ผลของล้อช่วยหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเสถียรภาพของระบบควบคุมกังหัน

ผลของล้อช่วยปั่นไฟของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเสถียรภาพของระบบควบคุมกังหัน ผลของล้อช่วยปั่นไฟของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเสถียรภาพของระบบควบคุมกังหัน ผลของล้อช่วยปั่นไฟของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเสถียรภาพของระบบควบคุมกังหัน ผลของล้อช่วยปั่นไฟของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเสถียรภาพของระบบควบคุมกังหัน
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ในปัจจุบันมีค่าคงที่ความเฉื่อยที่น้อยกว่า และอาจประสบปัญหาเกี่ยวกับเสถียรภาพของระบบการควบคุมกังหัน ซึ่งเกิดจากพฤติกรรมของน้ำในกังหัน ซึ่งเนื่องจากความเฉื่อยของกังหัน จึงทำให้เกิดค้อนน้ำในท่อแรงดันเมื่ออุปกรณ์ควบคุมทำงาน โดยทั่วไปจะมีลักษณะเฉพาะคือค่าคงที่เวลาเร่งความเร็วไฮดรอลิก ในการทำงานแยกกัน เมื่อความถี่ของระบบทั้งหมดถูกกำหนดโดยตัวควบคุมกังหัน ค้อนน้ำจะส่งผลต่อการควบคุมความเร็ว และความไม่เสถียรจะปรากฏเป็นฮันต์หรือสวิงความถี่ สำหรับการทำงานที่เชื่อมต่อกันด้วยระบบขนาดใหญ่ ความถี่จะคงที่โดยตัวหลัง ค้อนน้ำจะส่งผลต่อพลังงานที่ส่งไปยังระบบ และปัญหาด้านเสถียรภาพจะเกิดขึ้นเมื่อพลังงานได้รับการควบคุมในวงจรปิดเท่านั้น กล่าวคือ ในกรณีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำที่เข้าร่วมในการควบคุมความถี่

เสถียรภาพของชุดควบคุมกังหันน้ำได้รับผลกระทบอย่างมากจากอัตราส่วนของค่าคงที่เวลาการเร่งความเร็วเชิงกลอันเนื่องมาจากค่าคงที่เวลาการเร่งความเร็วไฮดรอลิกของมวลน้ำและจากค่าเกนของตัวควบคุม การลดอัตราส่วนดังกล่าวจะมีผลทำให้เกิดความไม่เสถียรและจำเป็นต้องลดค่าเกนของตัวควบคุม ซึ่งส่งผลเสียต่อการรักษาเสถียรภาพความถี่ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีเอฟเฟกต์มู่เล่ขั้นต่ำสำหรับชิ้นส่วนที่หมุนของชุดไฮโดรลิก ซึ่งปกติแล้วจะทำได้เฉพาะในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่านั้น อีกทางหนึ่ง ค่าคงที่เวลาการเร่งความเร็วเชิงกลอาจลดลงได้โดยการจัดหาวาล์วระบายความดันหรือถังแรงดัน ฯลฯ แต่โดยทั่วไปแล้วจะมีค่าใช้จ่ายสูงมาก เกณฑ์เชิงประจักษ์สำหรับความสามารถในการควบคุมความเร็วของชุดผลิตไฟฟ้าพลังน้ำอาจขึ้นอยู่กับการเพิ่มขึ้นของความเร็วของชุดซึ่งอาจเกิดขึ้นจากการปฏิเสธภาระที่กำหนดทั้งหมดของชุดที่ทำงานแยกกัน สำหรับชุดผลิตไฟฟ้าที่ทำงานในระบบเชื่อมต่อขนาดใหญ่และจำเป็นต้องควบคุมความถี่ของระบบ ดัชนีการเพิ่มขึ้นของความเร็วเป็นเปอร์เซ็นต์ตามที่คำนวณไว้ข้างต้นถือว่าไม่เกิน 45 เปอร์เซ็นต์ สำหรับระบบขนาดเล็กกว่านั้น ควรเพิ่มความเร็วให้น้อยลง (ดูบทที่ 4)

