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Caractéristiques de grands générateurs hydrauliques de centrale de Dehar

January 20, 2021

La centrale de Dehar du projet de lien de Beas Sutlej commissionné en 1976 à 1980, a six (quatre première phase et seconde étape deux) types générateurs verticaux de semi-parapluie de 0,95 PF de 165 MW pièce. Une section longitudinale du plan est montrée sur le schéma 9,4. Les 300 générateurs de t/mn sont couplés aux turbines de Francis évaluées de tête de 282 m (925 pi) ayant une vitesse d'emballement de turbine de 516 t/mn. La taille d'unité de 174 MVA choisis pour la centrale était la taille de la plus grande unité dans le pays à ce moment-là et est peut-être une machine avec la vitesse la plus élevée avec semi la construction de parapluie. La centrale doit être reliée ensemble avec la grille régionale du nord de l'Inde dans la première phase par un circuit simple long de 280 kilomètres ligne de 420 kilovolts chez Panipat et par circuit long de 60 kilomètres un double ligne de 245 kilovolts chez Ganguwal. Une seconde la ligne de 420 kilovolts a été ajoutée le long avec deux unités de seconde étape. 420kV était présenté dans la région pour la première fois.

Le circuit principal relié ensemble de transmission auquel la centrale de Dehar devait être reliée ensemble (1ère étape) est montré dans l'interconnexion de la figure 9.5and (1ère étape) de la centrale. Les considérations de l'économie ont dicté la taille et le type de produire de l'unité à installer et des débouchés de transmission à fournir à un site se produisant hydraulique. Plus loin à l'étape initiale du développement des problèmes de système de THT de la stabilité des générateurs hydrauliques soyez exposé à être critique en raison du système faible, du grand angle de transmission et du fonctionnement des générateurs au principal facteur de puissance. Il y a également risque d'auto-excitation et de problème de stabilité de tension dus au chargement capacitif de longues lignes de THT. D'autres, plus petites constantes d'inertie des machines modernes de la conception avancée peuvent également compromettre la stabilité de la vitesse de gouverneur de turbine. Ces problèmes sont mis en évidence et le système et d'autres considérations impliqués en fixant la taille économique, le type et les principales caractéristiques électriques et mécaniques de générateurs hydrauliques de Dehar et système d'excitation tenant l'avancement de compte dans la technologie matérielle, la disponibilité de l'équipement statique temporaire rapide moderne d'excitation et les méthodes employées pour l'analyse des problèmes de système sont discutés.

 

La centrale de Dehar est située dans la région de l'Himalaya de l'Inde. Cette région et beaucoup d'autres secteurs accidentés où des stations hydrauliques sont localisées sont des zones séismiques. Les dispositions ont fait dans le générateur pour sauvegarder contre les forces séismiques ont été également décrites.

 

 

Estimation de mégawatts et nombre de produire des unités

 

Des économies substantielles dans le coût de l'équipement et de la structure civile sont obtenues par l'installation de peu de machines d'une plus grande taille particulièrement dans une haute centrale principale. Davantage, plus élevé rendement est associé à de plus grandes unités se produisantes. La limitation sur la taille de l'unité est placée d'une part par la turbine de l'eau et d'autre part par des considérations de système. Avec la disponibilité de meilleurs techniques et matériaux, la conception de turbine hydraulique a subi l'avancement rapide et des turbines hydrauliques très grandes de Francisturbine de tête moyenne et élevée ont été faites ou proposées, par exemple, 8,20,000 turbines hydrauliques de HP pour la troisième centrale chez Coulee grand aux Etats-Unis. En conséquence la contrainte principale sur la taille d'unité pour les générateurs conduits moyens et hauts de turbine de Francis de tête est des caractéristiques de système et d'autres limitations. Pendant que le système se développe plus grand, des unités se produisantes plus de grande taille peuvent être installées. En général la taille économique maximum d'unité qui peut être installée dans un système peut être découverte en évaluant l'augmentation de la capacité se produisante de pièce de rechange de système exigée en raison de l'augmentation de la taille d'unité. L'évaluation de la capacité se produisante de pièce de rechange de système pour différentes tailles d'unité dépend de la taille et des caractéristiques des centrales dans le système et épargner la capacité déjà disponible dans la grille. D'autres considérations impliquées sont opération de charge de partie et transport des paquets lourds et grands d'une seule pièce,

