۱ مقدمه
گاورنر توربین یکی از دو تجهیز اصلی تنظیمکننده برای واحدهای برق آبی است. این تجهیز نه تنها نقش تنظیم سرعت را ایفا میکند، بلکه تبدیل شرایط کاری مختلف و کنترل فرکانس، توان، زاویه فاز و سایر موارد واحدهای تولید برق آبی را نیز بر عهده دارد و از چرخ آبی محافظت میکند. وظیفه مجموعه ژنراتور. گاورنرهای توربین سه مرحله توسعه را طی کردهاند: گاورنرهای هیدرولیک مکانیکی، گاورنرهای الکتروهیدرولیکی و گاورنرهای هیدرولیک دیجیتال میکروکامپیوتری. در سالهای اخیر، کنترلکنندههای قابل برنامهریزی به سیستمهای کنترل سرعت توربین معرفی شدهاند که توانایی ضد تداخل قوی و قابلیت اطمینان بالا دارند؛ برنامهنویسی و عملکرد ساده و راحت؛ ساختار مدولار، تطبیقپذیری خوب، انعطافپذیری و نگهداری راحت؛ این گاورنر مزایای عملکرد کنترل قوی و توانایی رانندگی را دارد؛ عملاً تأیید شده است.
در این مقاله، تحقیقی در مورد سیستم تنظیم دوگانه توربین هیدرولیکی PLC ارائه شده است و از کنترلکننده قابل برنامهریزی برای تحقق تنظیم دوگانه پره راهنما و پارو استفاده میشود که دقت هماهنگی پره راهنما و پره را برای هدهای مختلف آب بهبود میبخشد. تمرین نشان میدهد که سیستم کنترل دوگانه میزان استفاده از انرژی آب را بهبود میبخشد.
۲. سیستم تنظیم توربین
۲.۱ سیستم تنظیم توربین
وظیفه اصلی سیستم کنترل سرعت توربین، تغییر میزان باز شدن پرههای راهنمای توربین از طریق گاورنر در هنگام تغییر بار سیستم قدرت و انحراف سرعت چرخش واحد است، به طوری که سرعت چرخش توربین در محدوده مشخص شده نگه داشته شود تا واحد ژنراتور به کار خود ادامه دهد. توان و فرکانس خروجی مطابق با نیازهای کاربر باشد. وظایف اصلی تنظیم توربین را میتوان به تنظیم سرعت، تنظیم توان اکتیو و تنظیم سطح آب تقسیم کرد.
۲.۲ اصل تنظیم توربین
یک واحد هیدروژنراتور واحدی است که از اتصال یک توربین آبی و یک ژنراتور تشکیل شده است. قسمت چرخان مجموعه هیدروژنراتور یک جسم صلب است که حول یک محور ثابت میچرخد و معادله آن را میتوان با معادله زیر توصیف کرد:
در فرمول
—— گشتاور اینرسی قسمت چرخان دستگاه (کیلوگرم بر متر مربع)
——سرعت زاویهای چرخش (رادیاتور بر ثانیه)
——گشتاور توربین (نیوتن بر متر)، شامل تلفات مکانیکی و الکتریکی ژنراتور.
گشتاور مقاومت ژنراتور، که به گشتاور اعمالی استاتور ژنراتور بر روتور اشاره دارد، جهت آن خلاف جهت چرخش است و نشان دهنده توان اکتیو خروجی ژنراتور، یعنی اندازه بار، است.
وقتی بار تغییر میکند، دهانه پره راهنما بدون تغییر باقی میماند و سرعت واحد همچنان میتواند در مقدار مشخصی تثبیت شود. از آنجا که سرعت از مقدار نامی منحرف میشود، تکیه بر توانایی تنظیم خودمتعادل برای حفظ سرعت کافی نیست. برای حفظ سرعت واحد در مقدار نامی اولیه پس از تغییر بار، از شکل 1 میتوان دریافت که لازم است دهانه پره راهنما به طور متناسب تغییر کند. هنگامی که بار کاهش مییابد، هنگامی که گشتاور مقاومتی از 1 به 2 تغییر میکند، دهانه پره راهنما به 1 کاهش مییابد و سرعت واحد حفظ میشود. بنابراین، با تغییر بار، دهانه مکانیزم هدایت آب نیز به طور متناسب تغییر میکند، به طوری که سرعت واحد ژنراتور آبی در مقدار از پیش تعیین شده حفظ میشود یا طبق یک قانون از پیش تعیین شده تغییر میکند. این فرآیند تنظیم سرعت واحد ژنراتور آبی یا تنظیم توربین است.
