Утицај замајца генератора и стабилност система регулатора турбинеУтицај замајца генератора и стабилност система регулатора турбинеУтицај замајца генератора и стабилност система регулатора турбинеУтицај замајца генератора и стабилност система регулатора турбине
Велики модерни хидрогенератори имају мању константу инерције и могу се суочити са проблемима у вези са стабилношћу система управљања турбином. То је због понашања воде у турбини, која због своје инерције доводи до хидрауличног удара у цевима под притиском када се управља са контролним уређајима. Ово се генерално карактерише временским константама хидрауличног убрзања. У изолованом раду, када фреквенцију целог система одређује регулатор турбине, хидраулични удар утиче на регулацију брзине, а нестабилност се појављује као љуљање или колебање фреквенције. Код међусобно повезаног рада са великим системом, фреквенција се у суштини одржава константном помоћу овог другог. Хидраулични удар тада утиче на снагу која се доводи у систем, а проблем стабилности настаје само када се снага контролише у затвореној петљи, тј. у случају оних хидрогенератора који учествују у регулацији фреквенције.
На стабилност зупчаника турбинског регулатора у великој мери утиче однос временске константе механичког убрзања услед временске константе хидрауличког убрзања водених маса и појачање регулатора. Смањење горе наведеног односа има дестабилизујући ефекат и захтева смањење појачања регулатора, што негативно утиче на стабилизацију фреквенције. Сходно томе, неопходан је минимални ефекат замајца за ротирајуће делове хидроагрегата, што се обично може обезбедити само у генератору. Алтернативно, временска константа механичког убрзања може се смањити уградњом вентила за смањење притиска или компензационе посуде итд., али је то генерално веома скупо. Емпиријски критеријум за способност регулације брзине хидрогенераторске јединице може се заснивати на повећању брзине јединице које се може догодити искључивањем целокупног номиналног оптерећења јединице која ради независно. За енергетске јединице које раде у великим међусобно повезаним системима и које су потребне за регулисање системске фреквенције, сматрало се да процентуални индекс пораста брзине, као што је горе израчунато, не прелази 45 процената. За мање системе треба обезбедити мање повећање брзине (видети поглавље 4).
Уздужни пресек од усисника до електране Дехар
(Извор: Рад аутора – 2. светски конгрес, Међународно удружење за водне ресурсе 1979) За електрану Дехар, приказан је хидраулични систем воде под притиском који повезује балансирајуће складиште са погонском јединицом, а састоји се од усисавања воде, тунела под притиском, диференцијалног резервоара и цевовода. Ограничавањем максималног пораста притиска у цевоводима на 35 процената, процењени максимални пораст брзине јединице након одбацивања пуног оптерећења израчунат је на око 45 процената са затварањем регулатора.
време од 9,1 секунде при номиналном притиску од 282 м (925 стопа) са нормалним ефектом замајца ротирајућих делова генератора (тј. фиксираним само на основу разматрања пораста температуре). У првој фази рада утврђено је да пораст брзине није већи од 43 процента. Сходно томе, сматрано је да је нормалан ефекат замајца адекватан за регулисање фреквенције система.
Параметри генератора и електрична стабилност
Параметри генератора који утичу на стабилност су ефекат замајца, транзијентна реактанса и коефицијент кратког споја. У почетној фази развоја 420 kV EHV система као у Дехару, проблеми стабилности могу бити критични због слабог система, нижег нивоа кратког споја, рада на водећем фактору снаге и потребе за економичношћу у обезбеђивању преносних излаза и одређивању величине и параметара производних јединица. Прелиминарне студије транзијентне стабилности на анализатору мреже (коришћењем константног напона иза транзијентне реактансе) за Dehar EHV систем такође су показале да ће се постићи само маргинална стабилност. У раној фази пројектовања електране Дехар сматрало се да је спецификовање генератора са нормалним...
