1 Uvod
Regulator turbine jedan je od dva glavna regulacijska uređaja za hidroelektrane. Ne samo da igra ulogu regulacije brzine, već i preuzima različite radne uvjete pretvorbe i frekvencije, snage, faznog kuta i druge kontrole hidroelektrana te štiti vodeni kotač. Zadatak generatorskog agregata. Regulatori turbine prošli su kroz tri faze razvoja: mehanički hidraulički regulatori, elektrohidraulički regulatori i mikroračunalni digitalni hidraulički regulatori. Posljednjih godina u sustave regulacije brzine turbina uvedeni su programabilni kontroleri koji imaju snažnu sposobnost sprječavanja smetnji i visoku pouzdanost; jednostavno i praktično programiranje i rad; modularna struktura, dobra svestranost, fleksibilnost i praktično održavanje; Ima prednosti snažne kontrolne funkcije i sposobnosti vožnje; to je praktično provjereno.
U ovom radu predlaže se istraživanje PLC sustava dvostrukog podešavanja hidraulične turbine, a programabilni kontroler se koristi za ostvarivanje dvostrukog podešavanja vodeće lopatice i lopatice, što poboljšava točnost koordinacije vodeće lopatice i lopatice za različite vodene stupnjeve. Praksa pokazuje da sustav dvostrukog upravljanja poboljšava stopu iskorištenja energije vode.
2. Sustav regulacije turbine
2.1 Sustav regulacije turbine
Osnovni zadatak sustava za regulaciju brzine turbine je promjena otvora usmjernih lopatica turbine putem regulatora kada se promijeni opterećenje elektroenergetskog sustava i brzina vrtnje jedinice odstupa, tako da se brzina vrtnje turbine održava unutar zadanog raspona i da generatorska jedinica radi. Izlazna snaga i frekvencija zadovoljavaju zahtjeve korisnika. Osnovni zadaci regulacije turbine mogu se podijeliti na regulaciju brzine, regulaciju aktivne snage i regulaciju razine vode.
2.2 Princip regulacije turbine
Hidrogeneratorska jedinica je jedinica nastala spajanjem hidroturbine i generatora. Rotirajući dio hidrogeneratorskog agregata je kruto tijelo koje se okreće oko fiksne osi, a njegova jednadžba može se opisati sljedećom jednadžbom:
U formuli
——Moment tromosti rotirajućeg dijela jedinice (kg m2)
——Kutna brzina rotacije (rad/s)
——Moment turbine (N/m), uključujući mehaničke i električne gubitke generatora.
——Moment otpora generatora, koji se odnosi na moment koji djeluje sa statora generatora na rotor, smjer mu je suprotan smjeru vrtnje i predstavlja aktivnu izlaznu snagu generatora, odnosno veličinu opterećenja.
Kada se opterećenje promijeni, otvor vodeće lopatice ostaje nepromijenjen, a brzina jedinice se i dalje može stabilizirati na određenoj vrijednosti. Budući da će brzina odstupati od nazivne vrijednosti, nije dovoljno oslanjati se na sposobnost samobalansiranja kako bi se održala brzina. Kako bi se brzina jedinice održala na izvornoj nazivnoj vrijednosti nakon promjene opterećenja, iz slike 1 se vidi da je potrebno odgovarajuće promijeniti otvor vodeće lopatice. Kada se opterećenje smanji, kada se moment otpora promijeni s 1 na 2, otvor vodeće lopatice smanjit će se na 1, a brzina jedinice će se održati. Stoga se s promjenom opterećenja odgovarajuće mijenja i otvor mehanizma za vođenje vode, tako da se brzina hidrogeneratorske jedinice održava na unaprijed određenoj vrijednosti ili se mijenja prema unaprijed određenom zakonu. Ovaj proces naziva se podešavanje brzine hidrogeneratorske jedinice ili regulacija turbine.
3. PLC sustav dvostrukog podešavanja hidraulične turbine
Regulator turbine kontrolira otvaranje usmjerivača vode kako bi se prilagodio protok u rotor turbine, čime se mijenja dinamički moment turbine i kontrolira frekvencija turbinske jedinice. Međutim, tijekom rada aksijalne rotacijske turbine s lopaticama, regulator ne bi trebao samo podešavati otvaranje usmjerivača vode, već i podešavati kut lopatica rotora prema hodu i vrijednosti vodenog tlaka pratilice usmjerivača vode, tako da su usmjerivač i lopatica povezani. Održavaju kooperativni odnos između njih, odnosno koordinacijski odnos, što može poboljšati učinkovitost turbine, smanjiti kavitaciju lopatica i vibracije jedinice te poboljšati stabilnost rada turbine.
