Hiệu ứng bánh đà máy phát điện và độ ổn định của hệ thống điều tốc tuabinHiệu ứng bánh đà máy phát điện và độ ổn định của hệ thống điều tốc tuabinHiệu ứng bánh đà máy phát điện và độ ổn định của hệ thống điều tốc tuabinHiệu ứng bánh đà máy phát điện và độ ổn định của hệ thống điều tốc tuabin
Các máy phát thủy điện hiện đại lớn có hằng số quán tính nhỏ hơn và có thể gặp phải các vấn đề liên quan đến tính ổn định của hệ thống điều khiển tuabin. Điều này là do hành vi của nước tuabin, do quán tính của nó tạo ra búa nước trong đường ống áp suất khi các thiết bị điều khiển được vận hành. Điều này thường được đặc trưng bởi các hằng số thời gian tăng tốc thủy lực. Trong hoạt động cô lập, khi tần số của toàn bộ hệ thống được xác định bởi bộ điều tốc tuabin, búa nước sẽ ảnh hưởng đến việc điều chỉnh tốc độ và sự bất ổn xuất hiện dưới dạng săn bắn hoặc dao động tần số. Đối với hoạt động kết nối với một hệ thống lớn, tần số về cơ bản được giữ không đổi bởi bộ điều tốc sau. Sau đó, búa nước sẽ ảnh hưởng đến công suất cung cấp cho hệ thống và vấn đề ổn định chỉ phát sinh khi công suất được kiểm soát trong một vòng kín, tức là trong trường hợp các máy phát thủy điện tham gia vào quá trình điều chỉnh tần số.
Độ ổn định của bánh răng điều tốc tuabin bị ảnh hưởng rất nhiều bởi tỷ lệ hằng số thời gian gia tốc cơ học do hằng số thời gian gia tốc thủy lực của khối nước và bởi độ lợi của bộ điều tốc. Việc giảm tỷ lệ trên có tác dụng làm mất ổn định và đòi hỏi phải giảm độ lợi của bộ điều tốc, điều này ảnh hưởng xấu đến độ ổn định tần số. Theo đó, cần có hiệu ứng bánh đà tối thiểu cho các bộ phận quay của một tổ máy thủy điện mà thông thường chỉ có thể được cung cấp trong máy phát điện. Ngoài ra, hằng số thời gian gia tốc cơ học có thể được giảm bằng cách cung cấp van giảm áp hoặc bình tăng áp, v.v., nhưng nhìn chung rất tốn kém. Một tiêu chí thực nghiệm cho khả năng điều chỉnh tốc độ của một tổ máy phát thủy điện có thể dựa trên sự gia tăng tốc độ của tổ máy có thể xảy ra khi loại bỏ toàn bộ tải định mức của tổ máy hoạt động độc lập. Đối với các tổ máy điện hoạt động trong các hệ thống kết nối lớn và được yêu cầu điều chỉnh tần số hệ thống, chỉ số phần trăm tăng tốc độ được tính toán ở trên được coi là không vượt quá 45 phần trăm. Đối với các hệ thống nhỏ hơn, cần cung cấp mức tăng tốc độ nhỏ hơn (Tham khảo Chương 4).
Mặt cắt dọc từ cửa hút vào Nhà máy điện Dehar
(Nguồn: Bài báo của tác giả – Đại hội thế giới lần thứ 2, Hiệp hội Tài nguyên nước Quốc tế 1979) Đối với Nhà máy điện Dehar, hệ thống nước áp suất thủy lực kết nối kho lưu trữ cân bằng với tổ máy điện bao gồm ống dẫn nước, đường hầm áp suất, bể chứa chênh lệch và ống dẫn nước được thể hiện. Giới hạn mức tăng áp suất tối đa trong ống dẫn nước ở mức 35 phần trăm, tốc độ tăng tối đa ước tính của tổ máy khi từ chối tải đầy đủ được tính toán ở mức khoảng 45 phần trăm với bộ điều tốc đóng
thời gian 9,1 giây ở độ cao định mức 282 m (925 ft) với hiệu ứng bánh đà bình thường của các bộ phận quay của máy phát điện (tức là, chỉ cố định trên các cân nhắc về sự gia tăng nhiệt độ). Trong giai đoạn vận hành đầu tiên, tốc độ tăng được phát hiện không quá 43 phần trăm. Theo đó, người ta cho rằng hiệu ứng bánh đà bình thường là đủ để điều chỉnh tần số của hệ thống.
