1 Johdanto
Turbiinin nopeudensäädin on yksi kahdesta vesivoimalaitosten tärkeimmästä säätölaitteesta. Se ei ainoastaan säädä nopeutta, vaan myös suorittaa erilaisia käyttöolosuhteiden muunnoksia ja säätää vesivoimalaitosten taajuutta, tehoa, vaihekulmaa ja muita säätöjä sekä suojaa vesipyörää. Generaattoriyksikön tehtävänä on... Turbiinin nopeudensäätimet ovat käyneet läpi kolme kehitysvaihetta: mekaaniset hydrauliset säätimet, sähköhydrauliset säätimet ja mikrotietokonepohjaiset digitaaliset hydrauliset säätimet. Viime vuosina turbiinin nopeudensäätöjärjestelmiin on otettu käyttöön ohjelmoitavia ohjaimia, joilla on vahva häiriönsietokyky ja korkea luotettavuus; yksinkertainen ja kätevä ohjelmointi ja käyttö; modulaarinen rakenne, hyvä monipuolisuus, joustavuus ja kätevä huolto; sillä on vahvan ohjaustoiminnon ja käyttökyvyn edut; se on käytännössä testattu.
Tässä artikkelissa esitetään tutkimus PLC:n hydraulisen turbiinin kaksoissäätöjärjestelmästä, ja ohjelmoitavaa ohjainta käytetään ohjaussiiven ja melan kaksoissäädön toteuttamiseen, mikä parantaa ohjaussiiven ja melan koordinaatiotarkkuutta eri vesipatseilla. Käytäntö osoittaa, että kaksoissäätöjärjestelmä parantaa vesienergian käyttöastetta.
2. Turbiinin säätöjärjestelmä
2.1 Turbiinin säätöjärjestelmä
Turbiinin nopeudensäätöjärjestelmän perustehtävänä on muuttaa turbiinin ohjaussiipien avautumista nopeudensäätimen avulla, kun sähköjärjestelmän kuormitus muuttuu ja yksikön pyörimisnopeus poikkeaa, jotta turbiinin pyörimisnopeus pysyy määritellyllä alueella ja generaattoriyksikkö toimii. Lähtöteho ja taajuus vastaavat käyttäjän vaatimuksia. Turbiinin säädön perustehtävät voidaan jakaa nopeuden säätöön, pätötehon säätöön ja vedenpinnan säätöön.
2.2 Turbiinin säädön periaate
Vesivoimalaitosyksikkö on vesivoimaturbiinin ja generaattorin yhdistämisestä muodostettu yksikkö. Vesivoimalaitoksen pyörivä osa on jäykkä kappale, joka pyörii kiinteän akselin ympäri, ja sen yhtälö voidaan kuvata seuraavalla yhtälöllä:
Kaavassa
——Yksikön pyörivän osan hitausmomentti (kg m2)
——Pyörimiskulmanopeus (rad/s)
——Turbiinin vääntömomentti (N/m), mukaan lukien generaattorin mekaaniset ja sähköiset häviöt.
——Generaattorin vastusmomentti, joka viittaa generaattorin staattorin roottoriin kohdistamaan vääntömomenttiin, sen suunta on vastakkainen pyörimissuuntaan nähden ja edustaa generaattorin aktiivista tehoa eli kuorman kokoa.
Kun kuormitus muuttuu, ohjaussiiven aukko pysyy muuttumattomana ja yksikön nopeus voidaan silti vakauttaa tiettyyn arvoon. Koska nopeus poikkeaa nimellisarvosta, ei riitä, että luotetaan itsetasapainottuvaan säätökykyyn nopeuden ylläpitämiseksi. Jotta yksikön nopeus pysyisi alkuperäisessä nimellisarvossa kuormituksen muuttuessa, kuvasta 1 voidaan nähdä, että ohjaussiiven aukkoa on muutettava vastaavasti. Kun kuormitus pienenee ja vastusmomentti muuttuu 1:stä 2:een, ohjaussiiven aukko pienenee 1:een ja yksikön nopeus säilyy. Näin ollen kuormituksen muuttuessa vedenohjausmekanismin aukko muuttuu vastaavasti, jolloin vesigeneraattoriyksikön nopeus pysyy ennalta määrätyssä arvossa tai muuttuu ennalta määrätyn lain mukaisesti. Tätä prosessia kutsutaan vesigeneraattoriyksikön nopeuden säätöksi eli turbiinin säätöksi.
