पीएलसी पर आधारित हाइड्रोलिक टरबाइन गति नियंत्रण प्रणाली का विकास और अनुसंधान

1 परिचय
टर्बाइन गवर्नर जलविद्युत इकाइयों के लिए दो प्रमुख विनियमन उपकरणों में से एक है। यह न केवल गति विनियमन की भूमिका निभाता है, बल्कि विभिन्न कार्य स्थितियों के रूपांतरण और आवृत्ति, शक्ति, चरण कोण और जलविद्युत उत्पादन इकाइयों के अन्य नियंत्रण भी करता है और जल चक्र की सुरक्षा करता है। जनरेटर सेट का कार्य। टर्बाइन गवर्नर विकास के तीन चरणों से गुजरे हैं: मैकेनिकल हाइड्रोलिक गवर्नर, इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक गवर्नर और माइक्रो कंप्यूटर डिजिटल हाइड्रोलिक गवर्नर। हाल के वर्षों में, प्रोग्रामेबल नियंत्रकों को टर्बाइन स्पीड कंट्रोल सिस्टम में पेश किया गया है, जिसमें मजबूत एंटी-हस्तक्षेप क्षमता और उच्च विश्वसनीयता है; सरल और सुविधाजनक प्रोग्रामिंग और संचालन; मॉड्यूलर संरचना, अच्छी बहुमुखी प्रतिभा, लचीलापन और सुविधाजनक रखरखाव; इसमें मजबूत नियंत्रण समारोह और ड्राइविंग क्षमता के फायदे हैं; इसे व्यावहारिक रूप से सत्यापित किया गया है।
इस पत्र में, पीएलसी हाइड्रोलिक टरबाइन दोहरी समायोजन प्रणाली पर शोध का प्रस्ताव है, और गाइड वेन और पैडल के दोहरे समायोजन को साकार करने के लिए प्रोग्रामेबल नियंत्रक का उपयोग किया जाता है, जो विभिन्न जल प्रमुखों के लिए गाइड वेन और वेन की समन्वय सटीकता में सुधार करता है। अभ्यास से पता चलता है कि दोहरी नियंत्रण प्रणाली जल ऊर्जा की उपयोग दर में सुधार करती है।

2. टरबाइन विनियमन प्रणाली

2.1 टरबाइन विनियमन प्रणाली
टर्बाइन गति नियंत्रण प्रणाली का मूल कार्य गवर्नर के माध्यम से टर्बाइन के गाइड वैन के उद्घाटन को बदलना है जब बिजली प्रणाली का भार बदलता है और इकाई की घूर्णी गति विचलित होती है, ताकि टर्बाइन की घूर्णी गति निर्दिष्ट सीमा के भीतर रखी जा सके, ताकि जनरेटर इकाई संचालित हो सके। आउटपुट पावर और आवृत्ति उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं को पूरा करती है। टर्बाइन विनियमन के मूल कार्यों को गति विनियमन, सक्रिय शक्ति विनियमन और जल स्तर विनियमन में विभाजित किया जा सकता है।

2.2 टरबाइन विनियमन का सिद्धांत
हाइड्रो-जनरेटर इकाई एक हाइड्रो-टरबाइन और जनरेटर को जोड़कर बनाई गई इकाई है। हाइड्रो-जनरेटर सेट का घूमने वाला हिस्सा एक कठोर पिंड है जो एक निश्चित अक्ष के चारों ओर घूमता है, और इसके समीकरण को निम्नलिखित समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है:

सूत्र में
——इकाई के घूर्णनशील भाग का जड़त्व आघूर्ण (किग्रा मी2)
——घूर्णन कोणीय वेग (रेडियन/सेकेंड)
——टरबाइन टॉर्क (एन/एम), जिसमें जनरेटर यांत्रिक और विद्युत हानियाँ शामिल हैं।
——जनरेटर प्रतिरोध टॉर्क, जो रोटर पर जनरेटर स्टेटर के अभिनय टॉर्क को संदर्भित करता है, इसकी दिशा रोटेशन दिशा के विपरीत होती है, और जनरेटर के सक्रिय पावर आउटपुट, यानी लोड के आकार का प्रतिनिधित्व करती है।