Thông số máy phát điện và độ ổn định điện
Các thông số máy phát điện có ảnh hưởng đến độ ổn định là hiệu ứng bánh đà, điện kháng quá độ và tỷ lệ ngắn mạch. Trong giai đoạn đầu phát triển hệ thống EHV 420 kV như tại Dehar, các vấn đề về độ ổn định có thể trở nên nghiêm trọng do hệ thống yếu, mức ngắn mạch thấp hơn, hoạt động ở hệ số công suất hàng đầu và nhu cầu tiết kiệm trong việc cung cấp các ổ cắm truyền tải và cố định kích thước và thông số của các tổ máy phát điện. Các nghiên cứu về độ ổn định quá độ sơ bộ trên máy phân tích mạng (sử dụng điện áp không đổi sau điện kháng quá độ) cho hệ thống EHV Dehar cũng chỉ ra rằng chỉ có thể đạt được độ ổn định biên. Trong giai đoạn đầu thiết kế Nhà máy điện Dehar, người ta cho rằng việc chỉ định các máy phát điện có
đặc điểm và đạt được các yêu cầu về độ ổn định bằng cách tối ưu hóa các thông số của các yếu tố khác liên quan, đặc biệt là các thông số của hệ thống kích thích sẽ là giải pháp thay thế rẻ hơn về mặt kinh tế. Trong một nghiên cứu về Hệ thống Anh, người ta cũng chỉ ra rằng việc thay đổi các thông số máy phát điện có tác động tương đối ít hơn nhiều đến biên độ ổn định. Theo đó, các thông số máy phát điện bình thường như được đưa ra trong phần phụ lục đã được chỉ định cho máy phát điện. Các nghiên cứu về độ ổn định chi tiết được thực hiện được đưa ra
Khả năng sạc dòng và độ ổn định điện áp
Máy phát thủy điện đặt xa được sử dụng để nạp điện cho các đường dây EHV dài không tải có kVA nạp lớn hơn khả năng nạp điện của máy, máy có thể tự kích thích và điện áp tăng không kiểm soát được. Điều kiện để tự kích thích là xc < xd trong đó, xc là điện kháng tải dung kháng và xd là điện kháng trục trực tiếp đồng bộ. Công suất cần thiết để nạp một đường dây 420 kV không tải E2 /xc duy nhất lên đến Panipat (đầu nhận) là khoảng 150 MVAR ở điện áp định mức. Ở giai đoạn thứ hai khi lắp đặt đường dây 420 kV thứ hai có chiều dài tương đương, công suất nạp đường dây cần thiết để nạp đồng thời cả hai đường dây không tải ở điện áp định mức sẽ là khoảng 300 MVAR.
Công suất sạc đường dây có sẵn ở điện áp định mức từ máy phát điện Dehar theo thông báo của nhà cung cấp thiết bị như sau:
(i) MVA định mức 70 phần trăm, tức là có thể sạc đường dây 121,8 MVAR với mức kích thích dương tối thiểu là 10 phần trăm.
(ii) Có thể đạt tới 87 phần trăm MVA định mức, tức là khả năng sạc đường dây 139 MVAR với mức kích thích dương tối thiểu là 1 phần trăm.
(iii) Lên đến 100 phần trăm MVAR định mức, tức là, công suất sạc đường dây 173,8 có thể đạt được với kích thích âm khoảng 5 phần trăm và công suất sạc đường dây tối đa có thể đạt được với kích thích âm 10 phần trăm là 110 phần trăm MVA định mức (191 MVAR) theo BSS.
