1. Wstęp
Regulator turbiny jest jednym z dwóch głównych urządzeń regulujących jednostki hydroelektryczne.Pełni nie tylko funkcję regulacji prędkości, ale także przejmuje przekształcenie różnych warunków pracy i częstotliwości, mocy, kąta fazowego i inne sterowanie hydroelektrowniami oraz zabezpiecza koło wodne.Zadanie agregatu prądotwórczego.Regulatory turbin przeszły przez trzy etapy rozwoju: regulatory hydrauliczne mechaniczne, regulatory elektrohydrauliczne i regulatory hydrauliczne mikrokomputerowe cyfrowe.W ostatnich latach do układów sterowania prędkością turbin wprowadzono sterowniki programowalne, które mają silne właściwości przeciwzakłóceniowe i wysoką niezawodność;proste i wygodne programowanie i obsługa;modułowa konstrukcja, dobra wszechstronność, elastyczność i wygodna konserwacja;Ma zalety silnej funkcji kontroli i zdolności do prowadzenia pojazdu;zostało to praktycznie zweryfikowane.
W artykule zaproponowano badania nad układem podwójnej regulacji turbiny hydraulicznej PLC, a sterownik programowalny służy do realizacji podwójnej regulacji łopatki kierującej i łopatki, co poprawia dokładność koordynacji łopatki kierującej i łopatki dla różnych głowice wodne.Praktyka pokazuje, że podwójny system sterowania poprawia stopień wykorzystania energii wody.
2. System regulacji turbiny
2.1 System regulacji turbiny
Podstawowym zadaniem układu regulacji obrotów turbiny jest odpowiednia zmiana otwarcia łopatek kierujących turbiny poprzez regulator przy zmianie obciążenia układu elektroenergetycznego i odchyleniu prędkości obrotowej zespołu tak, aby prędkość obrotowa turbiny jest utrzymywany w określonym zakresie, aby agregat mógł działać.Moc wyjściowa i częstotliwość spełniają wymagania użytkownika.Podstawowe zadania regulacji turbin można podzielić na regulację prędkości, regulację mocy czynnej oraz regulację poziomu wody.
2.2 Zasada regulacji turbiny
Hydrogenerator to zespół powstały z połączenia hydro-turbiny i generatora.Część obrotowa zespołu hydrogeneracyjnego to sztywny korpus, który obraca się wokół stałej osi, a jego równanie można opisać następującym równaniem:
W formule
—— Moment bezwładności wirującej części jednostki (Kg m2)
—— Prędkość kątowa obrotu (rad/s)
—— Moment obrotowy turbiny (N/m), w tym straty mechaniczne i elektryczne generatora.
—— Moment oporowy generatora, który odnosi się do momentu obrotowego stojana generatora działającego na wirnik, jego kierunek jest przeciwny do kierunku obrotów i reprezentuje moc czynną generatora, czyli wielkość obciążenia.
Gdy zmienia się obciążenie, otwarcie łopatki kierującej pozostaje niezmienione, a prędkość jednostki nadal może być ustabilizowana na określonej wartości.Ponieważ prędkość będzie odbiegać od wartości znamionowej, nie wystarczy polegać na zdolności samoregulacji do utrzymania prędkości.W celu utrzymania pierwotnej wartości znamionowej prędkości jednostki po zmianie obciążenia, na rysunku 1 widać, że konieczna jest odpowiednia zmiana otwarcia łopatek kierujących.Gdy obciążenie zmniejszy się, gdy moment oporu zmieni się z 1 na 2, otwarcie łopatki kierującej zostanie zmniejszone do 1, a prędkość jednostki zostanie utrzymana.Dlatego też, wraz ze zmianą obciążenia, otwarcie mechanizmu prowadzącego wodę jest odpowiednio zmieniane, tak że prędkość agregatu hydrogeneracyjnego jest utrzymywana na z góry określonej wartości lub zmienia się zgodnie z ustalonym prawem.Proces ten polega na regulacji prędkości agregatu hydrogeneracyjnego.lub regulacja turbiny.
3. Układ podwójnej regulacji turbiny hydraulicznej PLC
Regulator turbiny kontroluje otwarcie łopatek kierujących wodę, aby dostosować przepływ do wirnika turbiny, zmieniając w ten sposób dynamiczny moment obrotowy turbiny i kontrolując częstotliwość zespołu turbiny.Jednak podczas pracy turbiny łopatkowej o przepływie osiowym regulator powinien nie tylko regulować otwarcie łopatek kierujących, ale także regulować kąt łopatek ślizgowych zgodnie ze skokiem i wartością słupa wody popychacza łopatki kierującej, aby łopatka kierująca i łopatka były połączone.Utrzymuj między nimi relację kooperacyjną, czyli koordynacyjną, która może poprawić sprawność turbiny, zmniejszyć kawitację łopatek i wibracje jednostki oraz zwiększyć stabilność pracy turbiny.
