تطوير وبحوث نظام التحكم في سرعة التوربينات الهيدروليكية على أساس PLC

1 المقدمة
منظم التوربينات هو واحد من اثنين من المعدات الرئيسية المنظمة للوحدات الكهرومائية.إنه لا يلعب دور تنظيم السرعة فحسب ، بل يقوم أيضًا بتحويل ظروف العمل المختلفة والتردد والقوة وزاوية الطور والتحكم الآخر في وحدات التوليد الكهرومائية ويحمي عجلة المياه.مهمة مجموعة المولدات.مرت حكام التوربينات بثلاث مراحل من التطوير: الضواغط الهيدروليكية الميكانيكية ، والضوابط الكهروهيدروليكية ، والحواسيب الهيدروليكية الرقمية الدقيقة.في السنوات الأخيرة ، تم إدخال وحدات تحكم قابلة للبرمجة في أنظمة التحكم في سرعة التوربينات ، والتي تتمتع بقدرة قوية على مقاومة التداخل وموثوقية عالية ؛برمجة وتشغيل بسيطة ومريحة ؛هيكل معياري ، وبراعة جيدة ، ومرونة ، وصيانة مريحة ؛لها مزايا وظيفة التحكم القوية والقدرة على القيادة ؛تم التحقق منه عمليا.
في هذا البحث ، يُقترح البحث عن نظام الضبط المزدوج للتوربينات الهيدروليكية PLC ، ويتم استخدام وحدة التحكم القابلة للبرمجة لتحقيق الضبط المزدوج لريشة التوجيه والمجداف ، مما يحسن دقة التنسيق بين ريشة التوجيه والريشة لمختلف رؤوس المياه.تدل الممارسة على أن نظام التحكم المزدوج يحسن معدل استخدام طاقة الماء.

2. نظام تنظيم التوربينات

2.1 نظام تنظيم التوربينات
تتمثل المهمة الأساسية لنظام التحكم في سرعة التوربين في تغيير فتح دوارات التوربين وفقًا لذلك من خلال الحاكم عندما يتغير حمل نظام الطاقة وتنحرف سرعة دوران الوحدة ، بحيث تكون سرعة دوران التوربين يتم الاحتفاظ بها ضمن النطاق المحدد ، وذلك لتشغيل وحدة المولد.تفي طاقة الإخراج والتردد بمتطلبات المستخدم.يمكن تقسيم المهام الأساسية لتنظيم التوربينات إلى تنظيم السرعة وتنظيم الطاقة النشط وتنظيم مستوى المياه.

2.2 مبدأ تنظيم التوربينات
وحدة التوليد المائي هي وحدة تتكون من خلال توصيل التوربينات المائية والمولد.الجزء الدوار من مجموعة المولد المائي عبارة عن جسم صلب يدور حول محور ثابت ، ويمكن وصف معادلته بالمعادلة التالية:

في الصيغة
—— لحظة القصور الذاتي للجزء الدوار من الوحدة (كجم م 2)
—— الدوران الزاوية السرعة (راديان / ثانية)
—— عزم الدوران التوربيني (N / m) ، بما في ذلك الخسائر الميكانيكية والكهربائية للمولد.
—— عزم دوران مقاومة المولد ، والذي يشير إلى عزم الدوران الفعال للمولد الساكن على الدوار ، ويكون اتجاهه معاكس لاتجاه الدوران ، ويمثل خرج الطاقة النشط للمولد ، أي حجم الحمل.

عندما يتغير الحمل ، يظل فتح ريشة التوجيه بدون تغيير ، ولا يزال من الممكن تثبيت سرعة الوحدة عند قيمة معينة.نظرًا لأن السرعة ستنحرف عن القيمة المقدرة ، فلا يكفي الاعتماد على قدرة ضبط التوازن الذاتي للحفاظ على السرعة.من أجل الحفاظ على سرعة الوحدة عند القيمة الأصلية المقدرة بعد تغيير الحمل ، يمكن أن نرى من الشكل 1 أنه من الضروري تغيير فتح ريشة التوجيه وفقًا لذلك.عندما ينخفض ​​الحمل ، عندما يتغير عزم المقاومة من 1 إلى 2 ، سيتم تقليل فتح ريشة التوجيه إلى 1 ، وسيتم الحفاظ على سرعة الوحدة.لذلك ، مع تغيير الحمل ، يتم تغيير فتح آلية توجيه المياه وفقًا لذلك ، بحيث يتم الحفاظ على سرعة وحدة المولد المائي عند قيمة محددة مسبقًا ، أو تتغير وفقًا لقانون محدد مسبقًا.هذه العملية هي تعديل سرعة وحدة توليد الطاقة المائية.، أو تنظيم التوربينات.