3. سیستم تنظیم دوگانه توربین هیدرولیک PLC
گاورنر توربین وظیفه کنترل میزان باز شدن پرههای هدایتکننده آب را برای تنظیم جریان ورودی به رانر توربین بر عهده دارد، که در نتیجه گشتاور دینامیکی توربین را تغییر داده و فرکانس واحد توربین را کنترل میکند. با این حال، در حین کار توربین پرهدار دوار جریان محوری، گاورنر نه تنها باید میزان باز شدن پرههای هدایتکننده را تنظیم کند، بلکه زاویه پرههای هدایتکننده را نیز مطابق با مقدار ضربه و هد آب دنبالکننده پره هدایتکننده تنظیم کند، به طوری که پره هدایتکننده و پره به هم متصل باشند. بین آنها یک رابطه همکاری، یعنی یک رابطه هماهنگی، حفظ کنید که میتواند راندمان توربین را بهبود بخشد، کاویتاسیون پره و ارتعاش واحد را کاهش دهد و پایداری عملکرد توربین را افزایش دهد.
سختافزار سیستم پرههای توربین کنترل PLC عمدتاً از دو بخش تشکیل شده است، یعنی کنترلر PLC و سیستم سروو هیدرولیک. ابتدا، بیایید در مورد ساختار سختافزاری کنترلر PLC بحث کنیم.
۳.۱ کنترلکننده PLC
کنترلکننده PLC عمدتاً از واحد ورودی، واحد پایه PLC و واحد خروجی تشکیل شده است. واحد ورودی از ماژول A/D و ماژول ورودی دیجیتال و واحد خروجی از ماژول D/A و ماژول ورودی دیجیتال تشکیل شده است. کنترلکننده PLC مجهز به نمایشگر دیجیتال LED برای مشاهده پارامترهای PID سیستم، موقعیت دنبالکننده پره، موقعیت دنبالکننده پره راهنما و مقدار هد آب به صورت بلادرنگ است. یک ولتمتر آنالوگ نیز برای نظارت بر موقعیت دنبالکننده پره در صورت خرابی کنترلکننده میکروکامپیوتر ارائه شده است.
۳.۲ سیستم پیگیری هیدرولیکی
سیستم سروو هیدرولیک بخش مهمی از سیستم کنترل پرههای توربین است. سیگنال خروجی کنترلکننده به صورت هیدرولیکی تقویت میشود تا حرکت دنبالکننده پره را کنترل کند و در نتیجه زاویه پرههای رانر را تنظیم کند. ما ترکیبی از سیستم کنترل الکتروهیدرولیک نوع شیر فشار اصلی کنترل تناسبی و سیستم کنترل ماشین-هیدرولیک سنتی را برای تشکیل یک سیستم کنترل هیدرولیک موازی از شیر تناسبی الکتروهیدرولیک و شیر ماشین-هیدرولیک، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اتخاذ کردیم. سیستم پیگیری هیدرولیک برای پرههای توربین.
