1 Въведение
Турбинният регулатор е едно от двете основни регулиращи устройства за водноелектрическите агрегати. Той не само играе ролята на регулиране на скоростта, но също така извършва преобразуване на различни работни условия и контрол на честотата, мощността, фазовия ъгъл и други параметри на водноелектрическите генератори, както и защитава водното колело. Задачата на генераторния агрегат е... Турбинните регулатори са преминали през три етапа на развитие: механични хидравлични регулатори, електрохидравлични регулатори и микрокомпютърни цифрови хидравлични регулатори. През последните години в системите за контрол на скоростта на турбините бяха въведени програмируеми контролери, които имат силна способност за защита от смущения и висока надеждност; лесно и удобно програмиране и работа; модулна структура, добра гъвкавост, гъвкавост и лесна поддръжка; те имат предимствата на силна контролна функция и способност за управление; това е практически доказано.
В тази статия е предложено изследване на PLC системата за двойно регулиране на хидравлична турбина, като програмируемият контролер се използва за осъществяване на двойното регулиране на направляващата лопатка и лопатката, което подобрява точността на координация на направляващата лопатка и лопатката при различни водни напори. Практиката показва, че системата за двойно управление подобрява коефициента на използване на водната енергия.
2. Система за регулиране на турбината
2.1 Система за регулиране на турбината
Основната задача на системата за регулиране на скоростта на турбината е да променя отвора на направляващите лопатки на турбината съответно чрез регулатора, когато натоварването на енергийната система се промени и скоростта на въртене на агрегата се отклони, така че скоростта на въртене на турбината да се поддържа в зададения диапазон, за да може генераторният агрегат да работи. Изходната мощност и честота отговарят на изискванията на потребителя. Основните задачи на регулирането на турбината могат да бъдат разделени на регулиране на скоростта, регулиране на активната мощност и регулиране на нивото на водата.
2.2 Принципът на регулиране на турбината
Хидрогенераторният агрегат е агрегат, образуван чрез свързване на хидротурбина и генератор. Въртящата се част на хидрогенераторния агрегат е твърдо тяло, което се върти около фиксирана ос, а уравнението му може да бъде описано със следното уравнение:
Във формулата
——Моментът на инерция на въртящата се част на устройството (кг м2)
——Ъглова скорост на въртене (rad/s)
——Въртящ момент на турбината (N/m), включително механични и електрически загуби на генератора.
——Въртящ момент на съпротивлението на генератора, който се отнася до действащия въртящ момент на статора на генератора върху ротора, чиято посока е обратна на посоката на въртене и представлява активната изходна мощност на генератора, т.е. размера на товара.
Когато натоварването се промени, отворът на направляващата лопатка остава непроменен и скоростта на агрегата все още може да се стабилизира на определена стойност. Тъй като скоростта ще се отклонява от номиналната стойност, не е достатъчно да се разчита на способността за самобалансиране, за да се поддържа скоростта. За да се поддържа скоростта на агрегата на първоначалната номинална стойност след промяна на натоварването, от Фигура 1 може да се види, че е необходимо съответно да се промени отворът на направляващата лопатка. Когато натоварването намалее, когато въртящият момент се промени от 1 на 2, отворът на направляващата лопатка ще се намали до 1 и скоростта на агрегата ще се запази. Следователно, с промяната на натоварването, отворът на механизма за насочване на водата се променя съответно, така че скоростта на хидрогенераторния агрегат да се поддържа на предварително определена стойност или да се променя съгласно предварително определен закон. Този процес е регулиране на скоростта на хидрогенераторния агрегат или регулиране на турбината.
3. PLC система за двойно регулиране на хидравличната турбина
Регулаторът на турбината контролира отварянето на направляващите лопатки на водата, за да регулира потока в работното колело на турбината, като по този начин променя динамичния въртящ момент на турбината и контролира честотата на турбинния агрегат. Въпреки това, по време на работа на аксиално-роторната турбина с лопатки, регулаторът трябва не само да регулира отварянето на направляващите лопатки, но и да регулира ъгъла на лопатките на работното колело в зависимост от хода и стойността на водния напор на лопатката, така че направляващата лопатка и лопатката да са свързани. Поддържат кооперативни отношения между тях, т.е. координационни отношения, което може да подобри ефективността на турбината, да намали кавитацията и вибрациите на лопатките на агрегата и да подобри стабилността на работата на турбината.
