1 Bevezetés
A turbina fordulatszám-szabályozója a vízerőművek két fő szabályozóberendezésének egyike. Nemcsak a sebességszabályozás szerepét tölti be, hanem különféle munkakörülmények átalakítását, frekvencia, teljesítmény, fázisszög és egyéb vezérlését is elvégzi a vízerőművekben, és védi a vízkereket. A generátoregység feladata. A turbina fordulatszám-szabályozói három fejlődési szakaszon mentek keresztül: mechanikus hidraulikus szabályozók, elektrohidraulikus szabályozók és mikroszámítógépes digitális hidraulikus szabályozók. Az elmúlt években programozható vezérlőket vezettek be a turbina fordulatszám-szabályozó rendszerekbe, amelyek erős zavarvédelmi képességgel és nagy megbízhatósággal rendelkeznek; egyszerű és kényelmes programozással és kezeléssel; moduláris felépítéssel, jó sokoldalúsággal, rugalmassággal és kényelmes karbantartással; előnyei az erős vezérlési funkció és a hajtásképesség; a gyakorlatban is igazolták.
Ebben a cikkben a PLC hidraulikus turbina kettős beállító rendszerének kutatását javasoljuk, és egy programozható vezérlőt használunk a vezetőlapát és a lapát kettős beállításának megvalósítására, ami javítja a vezetőlapát és a lapát koordinációs pontosságát különböző vízmagasságok esetén. A gyakorlat azt mutatja, hogy a kettős vezérlőrendszer javítja a vízenergia kihasználási arányát.
2. Turbinaszabályozó rendszer
2.1 Turbinaszabályozó rendszer
A turbina fordulatszám-szabályozó rendszerének alapvető feladata, hogy a turbina terelőlapátjainak nyitását a szabályozón keresztül ennek megfelelően változtassa, amikor az energiaellátó rendszer terhelése változik és az egység forgási sebessége eltér, hogy a turbina forgási sebessége a megadott tartományon belül maradjon, és a generátoregység működjön. A kimeneti teljesítmény és a frekvencia megfelel a felhasználói igényeknek. A turbina szabályozásának alapvető feladatai sebességszabályozásra, aktív teljesítményszabályozásra és vízszintszabályozásra oszthatók.
2.2 A turbinaszabályozás elve
A hidrogenerátor egység egy hidroturbina és egy generátor összekapcsolásával létrehozott egység. A hidrogenerátor egység forgó része egy merev test, amely egy rögzített tengely körül forog, és egyenlete a következő egyenlettel írható le:
A képletben
——Az egység forgó részének tehetetlenségi nyomatéka (Kg m2)
——Forgási szögsebesség (rad/s)
——Turbina nyomatéka (N/m), beleértve a generátor mechanikai és elektromos veszteségeit.
—— Generátor ellenállási nyomatéka, amely a generátor állórészének a forgórészre ható nyomatékára utal, iránya ellentétes a forgásiránnyal, és a generátor aktív teljesítményét, azaz a terhelés nagyságát jelöli.
Amikor a terhelés változik, a terelőlapát nyílása változatlan marad, és az egység sebessége továbbra is egy bizonyos értéken stabilizálható. Mivel a sebesség eltér a névleges értéktől, nem elegendő az önkiegyensúlyozó beállítási képességre hagyatkozni a sebesség fenntartásához. Annak érdekében, hogy az egység sebessége a terhelésváltozás után az eredeti névleges értéken maradjon, az 1. ábrán látható, hogy a terelőlapát nyílását ennek megfelelően kell módosítani. Amikor a terhelés csökken, amikor az ellenállási nyomaték 1-ről 2-re változik, a terelőlapát nyílása 1-re csökken, és az egység sebessége megmarad. Ezért a terhelés változásával a vízvezető mechanizmus nyílása is ennek megfelelően változik, így a hidrogenerátor egység sebessége egy előre meghatározott értéken marad, vagy egy előre meghatározott törvény szerint változik. Ez a folyamat a hidrogenerátor egység sebességszabályozása, vagy turbinaszabályozás.
3. PLC hidraulikus turbina kettős beállító rendszer
A turbina szabályozójának feladata a vízvezető lapátok nyitásának szabályozása a turbina futókerekébe áramló víz mennyiségének beállításához, ezáltal megváltoztatva a turbina dinamikus nyomatékát és szabályozva a turbinaegység frekvenciáját. Az axiális áramlású forgólapátos turbina működése során azonban a szabályozónak nemcsak a vezetőlapátok nyitását kell állítania, hanem a futólapátok szögét is a vezetőlapát-követő löketének és vízmagasságának megfelelően, hogy a vezetőlapát és a lapát össze legyen kötve. Együttműködési kapcsolatot kell fenntartania közöttük, azaz koordinációs kapcsolatot, ami javíthatja a turbina hatékonyságát, csökkentheti a lapát kavitációját és rezgését az egységben, valamint fokozhatja a turbina működésének stabilitását.