карактеристике и постизање захтева стабилности оптимизацијом параметара других укључених фактора, посебно оних система побуде, била би економски јефтинија алтернатива. У студији британског система такође је показано да промена параметара генератора има релативно много мањи утицај на маргине стабилности. Сходно томе, за генератор су специфицирани нормални параметри генератора, као што је дато у додатку. Детаљне студије стабилности које су спроведене су дате.
Капацитет пуњења и стабилност напона
Удаљено лоцирани хидрогенератори који се користе за пуњење дугих неоптерећених EHV водова чије је пуњење у kVA веће од капацитета пуњења машине, могу довести до самопобуђења машине и неконтролисаног пораста напона. Услов за самопобуђење је xc < xd где је xc капацитивна реактанса оптерећења, а xd синхрона реактанса директне осе. Капацитет потребан за пуњење једног појединачног неоптерећеног водова од 420 kV E2 /xc до Панипата (пријемни крај) био је око 150 MVAR при номиналном напону. У другој фази, када се инсталира други водов од 420 kV еквивалентне дужине, капацитет пуњења водова потребан за истовремено пуњење оба неоптерећена водова при номиналном напону био би око 300 MVAR.
Капацитет пуњења линије доступан при номиналном напону из генератора Дехар, како су навели добављачи опреме, био је следећи:
(i) 70 процената номиналне MVA, тј. пуњење линије од 121,8 MVAR је могуће са минималним позитивним побуђивањем од 10 процената.
(ii) До 87 процената номиналне снаге MVA, тј. капацитета пуњења линије од 139 MVAR, могуће је уз минимално позитивно побуђивање од 1 процента.
(iii) До 100 процената номиналног MVAR-а, тј. капацитета пуњења линије од 173,8 може се постићи са приближно 5 процената негативне побуде, а максимални капацитет пуњења линије који се може постићи са негативном побудом од 10 процената је 110 процената номиналног MVA (191 MVAR) према BSS-у.
(iv) Даље повећање капацитета пуњења линије могуће је само повећањем величине машине. У случају (ii) и (iii) ручно управљање побудом није могуће и мора се у потпуности ослонити на континуирани рад брзих аутоматских регулатора напона. Није ни економски исплативо нити пожељно повећавати величину машине ради повећања капацитета пуњења линије. Сходно томе, узимајући у обзир услове рада у првој фази рада, одлучено је да се обезбеди капацитет пуњења линије од 191 MVAR при номиналном напону за генераторе обезбеђивањем негативног побудавања на генераторима. Критично радно стање које изазива нестабилност напона може бити узроковано и искључењем оптерећења на пријемном крају. Феномен се јавља због капацитивног оптерећења машине, на шта додатно негативно утиче пораст брзине генератора. Самопобуда и нестабилност напона могу се јавити ако...
Xc ≤ n² (Xq + XT)
Где је Xc капацитивна реактанса оптерећења, Xq је синхрона реактанса квадратурне осе, а n је максимално релативно прекорачење брзине које се јавља при одбацивању оптерећења. Предложено је да се овај услов на Дехар генератору отклони обезбеђивањем трајно повезаног паралелног реактора EHV од 400 kV (75 MVA) на пријемном крају линије, према детаљним спроведеним студијама.
Намотавање пригушивача
Главна функција пригушног намотаја је његова способност да спречи прекомерне пренапоне у случају кварова између линија са капацитивним оптерећењима, чиме се смањује пренапонско оптерећење опреме. Узимајући у обзир удаљену локацију и дугачке међусобно повезане далеководе, специфицирани су потпуно повезани пригушни намотаји са односом квадратуре и реактансе директне осе Xnq/Xnd који не прелази 1,2.
Карактеристика генератора и систем побуде
Након што су специфицирани генератори са нормалним карактеристикама, а прелиминарне студије су показале само маргиналну стабилност, одлучено је да се користи опрема за статичко побуђивање велике брзине како би се побољшале маргине стабилности и постигао најекономичнији распоред опреме. Спроведене су детаљне студије ради одређивања оптималних карактеристика опреме за статичко побуђивање, што је размотрено у поглављу 10.
