1 Introduzione
Il regolatore di turbina è uno dei due principali dispositivi di regolazione per le unità idroelettriche. Non solo regola la velocità, ma gestisce anche diverse condizioni di lavoro, come la conversione e il controllo di frequenza, potenza, angolo di fase e altri parametri delle unità idroelettriche, proteggendo anche la ruota idraulica. Il compito del gruppo elettrogeno. I regolatori di turbina hanno attraversato tre fasi di sviluppo: regolatori meccanici idraulici, regolatori elettroidraulici e regolatori idraulici digitali a microcomputer. Negli ultimi anni, sono stati introdotti nei sistemi di controllo della velocità delle turbine controllori programmabili, che presentano una forte capacità anti-interferenza e un'elevata affidabilità; programmazione e funzionamento semplici e pratici; struttura modulare, elevata versatilità, flessibilità e manutenzione semplificata. Presenta i vantaggi di un'efficace funzione di controllo e di una buona capacità di pilotaggio; è stato ampiamente testato.
In questo articolo, viene proposta la ricerca sul sistema di doppia regolazione della turbina idraulica PLC, e il controllore programmabile viene utilizzato per realizzare la doppia regolazione della paletta direzionale e della pala, migliorando la precisione di coordinamento della paletta direzionale e della paletta stessa per diverse portate d'acqua. La pratica dimostra che il sistema di doppio controllo migliora il tasso di utilizzo dell'energia idrica.
2. Sistema di regolazione della turbina
2.1 Sistema di regolazione della turbina
Il compito principale del sistema di controllo della velocità della turbina è quello di modificare l'apertura delle pale di guida della turbina tramite il regolatore quando il carico del sistema di alimentazione varia e la velocità di rotazione dell'unità devia, in modo che la velocità di rotazione della turbina sia mantenuta entro l'intervallo specificato e il generatore funzioni. La potenza e la frequenza di uscita soddisfano i requisiti dell'utente. I compiti principali della regolazione della turbina possono essere suddivisi in regolazione della velocità, regolazione della potenza attiva e regolazione del livello dell'acqua.
2.2 Il principio di regolazione della turbina
Un gruppo idroelettrico è un'unità formata collegando una turbina idraulica e un generatore. La parte rotante del gruppo idroelettrico è un corpo rigido che ruota attorno a un asse fisso e la sua equazione può essere descritta dalla seguente equazione:
Nella formula
——Il momento di inerzia della parte rotante dell'unità (Kg m2)
——Velocità angolare di rotazione (rad/s)
——Coppia della turbina (N/m), comprese le perdite meccaniche ed elettriche del generatore.
——Coppia di resistenza del generatore, che si riferisce alla coppia agente dello statore del generatore sul rotore, la sua direzione è opposta alla direzione di rotazione e rappresenta la potenza attiva in uscita del generatore, cioè la dimensione del carico.
Al variare del carico, l'apertura della paletta di guida rimane invariata e la velocità dell'unità può comunque essere stabilizzata a un determinato valore. Poiché la velocità si discosta dal valore nominale, non è sufficiente affidarsi alla capacità di autobilanciamento per mantenere la velocità. Per mantenere la velocità dell'unità al valore nominale originale dopo la variazione del carico, dalla Figura 1 si può osservare che è necessario modificare di conseguenza l'apertura della paletta di guida. Al diminuire del carico, quando la coppia resistente passa da 1 a 2, l'apertura della paletta di guida si riduce a 1 e la velocità dell'unità viene mantenuta. Pertanto, al variare del carico, l'apertura del meccanismo di guida dell'acqua viene modificata di conseguenza, in modo che la velocità dell'unità idroelettrica venga mantenuta a un valore predeterminato o cambi secondo una legge predeterminata. Questo processo costituisce la regolazione della velocità dell'unità idroelettrica, o regolazione della turbina.
3. Sistema di doppia regolazione della turbina idraulica PLC
Il regolatore della turbina ha il compito di controllare l'apertura delle pale di guida dell'acqua per regolare il flusso nella girante della turbina, modificando così la coppia dinamica della turbina e controllando la frequenza del gruppo turbina. Tuttavia, durante il funzionamento della turbina a pale rotanti a flusso assiale, il regolatore non deve solo regolare l'apertura delle pale di guida, ma anche regolare l'angolazione delle pale della girante in base alla corsa e al valore del carico idraulico del servomotore, in modo che la paletta di guida e la paletta stessa siano collegate. Mantenere un rapporto di cooperazione tra di esse, ovvero un rapporto di coordinamento, che può migliorare l'efficienza della turbina, ridurre la cavitazione e le vibrazioni delle pale e migliorare la stabilità di funzionamento della turbina.
