1. Giới thiệu
Bộ điều tốc tuabin là một trong hai thiết bị điều tiết chủ yếu của các tổ máy thủy điện.Nó không chỉ đóng vai trò điều chỉnh tốc độ mà còn đảm nhận nhiều điều kiện làm việc khác nhau và điều khiển tần số, công suất, góc pha và các điều khiển khác của các tổ máy phát thủy điện và bảo vệ guồng nước.Nhiệm vụ của tổ máy phát điện.Bộ điều chỉnh tuabin đã trải qua ba giai đoạn phát triển: bộ điều chỉnh thủy lực cơ khí, bộ điều chỉnh thủy lực điện và bộ điều chỉnh thủy lực kỹ thuật số vi máy tính.Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình đã được đưa vào hệ thống điều khiển tốc độ tuabin, có khả năng chống nhiễu mạnh và độ tin cậy cao;lập trình và vận hành đơn giản, thuận tiện;cấu trúc mô-đun, tính linh hoạt tốt, linh hoạt và bảo trì thuận tiện;Nó có những lợi thế của chức năng điều khiển mạnh mẽ và khả năng lái xe;nó đã được xác minh thực tế.
Trong bài báo này, nghiên cứu về hệ thống điều chỉnh kép tuabin thủy lực PLC được đề xuất và bộ điều khiển lập trình được sử dụng để thực hiện điều chỉnh kép của cánh dẫn hướng và cánh khuấy, giúp cải thiện độ chính xác phối hợp của cánh dẫn hướng và cánh gạt cho các đầu nước.Thực tiễn cho thấy rằng hệ thống điều khiển kép cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng nước.
2. Hệ thống điều chỉnh tuabin
2.1 Hệ thống điều chỉnh tuabin
Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển tốc độ tuabin là thay đổi độ mở của các cánh dẫn hướng tuabin cho phù hợp thông qua bộ điều tốc khi phụ tải của hệ thống điện thay đổi và tốc độ quay của tổ máy bị lệch, do đó tốc độ quay của tuabin được giữ trong phạm vi được chỉ định, để làm cho bộ phát điện hoạt động.Công suất đầu ra và tần số đáp ứng yêu cầu của người dùng.Các nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh tuabin có thể được chia thành điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh công suất hoạt động và điều chỉnh mực nước.
2.2 Nguyên tắc điều chỉnh tuabin
Tổ máy phát điện thủy lực là một tổ máy được hình thành bằng cách kết nối tua-bin thủy điện và máy phát điện.Bộ phận quay của tổ máy thuỷ điện là một phần cứng quay quanh một trục cố định và phương trình của nó có thể được mô tả bằng phương trình sau:
Trong công thức
—— Mômen quán tính của phần quay của đơn vị (Kg m2)
—— Vận tốc góc quay vòng (rad / s)
—— Mômen xoắn (N / m), bao gồm tổn thất cơ và điện của máy phát.
—— Mômen cản máy phát, đề cập đến mômen tác động của stato máy phát lên rôto, hướng của nó ngược với chiều quay và đại diện cho sản lượng công suất hoạt động của máy phát, tức là kích thước của tải.
Khi tải thay đổi, độ mở của cánh dẫn hướng không thay đổi, và tốc độ đơn vị vẫn có thể được ổn định ở một giá trị nhất định.Vì tốc độ sẽ lệch khỏi giá trị định mức nên chỉ dựa vào khả năng tự điều chỉnh cân bằng để duy trì tốc độ là không đủ.Để giữ cho tốc độ của tổ máy ở giá trị định mức ban đầu sau khi tải thay đổi, từ Hình 1 có thể thấy rằng cần phải thay đổi độ mở của cánh dẫn hướng cho phù hợp.Khi tải giảm, khi mômen cản thay đổi từ 1 sang 2, độ mở của cánh dẫn hướng sẽ giảm xuống 1, và tốc độ của tổ máy sẽ được duy trì.Do đó, với sự thay đổi của phụ tải, độ mở của cơ cấu dẫn nước được thay đổi tương ứng, để tốc độ của tổ máy thủy bình được duy trì ở một giá trị định trước, hoặc thay đổi theo quy luật định trước.Quá trình này là điều chỉnh tốc độ của tổ máy thủy bình., hoặc điều chỉnh tuabin.
