1 Уводзіны
Рэгулятар турбіны з'яўляецца адным з двух асноўных рэгулявальных прылад для гідраагрэгатаў. Ён не толькі выконвае ролю рэгулявання хуткасці, але і выконвае розныя пераўтварэнні ўмоў працы, а таксама кіраванне частатой, магутнасцю, фазавым вуглом і іншымі параметрамі гідраагрэгатаў, а таксама абараняе вадзяное кола. Задача генератарнай ўстаноўкі. Рэгулятары турбіны прайшлі тры стадыі развіцця: механічныя гідраўлічныя рэгулятары, электрагідраўлічныя рэгулятары і мікракамп'ютарныя лічбавыя гідраўлічныя рэгулятары. У апошнія гады ў сістэмы кіравання хуткасцю турбіны былі ўкаранёны праграмуемыя кантролеры, якія валодаюць высокай супрацьпажарнай здольнасцю і высокай надзейнасцю; простым і зручным праграмаваннем і эксплуатацыяй; модульнай структурай, добрай універсальнасцю, гнуткасцю і зручнасцю абслугоўвання; ён мае перавагі моцнай функцыі кіравання і кіравальнасці; гэта было праверана практычна.
У гэтай працы прапануецца даследаванне сістэмы падвойнага рэгулявання гідраўлічнай турбіны з ПЛК, і праграмуемы кантролер выкарыстоўваецца для рэалізацыі падвойнага рэгулявання накіроўвальнага апарата і лапаткі, што паляпшае дакладнасць каардынацыі накіроўвальнага апарата і апарата для розных напораў вады. Практыка паказвае, што сістэма падвойнага кіравання паляпшае каэфіцыент выкарыстання энергіі вады.
2. Сістэма рэгулявання турбіны
2.1 Сістэма рэгулявання турбіны
Асноўная задача сістэмы рэгулявання хуткасці турбіны заключаецца ў змене адтуліны накіроўвальных лапатак турбіны праз рэгулятар пры змене нагрузкі энергасістэмы і адхіленні хуткасці кручэння агрэгата, каб хуткасць кручэння турбіны падтрымлівалася ў зададзеным дыяпазоне і забяспечвала працу генератара. Выхадная магутнасць і частата адпавядаюць патрабаванням карыстальніка. Асноўныя задачы рэгулявання турбіны можна падзяліць на рэгуляванне хуткасці, рэгуляванне актыўнай магутнасці і рэгуляванне ўзроўню вады.
2.2 Прынцып рэгулявання турбіны
Гідрагенератарная ўстаноўка — гэта блок, які ўтвараецца шляхам злучэння гідратурбіны і генератара. Круцельная частка гідрагенератарнай ўстаноўкі — гэта цвёрдае цела, якое круціцца вакол нерухомай восі, і яе ўраўненне можна апісаць наступным ураўненнем:
У формуле
——Момант інэрцыі круцільнай часткі агрэгата (кг м2)
——Вуглавая хуткасць кручэння (рад/с)
——Крутоўны момант турбіны (Н/м), уключаючы механічныя і электрычныя страты генератара.
——Крутоўны момант супраціву генератара, які адносіцца да крутоўнага моманту статара генератара на ротар, яго кірунак процілеглы кірунку кручэння і ўяўляе актыўную выходную магутнасць генератара, гэта значыць велічыню нагрузкі.
Пры змене нагрузкі адтуліна накіроўвальнага апарата застаецца нязменнай, і хуткасць агрэгата ўсё яшчэ можа стабілізавацца на пэўным значэнні. Паколькі хуткасць будзе адрознівацца ад намінальнага значэння, недастаткова спадзявацца на здольнасць самабалансавальнай рэгулявання для падтрымання хуткасці. Каб падтрымліваць хуткасць агрэгата на першапачатковым намінальным значэнні пасля змены нагрузкі, з малюнка 1 відаць, што неабходна адпаведна змяняць адтуліну накіроўвальнага апарата. Пры памяншэнні нагрузкі, калі момант супраціву змяняецца з 1 да 2, адтуліна накіроўвальнага апарата памяншаецца да 1, і хуткасць агрэгата захоўваецца. Такім чынам, са змяненнем нагрузкі адпаведна змяняецца адтуліна механізму накіравання вады, так што хуткасць гідрагенератара падтрымліваецца на зададзеным значэнні або змяняецца ў адпаведнасці з зададзеным законам. Гэты працэс называецца рэгуляваннем хуткасці гідрагенератара або рэгуляваннем турбіны.