L'hardware del sistema di controllo PLC per turbine a pale è composto principalmente da due parti: il controllore PLC e il servosistema idraulico. Innanzitutto, analizziamo la struttura hardware del controllore PLC.
3.1 Controllore PLC
Il controllore PLC è composto principalmente da un'unità di ingresso, un'unità base PLC e un'unità di uscita. L'unità di ingresso è composta da un modulo A/D e da un modulo di ingresso digitale, mentre l'unità di uscita è composta da un modulo D/A e da un modulo di ingresso digitale. Il controllore PLC è dotato di un display digitale a LED per l'osservazione in tempo reale dei parametri PID del sistema, della posizione del servomotore, della posizione del servomotore direzionale e del valore della portata d'acqua. È inoltre presente un voltmetro analogico per monitorare la posizione del servomotore in caso di guasto del controllore a microcomputer.
3.2 Sistema di follow-up idraulico
Il servosistema idraulico è una parte importante del sistema di controllo delle pale della turbina. Il segnale di uscita del controller viene amplificato idraulicamente per controllare il movimento del follower delle pale, regolando così l'angolazione delle pale della girante. Abbiamo adottato la combinazione di un sistema di controllo elettroidraulico con valvola proporzionale di pressione principale e di un sistema di controllo macchina-idraulico tradizionale per formare un sistema di controllo idraulico parallelo di una valvola proporzionale elettroidraulica e di una valvola macchina-idraulica, come mostrato in Figura 2. Sistema di follow-up idraulico per pale di turbina.
Sistema di follow-up idraulico per pale di turbine
Quando il controller PLC, la valvola proporzionale elettroidraulica e il sensore di posizione sono tutti normali, il metodo di controllo proporzionale elettroidraulico del PLC viene utilizzato per regolare il sistema di pale della turbina. Il valore di feedback della posizione e il valore di uscita del controllo vengono trasmessi tramite segnali elettrici, e i segnali vengono sintetizzati dal controller PLC. , elaborazione e processo decisionale, regolano l'apertura della valvola principale di distribuzione della pressione attraverso la valvola proporzionale per controllare la posizione del servomotore delle pale e mantenere il rapporto di cooperazione tra la paletta di guida, il carico idraulico e la paletta. Il sistema di pale della turbina controllato dalla valvola proporzionale elettroidraulica presenta un'elevata precisione sinergica, una struttura di sistema semplice, un'elevata resistenza all'inquinamento da olio ed è facilmente interfacciabile con il controller PLC per formare un sistema di controllo automatico a microcomputer.
Grazie al mantenimento del meccanismo di collegamento meccanico, nella modalità di controllo proporzionale elettroidraulico, il meccanismo di collegamento meccanico funziona anche in modo sincrono per monitorare lo stato operativo del sistema. In caso di guasto del sistema di controllo proporzionale elettroidraulico del PLC, la valvola di commutazione interviene immediatamente e il meccanismo di collegamento meccanico può sostanzialmente monitorare lo stato di funzionamento del sistema di controllo proporzionale elettroidraulico. Durante la commutazione, l'impatto sul sistema è minimo e il sistema a palette può passare agevolmente alla modalità di controllo dell'associazione meccanica. La modalità di controllo dell'associazione meccanica garantisce notevolmente l'affidabilità del funzionamento del sistema.
Durante la progettazione del circuito idraulico, abbiamo riprogettato il corpo valvola della valvola di controllo idraulico, le dimensioni corrispondenti del corpo valvola e del manicotto valvola, le dimensioni di collegamento del corpo valvola e della valvola di pressione principale e le dimensioni meccaniche della biella tra la valvola idraulica e la valvola di distribuzione della pressione principale sono le stesse di quelle originali. Solo il corpo valvola della valvola idraulica deve essere sostituito durante l'installazione e nessun'altra parte deve essere cambiata. La struttura dell'intero sistema di controllo idraulico è molto compatta. Sulla base del mantenimento completo del meccanismo di sinergia meccanica, è stato aggiunto un meccanismo di controllo proporzionale elettroidraulico per facilitare l'interfaccia con il controller PLC per realizzare il controllo di sinergia digitale e migliorare la precisione di coordinamento del sistema a palette della turbina. ; E il processo di installazione e debug del sistema è molto semplice, il che riduce i tempi di fermo dell'unità turbina idraulica, facilita la trasformazione del sistema di controllo idraulico della turbina idraulica e ha un buon valore pratico. Durante l'effettivo funzionamento in loco, il sistema è altamente apprezzato dal personale tecnico e ingegneristico della centrale elettrica e si ritiene che possa essere diffuso e applicato nel sistema servoidraulico del regolatore di molte centrali idroelettriche.