 

La taille économique d'unité à la centrale de Dehar a été fixée tenant compte la capacité de travail disponible maximum de 583 MW aussi déterminés par l'eau et des études de puissance, la capacité se produisante de pièce de rechange de système exigée pour être fourni à la centrale pour rencontrer les pannes obligatoires dans le système et la panne de capacité exigés pour l'entretien programmé des unités de puissance. La variation saisonnière de la charge et des capacités se produisantes disponibles a été prise en compte pour fixer la capacité disponible. La capacité se produisante disponible exigée pour les pannes obligatoires a été établie par des méthodes de probabilité. Le transport était également une considération en fixant la taille maximum des unités. Des détails sont fournis en chapitre 2 (Para 2,5). L'estimation optima en conséquence de nombre et de kilowatt de produire des unités a été fixée en tant que quatre unités de 165 MW chaque de la première phase. On a proposé deux unités supplémentaires de seconde étape de capacité égale dans la maison de puissance pour prendre soin de faire une pointe des conditions de futures centrales thermiques dans la grille.

 

Facteur de puissance et estimation de MVA

L'estimation exigée de MVA des générateurs est déterminée à partir de l'alimentation électrique réactive de système. La croissance du réseau de système et d'une meilleure compréhension de son comportement a eu comme conséquence une tendance définie vers spécifier le facteur de puissance plus élevée évaluant particulièrement pour les générateurs hydrauliques lointains, relié ensemble avec la grille par des lignes de THT, de sorte que l'amélioration dans la représentation liée à l'opération de produire de l'unité plus près à son facteur de puissance évaluée puisse être réalisée. En cas d'écoulement détaillé de charge de centrale de Dehar des études ont été effectuées afin de découvrir le VARS (puissance réactive) introduit dans le système des générateurs de Dehar pour différentes solutions de rechange d'interconnexion. L'écoulement, la charge réactifs de mégawatts et par conséquent le facteur de puissance réel auquel les machines fonctionnent dans l'étude ont été découverts. Dans l'étude VARS totaux de la charge du système ont été équilibrés par VARS des générateurs, des condensateurs déjà installés dans le système et des condensateurs supplémentaires à l'extrémité de charge ajustée afin d'assurer des tensions de fin au niveau approprié.

Type de générateurs

 

L'épargne dans le coût de générateurs, de capacités au-dessus de déplacement de grue et de structures civiles peut être faite en adoptant le type de parapluie de construction avec une poussée et un guide combinés soutenant au-dessous du rotor. Des conditions importantes exigées pour être accompli avant type de parapluie de construction peuvent être adoptées pour de grands générateurs hydrauliques à grande vitesse peuvent être récapitulées en tant que ci-dessous :

 

) le rapport de la longueur de noyau au diamètre de rotor soit gardé comme bas en tant que possible et en même temps s'assurer qu'un coefficient raisonnablement à haute production est compatible obtenu aux hausses de enroulement exigées de la température et aux reactances passagers.

 

b) l'effet de volant exigé est incorporé dans la jante et les poteaux de rotor avec les efforts dans le rotor à la vitesse d'emballement de turbine ne dépassant pas le deux-troisième de la limite élastique du matériel.

 

c) le surplomb de rotor au-dessus du guide soutenant pour être réduit suffisamment, pour s'assurer que la vitesse critique calculée du système combiné d'axe de générateur et de turbine est plus haute que la vitesse d'emballement par à marge appropriée.

 

d) la largeur radiale de l'entrefer à être aussi haut comme possible afin de réduire au minimum la traction magnétique non équilibrée sur le rotor et réduire de ce fait le moment de renversement sur l'incidence.