3. Сістэма падвойнага рэгулявання гідраўлічнай турбіны з PLC
Рэгулятар турбіны кіруе адкрыццём накіроўвальных лапатак вады для рэгулявання патоку ў рабочае кола турбіны, тым самым змяняючы дынамічны крутоўны момант турбіны і рэгулюючы частату турбіннага агрэгата. Аднак падчас працы восевай ратацыйнай турбіны з лапаткамі рэгулятар павінен не толькі рэгуляваць адкрыццё накіроўвальных лапатак, але і рэгуляваць вугал лапатак рабочага кола ў залежнасці ад ходу і значэння напору штурхача накіроўвальнага лапатак, каб накіроўвальны лапатка і лапатка былі звязаны. Падтрымліваць узаемасувязь паміж імі, гэта значыць каардынацыю, што можа павысіць эфектыўнасць турбіны, паменшыць кавітацыю лапатак і вібрацыю агрэгата, а таксама павысіць стабільнасць працы турбіны.
Апаратнае забеспячэнне сістэмы кіравання лапаткамі турбіны з ПЛК у асноўным складаецца з дзвюх частак, а менавіта: кантролера ПЛК і гідраўлічнай сервасістэмы. Спачатку давайце абмяркуем апаратную структуру кантролера ПЛК.
3.1 Кантролер ПЛК
Кантролер ПЛК у асноўным складаецца з уваходнага блока, базавага блока ПЛК і выходнага блока. Уваходны блок складаецца з аналага-лічбавага модуля і лічбавага ўваходнага модуля, а выходны блок складаецца з лічба-лічбавага модуля і лічбавага ўваходнага модуля. Кантролер ПЛК абсталяваны лічбавым святлодыёдным дысплеем для назірання за параметрамі ПІД-рэгулятара сістэмы, становішчам штурхача лапаткі, становішчам штурхача накіроўвальнай лапаткі і значэннем напору вады ў рэжыме рэальнага часу. Таксама прадугледжаны аналагавы вальтметр для кантролю становішча штурхача лапаткі ў выпадку збою мікракамп'ютарнага кантролера.
3.2 Гідраўлічная сістэма сачэння
Гідраўлічная сервасістэма з'яўляецца важнай часткай сістэмы кіравання лапаткамі турбіны. Выхадны сігнал кантролера гідраўлічна ўзмацняецца для кіравання рухам лапаткі, тым самым рэгулюючы вугал лапатак рабочага калонкі. Мы выкарысталі камбінацыю электрагідраўлічнай сістэмы кіравання прапарцыйным клапанам галоўнага ціску і традыцыйнай машынна-гідраўлічнай сістэмы кіравання, каб стварыць паралельную гідраўлічную сістэму кіравання з электрагідраўлічнага прапарцыйнага клапана і машынна-гідраўлічнага клапана, як паказана на малюнку 2. Гідраўлічная сістэма кіравання лапаткамі турбіны.
Гідраўлічная сістэма сачэння за лапаткамі турбіны
Калі кантролер PLC, электрагідраўлічны прапарцыйны клапан і датчык становішча працуюць нармальна, для рэгулявання сістэмы лапатак турбіны выкарыстоўваецца метад электрагідраўлічнага прапарцыянальнага кіравання PLC. Значэнне зваротнай сувязі па становішчы і выходнае значэнне кіравання перадаюцца электрычнымі сігналамі, а сігналы сінтэзуюцца кантролерам PLC. Апрацоўка і прыняцце рашэнняў рэгулююць адкрыццё галоўнага размеркавальнага клапана ціску праз прапарцыйны клапан для кіравання становішчам штурхача лапатак і падтрымліваюць узаемадзеянне паміж накіроўвальным клапанам, вадзяным напорам і лапаткай. Сістэма лапатак турбіны, якая кіруецца электрагідраўлічным прапарцыянальным клапанам, мае высокую дакладнасць сінергіі, простую структуру сістэмы, высокую ўстойлівасць да забруджвання нафтай і зручна ўзаемадзейнічае з кантролерам PLC для стварэння мікракамп'ютэрнай сістэмы аўтаматычнага кіравання.