หน้าตัดตามยาวจากทางเข้าโรงไฟฟ้าเดฮาร์
(ที่มา: เอกสารโดยผู้เขียน – การประชุมระดับโลกครั้งที่ 2, สมาคมทรัพยากรน้ำระหว่างประเทศ 1979) สำหรับโรงไฟฟ้าเดฮาร์ ระบบน้ำแรงดันไฮดรอลิกที่เชื่อมต่อระบบกักเก็บสมดุลกับหน่วยผลิตไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยท่อรับน้ำ อุโมงค์แรงดัน ถังแรงดันต่างกัน และท่อส่งน้ำ ถูกแสดงไว้ การจำกัดการเพิ่มขึ้นของแรงดันสูงสุดในท่อส่งน้ำให้เหลือ 35 เปอร์เซ็นต์ การเพิ่มขึ้นของความเร็วสูงสุดโดยประมาณของหน่วยเมื่อปฏิเสธภาระเต็มที่ คำนวณได้ประมาณ 45 เปอร์เซ็นต์โดยปิดตัวควบคุม
เวลา 9.1 วินาทีที่ระดับความสูงที่กำหนด 282 เมตร (925 ฟุต) โดยมีผลของมู่เล่ปกติของชิ้นส่วนที่หมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (กล่าวคือ คงที่โดยพิจารณาจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเท่านั้น) ในระยะแรกของการทำงาน พบว่าการเพิ่มขึ้นของความเร็วไม่เกิน 43 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นจึงถือว่าผลปกติของมู่เล่เพียงพอสำหรับการควบคุมความถี่ของระบบ

พารามิเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเสถียรภาพไฟฟ้า
พารามิเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีผลต่อเสถียรภาพ ได้แก่ เอฟเฟกต์ของล้อช่วยแรง ปฏิกิริยาชั่วขณะ และอัตราส่วนไฟฟ้าลัดวงจร ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนาระบบไฟฟ้าแรงสูง 420 กิโลโวลต์ที่เดฮาร์ ปัญหาเสถียรภาพอาจมีความสำคัญเนื่องจากระบบอ่อนแอ ระดับไฟฟ้าลัดวงจรต่ำ การทำงานที่ค่ากำลังไฟฟ้าหลัก และความจำเป็นในการประหยัดในการจัดหาทางออกการส่ง และการกำหนดขนาดและพารามิเตอร์ของหน่วยผลิตไฟฟ้า การศึกษาเสถียรภาพชั่วขณะเบื้องต้นของเครื่องวิเคราะห์เครือข่าย (ใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่หลังปฏิกิริยาชั่วขณะ) สำหรับระบบไฟฟ้าแรงสูงเดฮาร์ยังระบุด้วยว่าจะได้รับเสถียรภาพเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ในระยะเริ่มต้นของการออกแบบโรงไฟฟ้าเดฮาร์ ได้มีการพิจารณาว่าจะระบุเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีระดับปกติ
ลักษณะเฉพาะและการบรรลุข้อกำหนดด้านเสถียรภาพโดยการปรับพารามิเตอร์ของปัจจัยอื่นที่เกี่ยวข้องให้เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งพารามิเตอร์ของระบบกระตุ้นจะเป็นทางเลือกที่ประหยัดกว่าทางเศรษฐกิจ จากการศึกษาระบบของอังกฤษ พบว่าการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีผลกระทบต่อขอบเขตความเสถียรน้อยกว่ามาก ดังนั้น จึงได้กำหนดพารามิเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าปกติตามที่กำหนดไว้ในภาคผนวกสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การศึกษาเสถียรภาพโดยละเอียดที่ดำเนินการมีดังนี้

