1 Uvod
Regulator turbine je jedan od dva glavna regulatorna uređaja za hidroelektrane. On ne samo da igra ulogu regulacije brzine, već i preuzima različite radne uslove konverzije i kontrolu frekvencije, snage, faznog ugla i drugih parametara hidroelektrana, te štiti vodeni točak. Zadatak generatorskog agregata. Regulatori turbine su prošli kroz tri faze razvoja: mehanički hidraulični regulatori, elektrohidraulični regulatori i mikroračunarski digitalni hidraulični regulatori. Posljednjih godina, programabilni kontroleri su uvedeni u sisteme za kontrolu brzine turbina, koji imaju snažnu sposobnost protiv smetnji i visoku pouzdanost; jednostavno i praktično programiranje i rad; modularnu strukturu, dobru svestranost, fleksibilnost i praktično održavanje; Ima prednosti snažne kontrolne funkcije i sposobnosti vožnje; to je praktično provjereno.
U ovom radu predloženo je istraživanje PLC sistema dvostrukog podešavanja hidraulične turbine, a programabilni kontroler se koristi za ostvarivanje dvostrukog podešavanja vodeće krilca i lopatice, što poboljšava tačnost koordinacije vodeće krilca i krilca za različite vodene visine. Praksa pokazuje da sistem dvostrukog upravljanja poboljšava stopu iskorištenja energije vode.
2. Sistem regulacije turbine
2.1 Sistem regulacije turbine
Osnovni zadatak sistema za regulaciju brzine turbine je da putem regulatora mijenja otvor usmjeravajućih lopatica turbine kada se opterećenje elektroenergetskog sistema promijeni i brzina rotacije jedinice odstupi, tako da se brzina rotacije turbine održava unutar određenog raspona i da generatorska jedinica radi. Izlazna snaga i frekvencija zadovoljavaju zahtjeve korisnika. Osnovni zadaci regulacije turbine mogu se podijeliti na regulaciju brzine, regulaciju aktivne snage i regulaciju nivoa vode.
2.2 Princip regulacije turbine
Hidrogeneratorska jedinica je jedinica formirana spajanjem hidroturbine i generatora. Rotirajući dio hidrogeneratorskog agregata je kruto tijelo koje se okreće oko fiksne ose, a njegova jednačina se može opisati sljedećom jednačinom:
U formuli
——Moment inercije rotirajućeg dijela jedinice (kg m2)
——Ugaona brzina rotacije (rad/s)
——Moment turbine (N/m), uključujući mehaničke i električne gubitke generatora.
——Momentni moment otpora generatora, koji se odnosi na moment koji djeluje sa statora generatora na rotor, njegov smjer je suprotan smjeru rotacije i predstavlja aktivnu izlaznu snagu generatora, odnosno veličinu opterećenja.
Kada se opterećenje promijeni, otvor vodeće lopute ostaje nepromijenjen, a brzina jedinice se i dalje može stabilizirati na određenoj vrijednosti. Budući da će brzina odstupati od nazivne vrijednosti, nije dovoljno oslanjati se na sposobnost samobalansiranja da bi se održala brzina. Da bi se brzina jedinice održala na prvobitnoj nazivnoj vrijednosti nakon promjene opterećenja, na slici 1 se vidi da je potrebno shodno tome promijeniti otvor vodeće lopute. Kada se opterećenje smanji, kada se moment otpora promijeni s 1 na 2, otvor vodeće lopute će se smanjiti na 1, a brzina jedinice će se održati. Stoga se s promjenom opterećenja mijenja i otvor mehanizma za vođenje vode, tako da se brzina hidrogeneratorske jedinice održava na unaprijed određenoj vrijednosti ili se mijenja prema unaprijed određenom zakonu. Ovaj proces se naziva podešavanje brzine hidrogeneratorske jedinice ili regulacija turbine.
3. PLC sistem dvostrukog podešavanja hidraulične turbine
Regulator turbine kontroliše otvaranje usmjeravajućih lopatica vode kako bi se podesio protok u rotor turbine, čime se mijenja dinamički obrtni moment turbine i kontroliše frekvencija turbinske jedinice. Međutim, tokom rada aksijalne rotacijske turbine s lopaticama, regulator ne bi trebao samo podešavati otvaranje usmjeravajućih lopatica, već i podešavati ugao lopatica rotora u skladu s hodom i vrijednošću vodenog pritiska pratilice usmjeravajućih lopatica, tako da usmjeravajući lopatica i lopatice budu povezane. Održava se kooperativni odnos između njih, odnosno koordinacijski odnos, koji može poboljšati efikasnost turbine, smanjiti kavitaciju lopatica i vibracije jedinice te poboljšati stabilnost rada turbine.
