Эффект маховика генератора и устойчивость системы регулятора турбины

Эффект маховика генератора и устойчивость системы регулятора турбиныЭффект маховика генератора и устойчивость системы регулятора турбиныЭффект маховика генератора и устойчивость системы регулятора турбиныЭффект маховика генератора и устойчивость системы регулятора турбины
Большие современные гидрогенераторы имеют меньшую постоянную инерции и могут столкнуться с проблемами, касающимися стабильности системы регулирования турбины. Это связано с поведением турбинной воды, которая из-за своей инерции вызывает гидравлический удар в напорных трубах при работе устройств управления. Это в целом характеризуется постоянными времени гидравлического ускорения. При изолированной работе, когда частота всей системы определяется регулятором турбины, гидравлический удар влияет на регулирование скорости, и нестабильность проявляется в виде рыскания или качания частоты. При взаимосвязанной работе с большой системой частота по существу поддерживается постоянной последней. Затем гидравлический удар влияет на мощность, подаваемую в систему, и проблема стабильности возникает только тогда, когда мощность регулируется в замкнутом контуре, т. е. в случае тех гидрогенераторов, которые принимают участие в регулировании частоты.

Устойчивость редуктора турбинного регулятора в значительной степени зависит от соотношения постоянной времени механического ускорения из-за постоянной времени гидравлического ускорения масс воды и коэффициента усиления регулятора. Уменьшение вышеуказанного соотношения оказывает дестабилизирующее воздействие и требует уменьшения коэффициента усиления регулятора, что отрицательно влияет на стабилизацию частоты. Соответственно, необходим минимальный эффект маховика для вращающихся частей гидроагрегата, который обычно может быть обеспечен только в генераторе. В качестве альтернативы постоянная времени механического ускорения может быть уменьшена за счет установки предохранительного клапана или уравнительного бака и т. д., но это, как правило, очень дорого. Эмпирический критерий способности регулирования скорости гидроагрегата может быть основан на повышении скорости агрегата, которое может иметь место при отказе от всей номинальной нагрузки агрегата, работающего независимо. Для энергоблоков, работающих в больших взаимосвязанных системах и которые должны регулировать частоту системы, процентный индекс повышения скорости, рассчитанный выше, считался не превышающим 45 процентов. Для меньших систем может быть обеспечено меньшее повышение скорости (см. Главу 4).

Продольный разрез от водозабора до электростанции Дехар
(Источник: Доклад автора – 2-й всемирный конгресс, Международная ассоциация водных ресурсов, 1979 г.) Для электростанции Дехар показана гидравлическая система напорной воды, соединяющая балансировочное хранилище с энергоблоком, состоящим из водозабора, напорного туннеля, дифференциального уравнительного резервуара и напорного водовода. Ограничение максимального повышения давления в напорных водоводах до 35 процентов, расчетное максимальное повышение скорости агрегата при отказе от полной нагрузки составило около 45 процентов с закрытием регулятора
время 9,1 секунды при номинальном напоре 282 м (925 футов) с нормальным маховиковым эффектом вращающихся частей генератора (т.е. фиксированным только по соображениям повышения температуры). На первом этапе работы было обнаружено, что повышение скорости не превышает 43 процентов. Соответственно, считалось, что нормальный маховиковый эффект достаточен для регулирования частоты системы.

Параметры генератора и электрическая стабильность
Параметры генератора, которые оказывают влияние на устойчивость, - это эффект маховика, переходное реактивное сопротивление и коэффициент короткого замыкания. На начальном этапе разработки системы сверхвысокого напряжения 420 кВ, как в Дехаре, проблемы устойчивости могут быть критическими из-за слабой системы, более низкого уровня короткого замыкания, работы с опережающим коэффициентом мощности и необходимости экономии при обеспечении выходов передачи и фиксировании размера и параметров генерирующих блоков. Предварительные исследования переходной устойчивости на сетевом анализаторе (с использованием постоянного напряжения за переходным реактивным сопротивлением) для системы сверхвысокого напряжения Дехара также показали, что будет получена только предельная устойчивость. На раннем этапе проектирования электростанции Дехара считалось, что указание генераторов с нормальным
характеристики и достижение требований стабильности путем оптимизации параметров других задействованных факторов, особенно системы возбуждения, было бы экономически более дешевой альтернативой. В исследовании Британской системы также было показано, что изменение параметров генератора имеет сравнительно гораздо меньшее влияние на запасы стабильности. Соответственно, для генератора были указаны нормальные параметры генератора, указанные в приложении. Приведены подробные исследования стабильности, проведенные