 

(e) à conception suffisante et appropriée de l'incidence et accessibilité facile au palier de butée.

 

Afin de remplir les conditions ci-dessus pour la construction de parapluie pour des générateurs de Dehar, il était nécessaire que la longueur du noyau de rotor (et par conséquent surplomb de rotor au-dessus du guide soutenant) d'être réduit. Il est, donc, évident que la construction de générateur de parapluie exigerait des rotors de grand diamètre avec le rapport de la longueur de noyau au diamètre de noyau moins qu'environ 0,29 de sorte que les vitesses critiques soient bien au-dessus des vitesses d'emballement de turbine. Les rotors de grand diamètre signifieraient des vitesses plus élevées et des efforts par conséquent plus élevés. La qualité de disponible en acier pour la fabrication de rotor était, donc, l'un des facteurs principaux qui ont jusque là limité la construction de parapluie à de plus petits turbos-générateur moyens et à vitesse réduite classés de Francis et de propulseur ou de Kaplan. De même la courbe de limite pour le hydraulique-générateur de l'estimation 100MVA ci-dessus n'a pas dépassé 200 t/mn au Japon. Il était maintenant possible d'adopter le type construction de parapluie pour de grands générateurs à grande vitesse dus à l'avancement en technologie matérielle en se référant tout particulièrement à un acier de tôle plus à haute résistance pour des punchings de jante de rotor afin d'obtenir un facteur de la sécurité minimum de 1,5 sur la limite élastique à la vitesse d'emballement de turbine. Pour des générateurs de la centrale de Dehar 173,8 MVA 300 t/mn, on a employé l'acier de tôle à haute résistance avec une limite conventionnelle d'élasticité de 56kg/sq le millimètre (36 tons/sq dedans.) qui permet son opération sur une vitesse d'emballement de turbine de 510 t/mn à une vitesse périphérique de 176 m/sec pour son grand diamètre (6,8 m) rotors avec les facteurs de la sécurité spécifiques. Avec l'utilisation de cet acier de tôle à haute résistance, il était possible de réduire la longueur du noyau (et par conséquent le surplomb de rotor au-dessus du guide soutenant) suffisamment pour remplir les conditions pour la construction de parapluie. Un deuxième guide soutenant au dessus, bien que non considéré nécessaire par des fournisseurs des générateurs, était obtient fourni afin de fournir une meilleure stabilité pour l'unité prenant dans la zone séismique de considération de l'emplacement. Les fabricants ont suggéré que le coût des machines de parapluie est environ 12 à 15 pour cent inférieur à celui du palier de butée supérieur conventionnel et le guide deux soutenant la disposition. le générateur de Semi-parapluie a fourni réellement était environ 10 pour cent meilleur marché. La première vitesse critique calculée pour le système combiné de générateur et d'axe avec la disposition proposée de semi-parapluie pour le générateur était environ 20 pour cent au-dessus de vitesse d'emballement de turbine.

 

 

Effet de volant de générateur et stabilité du Gouverneur System de turbine

Les grands générateurs hydrauliques modernes ont une plus petite constante d'inertie et peuvent faire face à des problèmes au sujet de stabilité de système de gouvernement de turbine. C'est dû au comportement de l'eau de turbine, qui en raison de son inertie provoque le coup de bélier dans des tuyaux de pression quand des dispositifs de contrôle sont actionnés. Ceci en général est caractérisé par les constantes de temps hydrauliques d'accélération. Dans l'opération d'isolement, quand la fréquence du système entier est déterminée par le gouverneur de turbine le coup de bélier affecte la vitesse régissant et l'instabilité apparaît comme oscillation de chasse ou de fréquence. Pour l'opération reliée ensemble avec un grand système la fréquence est essentiellement jugée constante par le plus tard. Le coup de bélier effectue alors la puissance alimentée au système et le problème de stabilité surgit seulement quand la puissance est commandée dans une boucle bloquée, c.-à-d., en cas de ces générateurs hydrauliques qui participent au règlement de fréquence.