A PLC vezérlő turbina lapátrendszer hardvere főként két részből áll, nevezetesen a PLC vezérlőből és a hidraulikus szervorendszerből. Először is, beszéljük meg a PLC vezérlő hardver felépítését.
3.1 PLC vezérlő
A PLC vezérlő főként bemeneti egységből, PLC alapegységből és kimeneti egységből áll. A bemeneti egység A/D modulból és digitális bemeneti modulból, a kimeneti egység pedig D/A modulból és digitális bemeneti modulból áll. A PLC vezérlő LED digitális kijelzővel van felszerelve, amely valós időben figyeli a rendszer PID paramétereit, a lapátkövető helyzetét, a vezetőlapátkövető helyzetét és a vízoszlop értékét. Egy analóg voltmérő is rendelkezésre áll, amely a mikroszámítógép-vezérlő meghibásodása esetén figyeli a lapátkövető helyzetét.
3.2 Hidraulikus követőrendszer
A hidraulikus szervorendszer a turbinalapát-vezérlő rendszer fontos része. A vezérlő kimeneti jelét hidraulikusan erősítik, hogy szabályozzák a lapátkövető mozgását, ezáltal beállítva a futólapátok szögét. A proporcionális szelepvezérlésű főnyomásszelep típusú elektrohidraulikus vezérlőrendszer és a hagyományos gépi-hidraulikus vezérlőrendszer kombinációját alkalmaztuk, hogy egy párhuzamos hidraulikus vezérlőrendszert hozzunk létre, amely elektrohidraulikus proporcionális szelepből és gépi-hidraulikus szelepből áll, ahogy az a 2. ábrán látható. Hidraulikus követőrendszer turbinalapátokhoz.
Hidraulikus követőrendszer turbinalapátokhoz
Amikor a PLC vezérlő, az elektrohidraulikus proporcionális szelep és a helyzetérzékelő mind normális állapotban van, a PLC elektrohidraulikus proporcionális vezérlési módszerét alkalmazzák a turbina lapátrendszer beállítására, a helyzet-visszacsatolás értékét és a vezérlő kimeneti értékét elektromos jelek továbbítják, és a jeleket a PLC vezérlő szintetizálja. , feldolgozás és döntéshozatal, a fő nyomáselosztó szelep szelepnyílásának beállítása a proporcionális szelepen keresztül a lapátkövető helyzetének szabályozásához, és a vezetőlapát, a vízfej és a lapát közötti együttműködés fenntartása. Az elektrohidraulikus proporcionális szelep által vezérelt turbina lapátrendszer nagy szinergia-pontossággal, egyszerű rendszerszerkezettel, erős olajszennyezéssel szembeni ellenállással rendelkezik, és kényelmesen csatlakoztatható a PLC vezérlőhöz, hogy mikroszámítógépes automatikus vezérlőrendszert alkosson.
A mechanikus összekötő mechanizmus megtartása miatt az elektrohidraulikus proporcionális vezérlési módban a mechanikus összekötő mechanizmus szinkronban működik, hogy nyomon kövesse a rendszer működési állapotát. Ha a PLC elektrohidraulikus proporcionális vezérlőrendszer meghibásodik, a kapcsolószelep azonnal működésbe lép, és a mechanikus összekötő mechanizmus alapvetően nyomon tudja követni az elektrohidraulikus proporcionális vezérlőrendszer működési állapotát. Váltáskor a rendszerhatás kicsi, és a lapátrendszer zökkenőmentesen át tud kapcsolni a mechanikus összekötő vezérlési módba, ami nagyban garantálja a rendszer működésének megbízhatóságát.
A hidraulikus áramkör tervezésekor újraterveztük a hidraulikus vezérlőszelep szeleptestét, a szeleptest és a szelephüvely megfelelő méretét, a szeleptest és a főnyomásszelep csatlakozási méretét, valamint a mechanikus A hidraulikus szelep és a főnyomáselosztó szelep közötti összekötő rúd mérete megegyezik az eredetivel. A telepítés során csak a hidraulikus szelep szeleptestét kell cserélni, más alkatrészeket nem kell megváltoztatni. A teljes hidraulikus vezérlőrendszer felépítése nagyon kompakt. A mechanikus szinergiamechanizmus teljes megőrzése alapján egy elektrohidraulikus proporcionális vezérlőmechanizmust adtunk hozzá, amely megkönnyíti a PLC vezérlővel való csatlakozást a digitális szinergiavezérlés megvalósításához és a turbinalapát-rendszer koordinációs pontosságának javításához. ; A rendszer telepítési és hibakeresési folyamata nagyon egyszerű, ami lerövidíti a hidraulikus turbinaegység állásidejét, megkönnyíti a hidraulikus turbina hidraulikus vezérlőrendszerének átalakítását, és jó gyakorlati értékkel bír. A helyszíni tényleges üzemeltetés során az erőmű mérnöki és műszaki személyzete nagyra értékeli a rendszert, és úgy vélik, hogy számos vízerőmű kormányzójának hidraulikus szervorendszerében népszerűsíthető és alkalmazható.