Хардуерът на системата за управление на турбинните лопатки с PLC се състои главно от две части, а именно PLC контролер и хидравлична серво система. Първо, нека обсъдим хардуерната структура на PLC контролера.
3.1 PLC контролер
PLC контролерът се състои основно от входен блок, основен PLC блок и изходен блок. Входният блок се състои от аналогово-цифров модул и цифров входен модул, а изходният блок се състои от цифрово-аналогов модул и цифров входен модул. PLC контролерът е оборудван с LED цифров дисплей за наблюдение в реално време на системните PID параметри, положението на лопатката, положението на направляващата лопатка и стойността на водния напор. Предвиден е и аналогов волтметър за наблюдение на положението на лопатката в случай на повреда в микрокомпютърния контролер.
3.2 Хидравлична система за проследяване
Хидравличната серво система е важна част от системата за управление на лопатките на турбината. Изходният сигнал на контролера се усилва хидравлично, за да контролира движението на лопатката, като по този начин регулира ъгъла на лопатките на работното колело. Използваме комбинация от електрохидравлична система за управление от типа на главния напорен клапан с пропорционално управление и традиционна машинно-хидравлична система за управление, за да образуваме паралелна хидравлична система за управление от електрохидравличен пропорционален клапан и машинно-хидравличен клапан, както е показано на Фигура 2. Хидравлична система за управление на лопатките на турбината.
Хидравлична система за проследяване на лопатките на турбината
Когато PLC контролерът, електрохидравличният пропорционален вентил и сензорът за положение са нормални, PLC електрохидравличният пропорционален метод за управление се използва за регулиране на системата от лопатки на турбината. Стойността на обратната връзка за позицията и стойността на управляващия изход се предават чрез електрически сигнали, а сигналите се синтезират от PLC контролера. По време на обработката и вземането на решения, отварянето на главния разпределителен клапан за налягане се регулира чрез пропорционалния вентил, за да се контролира позицията на лопатката и да се поддържа кооперативната връзка между направляващата лопатка, водния напор и лопатката. Системата от лопатки на турбината, управлявана от електрохидравличен пропорционален вентил, има висока синергична прецизност, опростена системна структура, силна устойчивост на замърсяване с нефт и е удобна за взаимодействие с PLC контролера, за да се образува микрокомпютърна автоматична система за управление.
Поради запазването на механичния свързващ механизъм, в режим на електрохидравлично пропорционално управление, той работи синхронно, за да следи работното състояние на системата. Ако PLC електрохидравличната пропорционална система за управление се повреди, превключващият клапан ще се задейства незабавно и механичният свързващ механизъм може основно да следи работното състояние на електрохидравличната пропорционална система за управление. При превключване въздействието върху системата е малко и системата от лопатки може плавно да премине в режим на механично свързване, което гарантира надеждността на работата на системата.
Когато проектирахме хидравличната верига, препроектирахме корпуса на хидравличния контролен вентил, като съобразихме размера на корпуса на вентила и втулката на вентила, размера на свързването на корпуса на вентила и главния нагнетателен вентил, както и механичния размер на свързващия прът между хидравличния вентил и главния нагнетателен разпределителен вентил, както и оригиналния. Само корпусът на вентила на хидравличния вентил трябва да се смени по време на монтажа и не е необходимо да се променят други части. Структурата на цялата хидравлична система за управление е много компактна. Въз основа на пълното запазване на механичния синергичен механизъм е добавен електрохидравличен пропорционален контролен механизъм, който улеснява интерфейса с PLC контролера, за да се реализира цифров синергичен контрол и да се подобри точността на координация на системата от лопатки на турбината. Процесът на инсталиране и отстраняване на грешки на системата е много лесен, което съкращава времето на престой на хидравличния турбинен агрегат, улеснява трансформацията на хидравличната система за управление на хидравличната турбина и има добра практическа стойност. По време на реалната експлоатация на място, системата е високо оценена от инженерния и технически персонал на електроцентралата и се смята, че може да бъде популяризирана и приложена в хидравличната серво система на регулатора на много водноелектрически централи.