ความจุในการชาร์จสายและเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำที่ตั้งอยู่ในระยะไกลใช้เพื่อชาร์จสายไฟฟ้าแรงสูงที่ไม่มีโหลดยาวซึ่ง kVA ในการชาร์จมากกว่าความสามารถในการชาร์จสายของเครื่อง เครื่องอาจเกิดการกระตุ้นตัวเองและแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเกินกว่าที่ควบคุมได้ เงื่อนไขสำหรับการกระตุ้นตัวเองคือ xc < xd โดยที่ xc คือรีแอคแตนซ์โหลดแบบเก็บประจุ และ xd คือรีแอคแตนซ์แกนตรงแบบซิงโครนัส ความจุที่จำเป็นสำหรับการชาร์จสาย E2 /xc ที่ไม่มีโหลด 420 kV เส้นเดียวจนถึง Panipat (ปลายรับ) คือประมาณ 150 MVAR ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ในขั้นตอนที่สอง เมื่อติดตั้งสาย 420 kV เส้นที่สองที่มีความยาวเท่ากัน ความจุในการชาร์จสายที่จำเป็นในการชาร์จสายที่ไม่มีโหลดทั้งสองเส้นพร้อมกันที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดจะอยู่ที่ประมาณ 300 MVAR

ความสามารถในการชาร์จสายไฟที่พร้อมใช้งานตามแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเดฮาร์ ตามที่แจ้งโดยซัพพลายเออร์ของอุปกรณ์ มีดังนี้:
(i) การชาร์จสาย MVA ที่ได้รับการจัดอันดับ 70 เปอร์เซ็นต์ หรือ 121.8 MVAR เป็นไปได้โดยมีการกระตุ้นเชิงบวกขั้นต่ำที่ 10 เปอร์เซ็นต์
(ii) สามารถชาร์จสายได้สูงถึง 87 เปอร์เซ็นต์ของ MVA ที่กำหนด หรือ 139 MVAR โดยมีการกระตุ้นเชิงบวกขั้นต่ำ 1 เปอร์เซ็นต์
(iii) สามารถรับค่า MVAR ที่กำหนดได้สูงถึง 100 เปอร์เซ็นต์ หรือ 173.8 ความสามารถในการชาร์จสาย โดยมีการกระตุ้นเชิงลบประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์ และความสามารถในการชาร์จสายสูงสุดที่สามารถรับได้ด้วยการกระตุ้นเชิงลบ 10 เปอร์เซ็นต์ คือ 110 เปอร์เซ็นต์ของ MVA ที่กำหนด (191 MVAR) ตาม BSS
(iv) การเพิ่มความจุในการชาร์จสายเพิ่มเติมนั้นทำได้โดยการเพิ่มขนาดของเครื่องจักรเท่านั้น ในกรณีของ (ii) และ (iii) การควบคุมการกระตุ้นด้วยมือเป็นไปไม่ได้และต้องพึ่งพาการทำงานอย่างต่อเนื่องของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติที่ทำงานรวดเร็ว การเพิ่มขนาดของเครื่องจักรเพื่อจุดประสงค์ในการเพิ่มความจุในการชาร์จสายนั้นไม่คุ้มทุนและไม่พึงปรารถนา ดังนั้น เมื่อพิจารณาถึงเงื่อนไขการทำงานในขั้นตอนแรกของการทำงาน จึงตัดสินใจที่จะจัดเตรียมความจุในการชาร์จสาย 191 MVAR ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยให้การกระตุ้นเชิงลบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เงื่อนไขการทำงานที่สำคัญซึ่งทำให้เกิดความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้าอาจเกิดจากการตัดการเชื่อมต่อของโหลดที่ปลายทางรับ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากการโหลดแบบเก็บประจุบนเครื่องจักรซึ่งได้รับผลกระทบเชิงลบเพิ่มเติมจากการเพิ่มขึ้นของความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การกระตุ้นด้วยตนเองและความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้าอาจเกิดขึ้นได้หาก

Xc ≤ n2 (Xq + XT)
โดยที่ Xc คือรีแอคแตนซ์โหลดแบบเก็บประจุ Xq คือรีแอคแตนซ์ซิงโครนัสแกนกำลังสอง และ n คือความเร็วเกินสัมพัทธ์สูงสุดที่เกิดขึ้นเมื่อโหลดถูกปฏิเสธ เงื่อนไขนี้บนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Dehar ได้รับการเสนอให้หลีกเลี่ยงโดยจัดให้มีเครื่องปฏิกรณ์แบบต่อพ่วง EHV 400 kV แบบถาวร (75 MVA) ที่ปลายรับของสายตามการศึกษาโดยละเอียดที่ดำเนินการ