3.3 Rendszer szoftver felépítése és megvalósítási módja
A PLC-vezérelt turbinalapát-rendszerben a digitális szinergia módszert alkalmazzák a vezetőlapátok, a vízoszlop és a lapátnyílás közötti szinergia kapcsolat megvalósítására. A hagyományos mechanikus szinergia módszerrel összehasonlítva a digitális szinergia módszer előnyei a könnyű paraméter-korrekció, a kényelmes hibakeresés és karbantartás, valamint a nagy pontosságú társítás. A lapátvezérlő rendszer szoftverstruktúrája főként a rendszerbeállító funkcióprogramból, a vezérlőalgoritmus programból és a diagnosztikai programból áll. Az alábbiakban a program fenti három részének megvalósítási módszereit tárgyaljuk. A beállítási funkcióprogram főként a szinergia alprogramját, a lapátindítás alprogramját, a lapátleállítás alprogramját és a lapát terheléscsökkentésének alprogramját tartalmazza. Amikor a rendszer működik, először azonosítja és megítéli az aktuális működési állapotot, majd elindítja a szoftverváltást, végrehajtja a megfelelő beállítási funkció alprogramot, és kiszámítja a lapátkövető pozícióértékét.
(1) Asszociációs alprogram
A turbinaegység modelltesztelésén keresztül a csatlakozási felületen mért pontok egy csoportja nyerhető ki. A hagyományos mechanikus csatlakozási bütyök ezen mért pontok alapján készül, és a digitális csatlakozási módszer szintén ezeket a mért pontokat használja fel csatlakozási görbék halmazának megrajzolásához. Az asszociációs görbe ismert pontjait csomópontokként kiválasztva, és a bináris függvény szakaszos lineáris interpolációjának módszerét alkalmazva, a csatlakozási vonalon lévő nem csomópontok függvényértéke megkapható.
(2) Lapátindítási alprogram
Az indítási törvény tanulmányozásának célja az egység indítási idejének lerövidítése, a tolócsapágy terhelésének csökkentése és a generátoregység hálózatra kapcsolt feltételeinek megteremtése.
(3) Lapátleállító alprogram
A lapátok zárási szabályai a következők: amikor a vezérlő megkapja a leállítási parancsot, a lapátok és a vezetőlapátok egyidejűleg záródnak az együttműködési kapcsolatnak megfelelően, hogy biztosítsák az egység stabilitását: amikor a vezetőlapát nyílása kisebb, mint a terhelés nélküli nyílás, a lapátok késnek. Amikor a vezetőlapát lassan záródik, a lapát és a vezetőlapát közötti együttműködési kapcsolat már nem tartható fenn; amikor az egység sebessége a névleges sebesség 80%-a alá esik, a lapát újra kinyit a kezdő Φ0 szögre, készen a következő indításra. Előkészítés.
(4) Pengeterhelés-elutasítási alprogram
A terhelésleadás azt jelenti, hogy a terheléssel rendelkező egység hirtelen lekapcsolódik az elektromos hálózatról, ami az egység és a vízelvezető rendszer rossz üzemállapotába kerül, ami közvetlenül összefügg az erőmű és az egység biztonságával. A terhelés leadásakor a szabályozó egy védőberendezéssel egyenértékű, amely azonnal bezárja a terelőlapátokat és a szárnyakat, amíg az egység sebessége a névleges sebesség közelébe nem esik. Ezért a tényleges terhelésleadás során a szárnyak általában egy bizonyos szögben kinyílnak. Ezt a nyílást az erőmű tényleges terhelésleadási tesztjével érik el. Ez biztosítja, hogy amikor az egység terhelést veszít, ne csak a sebességnövekedés legyen kicsi, hanem az egység is viszonylag stabil legyen.
4 Következtetés
Tekintettel hazám hidraulikus turbina-szabályozó iparágának jelenlegi műszaki állapotára, ez a tanulmány a hidraulikus turbina fordulatszám-szabályozásának területén elért új információkra hivatkozik belföldön és külföldön, és a programozható logikai vezérlő (PLC) technológiát alkalmazza a hidraulikus turbinagenerátor-készlet fordulatszám-szabályozására. A programvezérlő (PLC) az axiális áramlású lapátos hidraulikus turbina kettős szabályozási rendszerének lelke. A gyakorlati alkalmazás azt mutatja, hogy a rendszer jelentősen javítja a vezetőlapát és a lapát közötti koordinációs pontosságot különböző víznyomásviszonyok mellett, és javítja a vízenergia kihasználási arányát.
Közzététel ideje: 2022. február 11.