3. نظام الضبط المزدوج التوربينات الهيدروليكية PLC
يتحكم منظم التوربين في فتح ريش توجيه المياه لضبط التدفق في عداء التوربين ، وبالتالي تغيير عزم الدوران الديناميكي للتوربين والتحكم في تردد وحدة التوربين.ومع ذلك ، أثناء تشغيل التوربينات ذات الحركة الدوارة ذات التدفق المحوري ، لا يجب على الحاكم فقط ضبط فتح دوارات التوجيه ، ولكن أيضًا ضبط زاوية شفرات العداء وفقًا للسكتة الدماغية وقيمة رأس الماء لمتابع ريشة التوجيه ، بحيث يتم توصيل ريشة التوجيه والريشة.الحفاظ على علاقة تعاونية بينهما ، أي علاقة التنسيق ، والتي يمكن أن تحسن كفاءة التوربين ، وتقليل تجويف النصل واهتزاز الوحدة ، وتعزيز استقرار تشغيل التوربين.
تتكون أجهزة نظام ريشة التوربينات للتحكم PLC بشكل أساسي من جزأين ، وهما جهاز التحكم PLC ونظام المؤازرة الهيدروليكية.أولاً ، دعنا نناقش هيكل الأجهزة لوحدة التحكم PLC.

3.1 تحكم PLC
تتكون وحدة التحكم PLC بشكل أساسي من وحدة الإدخال ووحدة PLC الأساسية ووحدة الإخراج.تتكون وحدة الإدخال من وحدة A / D ووحدة إدخال رقمية ، وتتكون وحدة الإخراج من وحدة D / A ووحدة إدخال رقمية.تم تجهيز وحدة التحكم PLC بشاشة عرض رقمية LED للمراقبة في الوقت الفعلي لمعلمات نظام PID ، وموضع متابع الريشة ، وموضع متابع ريشة التوجيه وقيمة رأس الماء.يتم توفير مقياس الفولتميتر التناظري أيضًا لمراقبة موضع متابع الريشة في حالة فشل وحدة التحكم في الحواسيب الصغيرة.

3.2 نظام المتابعة الهيدروليكي
يعد نظام المؤازرة الهيدروليكية جزءًا مهمًا من نظام التحكم في ريشة التوربينات.يتم تضخيم إشارة خرج وحدة التحكم هيدروليكيًا للتحكم في حركة متابع الريشة ، وبالتالي ضبط زاوية شفرات العداء.اعتمدنا مزيجًا من نظام التحكم الكهروهيدروليكي من نوع صمام التحكم النسبي ونظام التحكم الهيدروليكي التقليدي ونظام التحكم الهيدروليكي التقليدي لتشكيل نظام تحكم هيدروليكي موازٍ للصمام النسبي الكهروهيدروليكي والصمام الهيدروليكي للآلة كما هو موضح في الشكل 2. المتابعة الهيدروليكية نظام -up لشفرات التوربينات.

نظام متابعة هيدروليكي لشفرات التوربينات
عندما تكون وحدة التحكم PLC والصمام النسبي الكهروهيدروليكي ومستشعر الموضع كلها طبيعية ، يتم استخدام طريقة التحكم التناسبي الكهروهيدروليكي PLC لضبط نظام ريشة التوربين ، ويتم إرسال قيمة التغذية المرتدة للموضع وقيمة خرج التحكم عن طريق الإشارات الكهربائية ، و يتم تصنيع الإشارات بواسطة جهاز التحكم PLC.، المعالجة واتخاذ القرار ، اضبط فتح الصمام لصمام توزيع الضغط الرئيسي من خلال الصمام النسبي للتحكم في موضع متابع الريشة ، والحفاظ على العلاقة التعاونية بين ريشة التوجيه ورأس الماء والريشة.يتميز نظام ريشة التوربينات التي يتم التحكم فيها عن طريق الصمام النسبي الكهروهيدروليكي بدقة عالية من التآزر ، وبنية نظام بسيطة ، ومقاومة قوية لتلوث الزيت ، وهو مناسب للتفاعل مع وحدة التحكم PLC لتشكيل نظام تحكم أوتوماتيكي للكمبيوتر الصغير.