ขดลวดแดมเปอร์
หน้าที่หลักของขดลวดแดมเปอร์คือความสามารถในการป้องกันแรงดันไฟเกินในกรณีที่เกิดความผิดพลาดระหว่างสายกับโหลดแบบคาปาซิทีฟ จึงช่วยลดความเครียดจากแรงดันไฟเกินบนอุปกรณ์ได้ เมื่อพิจารณาจากที่ตั้งที่ห่างไกลและสายส่งไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกันยาว ขดลวดแดมเปอร์ที่เชื่อมต่ออย่างสมบูรณ์ด้วยอัตราส่วนของกำลังสองและรีแอกแตนซ์แกนตรง Xnq/ Xnd ถูกกำหนดให้ไม่เกิน 1.2

ลักษณะเฉพาะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระบบการกระตุ้น
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีลักษณะปกติได้รับการระบุและการศึกษาเบื้องต้นได้ระบุความเสถียรเพียงเล็กน้อย จึงได้ตัดสินใจว่าจะใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นคงที่ความเร็วสูงเพื่อปรับปรุงขอบเขตความเสถียร เพื่อให้ได้การจัดเตรียมอุปกรณ์ที่ประหยัดที่สุดโดยรวม มีการดำเนินการศึกษาโดยละเอียดเพื่อกำหนดลักษณะที่ดีที่สุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นคงที่ และได้หารือกันในบทที่ 10

การพิจารณาเรื่องแผ่นดินไหว
โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำเดฮาร์ตั้งอยู่ในเขตแผ่นดินไหว ข้อกำหนดต่อไปนี้ในการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำที่เดฮาร์ได้รับการเสนอโดยปรึกษากับผู้ผลิตอุปกรณ์และคำนึงถึงสภาพแผ่นดินไหวและธรณีวิทยาในพื้นที่ และรายงานของคณะผู้เชี่ยวชาญด้านแผ่นดินไหวที่คอยนาซึ่งจัดตั้งโดยรัฐบาลอินเดียด้วยความช่วยเหลือจากยูเนสโก

ความแข็งแรงทางกล
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเดฮาร์ต้องได้รับการออกแบบให้ทนทานต่อแรงเร่งจากแผ่นดินไหวสูงสุดได้อย่างปลอดภัย ทั้งในแนวตั้งและแนวนอน ซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นที่เดฮาร์ ซึ่งกระทำที่ศูนย์กลางของเครื่องจักร

ความถี่ธรรมชาติ
ความถี่ธรรมชาติของเครื่องจะต้องอยู่ห่างจากความถี่แม่เหล็ก 100 เฮิรตซ์ (สองเท่าของความถี่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) พอสมควร (สูงกว่า) ความถี่ธรรมชาตินี้จะอยู่ห่างไกลจากความถี่แผ่นดินไหว และจะต้องตรวจสอบให้มีระยะขอบที่เหมาะสมกับความถี่แผ่นดินไหวหลักและความเร็ววิกฤตของระบบหมุน

ตัวรองรับสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
สเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและฐานรับแรงขับต่ำและลูกปืนนำทางประกอบด้วยแผ่นพื้นจำนวนหนึ่ง แผ่นพื้นจะถูกผูกเข้ากับฐานในแนวขวางนอกเหนือจากทิศทางแนวตั้งปกติด้วยสลักฐาน

การออกแบบตลับลูกปืนนำทาง
ตลับลูกปืนนำทางต้องเป็นแบบแยกส่วนและชิ้นส่วนตลับลูกปืนนำทางต้องเสริมความแข็งแรงให้สามารถทนต่อแรงแผ่นดินไหวได้เต็มที่ นอกจากนี้ ผู้ผลิตยังแนะนำให้ยึดตัวยึดด้านบนไว้ด้านข้างกับถัง (ตัวหุ้มเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) โดยใช้คานเหล็ก ซึ่งหมายความว่าถังคอนกรีตจะต้องเสริมความแข็งแรงด้วยเช่นกัน

