Efectul volantei generatorului și stabilitatea sistemului regulator al turbinei. Efectul volantei generatorului și stabilitatea sistemului regulator al turbinei. Efectul volantei generatorului și stabilitatea sistemului regulator al turbinei. Efectul volantei generatorului și stabilitatea sistemului regulator al turbinei.
Hidrogeneratoarele moderne mari au o constantă de inerție mai mică și se pot confrunta cu probleme legate de stabilitatea sistemului de guvernare a turbinei. Acest lucru se datorează comportamentului apei din turbină, care, din cauza inerției sale, dă naștere la lovituri de berbec în conductele de presiune atunci când sunt acționate dispozitivele de control. Acest lucru este caracterizat, în general, de constantele de timp ale accelerației hidraulice. În funcționarea izolată, când frecvența întregului sistem este determinată de regulatorul turbinei, lovitura de berbec afectează reglarea vitezei, iar instabilitatea apare ca fluctuații de frecvență. Pentru funcționarea interconectată cu un sistem mare, frecvența este în esență menținută constantă de acesta din urmă. Lovitura de berbec afectează apoi puterea furnizată sistemului, iar problema stabilității apare numai atunci când puterea este controlată într-o buclă închisă, adică în cazul acelor hidrogeneratoare care participă la reglarea frecvenței.
Stabilitatea angrenajului regulatorului turbinei este afectată în mare măsură de raportul dintre constanta de timp a accelerației mecanice datorată constantei de timp a accelerației hidraulice a maselor de apă și de amplificarea regulatorului. O reducere a raportului de mai sus are un efect destabilizator și necesită o reducere a amplificarii regulatorului, ceea ce afectează negativ stabilizarea frecvenței. În consecință, este necesar un efect minim de volantă pentru părțile rotative ale unei unități hidroelectrice, care în mod normal poate fi asigurat doar în generator. Alternativ, constanta de timp a accelerației mecanice ar putea fi redusă prin prevederea unei supape de suprapresiune sau a unui rezervor de compensare etc., dar este în general foarte costisitor. Un criteriu empiric pentru capacitatea de reglare a vitezei unei unități hidroelectrice s-ar putea baza pe creșterea vitezei unității care poate avea loc la respingerea întregii sarcini nominale a unității care funcționează independent. Pentru unitățile de putere care funcționează în sisteme interconectate mari și care sunt necesare pentru a regla frecvența sistemului, indicele procentual de creștere a vitezei calculat mai sus a fost considerat a nu depăși 45%. Pentru sistemele mai mici, trebuie prevăzută o creștere a vitezei mai mică (consultați Capitolul 4).
Secțiune longitudinală de la admisie la centrala electrică Dehar
(Sursa: Lucrare de autor – al doilea Congres Mondial, Asociația Internațională a Resurselor de Apă 1979) Pentru Centrala Electrică Dehar, este prezentat sistemul de apă sub presiune hidraulică care conectează stocarea de echilibrare cu unitatea de alimentare, constând din priză de apă, tunel de presiune, rezervor de compensare diferențială și conductă forțată. Limitând creșterea maximă a presiunii în conductele forțate la 35%, creșterea maximă estimată a vitezei unității la respingerea sarcinii complete a fost de aproximativ 45% cu un regulator care se închide.
timp de 9,1 secunde la o înălțime nominală de 282 m (925 ft) cu efectul normal al volantei părților rotative ale generatorului (adică, fixat doar pe considerații de creștere a temperaturii). În prima etapă de funcționare, creșterea vitezei s-a dovedit a nu depăși 43%. Prin urmare, s-a considerat că efectul normal al volantei este adecvat pentru reglarea frecvenței sistemului.
Parametrii generatorului și stabilitatea electrică
Parametrii generatorului care influențează stabilitatea sunt efectul de volantă, reactanța tranzitorie și raportul de scurtcircuit. În etapa inițială de dezvoltare a sistemului EHV de 420 kV, ca la Dehar, problemele de stabilitate pot fi critice din cauza sistemului slab, a nivelului mai scăzut de scurtcircuit, a funcționării la factorul de putere principal și a nevoii de economie în furnizarea prizelor de transmisie și a fixării dimensiunii și parametrilor unităților de generare. Studiile preliminare de stabilitate tranzitorie pe analizorul de rețea (folosind tensiune constantă în spatele reactanței tranzitorii) pentru sistemul EHV Dehar au indicat, de asemenea, că se va obține doar o stabilitate marginală. În etapa incipientă de proiectare a Centralei Electrice Dehar, s-a considerat că specificarea generatoarelor cu tensiune normală...