Емкость заряда линии и стабильность напряжения
Удаленно расположенные гидрогенераторы, используемые для зарядки длинных незагруженных линий сверхвысокого напряжения, зарядная мощность которых превышает зарядную мощность линии машины, машина может стать самовозбужденной, а напряжение выйти из-под контроля. Условием для самовозбуждения является то, что xc < xd, где xc - емкостное реактивное сопротивление нагрузки, а xd - синхронное реактивное сопротивление прямой оси. Мощность, необходимая для зарядки одной единственной незагруженной линии 420 кВ E2 /xc до Панипата (приемный конец), составляла около 150 МВАр при номинальном напряжении. На втором этапе, когда устанавливается вторая линия 420 кВ эквивалентной длины, зарядная мощность линии, необходимая для зарядки обеих незагруженных линий одновременно при номинальном напряжении, составит около 300 МВАр.

Зарядная мощность линии, доступная при номинальном напряжении от генератора Dehar, по данным поставщиков оборудования, была следующей:
(i) 70 процентов номинальной МВА, т.е. возможна зарядка линии 121,8 МВАр с минимальным положительным возбуждением 10 процентов.
(ii) До 87 процентов номинальной МВА, т.е. возможна зарядная емкость линии 139 МВАр при минимальном положительном возбуждении 1 процент.
(iii) До 100 процентов номинальной МВАр, т.е. 173,8 линейной зарядной емкости можно получить при приблизительно 5 процентах отрицательного возбуждения, а максимальная линейной зарядной емкости, которую можно получить при отрицательном возбуждении 10 процентов, составляет 110 процентов номинальной МВА (191 МВАр) согласно BSS.
(iv) Дальнейшее увеличение мощностей заряда линии возможно только за счет увеличения размера машины. В случае (ii) и (iii) ручное управление возбуждением невозможно, и необходимо полностью положиться на непрерывную работу быстродействующих автоматических регуляторов напряжения. Увеличение размера машины с целью увеличения мощностей заряда линии не является ни экономически целесообразным, ни желательным. Соответственно, принимая во внимание условия эксплуатации на первом этапе эксплуатации, было решено обеспечить мощность заряда линии 191 МВАр при номинальном напряжении для генераторов путем обеспечения отрицательного возбуждения на генераторах. Критическое рабочее состояние, вызывающее нестабильность напряжения, также может быть вызвано отключением нагрузки на приемном конце. Это явление возникает из-за емкостной нагрузки на машине, на которую дополнительно неблагоприятно влияет рост скорости генератора. Самовозбуждение и нестабильность напряжения могут возникнуть, если.

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Где, Xc - емкостное реактивное сопротивление нагрузки, Xq - синхронное реактивное сопротивление по квадратурной оси, а n - максимальное относительное превышение скорости, возникающее при сбросе нагрузки. Это условие на генераторе Dehar было предложено устранить, предусмотрев постоянно подключенный шунтирующий реактор сверхвысокого напряжения 400 кВ (75 МВА) на приемном конце линии в соответствии с проведенными подробными исследованиями.

Демпферная обмотка
Основная функция демпферной обмотки заключается в ее способности предотвращать чрезмерные перенапряжения в случае межфазных замыканий с емкостными нагрузками, тем самым снижая нагрузку перенапряжения на оборудование. Принимая во внимание удаленность расположения и протяженность соединительных линий электропередачи, были определены полностью соединенные демпферные обмотки с отношением реактивных сопротивлений по квадратуре и продольной оси Xnq/ Xnd не более 1,2.

Характеристика генератора и система возбуждения
Генераторы с нормальными характеристиками были определены, а предварительные исследования показали только предельную устойчивость, было решено, что высокоскоростное статическое оборудование возбуждения будет использоваться для улучшения запасов устойчивости, чтобы достичь общей наиболее экономичной компоновки оборудования. Были проведены подробные исследования для определения оптимальных характеристик статического оборудования возбуждения, которые обсуждались в главе 10.