3. PLC:n hydraulinen turbiinin kaksoissäätöjärjestelmä
Turbiinin säätimen tehtävänä on ohjata vedenohjaussiipien avautumista ja siten säätää virtausta turbiinin juoksupyörään, mikä muuttaa turbiinin dynaamista vääntömomenttia ja säätää turbiiniyksikön taajuutta. Aksiaalivirtausmoottoriturbiinin käytön aikana säätimen tulisi kuitenkin paitsi säätää ohjaussiipien avautumista myös juoksupyörän lapojen kulmaa ohjaussiipien seuraajan iskun ja vesipään arvon mukaan siten, että ohjaussiipi ja siipi ovat yhteydessä toisiinsa. Niiden välisen yhteistyösuhteen eli koordinaatiosuhteen ylläpitäminen voi parantaa turbiinin hyötysuhdetta, vähentää yksikön lapojen kavitaatiota ja tärinää sekä parantaa turbiinin toiminnan vakautta.
PLC-ohjausturbiinisiipijärjestelmän laitteisto koostuu pääasiassa kahdesta osasta: PLC-ohjaimesta ja hydraulisesta servojärjestelmästä. Ensin tarkastellaan PLC-ohjaimen laitteistorakennetta.
3.1 PLC-ohjain
PLC-ohjain koostuu pääasiassa tuloyksiköstä, PLC-perusyksiköstä ja lähtöyksiköstä. Tuloyksikkö koostuu A/D-moduulista ja digitaalisesta tulomoduulista, ja lähtöyksikkö koostuu D/A-moduulista ja digitaalisesta tulomoduulista. PLC-ohjain on varustettu LED-digitaalinäytöllä järjestelmän PID-parametrien, siivenseuraimen asennon, ohjaussiivenseuraimen asennon ja vesipään arvon reaaliaikaiseen tarkkailuun. Mukana on myös analoginen volttimittari siivenseuraimen asennon valvomiseksi mikrotietokoneen ohjaimen vikaantumisen varalta.
3.2 Hydraulinen seurantajärjestelmä
Hydraulinen servojärjestelmä on tärkeä osa turbiinin siiven ohjausjärjestelmää. Ohjaimen lähtösignaali vahvistetaan hydraulisesti siivenseuraimen liikkeen ohjaamiseksi, mikä säätää juoksupyörän lapojen kulmaa. Käytimme yhdistelmää suhteellisuusventtiilin ohjauspääventtiilityyppistä sähköhydraulista ohjausjärjestelmää ja perinteistä konehydraulista ohjausjärjestelmää muodostaaksemme rinnakkaisen hydraulisen ohjausjärjestelmän, joka koostuu sähköhydraulisesta suhteellisuusventtiilistä ja konehydraulisesta venttiilistä, kuten kuvassa 2 on esitetty. Hydraulinen seurantajärjestelmä turbiinin lapoille.
Hydraulinen seurantajärjestelmä turbiinin lapoille
Kun PLC-ohjain, sähköhydraulinen proportionaaliventtiili ja asentoanturi ovat kaikki normaaleja, PLC:n sähköhydraulista proportionaaliohjausmenetelmää käytetään turbiinisiipijärjestelmän säätämiseen. Asennon takaisinkytkentäarvo ja ohjauslähtöarvo lähetetään sähköisinä signaaleina, ja PLC-ohjain syntetisoi signaalit. , käsittely ja päätöksenteko, pääpaineenjakoventtiilin venttiiliaukon säätäminen proportionaaliventtiilin kautta siiven seuraajan asennon ohjaamiseksi ja ohjaussiiven, vesipään ja siiven välisen yhteistyösuhteen ylläpitämiseksi. Sähköhydraulisen proportionaaliventtiilin ohjaamalla turbiinisiipijärjestelmällä on korkea synergiatarkkuus, yksinkertainen järjestelmärakenne, vahva öljyn saastumisen kestävyys ja se on kätevä liittää PLC-ohjaimeen mikrotietokoneen automaattisen ohjausjärjestelmän muodostamiseksi.