نظرًا للاحتفاظ بآلية الربط الميكانيكية ، في وضع التحكم النسبي الكهروهيدروليكي ، تعمل آلية الربط الميكانيكي أيضًا بشكل متزامن لتتبع حالة تشغيل النظام.إذا فشل نظام التحكم النسبي الكهروهيدروليكي PLC ، فسيعمل صمام التبديل على الفور ، ويمكن لآلية الربط الميكانيكية بشكل أساسي تتبع حالة تشغيل نظام التحكم النسبي الكهروهيدروليكي.عند التبديل ، يكون تأثير النظام صغيرًا ، ويمكن لنظام الريشة الانتقال بسلاسة إلى وضع التحكم في الاقتران الميكانيكي يضمن بشكل كبير موثوقية تشغيل النظام.

عندما قمنا بتصميم الدائرة الهيدروليكية ، قمنا بإعادة تصميم جسم صمام صمام التحكم الهيدروليكي ، والحجم المطابق لهيكل الصمام وغطاء الصمام ، وحجم توصيل جسم الصمام وصمام الضغط الرئيسي ، والحجم الميكانيكي. قضيب التوصيل بين الصمام الهيدروليكي وصمام توزيع الضغط الرئيسي هو نفس الصمام الأصلي.يجب استبدال جسم الصمام الهيدروليكي فقط أثناء التثبيت ، ولا يلزم تغيير أي أجزاء أخرى.هيكل نظام التحكم الهيدروليكي بالكامل مضغوط للغاية.على أساس الاحتفاظ الكامل بآلية التآزر الميكانيكي ، تمت إضافة آلية التحكم التناسبي الكهروهيدروليكي لتسهيل الواجهة مع وحدة التحكم PLC لتحقيق التحكم الرقمي في التآزر وتحسين دقة التنسيق لنظام ريشة التوربينات.؛كما أن عملية التثبيت والتصحيح الخاصة بالنظام سهلة للغاية ، مما يقلل من وقت تعطل وحدة التوربينات الهيدروليكية ، ويسهل تحويل نظام التحكم الهيدروليكي للتوربين الهيدروليكي ، وله قيمة عملية جيدة.أثناء التشغيل الفعلي في الموقع ، يتم تقييم النظام بشكل كبير من قبل الكادر الهندسي والفني لمحطة الطاقة ، ويعتقد أنه يمكن تعميمه وتطبيقه في نظام المؤازرة الهيدروليكية لحاكم العديد من محطات الطاقة الكهرومائية.