 

La stabilité de la vitesse de gouverneur de turbine est considérablement affectée par le rapport de la constante de temps mécanique d'accélération due à la constante de temps hydraulique d'accélération des masses de l'eau et par le gain du gouverneur. Une réduction du rapport ci-dessus a un effet de déstabilisation et rend nécessaire une réduction du gain de gouverneur, qui compromet la stabilisation de fréquence. En conséquence un effet de volant minimum pour les pièces en rotation d'une unité hydraulique est nécessaire qui peut normalement seulement être fournie dans le générateur.

 

La constante de temps alternativement mécanique d'accélération pourrait être réduite par la fourniture d'une valve de décompression ou un réservoir de montée subite, etc., mais elle est généralement très coûteuse. Des critères empiriques pour la capacité de réglementation de vitesse d'une unité se produisante hydraulique pourraient être basés sur la hausse de vitesse de l'unité qui peut avoir lieu sur le rejet de la charge évaluée entière de l'unité fonctionnant indépendamment. Pour les unités de puissance fonctionnant dans de grands systèmes reliés ensemble et qui sont exigés pour régler la fréquence de système, l'index de hausse de vitesse de pourcentage en tant que calculé ci-dessus a été considéré comme ne pas dépasser 45 pour cent. Pour des systèmes plus réduits une plus petite hausse de vitesse soit de fournir. Pour la centrale de Dehar, le circuit de refroidissement de pression hydraulique reliant le stockage de équilibrage à l'unité de puissance se composant de la prise d'eau, le tunnel de pression, le réservoir différentiel de montée subite et la conduite forcée est montré sur le schéma 9,8. Limitant la hausse maximum de pression dans les conduites forcées à 35 pour cent la hausse prévue de vitesse maximale de l'unité sur le rejet du chargement complet établi à environ 45 pour cent avec une heure exacte de gouverneur de 9,1 secondes à la tête évaluée de 282 m (925 pi) avec l'effet de volant normal des pièces en rotation du générateur (c.-à-d., fixe sur des considérations de hausse de la température seulement). Dans la première phase d'opération la hausse de vitesse s'est avérée pas plus de 43 pour cent. On l'a en conséquence considéré que l'effet de volant normal est approprié pour la fréquence de réglementation du système.

 

 

Paramètres de générateur et stabilité électrique

Les paramètres de générateur qui concernent la stabilité sont l'effet de volant, la réactance passagère et le rapport de court-circuit. À l'étape initiale du développement du système de THT de 420 kilovolts aussi aux problèmes de Dehar de la stabilité sont exposé à être critique en raison du système faible, le niveau plus bas de court-circuit, l'opération au principal facteur de puissance, et le besoin d'économie en fournissant des débouchés de transmission et en fixant taille et paramètres de produire des unités. Les études préliminaires de stabilité passagère sur l'analyseur de réseau (utilisant la tension constante derrière la réactance passagère) pour le système de THT de Dehar ont également indiqué que seulement la stabilité marginale serait obtenue. À la partie de la conception de la centrale de Dehar on l'a considéré que la spécification des générateurs avec des caractéristiques normales et la réalisation des conditions de stabilité en optimisant des paramètres d'autres facteurs ont impliqué particulièrement ceux du système d'excitation seraient alternative économiquement meilleur marché. Dans une étude du système britannique également on lui a montré que les paramètres changeants de générateur exercent comparativement beaucoup moins d'effet sur les marges de stabilité. En conséquence des paramètres normaux de générateur comme donnés dans l'annexe ont été spécifiés pour le générateur. Les études détaillées de stabilité effectuées sont données en chapitre 10 dans Para 10,12.