Mekaanisen kytkentämekanismin säilymisen ansiosta sähköhydraulisessa proportionaaliohjaustilassa mekaaninen kytkentämekanismi toimii myös synkronisesti järjestelmän toimintatilan seuraamiseksi. Jos PLC:n sähköhydraulinen proportionaaliohjausjärjestelmä vikaantuu, kytkentäventtiili toimii välittömästi, ja mekaaninen kytkentämekanismi voi periaatteessa seurata sähköhydraulisen proportionaaliohjausjärjestelmän toimintatilaa. Kytkennän aikana järjestelmän vaikutus on pieni ja siipijärjestelmä voi siirtyä sujuvasti mekaaniseen kytkentäohjaustilaan, mikä takaa suuresti järjestelmän toiminnan luotettavuuden.
Hydraulipiiriä suunnitellessamme suunnittelimme uudelleen hydraulisen ohjausventtiilin venttiilirungon, venttiilirungon ja venttiiliholkin vastaavan koon, venttiilirungon ja pääpaineventtiilin liitoskoon sekä mekaanisen osan. Hydrauliventtiilin ja pääpaineenjakoventtiilin välisen kiertokangen koko on sama kuin alkuperäinen. Asennuksen aikana tarvitsee vaihtaa vain hydraulisen venttiilin runko, eikä muita osia tarvitse muuttaa. Koko hydraulisen ohjausjärjestelmän rakenne on erittäin kompakti. Mekaanisen synergiamekanismin täydellisen säilyttämisen perusteella on lisätty sähköhydraulinen proportionaaliohjausmekanismi, joka helpottaa PLC-ohjaimen rajapintaa digitaalisen synergiaohjauksen toteuttamiseksi ja turbiinisiipijärjestelmän koordinaatiotarkkuuden parantamiseksi. Järjestelmän asennus- ja virheenkorjausprosessi on erittäin helppo, mikä lyhentää hydraulisen turbiiniyksikön seisokkiaikaa, helpottaa hydraulisen turbiinin hydraulisen ohjausjärjestelmän muutosta ja sillä on hyvä käytännön arvo. Paikan päällä tapahtuvan varsinaisen toiminnan aikana voimalaitoksen insinööri- ja tekninen henkilöstö arvostaa järjestelmää suuresti, ja uskotaan, että sitä voidaan popularisoida ja soveltaa monien vesivoimalaitosten säätimen hydraulisessa servojärjestelmässä.
3.3 Järjestelmäohjelmiston rakenne ja toteutustapa
PLC-ohjatussa turbiinisiipijärjestelmässä digitaalista synergiamenetelmää käytetään toteuttamaan synergiasuhde ohjaussiipien, vesipään ja siiven aukon välillä. Perinteiseen mekaaniseen synergiamenetelmään verrattuna digitaalisen synergiamenetelmän etuna on helppo parametrien säätö, kätevä virheenkorjaus ja ylläpito sekä korkea assosiaatiotarkkuus. Siipien ohjausjärjestelmän ohjelmistorakenne koostuu pääasiassa järjestelmän säätötoiminto-ohjelmasta, ohjausalgoritmiohjelmasta ja diagnostiikkaohjelmasta. Seuraavassa käsitellään edellä mainittujen kolmen osan toteutusmenetelmiä. Säätötoiminto-ohjelma sisältää pääasiassa synergia-aliohjelman, siiven käynnistyksen aliohjelman, siiven pysäytyksen aliohjelman ja siiven kuormituksen vähentämisen aliohjelman. Kun järjestelmä on toiminnassa, se ensin tunnistaa ja arvioi nykyisen toimintatilan, käynnistää sitten ohjelmistonvaihdon, suorittaa vastaavan säätötoiminto-aliohjelman ja laskee siivenseuraajan asennon annetun arvon.