การตรวจจับการสั่นสะเทือนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ขอแนะนำให้ติดตั้งเครื่องตรวจจับการสั่นสะเทือนหรือเครื่องวัดความเยื้องศูนย์บนกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อเริ่มการปิดระบบและแจ้งเตือนในกรณีที่การสั่นสะเทือนอันเนื่องมาจากแผ่นดินไหวเกินค่าที่กำหนดไว้ อุปกรณ์นี้ยังสามารถใช้ตรวจจับการสั่นสะเทือนที่ผิดปกติของอุปกรณ์อันเนื่องมาจากสภาวะไฮดรอลิกที่ส่งผลกระทบต่อกังหันได้อีกด้วย

คอนแทคเลนส์ปรอท
การสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงอันเนื่องมาจากแผ่นดินไหวอาจทำให้เกิดการสะดุดที่ผิดพลาดในการเริ่มปิดเครื่องหากใช้หน้าสัมผัสปรอท ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยระบุสวิตช์ปรอทชนิดป้องกันการสั่นสะเทือนหรือหากพบว่าจำเป็นโดยเพิ่มรีเลย์ตั้งเวลา

บทสรุป
(1) การประหยัดต้นทุนอุปกรณ์และโครงสร้างที่โรงไฟฟ้าเดฮาร์มีจำนวนมาก เนื่องจากการใช้ขนาดหน่วยที่ใหญ่โดยคำนึงถึงขนาดของกริดและอิทธิพลที่มีต่อกำลังการผลิตสำรองของระบบ
(2) ต้นทุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลดลงเนื่องจากนำการออกแบบโครงสร้างแบบร่มมาใช้ ซึ่งปัจจุบันเป็นไปได้สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำความเร็วสูงขนาดใหญ่ เนื่องมาจากการพัฒนาเหล็กกล้าแรงดึงสูงสำหรับการเจาะขอบโรเตอร์
(3) การจัดหาเครื่องกำเนิดพลังงานไฟฟ้าแบบธรรมชาติที่มีปัจจัยกำลังสูงหลังจากการศึกษาอย่างละเอียดส่งผลให้ประหยัดต้นทุนได้มากขึ้น
(4) เอฟเฟกต์ล้อหมุนปกติของชิ้นส่วนหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สถานีควบคุมความถี่ที่เดฮาร์ถือว่าเพียงพอสำหรับเสถียรภาพของระบบตัวควบคุมกังหันเนื่องจากระบบเชื่อมต่อกันขนาดใหญ่
(5) พารามิเตอร์พิเศษของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระยะไกลที่ป้อนไฟให้กับเครือข่าย EHV เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพทางไฟฟ้าสามารถทำได้โดยระบบกระตุ้นคงที่ตอบสนองรวดเร็ว
(6) ระบบกระตุ้นแบบสถิตที่ออกฤทธิ์เร็วสามารถให้ขอบเขตความเสถียรที่จำเป็นได้ อย่างไรก็ตาม ระบบดังกล่าวจำเป็นต้องมีสัญญาณป้อนกลับเพื่อความเสถียรเพื่อให้ได้ความเสถียรหลังเกิดความผิดพลาด ควรมีการศึกษาอย่างละเอียด
(7) การกระตุ้นตัวเองและความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระยะไกลที่เชื่อมต่อกับกริดด้วยสาย EHV ยาว สามารถป้องกันได้โดยการเพิ่มขีดความสามารถในการชาร์จสายของเครื่องจักรโดยใช้การกระตุ้นเชิงลบและ/หรือโดยการใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบแยกกระแส EHV ที่เชื่อมต่อแบบถาวร
(8) สามารถกำหนดมาตรการในการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและฐานรากเพื่อป้องกันแรงแผ่นดินไหวด้วยต้นทุนเพียงเล็กน้อย

พารามิเตอร์หลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Dehar
อัตราส่วนไฟฟ้าลัดวงจร = 1.06
แกนตรงของปฏิกิริยาชั่วคราว = 0.2
เอฟเฟกต์ล้อหมุน = 39.5 x 106 ปอนด์ฟุต2
Xnq/Xnd ไม่มากกว่า = 1.2