1 Introducció
El regulador de la turbina és un dels dos principals equips de regulació per a les unitats hidroelèctriques. No només té la funció de regular la velocitat, sinó que també s'encarrega de la conversió de diverses condicions de treball i del control de la freqüència, la potència, l'angle de fase i altres controls de les unitats de generació hidroelèctrica i protegeix la roda hidràulica. La tasca del grup electrogen. Els reguladors de la turbina han passat per tres etapes de desenvolupament: reguladors hidràulics mecànics, reguladors electrohidràulics i reguladors hidràulics digitals de microordinadors. En els darrers anys, s'han introduït controladors programables en els sistemes de control de velocitat de les turbines, que tenen una forta capacitat antiinterferències i una alta fiabilitat; programació i funcionament senzills i convenients; estructura modular, bona versatilitat, flexibilitat i manteniment convenient; té els avantatges d'una forta funció de control i capacitat de conducció; s'ha verificat pràcticament.
En aquest article, es proposa la investigació sobre el sistema d'ajust dual de la turbina hidràulica PLC, i s'utilitza el controlador programable per aconseguir l'ajust dual de l'àlep guia i la pala, cosa que millora la precisió de coordinació de l'àlep guia i l'àlep per a diferents capçals d'aigua. La pràctica demostra que el sistema de control dual millora la taxa d'utilització de l'energia de l'aigua.
2. Sistema de regulació de turbines
2.1 Sistema de regulació de turbines
La tasca bàsica del sistema de control de velocitat de la turbina és canviar l'obertura dels àleps guia de la turbina en conseqüència a través del regulador quan la càrrega del sistema d'energia canvia i la velocitat de rotació de la unitat es desvia, de manera que la velocitat de rotació de la turbina es mantingui dins del rang especificat, per tal de fer funcionar la unitat generadora. La potència de sortida i la freqüència satisfan els requisits de l'usuari. Les tasques bàsiques de la regulació de la turbina es poden dividir en regulació de velocitat, regulació de potència activa i regulació del nivell de l'aigua.
2.2 El principi de regulació de la turbina
Una unitat hidrogeneradora és una unitat formada connectant una hidroturbina i un generador. La part giratòria del conjunt hidrogenerador és un cos rígid que gira al voltant d'un eix fix, i la seva equació es pot descriure amb la següent equació:
En la fórmula
—— El moment d'inèrcia de la part giratòria de la unitat (Kg m2)
——Velocitat angular de rotació (rad/s)
—— Parell de la turbina (N/m), incloent-hi les pèrdues mecàniques i elèctriques del generador.
—— El parell de resistència del generador, que fa referència al parell d'acció de l'estator del generador sobre el rotor, la seva direcció és oposada a la direcció de rotació i representa la potència activa de sortida del generador, és a dir, la mida de la càrrega.
Quan la càrrega canvia, l'obertura de la pala guia roman inalterada i la velocitat de la unitat encara es pot estabilitzar a un valor determinat. Com que la velocitat es desviarà del valor nominal, no n'hi ha prou amb confiar en la capacitat d'ajust d'autoequilibri per mantenir la velocitat. Per mantenir la velocitat de la unitat al valor nominal original després que la càrrega canviï, es pot veure a la Figura 1 que cal canviar l'obertura de la pala guia en conseqüència. Quan la càrrega disminueix, quan el parell de resistència canvia d'1 a 2, l'obertura de la pala guia es reduirà a 1 i la velocitat de la unitat es mantindrà. Per tant, amb el canvi de càrrega, l'obertura del mecanisme de guia d'aigua es canvia corresponentment, de manera que la velocitat de la unitat hidrogeneradora es manté a un valor predeterminat o canvia segons una llei predeterminada. Aquest procés és l'ajust de velocitat de la unitat hidrogeneradora, o regulació de la turbina.
3. Sistema d'ajust dual de la turbina hidràulica PLC
El regulador de la turbina serveix per controlar l'obertura dels àleps guia d'aigua per ajustar el flux al rodet de la turbina, canviant així el parell dinàmic de la turbina i controlant la freqüència de la unitat de turbina. Tanmateix, durant el funcionament de la turbina de paletes rotatives de flux axial, el regulador no només ha d'ajustar l'obertura dels àleps guia, sinó també l'angle de les àleps del rodet segons el valor de la carrera i la pressió de l'aigua del seguidor de l'àlep guia, de manera que l'àlep guia i l'àlep estiguin connectats. Mantenir una relació de cooperació entre elles, és a dir, una relació de coordinació, que pot millorar l'eficiència de la turbina, reduir la cavitació i la vibració de l'àlep de la unitat i millorar l'estabilitat del funcionament de la turbina.