3.3 Структура и метод на внедряване на системния софтуер
В системата за управление на лопатките на турбините с PLC управление, методът на цифрова синергия се използва за реализиране на синергичната връзка между направляващите лопатки, водния напор и отвора на лопатките. В сравнение с традиционния механичен метод на синергия, методът на цифрова синергия има предимствата на лесно настройване на параметрите, удобно отстраняване на грешки и поддръжка, както и висока прецизност на свързване. Софтуерната структура на системата за управление на лопатките се състои главно от програма за функция за регулиране на системата, програма за алгоритъм за управление и програма за диагностика. По-долу ще разгледаме методите за реализация на горните три части на програмата съответно. Програмата за функция за регулиране включва основно подпрограма за синергия, подпрограма за стартиране на лопатката, подпрограма за спиране на лопатката и подпрограма за разтоварване на лопатката. Когато системата работи, тя първо идентифицира и оценява текущото работно състояние, след което стартира софтуерния превключвател, изпълнява съответната подпрограма за функция за регулиране и изчислява зададената стойност на позицията на последователя на лопатката.
(1) Подпрограма за асоцииране
Чрез моделно изпитване на турбинния агрегат може да се получи партида от измерени точки върху повърхността на съединението. Традиционният механичен шарнирен ексцентрик се изгражда въз основа на тези измерени точки, а методът за цифрово съединение също използва тези измерени точки за начертаване на набор от криви на съединението. Избирайки известните точки на кривата на асоцииране като възли и прилагайки метода на частично линейна интерполация на двоичната функция, може да се получи стойността на функцията на не-възлите на тази линия на асоциирането.
(2) Подпрограма за стартиране на лопатките
Целта на изучаването на закона за пускане е да се съкрати времето за пускане на агрегата, да се намали натоварването на аксиалния лагер и да се създадат условия за свързване към мрежата за генераторния агрегат.
(3) Подпрограма за спиране на лопатките
Правилата за затваряне на лопатките са следните: когато контролерът получи команда за изключване, лопатките и направляващите лопатки се затварят едновременно в съответствие с кооперативното отношение, за да се осигури стабилност на устройството: когато отворът на направляващата лопатка е по-малък от отвора без товар, лопатките изостават. Когато направляващата лопатка се затваря бавно, кооперативното отношение между лопатката и направляващата лопатка вече не се поддържа; когато скоростта на устройството падне под 80% от номиналната скорост, лопатката се отваря отново до начален ъгъл Φ0, готова за следващото стартиране. Подгответе се.
(4) Подпрограма за отхвърляне на натоварването на лопатката
Отхвърлянето на товара означава, че агрегатът с товар се изключва внезапно от електрическата мрежа, което поставя агрегата и системата за отклоняване на вода в лошо работно състояние, което е пряко свързано с безопасността на електроцентралата и агрегата. Когато товарът се освободи, регулаторът е еквивалентен на защитно устройство, което кара направляващите лопатки и лопатките да се затворят незабавно, докато скоростта на агрегата падне до около номиналната скорост. Следователно, при действителното освобождаване на товара, лопатките обикновено се отварят до определен ъгъл. Това отваряне се получава чрез тест за освобождаване на товара на действителната електроцентрала. Това може да гарантира, че когато агрегатът се освобождава от товар, не само увеличението на скоростта е малко, но и агрегатът е относително стабилен.
4 Заключение
С оглед на текущото техническо състояние на индустрията за регулиране на хидравлични турбини в моята страна, тази статия се позовава на новата информация в областта на управлението на скоростта на хидравличните турбини в страната и чужбина и прилага технологията на програмируемия логически контролер (PLC) за управление на скоростта на хидравличния турбогенератор. Програмният контролер (PLC) е ядрото на системата за двойно регулиране на хидравлична турбина с аксиален поток и лопатки. Практическото приложение показва, че схемата значително подобрява прецизността на координация между направляващата лопатка и лопатката при различни условия на воден напор и подобрява коефициента на използване на водната енергия.
Време на публикуване: 11 февруари 2022 г.