سیستم پیگیری هیدرولیکی برای پرههای توربین
وقتی کنترلکننده PLC، شیر تناسبی الکتروهیدرولیکی و حسگر موقعیت همگی سالم باشند، از روش کنترل تناسبی الکتروهیدرولیکی PLC برای تنظیم سیستم پره توربین استفاده میشود، مقدار بازخورد موقعیت و مقدار خروجی کنترل توسط سیگنالهای الکتریکی منتقل میشوند و سیگنالها توسط کنترلکننده PLC سنتز میشوند. پردازش و تصمیمگیری، باز شدن دریچه شیر توزیع فشار اصلی را از طریق شیر تناسبی تنظیم میکند تا موقعیت دنبالکننده پره را کنترل کند و رابطه همکاری بین پره راهنما، هد آب و پره را حفظ کند. سیستم پره توربین که توسط شیر تناسبی الکتروهیدرولیکی کنترل میشود، دقت همافزایی بالا، ساختار سیستم ساده، مقاومت قوی در برابر آلودگی روغن دارد و برای تشکیل یک سیستم کنترل خودکار میکروکامپیوتری، به راحتی با کنترلکننده PLC ارتباط برقرار میکند.
با توجه به حفظ مکانیزم اتصال مکانیکی، در حالت کنترل تناسبی الکتروهیدرولیکی، مکانیزم اتصال مکانیکی نیز به صورت همزمان برای ردیابی وضعیت عملکرد سیستم کار میکند. اگر سیستم کنترل تناسبی الکتروهیدرولیکی PLC از کار بیفتد، شیر سوئیچینگ بلافاصله عمل میکند و مکانیزم اتصال مکانیکی اساساً میتواند وضعیت عملکرد سیستم کنترل تناسبی الکتروهیدرولیکی را ردیابی کند. هنگام سوئیچینگ، ضربه سیستم کم است و سیستم پره میتواند به راحتی به حالت کنترل اتصال مکانیکی منتقل شود که قابلیت اطمینان عملکرد سیستم را تا حد زیادی تضمین میکند.
هنگام طراحی مدار هیدرولیک، بدنه شیر کنترل هیدرولیک، اندازه تطبیق بدنه شیر و غلاف شیر، اندازه اتصال بدنه شیر و شیر فشار اصلی و اندازه مکانیکی میله اتصال بین شیر هیدرولیک و شیر توزیع فشار اصلی مانند نمونه اصلی است. فقط بدنه شیر شیر هیدرولیک در حین نصب نیاز به تعویض دارد و هیچ قطعه دیگری نیازی به تغییر ندارد. ساختار کل سیستم کنترل هیدرولیک بسیار جمع و جور است. بر اساس حفظ کامل مکانیسم سینرژی مکانیکی، یک مکانیسم کنترل متناسب الکتروهیدرولیکی برای تسهیل رابط با کنترل کننده PLC اضافه شده است تا کنترل سینرژی دیجیتال محقق شود و دقت هماهنگی سیستم پره توربین بهبود یابد. و فرآیند نصب و اشکال زدایی سیستم بسیار آسان است که باعث کاهش زمان از کار افتادگی واحد توربین هیدرولیک، تسهیل در تبدیل سیستم کنترل هیدرولیک توربین هیدرولیک و ارزش عملی خوبی میشود. در طول عملیات واقعی در محل، این سیستم توسط پرسنل مهندسی و فنی نیروگاه بسیار ارزیابی میشود و اعتقاد بر این است که میتوان آن را در سیستم سروو هیدرولیک گاورنر بسیاری از نیروگاههای برق آبی رواج داد و به کار برد.
۳.۳ ساختار نرمافزار سیستم و روش پیادهسازی
در سیستم پرههای توربین کنترلشده با PLC، از روش سینرژی دیجیتال برای تحقق رابطه سینرژی بین پرههای راهنما، هد آب و دهانه پره استفاده میشود. در مقایسه با روش سینرژی مکانیکی سنتی، روش سینرژی دیجیتال مزایای اصلاح آسان پارامترها، اشکالزدایی و نگهداری راحت و دقت بالای ارتباط را دارد. ساختار نرمافزاری سیستم کنترل پره عمدتاً از برنامه تابع تنظیم سیستم، برنامه الگوریتم کنترل و برنامه تشخیص تشکیل شده است. در زیر به ترتیب روشهای تحقق سه بخش فوق از برنامه را مورد بحث قرار میدهیم. برنامه تابع تنظیم عمدتاً شامل یک زیرروال سینرژی، یک زیرروال شروع پره، یک زیرروال توقف پره و یک زیرروال حذف بار پره است. هنگامی که سیستم در حال کار است، ابتدا شرایط عملیاتی فعلی را شناسایی و ارزیابی میکند، سپس سوئیچ نرمافزاری را شروع میکند، زیرروال تابع تنظیم مربوطه را اجرا میکند و موقعیت مقدار داده شده دنبالکننده پره را محاسبه میکند.