जब लोड बदलता है, तो गाइड वेन का उद्घाटन अपरिवर्तित रहता है, और यूनिट की गति को अभी भी एक निश्चित मूल्य पर स्थिर किया जा सकता है। क्योंकि गति रेटेड मूल्य से विचलित हो जाएगी, इसलिए गति बनाए रखने के लिए स्व-संतुलन समायोजन क्षमता पर भरोसा करना पर्याप्त नहीं है। लोड बदलने के बाद यूनिट की गति को मूल रेटेड मूल्य पर रखने के लिए, यह चित्रा 1 से देखा जा सकता है कि गाइड वेन के उद्घाटन को तदनुसार बदलना आवश्यक है। जब लोड कम हो जाता है, जब प्रतिरोध टॉर्क 1 से 2 में बदल जाता है, तो गाइड वेन का उद्घाटन 1 तक कम हो जाएगा, और यूनिट की गति बनाए रखी जाएगी। इसलिए, लोड के परिवर्तन के साथ, पानी के मार्गदर्शक तंत्र के उद्घाटन को तदनुसार बदल दिया जाता है, ताकि हाइड्रो-जनरेटर इकाई की गति पूर्व निर्धारित मूल्य पर बनाए रखी जाए, या पूर्व निर्धारित कानून के अनुसार बदल जाए।

3. पीएलसी हाइड्रोलिक टरबाइन दोहरी समायोजन प्रणाली
टर्बाइन गवर्नर का काम टर्बाइन के रनर में प्रवाह को समायोजित करने के लिए पानी के गाइड वैन के उद्घाटन को नियंत्रित करना है, जिससे टर्बाइन के गतिशील टॉर्क को बदला जा सके और टर्बाइन इकाई की आवृत्ति को नियंत्रित किया जा सके। हालाँकि, अक्षीय-प्रवाह रोटरी पैडल टर्बाइन के संचालन के दौरान, गवर्नर को न केवल गाइड वैन के उद्घाटन को समायोजित करना चाहिए, बल्कि गाइड वेन फॉलोअर के स्ट्रोक और पानी के हेड वैल्यू के अनुसार रनर ब्लेड के कोण को भी समायोजित करना चाहिए, ताकि गाइड वेन और वेन जुड़े रहें। उनके बीच एक सहकारी संबंध बनाए रखें, यानी एक समन्वय संबंध, जो टर्बाइन की दक्षता में सुधार कर सकता है, इकाई के ब्लेड कैविटेशन और कंपन को कम कर सकता है, और टर्बाइन के संचालन की स्थिरता को बढ़ा सकता है।
पीएलसी कंट्रोल टरबाइन वेन सिस्टम का हार्डवेयर मुख्य रूप से दो भागों से बना होता है, अर्थात् पीएलसी नियंत्रक और हाइड्रोलिक सर्वो सिस्टम। सबसे पहले, आइए पीएलसी नियंत्रक की हार्डवेयर संरचना पर चर्चा करें।

3.1 पीएलसी नियंत्रक
पीएलसी नियंत्रक मुख्य रूप से इनपुट यूनिट, पीएलसी बेसिक यूनिट और आउटपुट यूनिट से बना होता है। इनपुट यूनिट ए/डी मॉड्यूल और डिजिटल इनपुट मॉड्यूल से बना होता है, और आउटपुट यूनिट डी/ए मॉड्यूल और डिजिटल इनपुट मॉड्यूल से बना होता है। पीएलसी नियंत्रक सिस्टम पीआईडी ​​मापदंडों, वेन फॉलोअर स्थिति, गाइड वेन फॉलोअर स्थिति और वॉटर हेड वैल्यू के वास्तविक समय के अवलोकन के लिए एलईडी डिजिटल डिस्प्ले से लैस है। माइक्रो कंप्यूटर नियंत्रक विफलता की स्थिति में वेन फॉलोअर स्थिति की निगरानी के लिए एक एनालॉग वोल्टमीटर भी प्रदान किया जाता है।