El maquinari del sistema de pales de turbina de control PLC es compon principalment de dues parts, és a dir, el controlador PLC i el sistema servo hidràulic. Primer, parlem de l'estructura del maquinari del controlador PLC.
3.1 Controlador PLC
El controlador PLC està compost principalment per una unitat d'entrada, una unitat bàsica PLC i una unitat de sortida. La unitat d'entrada està composta per un mòdul A/D i un mòdul d'entrada digital, i la unitat de sortida està composta per un mòdul D/A i un mòdul d'entrada digital. El controlador PLC està equipat amb una pantalla digital LED per a l'observació en temps real dels paràmetres PID del sistema, la posició del seguidor de pales, la posició del seguidor de pales guia i el valor de la pressió a l'aigua. També es proporciona un voltímetre analògic per controlar la posició del seguidor de pales en cas de fallada del controlador del microordinador.
3.2 Sistema de seguiment hidràulic
El sistema servo hidràulic és una part important del sistema de control de les pales de la turbina. El senyal de sortida del controlador s'amplifica hidràulicament per controlar el moviment del seguidor de pales, ajustant així l'angle de les pales del rodet. Hem adoptat la combinació del sistema de control electrohidràulic de tipus vàlvula de pressió principal de control de vàlvula proporcional i el sistema de control màquina-hidràulic tradicional per formar un sistema de control hidràulic paral·lel de vàlvula proporcional electrohidràulica i vàlvula màquina-hidràulica, tal com es mostra a la Figura 2. Sistema de seguiment hidràulic per a pales de turbina.
Sistema de seguiment hidràulic per a pales de turbina
Quan el controlador PLC, la vàlvula proporcional electrohidràulica i el sensor de posició funcionen correctament, s'utilitza el mètode de control proporcional electrohidràulic del PLC per ajustar el sistema de pales de la turbina. El valor de retroalimentació de posició i el valor de sortida de control es transmeten mitjançant senyals elèctrics, i els senyals són sintetitzats pel controlador PLC. , processament i presa de decisions, ajusteu l'obertura de la vàlvula de distribució de pressió principal a través de la vàlvula proporcional per controlar la posició del seguidor de pales i mantenir la relació de cooperació entre la paleta guia, el cap d'aigua i la paleta. El sistema de pales de la turbina controlat per vàlvula proporcional electrohidràulica té una alta precisió sinergica, una estructura de sistema senzilla, una forta resistència a la contaminació per oli i és convenient interactuar amb el controlador PLC per formar un sistema de control automàtic per microordinador.
A causa de la retenció del mecanisme d'enllaç mecànic, en el mode de control proporcional electrohidràulic, el mecanisme d'enllaç mecànic també funciona de manera sincronitzada per fer un seguiment de l'estat de funcionament del sistema. Si el sistema de control proporcional electrohidràulic del PLC falla, la vàlvula de commutació actuarà immediatament i el mecanisme d'enllaç mecànic bàsicament pot fer un seguiment de l'estat de funcionament del sistema de control proporcional electrohidràulic. Quan es commuta, l'impacte del sistema és petit i el sistema de pales pot passar suaument al mode de control d'associació mecànica, cosa que garanteix en gran mesura la fiabilitat del funcionament del sistema.
Quan vam dissenyar el circuit hidràulic, vam redissenyar el cos de la vàlvula de control hidràulic, la mida coincident del cos de la vàlvula i el màniga de la vàlvula, la mida de connexió del cos de la vàlvula i la vàlvula de pressió principal, i la mecànica. La mida de la biela entre la vàlvula hidràulica i la vàlvula de distribució de pressió principal és la mateixa que l'original. Només cal substituir el cos de la vàlvula de la vàlvula hidràulica durant la instal·lació i no cal canviar cap altra peça. L'estructura de tot el sistema de control hidràulic és molt compacta. Sobre la base de retenir completament el mecanisme de sinergia mecànica, s'afegeix un mecanisme de control proporcional electrohidràulic per facilitar la interfície amb el controlador PLC per aconseguir un control de sinergia digital i millorar la precisió de coordinació del sistema de pales de la turbina. ; I el procés d'instal·lació i depuració del sistema és molt fàcil, cosa que escurça el temps d'inactivitat de la unitat de turbina hidràulica, facilita la transformació del sistema de control hidràulic de la turbina hidràulica i té un bon valor pràctic. Durant el funcionament real in situ, el sistema és molt ben valorat pel personal d'enginyeria i tècnic de la central elèctrica, i es creu que es pot popularitzar i aplicar en el sistema de servohidràulic del regulador de moltes centrals hidroelèctriques.