(1) زیرروال انجمنی
از طریق تست مدل واحد توربین، میتوان دستهای از نقاط اندازهگیری شده روی سطح اتصال را بدست آورد. بادامک اتصال مکانیکی سنتی بر اساس این نقاط اندازهگیری شده ساخته میشود و روش اتصال دیجیتال نیز از این نقاط اندازهگیری شده برای ترسیم مجموعهای از منحنیهای اتصال استفاده میکند. با انتخاب نقاط معلوم روی منحنی ارتباط به عنوان گره و اتخاذ روش درونیابی خطی قطعهای تابع دودویی، میتوان مقدار تابع غیر گرهها روی این خط ارتباط را بدست آورد.
(2) زیرروال راهاندازی پره
هدف از مطالعه قانون راه اندازی، کوتاه کردن زمان راه اندازی واحد، کاهش بار یاتاقان تراست و ایجاد شرایط اتصال به شبکه برای واحد ژنراتور است.
(3) زیرروال توقف پره
قوانین بسته شدن پرهها به شرح زیر است: هنگامی که کنترلکننده دستور خاموش شدن را دریافت میکند، پرهها و پرههای راهنما همزمان طبق رابطه همکاری بسته میشوند تا پایداری واحد تضمین شود: هنگامی که دهانه پره راهنما کمتر از دهانه بدون بار باشد، پرهها عقب میمانند. هنگامی که پره راهنما به آرامی بسته میشود، رابطه همکاری بین پره و پره راهنما دیگر حفظ نمیشود. هنگامی که سرعت واحد به زیر ۸۰٪ سرعت نامی کاهش مییابد، پره دوباره با زاویه شروع Φ0 باز میشود و برای راهاندازی بعدی آماده میشود.
(4) زیرروال رد بار تیغه
رد بار به این معنی است که واحد دارای بار به طور ناگهانی از شبکه برق جدا میشود و واحد و سیستم انحراف آب را در وضعیت عملیاتی بدی قرار میدهد که مستقیماً با ایمنی نیروگاه و واحد مرتبط است. هنگامی که بار قطع میشود، گاورنر معادل یک وسیله حفاظتی است که باعث میشود پرههای راهنما و پرهها بلافاصله بسته شوند تا سرعت واحد به نزدیکی سرعت نامی برسد. پایداری. بنابراین، در قطع بار واقعی، پرهها معمولاً تا زاویه خاصی باز میشوند. این باز شدن از طریق آزمایش قطع بار نیروگاه واقعی به دست میآید. این میتواند تضمین کند که وقتی واحد در حال قطع بار است، نه تنها افزایش سرعت کم است، بلکه واحد نیز نسبتاً پایدار است.
۴ نتیجهگیری
با توجه به وضعیت فنی فعلی صنعت گاورنر توربین هیدرولیک کشورم، این مقاله به اطلاعات جدید در زمینه کنترل سرعت توربین هیدرولیک در داخل و خارج از کشور اشاره میکند و فناوری کنترلکننده منطقی قابل برنامهریزی (PLC) را برای کنترل سرعت مجموعه ژنراتور توربین هیدرولیک به کار میبرد. کنترلکننده برنامه (PLC) هسته سیستم تنظیم دوگانه توربین هیدرولیک از نوع پارویی جریان محوری است. کاربرد عملی نشان میدهد که این طرح دقت هماهنگی بین پره راهنما و پره را برای شرایط مختلف هد آب تا حد زیادی بهبود میبخشد و میزان استفاده از انرژی آب را بهبود میبخشد.
زمان ارسال: ۱۱ فوریه ۲۰۲۲