 

 

Ligne stabilité de remplissage de capacité et de tension

Les générateurs hydrauliques lointains utilisés à la charge ont longtemps déchargé les lignes de THT dont le KVA de remplissage est plus que la ligne capacité de remplissage de la machine, la machine peuvent devenir hausse autoexcitée et de tension indépendante de la volonté. La condition pour l'excitation d'individu est que xc < xd="" where="">

 

(I) 70 pour cent MVA évalué, c.-à-d., ligne remplissage de 121,8 MVAR sont possibles avec une excitation positive minimum de 10 pour cent.

 

(II) jusqu'à 87 pour cent de MVA évalué, c.-à-d., ligne capacité de remplissage de 139 MVAR sont possibles avec une excitation positive minimum de 1 pour cent.

 

(III) jusqu'à 100 pour cent de MVAR évalué, c.-à-d., 173,8 la ligne capacité de remplissage peuvent être obtenus avec l'excitation négative d'approximativement 5 pour cent et la ligne maximum capacité de remplissage qui peut être obtenue avec l'excitation négative de 10 pour cent est de 110 pour cent de MVA évalué (191 MVAR) selon BSS.

 

(iv) un accroissement plus ultérieur de ligne capacités de remplissage est possible seulement en augmentant la taille de la machine. Dans le cas et (ii) de (iii) le contrôle de main de l'excitation n'est pas possible et la pleine confiance doit être placée sur le fonctionnement continu des régulateurs de tension automatiques rapides. Il n'est ni économiquement faisable ni souhaitable d'augmenter la taille de la machine afin d'augmenter la ligne capacités de remplissage. En conséquence prenant dans des conditions de fonctionnement de considération dans la première phase d'opération il a été décidé pour prévoir une ligne capacité de remplissage de 191 MVARs à la tension évaluée pour les générateurs en fournissant l'excitation négative sur les générateurs. La condition de fonctionnement critique causant l'instabilité de tension peut également être provoquée par la séparation de la charge au mauvais côté. Le phénomène se produit en raison du chargement capacitif sur la machine qui est autre compromise par la hausse de vitesse du générateur. L'excitation d'individu et l'instabilité de tension peuvent se produire si.

 

Le N2 du ≤ Xc (Xq + XT) où, Xc est réactance capacitive de charge, Xq est réactance synchrone d'axe de quadrature et n est le parent maximum au-dessus de la vitesse se produisant sur le rejet de charge. On a proposé cette condition sur le générateur de Dehar pour être obvié en fournissant une bobine de réactance de manière permanente reliée de THT de 400 kilovolts (75 MVA) au mauvais côté de la ligne selon des études détaillées effectuées.

 

 

Enroulement amortisseur

La fonction principale d'un enroulement amortisseur est sa capacité d'empêcher des surtensions excessives en cas des défauts entre phases avec les charges capacitives, réduisant de ce fait l'effort de surtension sur l'équipement. La prise dans le site éloigné de considération et les longues lignes de transmission de interconnexion ont entièrement relié des enroulements amortisseurs au rapport de la quadrature et les reactances axiaux Xnq/Xnd ne dépassant pas 1,2 ont été spécifiés.

 

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Caractéristique de générateur et système d'excitation

Des générateurs avec des caractéristiques normales ayant été spécifiées et des études préliminaires ayant indiqué seulement la stabilité marginale, on l'a décidé que l'équipement statique à grande vitesse d'excitation soit utilisé pour améliorer des marges de stabilité afin de réaliser la disposition de l'équipement la plus économique globale. Des études détaillées ont été effectuées pour déterminer des caractéristiques optimas de l'équipement statique d'excitation et ont discuté en chapitre 10.

 

Considérations séismiques

La centrale de Dehar tombe dans la zone séismique. Après des dispositions dans la conception hydraulique de générateur chez Dehar ont été proposés en consultation avec les fabricants de l'équipement et de prendre dans la considération les conditions séismiques et géologiques au site et le rapport du comité d'experts de tremblement de terre de Koyna constitué par gouvernement de l'Inde avec l'aide de l'UNESCO.

 

Force mécanique

Des générateurs de Dehar soient conçus pour résister sans risque à la force maximum d'accélération de tremblement de terre dans la direction mvertical et horizontale prévue chez Dehar agissant au centre de la machine.