O alternativă mai ieftină din punct de vedere economic ar fi optimizarea parametrilor altor factori implicați, în special a celor ai sistemului de excitație, care ar fi îndeplinită de parametrii generatorului. Într-un studiu al sistemului britanic, s-a demonstrat, de asemenea, că modificarea parametrilor generatorului are un efect mult mai mic asupra marjelor de stabilitate. În consecință, parametrii normali ai generatorului, așa cum sunt prezentați în anexă. Studiile detaliate de stabilitate efectuate sunt prezentate.
Capacitatea de încărcare a liniei și stabilitatea tensiunii
În cazul hidrogeneratoarelor amplasate la distanță, utilizate pentru încărcarea liniilor electrice de înaltă tensiune (EHV) lungi și descărcate, a căror valoare în kVA de încărcare este mai mare decât capacitatea de încărcare a liniei, aceasta se poate autoexcita, iar tensiunea poate crește necontrolat. Condiția pentru autoexcitare este ca xc < xd, unde xc este reactanța capacitivă a sarcinii, iar xd este reactanța sincronă directă pe axă. Capacitatea necesară pentru încărcarea unei singure linii electrice descărcate de 420 kV E2/xc până la Panipat (capătul de recepție) a fost de aproximativ 150 MVAR la tensiunea nominală. În a doua etapă, când este instalată o a doua linie de 420 kV de lungime echivalentă, capacitatea de încărcare a liniei necesară pentru încărcarea simultană a ambelor linii descărcate la tensiunea nominală ar fi de aproximativ 300 MVAR.
Capacitatea de încărcare a liniei disponibilă la tensiunea nominală de la generatorul Dehar, așa cum a fost comunicată de furnizorii echipamentului, a fost următoarea:
(i) O putere nominală de 70%, adică o încărcare în linie de 121,8 MVAR, este posibilă cu o excitație pozitivă minimă de 10%.
(ii) Până la 87% din MVA nominal, adică o capacitate de încărcare a liniei de 139 MVAR, este posibilă cu o excitație pozitivă minimă de 1%.
(iii) Până la 100% din MVAR nominal, adică 173,8 MVAR, poate fi obținută cu o excitație negativă de aproximativ 5%, iar capacitatea maximă de încărcare a liniei care poate fi obținută cu o excitație negativă de 10% este de 110% din MVA nominal (191 MVAR), conform BSS.
(iv) O creștere suplimentară a capacităților de încărcare a liniei este posibilă numai prin creșterea dimensiunii mașinii. În cazul punctelor (ii) și (iii), controlul manual al excitației nu este posibil și trebuie să se bazeze pe deplin pe funcționarea continuă a regulatoarelor automate de tensiune cu acțiune rapidă. Nu este nici fezabil din punct de vedere economic, nici de dorit să se mărească dimensiunea mașinii în scopul creșterii capacităților de încărcare a liniei. În consecință, luând în considerare condițiile de funcționare din prima etapă de funcționare, s-a decis să se prevadă o capacitate de încărcare a liniei de 191 MVAR la tensiunea nominală pentru generatoare, prin asigurarea unei excitații negative pe generatoare. Condițiile critice de funcționare care cauzează instabilitate a tensiunii pot fi cauzate și de deconectarea sarcinii la capătul receptor. Fenomenul apare din cauza încărcării capacitive a mașinii, care este afectată negativ în continuare de creșterea vitezei generatorului. Pot apărea autoexcitație și instabilitate a tensiunii dacă...
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Unde Xc este reactanța sarcinii capacitive, Xq este reactanța sincronă pe axa de cuadratură, iar n este supraturația relativă maximă care apare la respingerea sarcinii. S-a propus ca această condiție a generatorului Dehar să fie evitată prin asigurarea unei reactoare shunt de 400 kV EHV (75 MVA) conectate permanent la capătul receptor al liniei, conform studiilor detaliate efectuate.
Înfășurare amortizor
Funcția principală a unei înfășurări de amortizor este capacitatea sa de a preveni supratensiunile excesive în cazul unor defecte linie-linie cu sarcini capacitive, reducând astfel solicitarea de supratensiune asupra echipamentului. Luând în considerare locația îndepărtată și liniile de transmisie lungi interconectate, au fost specificate înfășurări de amortizor complet conectate cu un raport dintre reactanța în cuadratură și cea pe axă directă Xnq/Xnd care nu depășește 1,2.
Caracteristica generatorului și sistemul de excitație
Întrucât au fost specificate generatoare cu caracteristici normale și studiile preliminare au indicat doar o stabilitate marginală, s-a decis utilizarea echipamentelor de excitație statică de mare viteză pentru a îmbunătăți marjele de stabilitate, astfel încât să se obțină cea mai economică configurație generală a echipamentului. Au fost efectuate studii detaliate pentru a determina caracteristicile optime ale echipamentului de excitație statică, acestea fiind discutate în capitolul 10.