Сейсмические соображения
Электростанция Дехар попадает в сейсмическую зону. Следующие положения в проекте гидрогенератора в Дехаре были предложены в консультации с производителями оборудования и с учетом сейсмических и геологических условий на месте и отчета Комитета экспертов по землетрясению в Койне, созданного правительством Индии при поддержке ЮНЕСКО.

Механическая прочность
Генераторы Dehar должны быть спроектированы так, чтобы безопасно выдерживать максимальную силу ускорения землетрясения как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, ожидаемую в Dehar, действующую в центре машины.

Собственная частота
Собственная частота машины должна быть достаточно удалена (выше) от магнитной частоты 100 Гц (в два раза больше частоты генератора). Эта собственная частота будет значительно удалена от частоты землетрясений и будет проверена на достаточный запас по сравнению с преобладающей частотой землетрясений и критической скоростью вращающейся системы.

Опора статора генератора
Статор генератора и нижний упорный и направляющий подшипник фундаменты состоят из ряда фундаментных плит. Фундаментные плиты крепятся к фундаменту сбоку в дополнение к нормальному вертикальному направлению фундаментными болтами.

Конструкция направляющего подшипника
Направляющие подшипники должны быть сегментного типа, а части направляющих подшипников должны быть усилены, чтобы выдерживать полную силу землетрясения. Производители также рекомендовали связать верхний кронштейн сбоку со стволом (корпусом генератора) с помощью стальных балок. Это также означало бы, что бетонный ствол в свою очередь должен быть усилен.

Обнаружение вибрации генераторов
Рекомендовано устанавливать на турбинах и генераторах датчики вибрации или измерители эксцентриситета для инициирования отключения и сигнализации в случае, если вибрации, вызванные землетрясением, превышают заданное значение. Это устройство также может использоваться для обнаружения любых необычных вибраций агрегата из-за гидравлических условий, влияющих на турбину.

Контакты Меркурий
Сильное сотрясение из-за землетрясения может привести к ложному срабатыванию для инициирования отключения устройства, если используются ртутные контакты. Этого можно избежать, либо указав ртутные переключатели антивибрационного типа, либо, если это будет сочтено необходимым, добавив реле времени.

Выводы
(1) Значительная экономия затрат на оборудование и конструкцию на электростанции Дехар была достигнута за счет принятия больших размеров агрегатов с учетом размера сети и ее влияния на резервную мощность системы.
(2) Стоимость генераторов была снижена за счет принятия зонтичной конструкции, которая теперь возможна для крупных высокоскоростных гидрогенераторов благодаря разработке высокопрочной стали для штамповки обода ротора.
(3) Закупка генераторов с естественным высоким коэффициентом мощности после детальных исследований привела к дальнейшей экономии средств.
(4) Нормальный маховиковый эффект вращающихся частей генератора на частотно-регулирующей станции в Дехаре считался достаточным для устойчивости системы регулятора турбины из-за большой взаимосвязанной системы.
(5) Специальные параметры удаленных генераторов, питающих сети сверхвысокого напряжения, для обеспечения электрической устойчивости могут быть удовлетворены с помощью быстродействующих статических систем возбуждения.
(6) Быстродействующие статические системы возбуждения могут обеспечить необходимые запасы устойчивости. Однако такие системы требуют стабилизирующих сигналов обратной связи для достижения устойчивости после сбоя. Необходимо провести детальные исследования.
(7) Самовозбуждение и нестабильность напряжения удаленных генераторов, соединенных с сетью длинными линиями сверхвысокого напряжения, можно предотвратить путем увеличения зарядной емкости линии машины путем использования отрицательного возбуждения и/или путем использования постоянно подключенных шунтирующих реакторов сверхвысокого напряжения.
(8) В конструкции генераторов и их фундаментов могут быть предусмотрены меры по обеспечению защиты от сейсмических воздействий при небольших затратах.

Основные параметры генераторов Дехара
Коэффициент короткого замыкания = 1,06
Переходное реактивное сопротивление, прямая ось = 0,2
Эффект маховика = 39,5 x 106 фунт-фут2
Xnq/Xnd не больше = 1,2