3. Hệ thống điều chỉnh kép tuabin thủy lực PLC
Bộ điều tốc tuabin là điều khiển việc mở các cánh dẫn nước để điều chỉnh dòng chảy vào bộ chạy của tuabin, từ đó thay đổi mômen động của tuabin và điều khiển tần số của tổ máy tuabin.Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động của tuabin cánh khuấy dòng hướng trục, bộ điều tốc không chỉ phải điều chỉnh độ mở của cánh dẫn hướng mà còn phải điều chỉnh góc của cánh chạy theo hành trình và giá trị đầu nước của bộ theo cánh dẫn hướng, để cánh dẫn hướng và cánh gạt được nối với nhau.Duy trì mối quan hệ hợp tác giữa chúng, tức là mối quan hệ phối hợp, có thể nâng cao hiệu suất của tuabin, giảm sự tạo cánh và rung động của tổ máy, đồng thời tăng cường sự ổn định trong hoạt động của tuabin.
Phần cứng của hệ thống cánh gạt tuabin điều khiển PLC chủ yếu bao gồm hai phần, đó là bộ điều khiển PLC và hệ thống servo thủy lực.Đầu tiên, chúng ta hãy thảo luận về cấu trúc phần cứng của bộ điều khiển PLC.
3.1 Bộ điều khiển PLC
Bộ điều khiển PLC chủ yếu bao gồm đơn vị đầu vào, đơn vị cơ bản PLC và đơn vị đầu ra.Đơn vị đầu vào bao gồm mô-đun A / D và mô-đun đầu vào kỹ thuật số, và đơn vị đầu ra bao gồm mô-đun D / A và mô-đun đầu vào kỹ thuật số.Bộ điều khiển PLC được trang bị màn hình kỹ thuật số LED để quan sát thời gian thực các thông số PID của hệ thống, vị trí bộ theo cánh, vị trí bộ theo cánh dẫn hướng và giá trị đầu nước.Một vôn kế tương tự cũng được cung cấp để giám sát vị trí của bộ theo cánh trong trường hợp bộ điều khiển máy tính bị lỗi.
3.2 Hệ thống theo dõi thủy lực
Hệ thống servo thủy lực là một bộ phận quan trọng của hệ thống điều khiển cánh tuabin.Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển được khuếch đại thủy lực để điều khiển chuyển động của bộ theo cánh, từ đó điều chỉnh góc của cánh chạy.Chúng tôi đã thông qua sự kết hợp của hệ thống điều khiển van tỷ lệ áp suất chính kiểu van điều khiển điện-thủy lực và hệ thống điều khiển máy-thủy lực truyền thống để tạo thành một hệ thống điều khiển thủy lực song song của van tỷ lệ điện-thủy lực và van máy-thủy lực như trong Hình 2. Thủy lực -hệ thống lên cho cánh tuabin.
Hệ thống theo dõi thủy lực cho cánh tuabin
Khi bộ điều khiển PLC, van tỷ lệ điện thủy lực và cảm biến vị trí đều bình thường, phương pháp điều khiển tỷ lệ điện thủy lực PLC được sử dụng để điều chỉnh hệ thống cánh tuabin, giá trị phản hồi vị trí và giá trị đầu ra điều khiển được truyền bằng tín hiệu điện và tín hiệu được tổng hợp bởi bộ điều khiển PLC., xử lý và ra quyết định, điều chỉnh độ mở van của van phân phối áp suất chính thông qua van tỷ lệ để điều khiển vị trí của bộ theo cánh gạt, và duy trì mối quan hệ hợp tác giữa cánh dẫn hướng, đầu nước và cánh gạt.Hệ thống cánh tuabin được điều khiển bằng van tỷ lệ điện-thủy lực có độ chính xác tổng hợp cao, cấu trúc hệ thống đơn giản, khả năng chống ô nhiễm dầu mạnh, và thuận tiện khi giao tiếp với bộ điều khiển PLC để tạo thành một hệ thống điều khiển tự động máy vi tính.