Hardver PLC sustava upravljanja lopaticama turbine uglavnom se sastoji od dva dijela, i to PLC kontrolera i hidrauličkog servo sustava. Prvo, razmotrimo hardversku strukturu PLC kontrolera.
3.1 PLC kontroler
PLC kontroler se uglavnom sastoji od ulazne jedinice, osnovne PLC jedinice i izlazne jedinice. Ulazna jedinica se sastoji od A/D modula i digitalnog ulaznog modula, a izlazna jedinica od D/A modula i digitalnog ulaznog modula. PLC kontroler je opremljen LED digitalnim zaslonom za promatranje PID parametara sustava, položaja pratitelja lopatica, položaja pratitelja usmjerivača lopatica i vrijednosti tlaka vode u stvarnom vremenu. Također je predviđen analogni voltmetar za praćenje položaja pratitelja lopatica u slučaju kvara mikroračunalnog kontrolera.
3.2 Hidraulički sustav praćenja
Hidraulički servo sustav važan je dio sustava upravljanja lopaticama turbine. Izlazni signal regulatora hidraulički se pojačava kako bi se kontroliralo kretanje pratitelja lopatica, čime se podešava kut lopatica rotora. Usvojili smo kombinaciju proporcionalnog elektrohidrauličkog sustava upravljanja glavnim tlačnim ventilom i tradicionalnog strojno-hidrauličkog sustava upravljanja kako bismo formirali paralelni hidraulički sustav upravljanja elektrohidrauličkim proporcionalnim ventilom i strojno-hidrauličkim ventilom kao što je prikazano na slici 2. Hidraulički sustav praćenja lopatica turbine.
Hidraulički sustav praćenja lopatica turbine
Kada su PLC kontroler, elektrohidraulički proporcionalni ventil i senzor položaja normalni, PLC elektrohidraulička proporcionalna metoda upravljanja koristi se za podešavanje sustava lopatica turbine. Vrijednost povratne informacije o položaju i izlazna vrijednost upravljanja prenose se električnim signalima, a signale sintetizira PLC kontroler. Obrada i donošenje odluka, podešavanje otvaranja ventila glavnog ventila za raspodjelu tlaka putem proporcionalnog ventila omogućuje kontrolu položaja pratilice lopatice i održavanje suradnje između vodeće lopatice, vodenog stupca i lopatice. Sustav lopatica turbine kojim upravlja elektrohidraulički proporcionalni ventil ima visoku sinergijsku preciznost, jednostavnu strukturu sustava, jaku otpornost na onečišćenje uljem i prikladno se povezuje s PLC kontrolerom kako bi se formirao mikroračunalni automatski upravljački sustav.
Zbog zadržavanja mehanizma mehaničke veze, u načinu elektrohidrauličkog proporcionalnog upravljanja, mehanizam mehaničke veze također radi sinkrono kako bi pratio radno stanje sustava. Ako PLC elektrohidraulički proporcionalni sustav upravljanja zakaže, preklopni ventil će odmah reagirati, a mehanizam mehaničke veze može u osnovi pratiti radno stanje elektrohidrauličkog proporcionalnog sustava upravljanja. Prilikom prebacivanja, utjecaj na sustav je mali, a sustav lopatica može glatko prijeći u način mehaničke veze, što uvelike jamči pouzdanost rada sustava.
Prilikom projektiranja hidrauličkog kruga, redizajnirali smo tijelo ventila hidrauličkog regulacijskog ventila, uskladili veličinu tijela ventila i čahure ventila, veličinu spoja tijela ventila i glavnog tlačnog ventila te mehaničku veličinu klipnjače između hidrauličkog ventila i glavnog tlačnog razvodnog ventila. Tijekom instalacije potrebno je zamijeniti samo tijelo ventila hidrauličkog ventila, a nije potrebno mijenjati druge dijelove. Struktura cijelog hidrauličkog upravljačkog sustava je vrlo kompaktna. Na temelju potpunog zadržavanja mehaničkog sinergijskog mehanizma, dodan je elektrohidraulički proporcionalni upravljački mehanizam koji olakšava sučelje s PLC kontrolerom za ostvarivanje digitalne sinergijske kontrole i poboljšanje točnosti koordinacije sustava lopatica turbine. Proces instalacije i otklanjanja pogrešaka sustava je vrlo jednostavan, što skraćuje vrijeme zastoja hidrauličke turbine, olakšava transformaciju hidrauličkog upravljačkog sustava hidrauličke turbine i ima dobru praktičnu vrijednost. Tijekom stvarnog rada na licu mjesta, sustav je visoko ocijenjen od strane inženjerskog i tehničkog osoblja elektrane, te se vjeruje da se može popularizirati i primijeniti u hidrauličkom servo sustavu regulatora mnogih hidroelektrana.