3.2 हाइड्रोलिक फॉलो-अप प्रणाली
हाइड्रोलिक सर्वो सिस्टम टर्बाइन वेन कंट्रोल सिस्टम का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। नियंत्रक के आउटपुट सिग्नल को वेन फॉलोअर की गति को नियंत्रित करने के लिए हाइड्रोलिक रूप से प्रवर्धित किया जाता है, जिससे रनर ब्लेड के कोण को समायोजित किया जाता है। हमने आनुपातिक वाल्व नियंत्रण मुख्य दबाव वाल्व प्रकार इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली और पारंपरिक मशीन-हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली के संयोजन को अपनाया ताकि इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक आनुपातिक वाल्व और मशीन-हाइड्रोलिक वाल्व के समानांतर हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली बनाई जा सके जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। टर्बाइन ब्लेड के लिए हाइड्रोलिक फॉलो-अप सिस्टम।

टरबाइन ब्लेडों के लिए हाइड्रोलिक फॉलो-अप प्रणाली
जब पीएलसी नियंत्रक, इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक आनुपातिक वाल्व और स्थिति सेंसर सभी सामान्य होते हैं, तो पीएलसी इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक आनुपातिक नियंत्रण विधि का उपयोग टरबाइन वेन सिस्टम को समायोजित करने के लिए किया जाता है, स्थिति प्रतिक्रिया मूल्य और नियंत्रण आउटपुट मूल्य विद्युत संकेतों द्वारा प्रेषित होते हैं, और संकेतों को पीएलसी नियंत्रक द्वारा संश्लेषित किया जाता है। , प्रसंस्करण और निर्णय लेने, मुख्य दबाव वितरण वाल्व के वाल्व खोलने को आनुपातिक वाल्व के माध्यम से समायोजित करें ताकि वेन अनुयायी की स्थिति को नियंत्रित किया जा सके और गाइड वेन, पानी के सिर और वेन के बीच सहकारी संबंध बनाए रखा जा सके। इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक आनुपातिक वाल्व द्वारा नियंत्रित टरबाइन वेन सिस्टम में उच्च तालमेल परिशुद्धता, सरल प्रणाली संरचना, मजबूत तेल प्रदूषण प्रतिरोध है, और माइक्रो कंप्यूटर स्वचालित नियंत्रण प्रणाली बनाने के लिए पीएलसी नियंत्रक के साथ इंटरफेस करने के लिए सुविधाजनक है।

इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक आनुपातिक नियंत्रण मोड में मैकेनिकल लिंकेज तंत्र की अवधारण के कारण, मैकेनिकल लिंकेज तंत्र भी सिस्टम की ऑपरेटिंग स्थिति को ट्रैक करने के लिए समकालिक रूप से काम करता है। यदि पीएलसी इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक आनुपातिक नियंत्रण प्रणाली विफल हो जाती है, तो स्विचिंग वाल्व तुरंत कार्य करेगा, और मैकेनिकल लिंकेज तंत्र मूल रूप से इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक आनुपातिक नियंत्रण प्रणाली की चल रही स्थिति को ट्रैक कर सकता है। स्विच करते समय, सिस्टम प्रभाव छोटा होता है, और वेन सिस्टम आसानी से मैकेनिकल एसोसिएशन कंट्रोल मोड में संक्रमण कर सकता है जो सिस्टम ऑपरेशन की विश्वसनीयता की बहुत गारंटी देता है।