(1) Yhdistys-aliohjelma
Turbiiniyksikön mallitestauksen avulla voidaan saada joukko mitattuja pisteitä liitospinnalta. Perinteinen mekaaninen liitosnokka valmistetaan näiden mitattujen pisteiden perusteella, ja digitaalinen liitosmenetelmä käyttää näitä mitattuja pisteitä liitoskäyrien piirtämiseen. Valitsemalla tunnetut pisteet assosiaatiokäyrältä solmuiksi ja käyttämällä binäärifunktion paloittain lineaarista interpolointimenetelmää, voidaan saada assosiaatiosuoralla olevien ei-solmujen funktion arvo.
(2) Siipien käynnistysaliohjelma
Käynnistyslain tutkimisen tarkoituksena on lyhentää yksikön käynnistysaikaa, vähentää työntölaakerin kuormitusta ja luoda verkkoon kytketyt olosuhteet generaattoriyksikölle.
(3) Siipipysäytysaliohjelma
Siipien sulkeutumissäännöt ovat seuraavat: kun ohjain vastaanottaa sammutuskomennon, siivet ja ohjaussiivet sulkeutuvat samanaikaisesti yhteistyösuhteen mukaisesti yksikön vakauden varmistamiseksi: kun ohjaussiiven aukko on pienempi kuin kuormittamaton aukko, siivet jäävät jälkeen. Kun ohjaussiipi suljetaan hitaasti, siiven ja ohjaussiiven välinen yhteistyösuhde ei enää säily; kun yksikön nopeus laskee alle 80% nimellisnopeudesta, siipi avataan uudelleen lähtökulmaan Φ0, valmiina seuraavaa käynnistystä varten. Valmistele.
(4) Terän kuormituksen hylkäysaliohjelma
Kuorman irtikytkentä tarkoittaa, että kuormitettu yksikkö irtoaa äkillisesti sähköverkosta, mikä heikentää yksikön ja vedenottojärjestelmän toimintakuntoa. Tämä liittyy suoraan voimalaitoksen ja yksikön turvallisuuteen. Kun kuorma irtoaa, säädin toimii suojalaitteena, joka sulkee ohjaussiivet ja siivet välittömästi, kunnes yksikön nopeus laskee lähelle nimellisnopeutta. Vakaus. Siksi varsinaisessa kuorman poistossa siivet yleensä avautuvat tiettyyn kulmaan. Tämä avautuminen saadaan aikaan voimalaitoksen varsinaisen kuorman poistotestin avulla. Se voi varmistaa, että yksikön kuorman poiston aikana paitsi nopeuden kasvu on pieni, myös yksikkö on suhteellisen vakaa.
4 Johtopäätös
Ottaen huomioon maani hydraulisten turbiinien säätölaitteiden alan nykyisen teknisen tilan, tässä artikkelissa viitataan hydraulisten turbiinien nopeudensäädön alan uusimpiin tietoihin kotimaassa ja ulkomailla ja sovelletaan ohjelmoitavaa logiikkaohjainta (PLC) hydraulisten turbiinigeneraattoreiden nopeudensäätöön. Ohjelmaohjain (PLC) on aksiaalivirtaussiipityyppisen hydraulisen turbiinin kaksoissäätöjärjestelmän ydin. Käytännön sovellus osoittaa, että järjestelmä parantaa huomattavasti ohjaussiiven ja siiven välistä koordinaatiotarkkuutta erilaisissa vesipatsasolosuhteissa ja parantaa vesienergian käyttöastetta.
Julkaisun aika: 11. helmikuuta 2022