(iv) Chỉ có thể tăng thêm công suất nạp điện lưới bằng cách tăng kích thước máy. Trong trường hợp (ii) và (iii), không thể điều khiển kích thích bằng tay và phải hoàn toàn dựa vào hoạt động liên tục của bộ điều chỉnh điện áp tự động tác động nhanh. Việc tăng kích thước máy nhằm mục đích tăng công suất nạp điện lưới là không khả thi về mặt kinh tế cũng như không mong muốn. Theo đó, khi xem xét các điều kiện vận hành trong giai đoạn vận hành đầu tiên, người ta đã quyết định cung cấp công suất nạp điện lưới là 191 MVAR ở điện áp định mức cho máy phát điện bằng cách cung cấp kích thích âm trên máy phát điện. Tình trạng vận hành quan trọng gây ra sự mất ổn định điện áp cũng có thể do ngắt tải ở đầu nhận. Hiện tượng này xảy ra do tải điện dung trên máy, bị ảnh hưởng xấu hơn nữa do tốc độ tăng của máy phát điện. Tự kích thích và mất ổn định điện áp có thể xảy ra nếu.
Xc ≤ n2 (Xq + XT)
Trong đó, Xc là điện kháng tải điện dung, Xq là điện kháng đồng bộ trục vuông góc và n là tốc độ quá mức tương đối lớn nhất xảy ra khi loại bỏ tải. Tình trạng này trên máy phát điện Dehar được đề xuất để khắc phục bằng cách cung cấp một lò phản ứng shunt EHV 400 kV được kết nối cố định (75 MVA) ở đầu nhận của đường dây theo các nghiên cứu chi tiết đã thực hiện.
Cuộn dây giảm chấn
Chức năng chính của cuộn dây giảm chấn là khả năng ngăn ngừa quá điện áp quá mức trong trường hợp lỗi đường dây với đường dây với tải điện dung, do đó làm giảm ứng suất quá điện áp trên thiết bị. Có tính đến vị trí xa xôi và các đường dây truyền tải kết nối dài, cuộn dây giảm chấn được kết nối hoàn toàn với tỷ lệ điện kháng vuông góc và trục trực tiếp Xnq/Xnd không vượt quá 1,2 đã được chỉ định.
Đặc điểm máy phát điện và hệ thống kích từ
Các máy phát điện có đặc điểm bình thường đã được chỉ định và các nghiên cứu sơ bộ chỉ ra độ ổn định biên, người ta đã quyết định rằng thiết bị kích thích tĩnh tốc độ cao sẽ được sử dụng để cải thiện biên độ ổn định để đạt được sự sắp xếp thiết bị kinh tế nhất nói chung. Các nghiên cứu chi tiết đã được thực hiện để xác định các đặc điểm tối ưu của thiết bị kích thích tĩnh và được thảo luận trong chương 10.
Những cân nhắc về địa chấn
Nhà máy điện Dehar nằm trong vùng động đất. Các điều khoản sau đây trong thiết kế máy phát điện thủy điện tại Dehar đã được đề xuất sau khi tham vấn với các nhà sản xuất thiết bị và xem xét các điều kiện địa chấn và địa chất tại địa điểm và báo cáo của Ủy ban chuyên gia động đất Koyna do Chính phủ Ấn Độ thành lập với sự hỗ trợ của UNESCO.
Sức mạnh cơ học
Máy phát điện Dehar được thiết kế để chịu được lực gia tốc động đất tối đa theo cả phương thẳng đứng và phương ngang dự kiến tại Dehar tác động vào tâm máy.
Tần số tự nhiên
Tần số tự nhiên của máy phải được giữ cách xa (cao hơn) tần số từ 100 Hz (gấp đôi tần số máy phát điện). Tần số tự nhiên này sẽ cách xa tần số động đất và được kiểm tra để có đủ biên độ so với tần số động đất chủ yếu và tốc độ tới hạn của hệ thống quay.