जब हमने हाइड्रोलिक सर्किट को डिजाइन किया, तो हमने हाइड्रोलिक कंट्रोल वाल्व के वाल्व बॉडी को फिर से डिजाइन किया, वाल्व बॉडी और वाल्व स्लीव के मिलान आकार, वाल्व बॉडी और मुख्य दबाव वाल्व के कनेक्शन आकार और यांत्रिक हाइड्रोलिक वाल्व और मुख्य दबाव वितरण वाल्व के बीच कनेक्टिंग रॉड का आकार मूल के समान है। स्थापना के दौरान केवल हाइड्रोलिक वाल्व के वाल्व बॉडी को बदलने की जरूरत है, और किसी अन्य हिस्से को बदलने की जरूरत नहीं है। पूरे हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली की संरचना बहुत कॉम्पैक्ट है। यांत्रिक तालमेल तंत्र को पूरी तरह से बनाए रखने के आधार पर, डिजिटल तालमेल नियंत्रण का एहसास करने और टरबाइन वेन प्रणाली की समन्वय सटीकता में सुधार करने के लिए पीएलसी नियंत्रक के साथ इंटरफेस की सुविधा के लिए एक इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक आनुपातिक नियंत्रण तंत्र जोड़ा जाता है। ; और सिस्टम की स्थापना और डिबगिंग प्रक्रिया बहुत आसान है, जो हाइड्रोलिक टरबाइन इकाई के डाउनटाइम को छोटा करती है साइट पर वास्तविक संचालन के दौरान, सिस्टम को पावर स्टेशन के इंजीनियरिंग और तकनीकी कर्मियों द्वारा अत्यधिक मूल्यांकन किया जाता है, और यह माना जाता है कि इसे लोकप्रिय बनाया जा सकता है और कई जलविद्युत स्टेशनों के गवर्नर की हाइड्रोलिक सर्वो प्रणाली में लागू किया जा सकता है।