3.3 Struttura del software di sistema e metodo di implementazione
Nel sistema di pale a turbina controllato da PLC, il metodo di sinergia digitale viene utilizzato per realizzare la relazione sinergica tra pale di guida, carico idraulico e apertura delle pale. Rispetto al tradizionale metodo di sinergia meccanica, il metodo di sinergia digitale offre i vantaggi di una facile regolazione dei parametri, di una comoda procedura di debug e manutenzione e di un'elevata precisione di associazione. La struttura software del sistema di controllo delle pale è composta principalmente dal programma della funzione di regolazione del sistema, dal programma dell'algoritmo di controllo e dal programma di diagnosi. Di seguito vengono illustrate le modalità di realizzazione delle tre parti del programma sopra menzionate. Il programma della funzione di regolazione include principalmente una subroutine di sinergia, una subroutine di avvio paletta, una subroutine di arresto paletta e una subroutine di distacco del carico paletta. Quando il sistema è in funzione, identifica e valuta innanzitutto le condizioni operative correnti, quindi avvia il software di commutazione, esegue la subroutine della funzione di regolazione corrispondente e calcola il valore di posizione assegnato al servomotore delle pale.
(1) Sottoprogramma di associazione
Attraverso il test del modello dell'unità turbina, è possibile ottenere una serie di punti misurati sulla superficie del giunto. La tradizionale camma del giunto meccanico viene realizzata sulla base di questi punti misurati, e anche il metodo del giunto digitale utilizza questi punti misurati per disegnare un insieme di curve del giunto. Selezionando i punti noti sulla curva di associazione come nodi e adottando il metodo di interpolazione lineare a tratti della funzione binaria, è possibile ottenere il valore della funzione dei non nodi su questa linea dell'associazione.
(2) Subroutine di avvio delle palette
Lo scopo dello studio della legge di avviamento è quello di ridurre il tempo di avviamento dell'unità, diminuire il carico del cuscinetto reggispinta e creare condizioni di connessione alla rete per l'unità generatore.
(3) Sottoprogramma di arresto delle palette
Le regole di chiusura delle palette sono le seguenti: quando il controller riceve il comando di arresto, le palette e le palette guida vengono chiuse contemporaneamente in base alla relazione cooperativa per garantire la stabilità dell'unità: quando l'apertura della paletta guida è inferiore all'apertura a vuoto, le palette sono in ritardo. Quando la paletta guida viene chiusa lentamente, la relazione cooperativa tra la paletta e la paletta guida non viene più mantenuta; quando la velocità dell'unità scende al di sotto dell'80% della velocità nominale, la paletta viene riaperta all'angolo di partenza Φ0, pronta per il successivo avvio. Preparazione.
(4) Subroutine di rifiuto del carico della lama
Il distacco del carico significa che l'unità sotto carico viene improvvisamente scollegata dalla rete elettrica, mettendo l'unità e il sistema di derivazione idrica in cattive condizioni operative, il che è direttamente correlato alla sicurezza della centrale elettrica e dell'unità stessa. Quando il carico viene distaccato, il regolatore funziona come un dispositivo di protezione, che fa chiudere immediatamente le pale di guida e le pale finché la velocità dell'unità non scende in prossimità della velocità nominale. stabilità. Pertanto, durante il distacco del carico effettivo, le pale vengono generalmente aperte fino a un certo angolo. Questa apertura viene ottenuta tramite il test di distacco del carico della centrale elettrica effettiva. Ciò può garantire che, quando l'unità distacca il carico, non solo l'aumento di velocità sia limitato, ma anche che l'unità sia relativamente stabile.
4 Conclusion
Alla luce dell'attuale stato tecnico del settore dei regolatori per turbine idrauliche del mio Paese, questo articolo fa riferimento alle nuove informazioni nel campo del controllo della velocità delle turbine idrauliche, sia in patria che all'estero, e applica la tecnologia del controllore logico programmabile (PLC) al controllo della velocità del gruppo elettrogeno a turbina idraulica. Il controllore programmabile (PLC) è il cuore del sistema di doppia regolazione per turbine idrauliche a flusso assiale con pale. L'applicazione pratica dimostra che lo schema migliora notevolmente la precisione di coordinamento tra la paletta direzionale e la paletta stessa in diverse condizioni di carico idraulico, migliorando al contempo il tasso di utilizzo dell'energia idrica.
Data di pubblicazione: 11 febbraio 2022