Сеизмичка разматрања
Електрана Дехар се налази у сеизмичкој зони. Следеће одредбе у пројекту хидрогенератора у Дехару су предложене у консултацији са произвођачима опреме, узимајући у обзир сеизмичке и геолошке услове на локацији и извештај Комитета стручњака за земљотрес у Којни, који је формирала Влада Индије уз помоћ УНЕСКО-а.
Механичка чврстоћа
Дехар генератори морају бити пројектовани да безбедно издрже максималну силу убрзања земљотреса и у вертикалном и у хоризонталном смеру која се очекује у Дехару, делујући у центру машине.
Природна фреквенција
Природна фреквенција машине треба да се држи далеко (више) од магнетне фреквенције од 100 Hz (двоструко веће од фреквенције генератора). Ова природна фреквенција ће бити далеко од фреквенције земљотреса и провераваће се на одговарајућу маргину у односу на преовлађујућу фреквенцију земљотреса и критичну брзину ротирајућег система.
Носач статора генератора
Темељи статора генератора и доњег потисног и вођећег лежаја састоје се од више потпорних плоча. Потпорне плоче су, поред нормалног вертикалног правца, везане за темељ темељним вијцима и бочно.
Дизајн водилице
Вођице лежајева треба да буду сегментног типа, а делови вођица лежајева ојачани да би издржали пуну силу земљотреса. Произвођачи додатно препоручују да се горњи носач бочно повеже са цеви (кућиштем генератора) помоћу челичних носача. То би такође значило да би бетонска цев морала бити ојачана.
Детекција вибрација генератора
Препоручена је уградња детектора вибрација или мерача ексцентричности на турбинама и генераторима ради покретања гашења и алармирања у случају да вибрације услед земљотреса пређу унапред одређену вредност. Овај уређај се такође може користити за откривање било каквих неуобичајених вибрација јединице услед хидрауличних услова који утичу на турбину.
Меркур Контакти
Јако потресање услед земљотреса може довести до лажног окидања за покретање искључивања јединице ако се користе живини контакти. Ово се може избећи или навођењем живиних прекидача антивибрационог типа или, ако је потребно, додавањем временских релеја.
Закључци
(1) Значајне уштеде у трошковима опреме и објекта у електрани Дехар постигнуте су усвајањем великих јединица, имајући у виду величину мреже и њен утицај на резервни капацитет система.
(2) Трошкови генератора су смањени усвајањем јединственог дизајна конструкције, што је сада могуће за велике хидрогенераторе велике брзине захваљујући развоју високозатезног челика за пробушење обода ротора.
(3) Набавка природних генератора са високим фактором снаге након детаљних студија резултирала је додатним уштедама у трошковима.
(4) Нормални ефекат замајца ротирајућих делова генератора на фреквентној регулационој станици у Дехару сматран је довољним за стабилност система регулатора турбине због великог међусобно повезаног система.
(5) Посебни параметри удаљених генератора који напајају EHV мреже ради обезбеђивања електричне стабилности могу се задовољити системима статичког побуде са брзим одзивом.
(6) Брзоделујући статички системи побуде могу да обезбеде неопходне маргине стабилности. Међутим, такви системи захтевају стабилизујуће повратне сигнале за постизање стабилности након квара. Треба спровести детаљне студије.
(7) Самопобуђивање и нестабилност напона удаљених генератора повезаних са мрежом дугим високонапонским водовима могу се спречити повећањем капацитета пуњења машине прибегавањем негативном побуђивању и/или коришћењем трајно повезаних високонапонских паралелних реактора.
(8) У пројектовању генератора и њихових темеља могу се предвидети одредбе за заштиту од сеизмичких сила уз мале трошкове.
Главни параметри Дехар генератора
Коефицијент кратког споја = 1,06
Прелазни реактансни ефекат директне осе = 0,2
Ефекат замајца = 39,5 x 106 lb ft²
Xnq/Xnd није веће од = 1,2
Време објаве: 11. мај 2021.