3.3 सिस्टम सॉफ्टवेयर संरचना और कार्यान्वयन विधि
पीएलसी-नियंत्रित टरबाइन वेन सिस्टम में, गाइड वैन, वॉटर हेड और वेन ओपनिंग के बीच तालमेल संबंध को साकार करने के लिए डिजिटल सिनर्जी विधि का उपयोग किया जाता है। पारंपरिक यांत्रिक तालमेल विधि की तुलना में, डिजिटल तालमेल विधि में आसान पैरामीटर ट्रिमिंग के फायदे हैं, इसमें सुविधाजनक डिबगिंग और रखरखाव और एसोसिएशन की उच्च परिशुद्धता के फायदे हैं। वेन नियंत्रण प्रणाली की सॉफ्टवेयर संरचना मुख्य रूप से सिस्टम समायोजन फ़ंक्शन प्रोग्राम, नियंत्रण एल्गोरिदम प्रोग्राम और निदान प्रोग्राम से बनी होती है। नीचे हम क्रमशः प्रोग्राम के उपरोक्त तीन भागों की प्राप्ति विधियों पर चर्चा करते हैं। समायोजन फ़ंक्शन प्रोग्राम में मुख्य रूप से एक तालमेल का सबरूटीन, वेन को शुरू करने का सबरूटीन, वेन को रोकने का सबरूटीन और वेन के लोड शेडिंग का सबरूटीन शामिल होता है। जब सिस्टम काम कर रहा होता है, तो यह सबसे पहले वर्तमान ऑपरेटिंग स्थिति की पहचान करता है और उसका न्याय करता है, फिर सॉफ्टवेयर स्विच शुरू करता है, संबंधित समायोजन फ़ंक्शन सबरूटीन को निष्पादित करता है, और वेन फॉलोअर के दिए गए मान की स्थिति की गणना करता है।
(1) एसोसिएशन सबरूटीन
टर्बाइन इकाई के मॉडल परीक्षण के माध्यम से, संयुक्त सतह पर मापे गए बिंदुओं का एक समूह प्राप्त किया जा सकता है। पारंपरिक यांत्रिक संयुक्त कैम इन मापे गए बिंदुओं के आधार पर बनाया जाता है, और डिजिटल संयुक्त विधि भी संयुक्त वक्रों का एक सेट खींचने के लिए इन मापे गए बिंदुओं का उपयोग करती है। एसोसिएशन वक्र पर ज्ञात बिंदुओं को नोड्स के रूप में चुनना, और बाइनरी फ़ंक्शन के टुकड़े-टुकड़े रैखिक प्रक्षेप की विधि को अपनाना, एसोसिएशन की इस रेखा पर गैर-नोड्स का फ़ंक्शन मान प्राप्त किया जा सकता है।
(2) वेन स्टार्ट-अप सबरूटीन
स्टार्ट-अप कानून का अध्ययन करने का उद्देश्य इकाई के स्टार्ट-अप समय को छोटा करना, थ्रस्ट बेयरिंग के भार को कम करना और जनरेटर इकाई के लिए ग्रिड-कनेक्टेड स्थितियां बनाना है।
(3) वेन स्टॉप सबरूटीन
वैन के बंद करने के नियम इस प्रकार हैं: जब नियंत्रक को शटडाउन कमांड प्राप्त होता है, तो वैन और गाइड वैन को इकाई की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए सहकारी संबंध के अनुसार एक ही समय में बंद कर दिया जाता है: जब गाइड वैन का उद्घाटन नो-लोड उद्घाटन से कम होता है, तो वैन पिछड़ जाती है जब गाइड वैन धीरे-धीरे बंद हो जाती है, तो वैन और गाइड वैन के बीच सहकारी संबंध अब बनाए नहीं रखा जाता है; जब इकाई की गति रेटेड गति के 80% से नीचे गिर जाती है, तो वैन को शुरुआती कोण Φ0 पर फिर से खोल दिया जाता है, अगले स्टार्ट-अप के लिए तैयार होता है।
(4) ब्लेड लोड अस्वीकृति सबरूटीन
लोड रिजेक्शन का मतलब है कि लोड वाली यूनिट अचानक पावर ग्रिड से डिस्कनेक्ट हो जाती है, जिससे यूनिट और वाटर डायवर्जन सिस्टम खराब ऑपरेटिंग स्थिति में आ जाते हैं, जो सीधे पावर प्लांट और यूनिट की सुरक्षा से संबंधित है। जब लोड शेड होता है, तो गवर्नर एक सुरक्षा उपकरण के बराबर होता है, जो गाइड वैन और वैन को तुरंत बंद कर देता है जब तक कि यूनिट की गति रेटेड गति के आसपास नहीं गिर जाती। स्थिरता। इसलिए, वास्तविक लोड शेडिंग में, वैन को आम तौर पर एक निश्चित कोण पर खोला जाता है। यह उद्घाटन वास्तविक पावर स्टेशन के लोड शेडिंग परीक्षण के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। यह सुनिश्चित कर सकता है कि जब यूनिट लोड शेड कर रही हो, तो न केवल गति में वृद्धि छोटी हो, बल्कि यूनिट अपेक्षाकृत स्थिर भी हो।

4 निष्कर्ष
मेरे देश के हाइड्रोलिक टरबाइन गवर्नर उद्योग की वर्तमान तकनीकी स्थिति को देखते हुए, यह पत्र देश और विदेश में हाइड्रोलिक टरबाइन गति नियंत्रण के क्षेत्र में नई जानकारी को संदर्भित करता है, और हाइड्रोलिक टरबाइन जनरेटर सेट के गति नियंत्रण के लिए प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (पीएलसी) तकनीक को लागू करता है। प्रोग्राम कंट्रोलर (पीएलसी) अक्षीय-प्रवाह पैडल-प्रकार हाइड्रोलिक टरबाइन दोहरे विनियमन प्रणाली का मूल है। व्यावहारिक अनुप्रयोग से पता चलता है कि यह योजना विभिन्न जल शीर्ष स्थितियों के लिए गाइड वेन और वेन के बीच समन्वय परिशुद्धता में बहुत सुधार करती है, और जल ऊर्जा की उपयोग दर में सुधार करती है।