1 Introducción
El regulador de turbina es uno de los dos principales equipos de regulación de las unidades hidroeléctricas. No solo regula la velocidad, sino que también controla diversas condiciones de trabajo, como la frecuencia, la potencia, el ángulo de fase y otros aspectos de las unidades generadoras hidroeléctricas, además de proteger la rueda hidráulica. La función del grupo electrógeno. Los reguladores de turbina han pasado por tres etapas de desarrollo: reguladores hidráulicos mecánicos, reguladores electrohidráulicos y reguladores hidráulicos digitales microcomputarizados. En los últimos años, se han introducido controladores programables en los sistemas de control de velocidad de turbinas, que ofrecen una alta capacidad antiinterferencias y fiabilidad; una programación y operación sencillas y cómodas; una estructura modular, gran versatilidad, flexibilidad y un mantenimiento sencillo. Sus ventajas incluyen una sólida función de control y una gran capacidad de accionamiento; su eficacia ha sido comprobada en la práctica.
En este artículo, se propone la investigación sobre el sistema de ajuste dual de turbinas hidráulicas con PLC. El controlador programable se utiliza para lograr el ajuste dual del álabe guía y la paleta, lo que mejora la precisión de coordinación entre ambos para diferentes alturas de agua. La práctica demuestra que el sistema de control dual mejora la tasa de utilización de la energía hidráulica.
2. Sistema de regulación de la turbina
2.1 Sistema de regulación de la turbina
La función básica del sistema de control de velocidad de la turbina es ajustar la apertura de los álabes guía de la turbina mediante el regulador cuando la carga del sistema de potencia cambia y la velocidad de rotación de la unidad se desvía, de modo que la velocidad de rotación de la turbina se mantenga dentro del rango especificado y permita el funcionamiento del generador. La potencia y la frecuencia de salida satisfacen las necesidades del usuario. Las funciones básicas de la regulación de la turbina se dividen en regulación de velocidad, regulación de potencia activa y regulación del nivel de agua.
2.2 El principio de regulación de la turbina
Una unidad hidrogeneradora es una unidad formada por la conexión de una turbina hidroeléctrica y un generador. La parte giratoria del grupo hidrogenerador es un cuerpo rígido que gira alrededor de un eje fijo, y su ecuación se puede describir mediante la siguiente ecuación:
En la fórmula
——El momento de inercia de la parte giratoria de la unidad (Kg m2)
——Velocidad angular de rotación (rad/s)
——Par de la turbina (N/m), incluidas las pérdidas mecánicas y eléctricas del generador.
——Par de resistencia del generador, que se refiere al par que actúa el estator del generador sobre el rotor, su dirección es opuesta a la dirección de rotación y representa la potencia de salida activa del generador, es decir, el tamaño de la carga.
Cuando cambia la carga, la apertura del álabe guía permanece invariable y la velocidad de la unidad se puede estabilizar en un valor determinado. Dado que la velocidad se desvía del valor nominal, no basta con confiar en la capacidad de ajuste de autoequilibrio para mantenerla. Para mantener la velocidad de la unidad en el valor nominal original después de cambiar la carga, como se puede ver en la Figura 1, es necesario ajustar la apertura del álabe guía según corresponda. Cuando la carga disminuye, cuando el par de resistencia cambia de 1 a 2, la apertura del álabe guía se reduce a 1 y la velocidad de la unidad se mantiene. Por lo tanto, con el cambio de carga, la apertura del mecanismo de guía de agua cambia en consecuencia, de modo que la velocidad de la unidad hidrogeneradora se mantiene en un valor predeterminado o cambia según una ley predeterminada. Este proceso se conoce como ajuste de velocidad de la unidad hidrogeneradora o regulación de la turbina.
3. Sistema de ajuste dual de turbina hidráulica PLC
El regulador de turbina controla la apertura de los álabes guía para ajustar el flujo hacia el rodete, modificando así el par dinámico y controlando la frecuencia de la unidad. Sin embargo, durante el funcionamiento de la turbina de paletas rotativas de flujo axial, el regulador no solo ajusta la apertura de los álabes guía, sino también el ángulo de los álabes del rodete en función de la carrera y la altura de agua del seguidor, de modo que ambos estén conectados. Mantener una relación de cooperación, es decir, una relación de coordinación, puede mejorar la eficiencia de la turbina, reducir la cavitación y la vibración de los álabes y mejorar la estabilidad de la turbina.