Дзякуючы захаванню механічнага механізму сувязі ў рэжыме электрагідраўлічнага прапарцыйнага кіравання, механічны механізм сувязі таксама працуе сінхронна, адсочваючы працоўны стан сістэмы. Калі электрагідраўлічная прапарцыйная сістэма кіравання PLC выйдзе з ладу, пераключальны клапан спрацоўвае неадкладна, і механічны механізм сувязі можа фактычна адсочваць працоўны стан электрагідраўлічнай прапарцыйнай сістэмы кіравання. Пры пераключэнні ўплыў на сістэму невялікі, і сістэма лапатак можа плаўна пераходзіць у рэжым механічнага асацыяцыйнага кіравання, што значна гарантуе надзейнасць працы сістэмы.
Пры праектаванні гідраўлічнай схемы мы перапрацавалі корпус гідраўлічнага рэгулюючага клапана, падабраўшы памер корпуса клапана і гільзы клапана, памер злучэння корпуса клапана і галоўнага ціскавога клапана, а таксама механічны памер злучальнага штока паміж гідраўлічным клапанам і галоўным размеркавальным клапанам ціску такі ж, як і ў арыгінала. Падчас усталёўкі трэба замяніць толькі корпус гідраўлічнага клапана, іншыя дэталі мяняць не трэба. Структура ўсёй гідраўлічнай сістэмы кіравання вельмі кампактная. На аснове поўнага захавання механічнага сінергетычнага механізму дададзены электрагідраўлічны прапарцыйны механізм кіравання, які спрашчае ўзаемадзеянне з кантролерам PLC, рэалізуючы лічбавае сінергічнае кіраванне і павышаючы дакладнасць каардынацыі сістэмы лапатак турбіны. Працэс усталёўкі і адладкі сістэмы вельмі просты, што скарачае час прастою гідраўлічнага турбіннага агрэгата, палягчае трансфармацыю гідраўлічнай сістэмы кіравання гідраўлічнай турбінай і мае добрую практычную каштоўнасць. Падчас рэальнай эксплуатацыі на месцы сістэма атрымала высокую ацэнку інжынерна-тэхнічнага персаналу электрастанцыі, і лічыцца, што яна можа быць папулярызавана і прыменена ў гідраўлічнай сервасістэме рэгулятара многіх гідраэлектрастанцый.
3.3 Структура сістэмнага праграмнага забеспячэння і метад рэалізацыі
У сістэме кіравання лапаткамі турбіны з ПЛК для рэалізацыі сінергіі паміж накіроўвальнымі лапаткамі, напорам вады і адтулінай лапаткі выкарыстоўваецца метад лічбавай сінергіі. У параўнанні з традыцыйным метадам механічнай сінергіі, метад лічбавай сінергіі мае перавагі лёгкай налады параметраў, зручнай адладкі і абслугоўвання, а таксама высокай дакладнасці асацыяцыі. Праграмная структура сістэмы кіравання лапаткамі ў асноўным складаецца з праграмы функцыі рэгулявання сістэмы, праграмы алгарытмаў кіравання і праграмы дыягностыкі. Ніжэй мы абмяркуем метады рэалізацыі вышэйзгаданых трох частак праграмы адпаведна. Праграма функцыі рэгулявання ў асноўным уключае падпраграму сінергіі, падпраграму запуску лапаткі, падпраграму прыпынку лапаткі і падпраграму зняцця нагрузкі з лапаткі. Калі сістэма працуе, яна спачатку вызначае і ацэньвае бягучы рэжым працы, затым запускае праграмны перамыкач, выконвае адпаведную падпраграму функцыі рэгулявання і разлічвае зададзенае значэнне становішча штурхача лапаткі.
