAR nominal, ou seja, 173,8 capacidade de carga de linha pode ser obtida com aproximadamente 5 por cento de excitação negativa e a capacidade máxima de carga de linha que pode ser obtida com excitação negativa de 10 por cento é 110 por cento do MVA nominal (191 MVAR ) de acordo com BSS.
(iv) Maior aumento nas capacidades de carregamento da linha só é possível aumentando o tamanho da máquina.No caso de (ii) e (iii), o controle manual da excitação não é possível e a confiança total deve ser colocada na operação contínua de reguladores de tensão automáticos de ação rápida.Não é economicamente viável nem desejável aumentar o tamanho da máquina com o objetivo de aumentar as capacidades de carregamento da linha.Assim, levando em consideração as condições de operação no primeiro estágio de operação, foi decidido fornecer uma capacidade de carga de linha de 191 MVARs em tensão nominal para os geradores, fornecendo excitação negativa nos geradores.A condição crítica de operação causando instabilidade de tensão também pode ser causada pela desconexão da carga na extremidade receptora.O fenômeno ocorre devido à carga capacitiva na máquina, que é ainda afetada negativamente pelo aumento de velocidade do gerador.Auto-excitação e instabilidade de tensão podem ocorrer se.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Onde, Xc é a reatância de carga capacitiva, Xq é a reatância síncrona do eixo de quadratura e n é a sobrevelocidade relativa máxima que ocorre na rejeição de carga.Esta condição no gerador Dehar foi proposta para ser evitada fornecendo um reator shunt EHV de 400 kV permanentemente conectado (75 MVA) na extremidade receptora da linha, conforme estudos detalhados realizados.
Enrolamento amortecedor
A função principal de um enrolamento amortecedor é sua capacidade de prevenir sobretensões excessivas no caso de falhas entre linhas com cargas capacitivas, reduzindo assim o estresse de sobretensão no equipamento.Levando em consideração a localização remota e as linhas de transmissão interconectadas longas, foram especificados enrolamentos amortecedores totalmente conectados com a relação de quadratura e reatâncias de eixo direto Xnq/ Xnd não superior a 1,2.
Característica do Gerador e Sistema de Excitação
Geradores com características normais tendo sido especificados e estudos preliminares indicando apenas estabilidade marginal, foi decidido que equipamentos de excitação estática de alta velocidade seriam usados para melhorar as margens de estabilidade, de modo a obter o arranjo geral mais econômico do equipamento.Estudos detalhados foram realizados para determinar as características ideais do equipamento de excitação estática e discutidos no capítulo 10.
Considerações Sísmicas
Usina de Dehar cai na zona sísmica.As seguintes disposições no projeto de geradores hidrelétricos em Dehar foram propostas em consulta com os fabricantes de equipamentos e levando em consideração as condições sísmicas e geológicas no local e o relatório do Comitê de Especialistas em Terremotos de Koyna constituído pelo Governo da Índia com a ajuda da UNESCO.
Força mecânica
Os geradores Dehar devem ser projetados para suportar com segurança a força máxima de aceleração do terremoto tanto na direção vertical quanto na horizontal esperada em Dehar atuando no centro da máquina.
Frequência natural
A frequência natural da máquina deve ser mantida bem distante (mais alta) da frequência magnética de 100 Hz (duas vezes a frequência do gerador).Esta frequência natural será afastada da frequência do terremoto e será verificada quanto à margem adequada contra a frequência predominante do terremoto e a velocidade crítica do sistema rotativo.
Suporte do estator do gerador
O estator do gerador e as fundações do mancal de impulso e guia inferior compreendem várias placas de base.As placas de base devem ser amarradas à fundação lateralmente além da direção vertical normal por parafusos de fundação.
Projeto de Rolamento Guia
Os mancais de guia devem ser do tipo segmentar e as peças do mancal de guia devem ser reforçadas para suportar a força total do terremoto.Os fabricantes recomendam ainda amarrar o suporte superior lateralmente com o barril (invólucro do gerador) por meio de vigas de aço.Isso também significaria que o barril de concreto, por sua vez, teria que ser reforçado.
Detecção de vibração de geradores
Recomenda-se a instalação de detectores de vibração ou medidores de excentricidade nas turbinas e geradores para iniciar o desligamento e alarme caso as vibrações devido ao terremoto ultrapassem um valor pré-determinado.Este dispositivo também pode ser usado para detectar quaisquer vibrações incomuns de uma unidade devido às condições hidráulicas que afetam a turbina.
Contatos de Mercúrio
Tremores severos devido a terremotos podem resultar em disparos falsos para iniciar o desligamento de uma unidade se forem usados contatos de mercúrio.Isso pode ser evitado especificando interruptores de mercúrio do tipo anti-vibração ou, se necessário, adicionando relés de temporização.
Conclusões
(1) Economias substanciais no custo de equipamentos e estrutura na Usina de Dehar foram obtidas adotando-se grandes unidades de tamanho tendo em vista o tamanho da rede e sua influência na capacidade ociosa do sistema.
(2) O custo dos geradores foi reduzido pela adoção de um projeto de construção abrangente que agora é possível para grandes hidrogeradores de alta velocidade devido ao desenvolvimento de aço de alta resistência para punções de aro do rotor.
(3) Aquisição de geradores naturais de alto fator de potência após estudos detalhados resultaram em maior economia no custo.
(4) O efeito volante normal das partes rotativas do gerador na estação reguladora de frequência em Dehar foi considerado suficiente para a estabilidade do sistema regulador da turbina devido ao grande sistema interconectado.
(5) Parâmetros especiais de geradores remotos que alimentam redes EAT para garantir a estabilidade elétrica podem ser atendidos por sistemas de excitação estática de resposta rápida.
(6) Sistemas de excitação estática de ação rápida podem fornecer as margens de estabilidade necessárias.Tais sistemas, no entanto, requerem sinais de feedback estabilizadores para alcançar a estabilidade pós-falta.Estudos detalhados devem ser realizados.
(7) A auto-excitação e instabilidade de tensão de geradores remotos interligados com a rede por longas linhas de EAT podem ser evitadas aumentando a capacidade de carga da máquina por meio de excitação negativa e/ou empregando reatores de derivação de EAT permanentemente conectados.
(8) Provisões podem ser feitas no projeto de geradores e suas fundações para fornecer salvaguardas contra forças sísmicas a custos pequenos.
Principais Parâmetros dos Geradores Dehar
Relação de curto-circuito = 1,06
Eixo Direto de Reatância Transiente = 0,2
Efeito do volante = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd não maior que = 1,2
Horário da postagem: 11 de maio de 2021