El hardware del sistema de álabes de turbina controlados por PLC se compone principalmente de dos partes: el controlador PLC y el servosistema hidráulico. Primero, analicemos la estructura del hardware del controlador PLC.
3.1 Controlador PLC
El controlador PLC se compone principalmente de una unidad de entrada, una unidad básica de PLC y una unidad de salida. La unidad de entrada está compuesta por un módulo A/D y un módulo de entrada digital, mientras que la unidad de salida está compuesta por un módulo D/A y un módulo de entrada digital. El controlador PLC cuenta con una pantalla digital LED para la observación en tiempo real de los parámetros PID del sistema, la posición del seguidor de álabes, la posición del seguidor de álabes guía y el valor de la carga hidráulica. También incluye un voltímetro analógico para monitorizar la posición del seguidor de álabes en caso de fallo del controlador microcomputador.
3.2 Sistema de seguimiento hidráulico
El servosistema hidráulico es una parte importante del sistema de control de los álabes de la turbina. La señal de salida del controlador se amplifica hidráulicamente para controlar el movimiento del seguidor de álabes, ajustando así el ángulo de los álabes del rodete. Se adoptó la combinación de un sistema de control electrohidráulico con válvula de presión principal y un sistema de control hidráulico-mecánico tradicional para formar un sistema de control hidráulico paralelo, compuesto por una válvula proporcional electrohidráulica y una válvula hidráulica-mecánica, como se muestra en la Figura 2. Sistema de seguimiento hidráulico para álabes de turbina.
Sistema de seguimiento hidráulico de álabes de turbina
Cuando el controlador PLC, la válvula proporcional electrohidráulica y el sensor de posición funcionan correctamente, el sistema de álabes de turbina se ajusta mediante el método de control proporcional electrohidráulico PLC. El valor de retroalimentación de posición y el valor de salida de control se transmiten mediante señales eléctricas, que son sintetizadas por el controlador PLC. , procesamiento y toma de decisiones, ajusta la apertura de la válvula de distribución de presión principal a través de la válvula proporcional para controlar la posición del seguidor de álabes y mantener la relación de cooperación entre el álabe guía, la carga hidráulica y el álabe. El sistema de álabes de turbina controlado por la válvula proporcional electrohidráulica presenta alta precisión de sinergia, una estructura de sistema simple, alta resistencia a la contaminación por aceite y es fácil de interconectar con el controlador PLC para formar un sistema de control automático por microcomputadora.
Gracias a la retención del mecanismo de enlace mecánico, en el modo de control proporcional electrohidráulico, este también funciona sincronizadamente para monitorear el estado operativo del sistema. Si falla el sistema de control proporcional electrohidráulico PLC, la válvula de conmutación actuará de inmediato, y el mecanismo de enlace mecánico puede monitorear el estado de funcionamiento del sistema de control proporcional electrohidráulico. Durante la conmutación, el impacto en el sistema es mínimo y el sistema de álabes puede pasar sin problemas al modo de control de asociación mecánica, lo que garantiza en gran medida la confiabilidad del sistema.
Cuando diseñamos el circuito hidráulico, rediseñamos el cuerpo de la válvula de control hidráulico, el tamaño correspondiente del cuerpo de la válvula y el manguito de la válvula, el tamaño de la conexión del cuerpo de la válvula y la válvula de presión principal, y el tamaño mecánico de la biela entre la válvula hidráulica y la válvula de distribución de presión principal es el mismo que el original. Solo es necesario reemplazar el cuerpo de la válvula hidráulica durante la instalación, y no es necesario cambiar otras piezas. La estructura de todo el sistema de control hidráulico es muy compacta. Sobre la base de conservar completamente el mecanismo de sinergia mecánico, se agrega un mecanismo de control proporcional electrohidráulico para facilitar la interfaz con el controlador PLC para realizar el control de sinergia digital y mejorar la precisión de coordinación del sistema de álabes de la turbina. ; Y el proceso de instalación y depuración del sistema es muy fácil, lo que acorta el tiempo de inactividad de la unidad de turbina hidráulica, facilita la transformación del sistema de control hidráulico de la turbina hidráulica y tiene un buen valor práctico. Durante la operación real en el sitio, el sistema es altamente valorado por el personal técnico y de ingeniería de la central eléctrica, y se cree que puede popularizarse y aplicarse en el sistema servo hidráulico del regulador de muchas centrales hidroeléctricas.