Sprzęt systemu łopatek turbiny sterującej PLC składa się głównie z dwóch części, a mianowicie sterownika PLC i hydraulicznego systemu serwo.Najpierw omówmy strukturę sprzętową sterownika PLC.
3.1 Sterownik PLC
Sterownik PLC składa się głównie z jednostki wejściowej, jednostki podstawowej PLC i jednostki wyjściowej.Jednostka wejściowa składa się z modułu A/D i modułu wejść cyfrowych, a jednostka wyjściowa składa się z modułu D/A i modułu wejść cyfrowych.Sterownik PLC jest wyposażony w cyfrowy wyświetlacz LED do obserwacji w czasie rzeczywistym parametrów PID systemu, pozycji popychacza łopatki, pozycji popychacza łopatki kierującej i wartości ciśnienia wody.Dostępny jest również woltomierz analogowy do monitorowania położenia popychacza łopatkowego w przypadku awarii sterownika mikrokomputera.
3.2 Hydrauliczny układ nadążny
Serwomechanizm hydrauliczny jest ważną częścią układu sterowania łopatkami turbiny.Sygnał wyjściowy sterownika jest wzmacniany hydraulicznie, aby sterować ruchem popychacza, regulując w ten sposób kąt łopatek płozy.Przyjęliśmy kombinację elektrohydraulicznego układu sterowania zaworem proporcjonalnym typu głównego zaworu ciśnieniowego i tradycyjnego układu sterowania maszynowo-hydraulicznego w celu utworzenia równoległego hydraulicznego układu sterowania elektrohydraulicznego zaworu proporcjonalnego i zaworu maszynowo-hydraulicznego, jak pokazano na rysunku 2. Podążanie hydrauliczne -up system do łopatek turbiny.
Hydrauliczny układ nadążny łopatek turbin
Gdy sterownik PLC, elektrohydrauliczny zawór proporcjonalny i czujnik położenia są normalne, elektrohydrauliczna metoda sterowania proporcjonalnego PLC służy do regulacji układu łopatek turbiny, wartość sprzężenia zwrotnego położenia i wartość wyjściowa sterowania są przesyłane za pomocą sygnałów elektrycznych, a sygnały są syntetyzowane przez sterownik PLC., przetwarzanie i podejmowanie decyzji, wyreguluj otwarcie zaworu głównego zaworu dystrybucji ciśnienia przez zawór proporcjonalny, aby kontrolować położenie popychacza łopatkowego i zachować współpracę między łopatką kierującą, głowicą wodną i łopatką.Układ łopatek turbiny sterowany elektrohydraulicznym zaworem proporcjonalnym ma wysoką precyzję synergii, prostą strukturę systemu, dużą odporność na zanieczyszczenie olejem i jest wygodny w połączeniu ze sterownikiem PLC w celu utworzenia automatycznego systemu sterowania mikrokomputerem.
Ze względu na zachowanie mechanicznego mechanizmu łączącego, w elektrohydraulicznym trybie sterowania proporcjonalnego, mechaniczny mechanizm łączący działa również synchronicznie, aby śledzić stan pracy systemu.Jeśli elektrohydrauliczny system sterowania proporcjonalnego PLC ulegnie awarii, zawór przełączający zadziała natychmiast, a mechaniczny mechanizm łączący może w zasadzie śledzić stan pracy elektrohydraulicznego systemu sterowania proporcjonalnego.Podczas przełączania wpływ systemu jest niewielki, a system łopatek może płynnie przejść w tryb mechanicznej kontroli skojarzeń, co znacznie gwarantuje niezawodność działania systemu.
Kiedy zaprojektowaliśmy obwód hydrauliczny, przeprojektowaliśmy korpus zaworu hydraulicznego zaworu sterującego, dopasowany rozmiar korpusu zaworu i tulei zaworu, rozmiar połączenia korpusu zaworu i głównego zaworu ciśnieniowego oraz mechaniczny rozmiar korbowód między zaworem hydraulicznym a głównym zaworem dystrybucji ciśnienia jest taki sam jak oryginalny.Podczas instalacji należy wymienić tylko korpus zaworu hydraulicznego i nie trzeba wymieniać żadnych innych części.Konstrukcja całego hydraulicznego układu sterowania jest bardzo zwarta.W oparciu o całkowite zachowanie mechanicznego mechanizmu synergii dodano elektrohydrauliczny mechanizm proporcjonalnego sterowania, aby ułatwić interfejs ze sterownikiem PLC w celu realizacji cyfrowego sterowania synergią i poprawy dokładności koordynacji systemu łopatek turbiny.;A proces instalacji i debugowania systemu jest bardzo łatwy, co skraca czas przestoju hydraulicznego zespołu turbiny, ułatwia przekształcenie hydraulicznego układu sterowania turbiny hydraulicznej i ma dobrą wartość praktyczną.W czasie rzeczywistej eksploatacji na budowie system jest wysoko oceniany przez kadrę inżynieryjno-techniczną elektrowni i uważa się, że można go spopularyzować i zastosować w hydraulicznym układzie serwo gubernatora wielu elektrowni wodnych.