Giá đỡ stato máy phát điện
Nền tảng stato máy phát điện và lực đẩy dưới và ổ trục dẫn hướng bao gồm một số tấm đế. Các tấm đế được buộc vào nền tảng theo chiều ngang ngoài hướng thẳng đứng thông thường bằng bu lông nền tảng.
Thiết kế ổ trục dẫn hướng
Vòng bi dẫn hướng phải là loại phân đoạn và các bộ phận vòng bi dẫn hướng phải được gia cố để chịu được lực động đất toàn phần. Các nhà sản xuất cũng khuyến nghị nên buộc chặt giá đỡ trên cùng theo chiều ngang với thùng (vỏ máy phát điện) bằng dầm thép. Điều này cũng có nghĩa là thùng bê tông sẽ phải được gia cố.
Phát hiện rung động của máy phát điện
Việc lắp đặt các máy dò rung động hoặc máy đo độ lệch tâm trên các tua bin và máy phát điện được khuyến nghị để khởi động việc tắt máy và báo động trong trường hợp rung động do động đất vượt quá giá trị được xác định trước. Thiết bị này cũng có thể được sử dụng để phát hiện bất kỳ rung động bất thường nào của một đơn vị do điều kiện thủy lực ảnh hưởng đến tua bin.
Kính áp tròng Mercury
Rung lắc mạnh do động đất có thể dẫn đến việc ngắt nhầm khi khởi động tắt máy nếu sử dụng tiếp điểm thủy ngân. Có thể tránh được điều này bằng cách chỉ định công tắc thủy ngân loại chống rung hoặc nếu thấy cần thiết thì thêm rơle thời gian.
Kết luận
(1) Tiết kiệm đáng kể chi phí thiết bị và kết cấu tại Nhà máy điện Dehar bằng cách áp dụng kích thước đơn vị lớn, tính đến kích thước lưới điện và ảnh hưởng của nó đến công suất dự phòng của hệ thống.
(2) Chi phí máy phát điện đã được giảm nhờ áp dụng thiết kế xây dựng tổng thể hiện có thể áp dụng cho các máy phát điện thủy điện tốc độ cao cỡ lớn nhờ phát triển thép chịu lực cao để đục vành rôto.
(3) Việc mua sắm máy phát điện có hệ số công suất cao tự nhiên sau khi nghiên cứu chi tiết đã tiết kiệm thêm chi phí.
(4) Hiệu ứng bánh đà bình thường của các bộ phận quay của máy phát điện tại trạm điều chỉnh tần số ở Dehar được coi là đủ để đảm bảo tính ổn định của hệ thống điều tốc tua bin do hệ thống kết nối lớn.
(5) Các thông số đặc biệt của máy phát điện từ xa cung cấp cho mạng lưới EHV để đảm bảo sự ổn định về điện có thể được đáp ứng bằng hệ thống kích từ tĩnh phản ứng nhanh.
(6) Hệ thống kích thích tĩnh tác động nhanh có thể cung cấp biên độ ổn định cần thiết. Tuy nhiên, các hệ thống như vậy đòi hỏi tín hiệu phản hồi ổn định để đạt được độ ổn định sau lỗi. Cần tiến hành các nghiên cứu chi tiết.
(7) Có thể ngăn ngừa hiện tượng tự kích thích và mất ổn định điện áp của các máy phát điện từ xa được kết nối với lưới điện bằng các đường dây EHV dài bằng cách tăng khả năng sạc đường dây của máy bằng cách sử dụng kích thích âm và/hoặc sử dụng các cuộn kháng phân luồng EHV được kết nối cố định.
(8) Có thể đưa ra các biện pháp bảo vệ trong thiết kế máy phát điện và nền móng của máy để chống lại lực động đất với chi phí thấp.
Các thông số chính của máy phát điện Dehar
Tỷ lệ ngắn mạch = 1,06
Phản kháng tức thời Trục trực tiếp = 0,2
Hiệu ứng bánh đà = 39,5 x 106 lb ft2
Xnq/Xnd không lớn hơn = 1,2
Thời gian đăng: 11-05-2021