3.3 Estructura del software del sistema y método de implementación
En el sistema de álabes de turbina controlado por PLC, se utiliza el método de sinergia digital para lograr la relación sinérgica entre los álabes guía, la carga hidráulica y la apertura de los álabes. Comparado con el método de sinergia mecánica tradicional, el método de sinergia digital ofrece las ventajas de un ajuste sencillo de parámetros, una depuración y un mantenimiento sencillos, y una alta precisión de asociación. La estructura de software del sistema de control de álabes se compone principalmente del programa de ajuste del sistema, el programa de algoritmo de control y el programa de diagnóstico. A continuación, se describen los métodos de implementación de las tres partes del programa mencionadas, respectivamente. El programa de ajuste incluye principalmente una subrutina de sinergia, una subrutina de arranque del álabes, una subrutina de parada del álabes y una subrutina de deslastre de carga del álabes. Cuando el sistema está en funcionamiento, primero identifica y evalúa la condición de operación actual, luego inicia el interruptor de software, ejecuta la subrutina de ajuste correspondiente y calcula el valor dado de la posición del seguidor del álabes.
(1) Subrutina de asociación
Mediante la prueba del modelo de la unidad de turbina, se puede obtener un conjunto de puntos medidos en la superficie de la junta. La leva de junta mecánica tradicional se construye a partir de estos puntos medidos, y el método de junta digital también los utiliza para dibujar un conjunto de curvas de junta. Seleccionando los puntos conocidos en la curva de asociación como nodos y adoptando el método de interpolación lineal por partes de la función binaria, se puede obtener el valor de la función de los no nodos en esta línea de la asociación.
(2) Subrutina de arranque de paletas
El propósito de estudiar la ley de arranque es acortar el tiempo de arranque de la unidad, reducir la carga del cojinete de empuje y crear condiciones de conexión a la red para la unidad generadora.
(3) Subrutina de parada de paletas
Las reglas de cierre de los álabes son las siguientes: cuando el controlador recibe el comando de apagado, los álabes y los álabes guía se cierran al mismo tiempo de acuerdo con la relación de cooperación para garantizar la estabilidad de la unidad: cuando la apertura del álabes guía es menor que la apertura sin carga, los álabes se retrasan. Cuando el álabes guía se cierra lentamente, la relación de cooperación entre el álabes y el álabes guía ya no se mantiene; cuando la velocidad de la unidad cae por debajo del 80% de la velocidad nominal, el álabes se vuelve a abrir al ángulo inicial Φ0, listo para la próxima puesta en marcha. Preparar.
(4) Subrutina de rechazo de carga de la cuchilla
El rechazo de carga significa que la unidad con carga se desconecta repentinamente de la red eléctrica, lo que provoca un mal funcionamiento de la unidad y del sistema de derivación de agua, lo cual está directamente relacionado con la seguridad de la central eléctrica y de la unidad. Cuando se produce el desprendimiento de carga, el regulador actúa como un dispositivo de protección que cierra inmediatamente los álabes guía y los álabes hasta que la velocidad de la unidad se acerca a la velocidad nominal. Por lo tanto, durante el desprendimiento de carga real, los álabes generalmente se abren hasta cierto ángulo. Esta apertura se obtiene mediante la prueba de desprendimiento de carga en la central eléctrica. Esto garantiza que, durante el desprendimiento de carga, no solo el aumento de velocidad sea pequeño, sino que también la unidad se mantenga relativamente estable.
4 Conclusión
En vista del estado técnico actual de la industria de reguladores de velocidad de turbinas hidráulicas en mi país, este artículo aborda los nuevos conocimientos en el campo del control de velocidad de turbinas hidráulicas, tanto a nivel nacional como internacional, y aplica la tecnología de controlador lógico programable (PLC) al control de velocidad de grupos electrógenos de turbina hidráulica. El controlador programable (PLC) es el núcleo del sistema de doble regulación de turbinas hidráulicas de paletas de flujo axial. La aplicación práctica demuestra que este esquema mejora considerablemente la precisión de coordinación entre el álabe guía y el álabe para diferentes condiciones de carga hidráulica, y optimiza el aprovechamiento de la energía hidráulica.
Hora de publicación: 11 de febrero de 2022