Hardver PLC sistema za upravljanje lopaticama turbine uglavnom se sastoji od dva dijela, i to PLC kontrolera i hidrauličkog servo sistema. Prvo, razmotrimo hardversku strukturu PLC kontrolera.
3.1 PLC kontroler
PLC kontroler se uglavnom sastoji od ulazne jedinice, osnovne PLC jedinice i izlazne jedinice. Ulazna jedinica se sastoji od A/D modula i digitalnog ulaznog modula, a izlazna jedinica od D/A modula i digitalnog ulaznog modula. PLC kontroler je opremljen LED digitalnim displejem za praćenje PID parametara sistema u realnom vremenu, položaja pratioca lopatica, položaja pratioca usmjerivača lopatica i vrijednosti vodenog pritiska. Također je obezbijeđen analogni voltmetar za praćenje položaja pratioca lopatica u slučaju kvara mikroračunarskog kontrolera.
3.2 Hidraulički sistem praćenja
Hidraulički servo sistem je važan dio sistema upravljanja lopaticama turbine. Izlazni signal kontrolera se hidraulički pojačava kako bi se kontrolisalo kretanje pratioca lopatica, čime se podešava ugao lopatica radnog kola. Usvojili smo kombinaciju proporcionalnog elektrohidrauličkog sistema upravljanja glavnim tlačnim ventilom i tradicionalnog mašinsko-hidrauličkog sistema upravljanja kako bismo formirali paralelni hidraulički sistem upravljanja elektrohidrauličkim proporcionalnim ventilom i mašinsko-hidrauličkim ventilom kao što je prikazano na slici 2. Hidraulički sistem za praćenje lopatica turbine.
Hidraulički sistem za praćenje lopatica turbine
Kada PLC kontroler, elektrohidraulički proporcionalni ventil i senzor položaja rade normalno, PLC elektrohidraulička proporcionalna metoda upravljanja se koristi za podešavanje sistema lopatica turbine. Vrijednost povratne sprege o položaju i izlazna vrijednost upravljanja se prenose električnim signalima, a PLC kontroler sintetizira te signale. Obrada i donošenje odluka, podešavanje otvaranja glavnog ventila za distribuciju pritiska putem proporcionalnog ventila omogućava kontrolu položaja pratioca lopatica i održavanje kooperativnog odnosa između vodeće lopatice, vodenog stupca i lopatica. Sistem lopatica turbine kojim upravlja elektrohidraulički proporcionalni ventil ima visoku sinergijsku preciznost, jednostavnu strukturu sistema, jaku otpornost na zagađenje uljem i pogodan je za povezivanje sa PLC kontrolerom kako bi se formirao mikroračunarski automatski sistem upravljanja.
Zbog zadržavanja mehanizma mehaničke veze, u režimu elektrohidrauličke proporcionalne kontrole, mehanizam mehaničke veze također radi sinhrono kako bi pratio radno stanje sistema. Ako PLC elektrohidraulični proporcionalni sistem kontrole otkaže, preklopni ventil će odmah reagovati, a mehanizam mehaničke veze može u osnovi pratiti radno stanje elektrohidrauličkog proporcionalnog sistema kontrole. Prilikom prebacivanja, uticaj na sistem je mali, a sistem lopatica može glatko preći u režim mehaničke veze, što u velikoj mjeri garantuje pouzdanost rada sistema.
Prilikom projektovanja hidrauličkog kruga, redizajnirali smo tijelo ventila hidrauličnog regulacionog ventila, uskladili veličinu tijela ventila i čahure ventila, veličinu priključka tijela ventila i glavnog ventila pritiska, te mehaničku veličinu klipnjače između hidrauličnog ventila i glavnog ventila za raspodjelu pritiska. Veličina klipnjače između hidrauličnog ventila i glavnog ventila za raspodjelu pritiska je ista kao i originalna. Tokom instalacije potrebno je zamijeniti samo tijelo ventila hidrauličnog ventila, a nije potrebno mijenjati druge dijelove. Struktura cijelog hidrauličkog kontrolnog sistema je vrlo kompaktna. Na osnovu potpunog zadržavanja mehaničkog sinergijskog mehanizma, dodat je elektrohidraulički proporcionalni kontrolni mehanizam kako bi se olakšalo povezivanje sa PLC kontrolerom radi ostvarivanja digitalne sinergijske kontrole i poboljšanja tačnosti koordinacije sistema lopatica turbine. Proces instalacije i otklanjanja grešaka sistema je vrlo jednostavan, što skraćuje vrijeme zastoja hidraulične turbine, olakšava transformaciju hidrauličkog kontrolnog sistema hidraulične turbine i ima dobru praktičnu vrijednost. Tokom stvarnog rada na licu mjesta, sistem je visoko ocijenjen od strane inženjerskog i tehničkog osoblja elektrane, te se vjeruje da se može popularizirati i primijeniti u hidrauličnom servo sistemu regulatora mnogih hidroelektrana.