(1) Падпраграма асацыяцыі
Дзякуючы мадэльнаму выпрабаванню турбіннага агрэгата можна атрымаць набор вымераных кропак на паверхні злучэння. Традыцыйны механічны кулачок злучэння ствараецца на аснове гэтых вымераных кропак, а лічбавы метад злучэння таксама выкарыстоўвае гэтыя вымераныя кропкі для пабудовы набору крывых злучэння. Выбіраючы вядомыя кропкі на крывой асацыяцыі ў якасці вузлоў і выкарыстоўваючы метад кускава-лінейнай інтэрпаляцыі бінарнай функцыі, можна атрымаць значэнні функцыі невузлоў на гэтай лініі асацыяцыі.
(2) Падпраграма запуску лапаткі
Мэта вывучэння закона пуску — скараціць час пуску агрэгата, паменшыць нагрузку на ўпорны падшыпнік і стварыць умовы падключэння генератарнага агрэгата да сеткі.
(3) Падпраграма прыпынку лапаткі
Правілы закрыцця лапатак наступныя: калі кантролер атрымлівае каманду на адключэнне, лапаткі і накіроўвальныя лапаткі зачыняюцца адначасова ў адпаведнасці з узаемасувяззю, каб забяспечыць стабільнасць працы ўстаноўкі: калі адтуліна накіроўвальнай лапаткі меншая за адтуліну без нагрузкі, лапаткі адстаюць. Калі накіроўвальная лапатка павольна зачыняецца, узаемасувязь паміж лапаткай і накіроўвальнай лапаткай больш не падтрымліваецца; калі хуткасць ўстаноўкі падае ніжэй за 80% ад намінальнай хуткасці, лапатка зноў адчыняецца да пачатковага вугла Φ0, гатовая да наступнага запуску. Падрыхтоўка.
(4) Падпраграма адхілення нагрузкі на лапатку
Адмова ад нагрузкі азначае, што агрэгат з нагрузкай раптоўна адключаецца ад электрасеткі, што прыводзіць да дрэннага эксплуатацыйнага стану агрэгата і сістэмы адводу вады, што непасрэдна звязана з бяспекай электрастанцыі і агрэгата. Пры адключэнні нагрузкі рэгулятар эквівалентны ахоўнай прыладзе, якая неадкладна зачыняе накіроўвальныя лапаткі і лапаткі, пакуль хуткасць агрэгата не знізіцца да намінальнай хуткасці. Такім чынам, пры фактычным адключэнні нагрузкі лапаткі звычайна адчыняюцца на пэўны вугал. Гэта адкрыццё дасягаецца падчас выпрабавання на адключэнне нагрузкі самой электрастанцыі. Гэта можа гарантаваць, што пры адключэнні нагрузкі агрэгат не толькі невялікае павелічэнне хуткасці, але і адносна стабільны.
4 Выснова
Улічваючы бягучы тэхнічны стан індустрыі рэгулятараў гідраўлічных турбін у маёй краіне, у гэтым артыкуле разглядаюцца новыя звесткі ў галіне кіравання хуткасцю гідраўлічных турбін у краіне і за мяжой, а таксама тэхналогія праграмуемага лагічнага кантролера (ПЛК) ужываецца для кіравання хуткасцю гідраўлічнай турбіны-генератара. Праграмны кантролер (ПЛК) з'яўляецца асновай сістэмы падвойнага рэгулявання восевай гідраўлічнай турбіны з лапаткамі. Практычнае прымяненне паказвае, што гэтая схема значна паляпшае дакладнасць каардынацыі паміж накіроўвальным апаратам і апаратам для розных умоў напору вады, а таксама паляпшае каэфіцыент выкарыстання энергіі вады.
Час публікацыі: 11 лютага 2022 г.