Considerații seismice
Centrala electrică Dehar se află în zonă seismică. Următoarele prevederi în proiectarea hidrogeneratorului de la Dehar au fost propuse în consultare cu producătorii de echipamente și luând în considerare condițiile seismice și geologice de la fața locului, precum și raportul Comitetului de experți în cutremurele Koyna, constituit de Guvernul Indiei cu ajutorul UNESCO.
Rezistență mecanică
Generatoarele Dehar trebuie proiectate să reziste în siguranță forței maxime de accelerație a cutremurului, atât pe direcție verticală, cât și pe orizontală, așteptată la Dehar acționând în centrul mașinii.
Frecvență naturală
Frecvența naturală a mașinii trebuie menținută departe (mai mare) de frecvența magnetică de 100 Hz (de două ori frecvența generatorului). Această frecvență naturală va fi departe de frecvența cutremurului și va fi verificată pentru o marjă adecvată față de frecvența predominantă a cutremurului și viteza critică a sistemului de rotație.
Suport stator generator
Fundațiile statorului generatorului și ale lagărelor axiale și de ghidare inferioare sunt alcătuite dintr-un număr de plăci de bază. Plăcile de bază pot fi fixate lateral de fundație, pe lângă direcția verticală normală, prin șuruburi de fundație.
Proiectarea rulmentului de ghidare
Lagărele de ghidare trebuie să fie de tip segmentar, iar piesele lagărelor de ghidare trebuie să fie întărite pentru a rezista la forța totală a cutremurului. Producătorii au recomandat, de asemenea, legarea laterală a consolei superioare cu butoiul (carcasa generatorului) prin intermediul unor grinzi de oțel. Aceasta ar însemna, de asemenea, că butoiul de beton ar trebui, la rândul său, întărit.
Detectarea vibrațiilor generatoarelor
Instalarea de detectoare de vibrații sau contoare de excentricitate pe turbine și generatoare a fost recomandată pentru a iniția oprirea și declanșarea alarmei în cazul în care vibrațiile datorate cutremurului depășesc o valoare predeterminată. Acest dispozitiv poate fi utilizat și pentru detectarea oricăror vibrații neobișnuite ale unei unități datorate condițiilor hidraulice care afectează turbina.
Contacte Mercury
Zguduiturile puternice cauzate de cutremure pot duce la declanșări false pentru inițierea opririi unei unități dacă se utilizează contacte cu mercur. Acest lucru poate fi evitat fie prin specificarea unor comutatoare cu mercur de tip antivibrații, fie, dacă este necesar, prin adăugarea de relee de temporizare.
Concluzii
(1) Economii substanțiale în ceea ce privește costul echipamentelor și structurii la Centrala Electrică Dehar au fost obținute prin adoptarea unor unități de dimensiuni mari, ținând cont de dimensiunea rețelei și de influența acesteia asupra capacității neutilizate a sistemului.
(2) Costul generatoarelor a fost redus prin adoptarea unui design general, posibil acum pentru hidrogeneratoarele mari de mare viteză datorită dezvoltării oțelului de înaltă rezistență la tracțiune pentru perforațiile jantei rotorului.
(3) Achiziționarea de generatoare naturale cu factor de putere ridicat, după studii detaliate, a dus la economii suplimentare de costuri.
(4) Efectul normal de volantă al pieselor rotative ale generatorului la stația de reglare a frecvenței de la Dehar a fost considerat suficient pentru stabilitatea sistemului regulator de turbină, datorită sistemului interconectat de dimensiuni mari.
(5) Parametrii speciali ai generatoarelor la distanță care alimentează rețelele EHV pentru asigurarea stabilității electrice pot fi îndepliniți de sistemele de excitație statică cu răspuns rapid.
(6) Sistemele de excitație statică cu acțiune rapidă pot oferi marjele de stabilitate necesare. Astfel de sisteme necesită însă semnale de feedback de stabilizare pentru a obține stabilitatea post-defect. Ar trebui efectuate studii detaliate.
(7) Autoexcitația și instabilitatea tensiunii generatoarelor la distanță interconectate la rețea prin linii lungi de înaltă tensiune (EHV) pot fi prevenite prin creșterea capacității de încărcare a liniei mașinii prin recurgerea la excitație negativă și/sau prin utilizarea unor reactoare shunt EHV conectate permanent.
(8) În proiectarea generatoarelor și a fundațiilor acestora se pot lua măsuri pentru a oferi protecție împotriva forțelor seismice la costuri mici.
Parametrii principali ai generatoarelor Dehar
Raport de scurtcircuit = 1,06
Reactanță tranzitorie pe axa directă = 0,2
Efectul volantei = 39,5 x 106 lb ft²
Xnq/Xnd nu mai mare de = 1,2
Data publicării: 11 mai 2021