3.3 Struktura oprogramowania systemowego i sposób implementacji
W sterowanym PLC systemem łopatkowym turbiny metoda synergii cyfrowej jest wykorzystywana do realizacji zależności synergii między łopatkami kierującymi, spiętrzeniem wody i otwarciem łopatek.W porównaniu z tradycyjną mechaniczną metodą synergii, cyfrowa metoda synergii ma zalety łatwego przycinania parametrów, ma zalety wygodnego debugowania i konserwacji oraz wysoką precyzję kojarzenia.Struktura oprogramowania systemu sterowania łopatkami składa się głównie z programu funkcji regulacji systemu, programu algorytmu sterowania i programu diagnostycznego.Poniżej omawiamy metody realizacji odpowiednio trzech powyższych części programu.Program funkcji regulacji zawiera głównie podprogram synergii, podprogram uruchomienia łopatki, podprogram zatrzymania łopatki oraz podprogram odciążenia łopatki.Gdy system działa, najpierw identyfikuje i ocenia bieżący stan działania, następnie uruchamia przełączenie oprogramowania, wykonuje odpowiedni podprogram funkcji regulacji i oblicza podaną wartość położenia popychacza.
(1) Podprogram stowarzyszeniowy
Poprzez test modelowy zespołu turbiny można uzyskać szereg punktów pomiarowych na powierzchni złącza.Tradycyjna mechaniczna krzywka złącza jest wykonana w oparciu o te zmierzone punkty, a metoda złącza cyfrowego wykorzystuje również te zmierzone punkty do narysowania zestawu krzywych złącza.Wybierając znane punkty na krzywej asocjacji jako węzły i przyjmując metodę odcinkowej liniowej interpolacji funkcji binarnej, można otrzymać wartość funkcji nie-węzłów na tej linii asocjacji.
(2) Podprogram uruchamiania łopatek
Celem badania prawa rozruchu jest skrócenie czasu rozruchu bloku, zmniejszenie obciążenia łożyska oporowego oraz stworzenie warunków przyłączenia do sieci agregatu prądotwórczego.
(3) Podprogram zatrzymania łopatek
Zasady zamykania łopatek są następujące: gdy sterownik otrzymuje polecenie wyłączenia, łopatki i łopatki kierujące są zamykane w tym samym czasie zgodnie z relacją współpracy, aby zapewnić stabilność urządzenia: gdy otwarcie łopatek kierujących jest mniejsze niż otwór bez obciążenia, łopatki pozostają w tyle Gdy łopatka kierująca jest powoli zamykana, współpraca pomiędzy łopatką a łopatką kierującą nie jest dłużej utrzymywana;gdy prędkość urządzenia spadnie poniżej 80% prędkości znamionowej, łopatka jest ponownie otwierana do kąta początkowego Φ0, gotowa do następnego rozruchu.
(4) Podprogram odrzucania obciążenia ostrza
Odrzucenie obciążenia oznacza nagłe odłączenie bloku z obciążeniem od sieci elektroenergetycznej, co powoduje zły stan pracy bloku i instalacji wodno-kanalizacyjnej, co ma bezpośredni związek z bezpieczeństwem elektrowni i bloku.Gdy obciążenie jest zrzucane, regulator jest odpowiednikiem urządzenia zabezpieczającego, które powoduje natychmiastowe zamykanie się łopatek kierujących i łopatek, dopóki prędkość jednostki nie spadnie do wartości zbliżonej do prędkości znamionowej.stabilność.Dlatego podczas rzeczywistego zrzucania obciążenia łopatki są zazwyczaj otwierane pod pewnym kątem.Otwarcie to uzyskuje się poprzez test odciążenia rzeczywistej elektrowni.Może zapewnić, że gdy urządzenie zrzuca obciążenie, nie tylko wzrost prędkości będzie niewielki, ale także urządzenie będzie względnie stabilne..
4. Wniosek
Ze względu na obecny stan techniczny branży regulatorów hydraulicznych turbin w moim kraju, niniejszy artykuł odnosi się do nowych informacji w dziedzinie sterowania prędkością turbiny hydraulicznej w kraju i za granicą oraz stosuje technologię programowalnego sterownika logicznego (PLC) do sterowania prędkością turbozespół hydrauliczny.Sterownik programowy (PLC) jest rdzeniem systemu podwójnej regulacji turbiny hydraulicznej typu łopatkowego o przepływie osiowym.Praktyczne zastosowanie pokazuje, że schemat znacznie poprawia precyzję koordynacji pomiędzy łopatką kierującą i łopatką dla różnych warunków słupa wody oraz poprawia stopień wykorzystania energii wody.
Czas publikacji: 11 lutego-2022