Do vẫn giữ nguyên cơ cấu liên kết cơ nên ở chế độ điều khiển tỷ lệ điện - thủy lực, cơ cấu liên kết cơ cũng hoạt động đồng bộ để theo dõi trạng thái hoạt động của hệ thống.Nếu hệ thống điều khiển tỷ lệ điện-thủy lực PLC bị lỗi, van chuyển mạch sẽ hoạt động ngay lập tức và cơ chế liên kết cơ học về cơ bản có thể theo dõi trạng thái hoạt động của hệ thống điều khiển tỷ lệ điện-thủy lực.Khi chuyển đổi, tác động của hệ thống là nhỏ, và hệ thống cánh gạt có thể chuyển đổi dễ dàng sang Chế độ điều khiển liên kết cơ học đảm bảo đáng kể độ tin cậy của hoạt động hệ thống.
Khi chúng tôi thiết kế mạch thủy lực, chúng tôi thiết kế lại thân van của van điều khiển thủy lực, kích thước ăn khớp của thân van và tay van, kích thước kết nối của thân van và van áp suất chính, và cơ cấu kích thước của thanh nối giữa van thủy lực và van phân phối áp suất chính giống nguyên bản.Chỉ cần thay thế thân van của van thủy lực trong quá trình lắp đặt, không cần thay đổi các bộ phận khác.Cấu trúc của toàn bộ hệ thống điều khiển thủy lực rất nhỏ gọn.Trên cơ sở giữ lại hoàn toàn cơ chế hợp lực cơ học, một cơ chế điều khiển tỷ lệ điện - thủy lực được bổ sung để tạo điều kiện thuận lợi cho giao diện với bộ điều khiển PLC để thực hiện điều khiển tổng hợp kỹ thuật số và cải thiện độ chính xác phối hợp của hệ thống cánh tuabin.;Và quá trình cài đặt và gỡ lỗi của hệ thống rất dễ dàng, rút ngắn thời gian ngừng hoạt động của tổ máy tuabin thủy lực, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi hệ thống điều khiển thủy lực của tuabin thủy lực và có giá trị thực tiễn tốt.Trong quá trình vận hành thực tế tại công trường, hệ thống được cán bộ kỹ thuật trạm điện đánh giá cao, tin tưởng có thể phổ biến và ứng dụng trong hệ thống thủy lực điều khiển của nhiều trạm thủy điện.
3.3 Cấu trúc phần mềm hệ thống và phương pháp triển khai
Trong hệ thống cánh gạt tuabin được điều khiển bằng PLC, phương pháp tổng hợp kỹ thuật số được sử dụng để nhận ra mối quan hệ hợp lực giữa các cánh dẫn hướng, đầu nước và độ mở cánh.So với phương pháp hiệp lực cơ học truyền thống, phương pháp hiệp lực kỹ thuật số có ưu điểm là dễ dàng cắt tham số, Nó có ưu điểm là gỡ lỗi và bảo trì thuận tiện, và độ chính xác của liên kết cao.Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển cánh gạt chủ yếu bao gồm chương trình chức năng điều chỉnh hệ thống, chương trình thuật toán điều khiển và chương trình chẩn đoán.Dưới đây chúng tôi thảo luận về các phương pháp thực hiện của ba phần trên của chương trình tương ứng.Chương trình chức năng điều chỉnh chủ yếu bao gồm chương trình con hợp lực, chương trình con khởi động cánh gạt, chương trình con dừng cánh gạt và chương trình con giảm tải cánh gạt.Khi hệ thống đang hoạt động, trước tiên nó xác định và phán đoán tình trạng hoạt động hiện tại, sau đó khởi động công tắc phần mềm, thực hiện chương trình con chức năng điều chỉnh tương ứng và tính toán vị trí đã cho của người theo dõi cánh.