3.3 Struktura sistemskog softvera i metoda implementacije
U PLC-kontrolisanom sistemu turbinskih lopatica, metoda digitalne sinergije se koristi za ostvarivanje sinergijskog odnosa između usmjeravajućih lopatica, visine vode i otvora lopatica. U poređenju sa tradicionalnom mehaničkom metodom sinergije, metoda digitalne sinergije ima prednosti jednostavnog podešavanja parametara, praktičnog otklanjanja grešaka i održavanja, te visoke preciznosti povezivanja. Softverska struktura sistema upravljanja lopaticama uglavnom se sastoji od programa funkcije podešavanja sistema, programa algoritma upravljanja i programa za dijagnostiku. U nastavku ćemo razmotriti metode realizacije gore navedena tri dijela programa. Program funkcije podešavanja uglavnom uključuje potprogram sinergije, potprogram pokretanja lopatice, potprogram zaustavljanja lopatice i potprogram rasterećenja lopatice. Kada sistem radi, prvo identifikuje i procjenjuje trenutno radno stanje, zatim pokreće softverski prekidač, izvršava odgovarajuću potprogramu funkcije podešavanja i izračunava vrijednost zadate pozicije pratioca lopatice.
(1) Potprogram asocijacije
Kroz modelno ispitivanje turbinske jedinice, može se dobiti serija izmjerenih tačaka na površini spoja. Tradicionalni mehanički zglobni grebenasti mehanizam se izrađuje na osnovu ovih izmjerenih tačaka, a metoda digitalnog spoja također koristi ove izmjerene tačke za crtanje skupa krivulja spoja. Odabirom poznatih tačaka na krivulji asocijacije kao čvorova i usvajanjem metode segmentne linearne interpolacije binarne funkcije, može se dobiti vrijednost funkcije ne-čvorova na ovoj liniji asocijacije.
(2) Podprogram pokretanja lopatica
Svrha proučavanja zakona pokretanja je skraćivanje vremena pokretanja jedinice, smanjenje opterećenja aksijalnog ležaja i stvaranje uslova priključenja generatorske jedinice na mrežu.
(3) Podprogram za zaustavljanje lopatica
Pravila zatvaranja lopatica su sljedeća: kada kontroler primi komandu za gašenje, lopatice i vodeće lopatice se zatvaraju istovremeno u skladu sa kooperativnim odnosom kako bi se osigurala stabilnost jedinice: kada je otvor vodeće lopatice manji od otvora bez opterećenja, lopatice zaostaju. Kada se vodeća lopatica polako zatvara, kooperativni odnos između lopatice i vodeće lopatice više se ne održava; kada brzina jedinice padne ispod 80% nazivne brzine, lopatica se ponovo otvara do početnog ugla Φ0, spremna za sljedeće pokretanje. Pripremite se.
(4) Podprogram za odbacivanje opterećenja lopatice
Odbacivanje opterećenja znači da se jedinica s opterećenjem naglo isključuje iz električne mreže, što dovodi jedinicu i sistem za preusmjeravanje vode u loše radno stanje, što je direktno povezano sa sigurnošću elektrane i jedinice. Kada se opterećenje ukloni, regulator je ekvivalentan zaštitnom uređaju, koji odmah zatvara usmjeravajuće lopatice i lopatice dok brzina jedinice ne padne na blizu nazivne brzine. Stoga se pri stvarnom rasterećenju lopatice uglavnom otvaraju pod određenim uglom. Ovo otvaranje se postiže testom rasterećenja stvarne elektrane. To može osigurati da kada jedinica rasterećuje, ne samo da je povećanje brzine malo, već je i jedinica relativno stabilna.
4 Zaključak
S obzirom na trenutno tehničko stanje industrije regulatora hidrauličnih turbina u mojoj zemlji, ovaj rad se odnosi na nove informacije u oblasti regulacije brzine hidrauličnih turbina u zemlji i inostranstvu, te primjenjuje tehnologiju programabilnog logičkog kontrolera (PLC) na regulaciju brzine generatora hidraulične turbine. Programski kontroler (PLC) je srž sistema dvostruke regulacije aksijalnog protoka hidraulične turbine sa lopaticama. Praktična primjena pokazuje da shema značajno poboljšava preciznost koordinacije između vodeće lopatice i lopatice za različite uslove vodenog stuba i poboljšava stopu iskorištenja energije vode.
Vrijeme objave: 11. februar 2022.