3.3 Estructura i mètode d'implementació del programari del sistema
En el sistema de pales de turbina controlades per PLC, el mètode de sinergia digital s'utilitza per aconseguir la relació de sinergia entre les pales guia, el cap d'aigua i l'obertura de les pales. En comparació amb el mètode tradicional de sinergia mecànica, el mètode de sinergia digital té els avantatges d'un fàcil ajustament de paràmetres, una depuració i un manteniment convenients i una alta precisió d'associació. L'estructura del programari del sistema de control de les pales es compon principalment del programa de funcions d'ajust del sistema, el programa d'algoritme de control i el programa de diagnòstic. A continuació, discutim els mètodes de realització de les tres parts anteriors del programa, respectivament. El programa de funcions d'ajust inclou principalment una subrutina de sinergia, una subrutina d'arrencada de la paleta, una subrutina d'aturada de la paleta i una subrutina de descàrrega de la paleta. Quan el sistema funciona, primer identifica i jutja la condició de funcionament actual, després inicia el canvi de programari, executa la subrutina de funció d'ajust corresponent i calcula el valor de posició donat del seguidor de paleta.
(1) Subrutina d'associació
Mitjançant la prova del model de la unitat de turbina, es pot obtenir un lot de punts mesurats a la superfície de la junta. La lleva de junta mecànica tradicional es fa a partir d'aquests punts mesurats, i el mètode de junta digital també utilitza aquests punts mesurats per dibuixar un conjunt de corbes de junta. Seleccionant els punts coneguts de la corba d'associació com a nodes i adoptant el mètode d'interpolació lineal a trossos de la funció binària, es pot obtenir el valor de la funció dels no-nodes en aquesta línia de l'associació.
(2) Subrutina d'arrencada de les pales
L'objectiu d'estudiar la llei d'arrencada és escurçar el temps d'arrencada de la unitat, reduir la càrrega del coixinet d'empenta i crear condicions de connexió a la xarxa per a la unitat generadora.
(3) Subrutina d'aturada de les pales
Les regles de tancament de les pales són les següents: quan el controlador rep l'ordre d'aturada, les pales i les pales guia es tanquen alhora segons la relació de cooperació per garantir l'estabilitat de la unitat: quan l'obertura de la paleta guia és inferior a l'obertura sense càrrega, les pales s'endarrereixen. Quan la paleta guia es tanca lentament, la relació de cooperació entre la paleta i la paleta guia ja no es manté; quan la velocitat de la unitat baixa per sota del 80% de la velocitat nominal, la paleta es torna a obrir a l'angle inicial Φ0, a punt per a la següent posada en marxa. Preparació.
(4) Subrutina de rebuig de càrrega de fulla
El rebuig de càrrega significa que la unitat amb càrrega es desconnecta sobtadament de la xarxa elèctrica, cosa que fa que la unitat i el sistema de desviació d'aigua es trobin en un mal estat de funcionament, cosa que està directament relacionada amb la seguretat de la central elèctrica i de la unitat. Quan es descarrega la càrrega, el regulador és equivalent a un dispositiu de protecció, que fa que les pales guia i les pales es tanquin immediatament fins que la velocitat de la unitat baixa fins a la vora de la velocitat nominal. Per tant, en la descàrrega real, les pales generalment s'obren a un cert angle. Aquesta obertura s'obté mitjançant la prova de descàrrega de la central elèctrica real. Pot garantir que quan la unitat descarrega càrrega, no només l'augment de velocitat sigui petit, sinó que també la unitat sigui relativament estable.
4 Conclusió
Tenint en compte l'estat tècnic actual de la indústria del regulador de turbines hidràuliques del meu país, aquest article fa referència a la nova informació en el camp del control de velocitat de les turbines hidràuliques tant a nivell nacional com internacional, i aplica la tecnologia del controlador lògic programable (PLC) al control de velocitat del grup electrogen de turbines hidràuliques. El controlador de programació (PLC) és el nucli del sistema de doble regulació de la turbina hidràulica de tipus paleta de flux axial. L'aplicació pràctica demostra que l'esquema millora considerablement la precisió de coordinació entre l'àlep guia i l'àlep per a diferents condicions de capçalera i millora la taxa d'utilització de l'energia hídrica.
Data de publicació: 11 de febrer de 2022