(1) Chương trình con liên kết
Thông qua thử nghiệm mô hình của tổ máy tuabin, có thể thu được một loạt các điểm được đo trên bề mặt mối nối.Cam khớp cơ học truyền thống được chế tạo dựa trên các điểm đo này và phương pháp khớp kỹ thuật số cũng sử dụng các điểm đo này để vẽ một tập hợp các đường cong khớp.Chọn các điểm đã biết trên đường cong kết hợp làm nút và áp dụng phương pháp nội suy tuyến tính từng phần của hàm nhị phân, giá trị hàm của các điểm không phải nút trên đường kết hợp này có thể thu được.
(2) Chương trình con khởi động Vane
Mục đích của việc nghiên cứu quy luật khởi động là rút ngắn thời gian khởi động tổ máy, giảm tải trọng của ổ đỡ, tạo điều kiện nối lưới cho tổ máy phát điện.
(3) Chương trình con dừng biến thiên
Quy tắc đóng cửa của cánh gạt như sau: khi bộ điều khiển nhận được lệnh tắt máy, cánh gạt và cánh dẫn hướng được đóng đồng thời theo quan hệ phối hợp để đảm bảo tính ổn định của tổ máy: khi cánh dẫn hướng mở ít hơn. hơn mở không tải, độ trễ cánh gạt Khi cánh dẫn hướng từ từ đóng lại, mối quan hệ phối hợp giữa cánh gạt và cánh dẫn hướng không còn được duy trì;khi tốc độ thiết bị giảm xuống dưới 80% tốc độ định mức, cánh gạt sẽ được mở lại ở góc bắt đầu Φ0, sẵn sàng cho lần khởi động tiếp theo Chuẩn bị.
(4) Chương trình con từ chối tải lưỡi dao
Từ chối phụ tải là việc tổ máy có phụ tải bị ngắt đột ngột khỏi lưới điện, làm cho tổ máy và hệ thống dẫn nước ở trạng thái vận hành không tốt, liên quan trực tiếp đến an toàn của nhà máy điện và tổ máy.Khi giảm tải, bộ điều tốc tương đương với một thiết bị bảo vệ, làm cho cánh dẫn hướng và cánh gạt đóng ngay lập tức cho đến khi tốc độ đơn vị giảm xuống vùng lân cận của tốc độ định mức.sự ổn định.Do đó, trong quá trình giảm tải thực tế, các cánh gạt thường được mở theo một góc nhất định.Việc mở này có được thông qua thử nghiệm giảm tải của nhà máy điện thực tế.Nó có thể đảm bảo rằng khi tổ máy giảm tải, không chỉ tốc độ tăng nhỏ, mà tổ máy cũng tương đối ổn định..
4. Kết luận
Theo tình trạng kỹ thuật hiện tại của ngành điều khiển tuabin thủy lực của nước tôi, bài báo này đề cập đến thông tin mới trong lĩnh vực điều khiển tốc độ tuabin thủy lực trong và ngoài nước, và áp dụng công nghệ bộ điều khiển logic khả trình (PLC) để điều khiển tốc độ của tổ máy phát tua bin thủy lực.Bộ điều khiển chương trình (PLC) là cốt lõi của hệ thống điều chỉnh kép tuabin thủy lực kiểu cánh khuấy hướng trục.Ứng dụng thực tế cho thấy sơ đồ cải thiện đáng kể độ chính xác phối hợp giữa cánh dẫn hướng và cánh gạt đối với các điều kiện đầu nguồn nước khác nhau, và cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng nước.
Thời gian đăng: Tháng 2-11-2022