 

Fréquence naturelle

La fréquence naturelle de la machine soit gardée bien loin (plus haut) de la fréquence magnétique de 100 hertz (deux fois la fréquence de générateur). Cette fréquence naturelle sera loin enlevée de la fréquence de tremblement de terre et être examiné pour assurer à marge appropriée contre la fréquence prédominante du tremblement de terre et la vitesse critique du système tournant.

 

Appui de redresseur de générateur

Le redresseur de générateur et les bases inférieures d'incidence de poussée et de guide comportent un certain nombre de dames. Les dames soient attachées à la base latéralement en plus de la direction verticale normale par des boulons de base.

 

Guide soutenant la conception

Des incidences de guide à être de type segmentaire et du guide soutenant des pièces soient renforcées pour résister à la pleine force de tremblement de terre. Les fabricants en outre ont recommandé d'attacher la parenthèse supérieure latéralement avec le baril (clôture de générateur) au moyen de poutres en acier. Ceci signifierait également que le baril concret à leur tour devrait être renforcé.

 

Détection de vibration des générateurs

L'installation des détecteurs de vibration ou les mètres d'excentricité sur des turbines et des générateurs ont été recommandés pour être installés pour lancer l'arrêt et l'alarme au cas où les vibrations dues au tremblement de terre dépasseraient une valeur prédéterminée. Ce dispositif peut également être utilisé en détectant toutes les vibrations peu communes d'une unité due aux conditions hydrauliques affectant la turbine.

 

 

Mercury Contacts

L'en raison de secousse grave du tremblement de terre est exposé à avoir comme conséquence le déclenchement faux pour lancer l'arrêt d'une unité si des contacts de mercure sont employés. Ceci peut être évité par l'un ou l'autre de type antivibration de spécification commutateurs de mercure ou si trouvé nécessaire en ajoutant des relais de synchronisation.

 

 

Conclusions

(1) des économies substantielles dans le coût de l'équipement et de la structure à la centrale de Dehar ont été obtenues en adoptant la taille de grande unité tenant la taille de compte de la grille et son influence sur la capacité de pièce de rechange de système.

 

(2) le coût de générateurs a été réduit en adoptant la conception de parapluie de la construction qui est maintenant possible à de grands générateurs hydrauliques à grande vitesse dus au développement de l'acier à haute limite élastique pour des punchings de jante de rotor.

(3) la fourniture des générateurs naturels de facteur de puissance élevée après des études détaillées a eu comme conséquence davantage d'épargne dans le coût.

 

(4) l'effet de volant normal des pièces en rotation du générateur à la station de réglementation de fréquence chez Dehar a été considéré suffisamment pour la stabilité du système de gouverneur de turbine en raison du grand système relié ensemble.

 

(5) des paramètres spéciaux des générateurs à distance alimentant des réseaux de THT pour assurer la stabilité électrique peuvent être rencontrés par les systèmes statiques d'excitation de réponse rapide.

 

(6) les systèmes statiques temporaires rapides d'excitation peuvent fournir les marges de stabilité nécessaires. De tels systèmes, cependant, exigent la stabilisation rétroagissent des signaux pour réaliser la stabilité de défaut de courrier. Des études détaillées devraient être effectuées.

 

(7) l'instabilité d'Auto-excitation et de tension des générateurs à distance reliés ensemble avec la grille par de longues lignes de THT peut être empêchée en augmentant la ligne capacité de remplissage de la machine par la station de vacances à l'excitation négative et/ou en utilisant les bobines de réactance de manière permanente reliées de THT.

 

(8) des dispositions peuvent être prises dans la conception des générateurs et de ses bases pour fournir des sauvegardes contre les forces séismiques à de petits coûts.

 

 

Paramètres principaux des générateurs de Dehar

Rapport de court-circuit = 1,06

Réactance passagère = 0,2 axial

Effet de volant = 39,5 x 106 livres pi2

Xnq/Xnd non plus grand que = 1,2