3.3 بنية برمجيات النظام وطريقة تنفيذها
في نظام ريشة التوربينات التي يتم التحكم فيها بواسطة PLC ، يتم استخدام طريقة التآزر الرقمي لتحقيق علاقة التآزر بين دوارات التوجيه ورأس الماء وفتحة الريشة.بالمقارنة مع طريقة التآزر الميكانيكي التقليدية ، تتميز طريقة التآزر الرقمي بمزايا تشذيب المعلمات السهل ، وتتميز بمزايا التصحيح والصيانة المريحة ، ودقة الارتباط العالية.يتكون الهيكل البرمجي لنظام التحكم في الريشة بشكل أساسي من برنامج وظيفة ضبط النظام وبرنامج خوارزمية التحكم وبرنامج التشخيص.أدناه نناقش طرق تحقيق الأجزاء الثلاثة المذكورة أعلاه من البرنامج على التوالي.يتضمن برنامج وظيفة الضبط بشكل أساسي روتينًا فرعيًا للتآزر ، وروتينًا فرعيًا لبدء الريشة ، وروتينًا فرعيًا لإيقاف الريشة وروتين فرعي لسفك الحمل في الريشة.عندما يعمل النظام ، فإنه يحدد أولاً حالة التشغيل الحالية ويحكم عليها ، ثم يبدأ مفتاح البرنامج ، وينفذ الروتين الفرعي لوظيفة الضبط المقابلة ، ويحسب الموضع المعطى لقيمة تابع الريشة.
(1) الروتين الفرعي للجمعية
من خلال الاختبار النموذجي لوحدة التوربين ، يمكن الحصول على مجموعة من النقاط المقاسة على سطح الوصلة.يتم تصنيع حدبة المفصل الميكانيكي التقليدي بناءً على هذه النقاط المقاسة ، كما تستخدم طريقة الوصلة الرقمية هذه النقاط المقاسة لرسم مجموعة من منحنيات المفصل.عند تحديد النقاط المعروفة على منحنى الارتباط كعقد ، واعتماد طريقة الاستيفاء الخطي متعدد التعريف للوظيفة الثنائية ، يمكن الحصول على قيمة دالة غير العقد الموجودة في هذا الخط من الارتباط.
(2) روتين فرعي لبدء الريشة
الغرض من دراسة قانون بدء التشغيل هو تقصير وقت بدء تشغيل الوحدة ، وتقليل حمل محمل الدفع ، وخلق ظروف متصلة بالشبكة لوحدة المولد.
(3) روتين فرعي لإيقاف الريشة
قواعد الإغلاق للريشات هي كما يلي: عندما يتلقى جهاز التحكم أمر الإغلاق ، يتم إغلاق الريشات ودوارات التوجيه في نفس الوقت وفقًا لعلاقة التعاون لضمان استقرار الوحدة: عندما يكون فتح ريشة التوجيه أقل من الفتحة الخالية من الحمولة ، تتأخر الريشات عندما يتم إغلاق ريشة التوجيه ببطء ، لا يتم الحفاظ على العلاقة التعاونية بين الريشة وريشة التوجيه ؛عندما تنخفض سرعة الوحدة إلى أقل من 80٪ من السرعة المقدرة ، يُعاد فتح الريشة بزاوية البداية Φ0 ، وتكون جاهزة لبدء التشغيل التالي.
(4) روتين فرعي لرفض حمل الشفرة
يعني رفض الحمل فصل الوحدة ذات الحمولة فجأة عن شبكة الطاقة ، مما يجعل الوحدة ونظام تحويل المياه في حالة تشغيل سيئة ، وهو ما يرتبط ارتباطًا مباشرًا بسلامة محطة الطاقة والوحدة.عندما يتم إلقاء الحمولة ، يكون الحاكم مكافئًا لجهاز حماية ، مما يجعل دوارات التوجيه والريش تغلق على الفور حتى تنخفض سرعة الوحدة بالقرب من السرعة المقدرة.المزيد.لذلك ، في فصل الأحمال الفعلي ، يتم فتح الريش بشكل عام بزاوية معينة.يتم الحصول على هذه الفتحة من خلال اختبار فصل الأحمال لمحطة الطاقة الفعلية.يمكن أن يضمن أنه عندما تقوم الوحدة بإلقاء الحمل ، ليس فقط زيادة السرعة صغيرة ، ولكن أيضًا الوحدة مستقرة نسبيًا..

4. الخلاصة
في ضوء الوضع الفني الحالي لصناعة محافظ التوربينات الهيدروليكية في بلدي ، تشير هذه الورقة إلى المعلومات الجديدة في مجال التحكم في سرعة التوربينات الهيدروليكية في الداخل والخارج ، وتطبق تقنية التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) للتحكم في سرعة مجموعة المولدات التوربينية الهيدروليكية.وحدة التحكم في البرنامج (PLC) هي جوهر نظام التنظيم المزدوج للتوربينات الهيدروليكية من نوع مجداف التدفق المحوري.يوضح التطبيق العملي أن المخطط يحسن بشكل كبير دقة التنسيق بين ريشة التوجيه والريشة لظروف رأس الماء المختلفة ، ويحسن معدل استخدام طاقة الماء.