3.3 Struktura i metoda implementacije sistemskog softvera
U PLC-upravljanom sustavu turbinskih lopatica, metoda digitalne sinergije koristi se za ostvarivanje sinergijskog odnosa između usmjeravajućih lopatica, tlaka vode i otvora lopatica. U usporedbi s tradicionalnom mehaničkom metodom sinergije, metoda digitalne sinergije ima prednosti jednostavnog podešavanja parametara, praktičnog otklanjanja pogrešaka i održavanja te visoke preciznosti povezivanja. Softverska struktura sustava upravljanja lopaticama uglavnom se sastoji od programa funkcije podešavanja sustava, programa algoritma upravljanja i programa za dijagnostiku. U nastavku ćemo razmotriti metode realizacije gore navedena tri dijela programa. Program funkcije podešavanja uglavnom uključuje potprogram sinergije, potprogram pokretanja lopatice, potprogram zaustavljanja lopatice i potprogram rasterećenja lopatice. Kada sustav radi, prvo identificira i procjenjuje trenutno radno stanje, zatim pokreće softversku sklopku, izvršava odgovarajuću potprogramu funkcije podešavanja i izračunava vrijednost zadanog položaja pratioca lopatice.
(1) Potprogram pridruživanja
Kroz modelno ispitivanje turbinske jedinice može se dobiti niz izmjerenih točaka na površini spoja. Tradicionalni mehanički zglobni grebenasti mehanizam izrađuje se na temelju tih izmjerenih točaka, a metoda digitalnog spoja također koristi te izmjerene točke za crtanje skupa krivulja spoja. Odabirom poznatih točaka na krivulji povezanosti kao čvorova i primjenom metode linearne interpolacije binarne funkcije po dijelovima, može se dobiti vrijednost funkcije nečvorova na ovoj liniji povezanosti.
(2) Podprogram pokretanja lopatica
Svrha proučavanja zakona pokretanja je skraćivanje vremena pokretanja jedinice, smanjenje opterećenja aksijalnog ležaja i stvaranje uvjeta priključenja generatorske jedinice na mrežu.
(3) Podprogram zaustavljanja krilca
Pravila zatvaranja lopatica su sljedeća: kada regulator primi naredbu za gašenje, lopatice i vodeće lopatice se zatvaraju istovremeno prema suradničkom odnosu kako bi se osigurala stabilnost jedinice: kada je otvor vodeće lopatice manji od otvora bez opterećenja, lopatice zaostaju. Kada se vodeća lopatica polako zatvara, suradnički odnos između lopatice i vodeće lopatice više se ne održava; kada brzina jedinice padne ispod 80% nazivne brzine, lopatica se ponovno otvara do početnog kuta Φ0, spremna za sljedeće pokretanje. Priprema.
(4) Podprogram za odbacivanje opterećenja lopatice
Odbacivanje opterećenja znači da se jedinica s opterećenjem naglo isključuje iz električne mreže, što dovodi jedinicu i sustav za preusmjeravanje vode u loše radno stanje, što je izravno povezano sa sigurnošću elektrane i jedinice. Kada se opterećenje ukloni, regulator je ekvivalentan zaštitnom uređaju koji odmah zatvara usmjeravajuće lopatice i lopatice dok brzina jedinice ne padne u blizinu nazivne brzine. Stoga se pri stvarnom rasterećenju lopatice općenito otvaraju pod određenim kutom. Ovo otvaranje se postiže testom rasterećenja stvarne elektrane. To može osigurati da kada jedinica rasterećuje, ne samo da je povećanje brzine malo, već je i jedinica relativno stabilna.
4 Zaključak
S obzirom na trenutno tehničko stanje industrije regulatora hidrauličnih turbina u mojoj zemlji, ovaj rad se odnosi na nove informacije u području regulacije brzine hidrauličnih turbina u zemlji i inozemstvu te primjenjuje tehnologiju programabilnog logičkog kontrolera (PLC) na regulaciju brzine generatora hidraulične turbine. Programski kontroler (PLC) je jezgra sustava dvostruke regulacije aksijalnog protočnog lopatastog hidraulične turbine. Praktična primjena pokazuje da shema uvelike poboljšava preciznost koordinacije između vodeće krilca i krilca za različite uvjete vodenog stupca te poboljšava stopu iskorištenja energije vode.
Vrijeme objave: 11. veljače 2022.
