פיתוח ומחקר של מערכת בקרת מהירות טורבינה הידראולית המבוססת על PLC

1. הקדמה
מושל הטורבינה הוא אחד משני ציוד הוויסות העיקריים ליחידות הידרואלקטריות.זה לא רק ממלא את התפקיד של ויסות מהירות, אלא גם לוקח על עצמו המרת תנאי עבודה שונים ותדר, כוח, זווית פאזה ובקרה אחרת של יחידות ייצור הידרואלקטריות ומגן על גלגל המים.המשימה של סט הגנרטור.מושלי טורבינות עברו שלושה שלבי פיתוח: מושלים הידראוליים מכניים, מושלים אלקטרו-הידראוליים ומושלים הידראוליים דיגיטליים מיקרו-מחשביים.בשנים האחרונות הוכנסו בקרים ניתנים לתכנות למערכות בקרת מהירות טורבינה, בעלות יכולת אנטי-הפרעות חזקה ואמינות גבוהה;תכנות ותפעול פשוטים ונוחים;מבנה מודולרי, צדדיות טובה, גמישות ותחזוקה נוחה;יש לו את היתרונות של פונקציית שליטה חזקה ויכולת נהיגה;זה אומת באופן מעשי.
במאמר זה מוצע המחקר על מערכת הכוונון הכפול של הטורבינה ההידראולית PLC, והבקר הניתן לתכנות משמש למימוש ההתאמה הכפולה של שבשבת ההדרכה והמשוט, מה שמשפר את דיוק התיאום של שבשבת ההדרכה והשבשבת עבור שונות ראשי מים.תרגול מראה שמערכת הבקרה הכפולה משפרת את קצב הניצול של אנרגיית המים.

2. מערכת ויסות טורבינות

2.1 מערכת ויסות טורבינות
המשימה הבסיסית של מערכת בקרת מהירות הטורבינה היא לשנות את פתיחת שבבי הכיוון של הטורבינה בהתאם דרך המושל כאשר עומס מערכת הכוח משתנה ומהירות הסיבוב של היחידה סוטה, כך שמהירות הסיבוב של הטורבינה נשמר בטווח שצוין, כדי לגרום ליחידת הגנרטור לפעול.כוח פלט ותדר עומדים בדרישות המשתמש.ניתן לחלק את המשימות הבסיסיות של ויסות טורבינה לוויסות מהירות, ויסות כוח אקטיבי וויסות מפלס מים.

2.2 עקרון ויסות הטורבינות
יחידת הידרו-גנרטור היא יחידה שנוצרת מחיבור הידרו-טורבינה וגנרטור.החלק המסתובב של ערכת ההידרו-גנרטור הוא גוף קשיח המסתובב סביב ציר קבוע, וניתן לתאר את המשוואה שלו באמצעות המשוואה הבאה:

בנוסחה
——מומנט האינרציה של החלק המסתובב של היחידה (Kg m2)
——מהירות זווית סיבוב (רד/s)
——מומנט טורבינה (N/m), כולל הפסדים מכניים וחשמליים של גנרטור.
——מומנט התנגדות הגנרטור, המתייחס למומנט הפועל של הסטטור של הגנרטור על הרוטור, הכיוון שלו מנוגד לכיוון הסיבוב, ומייצג את תפוקת ההספק האקטיבית של הגנרטור, כלומר את גודל העומס.

כאשר העומס משתנה, פתיחת שבשבת ההדרכה נשארת ללא שינוי, ועדיין ניתן לייצב את מהירות היחידה על ערך מסוים.מכיוון שהמהירות תחרוג מהערך המדורג, לא מספיק להסתמך על יכולת ההתאמה לאיזון עצמי כדי לשמור על המהירות.על מנת לשמור על מהירות היחידה בערך המדורג המקורי לאחר שינוי העומס, ניתן לראות באיור 1 כי יש צורך לשנות את פתח שבשבת ההדרכה בהתאם.כאשר העומס יורד, כאשר מומנט ההתנגדות משתנה מ-1 ל-2, פתיחת שבשבת ההדרכה תצטמצם ל-1, ומהירות היחידה תישמר.לכן, עם שינוי העומס, משתנה בהתאם לפתיחת מנגנון מנחה המים, כך שמהירות יחידת ההידרו-גנרטור נשמרת על ערך קבוע מראש, או משתנה לפי חוק שנקבע מראש.תהליך זה הוא התאמת המהירות של יחידת ההידרו-גנרטור., או ויסות טורבינות.

3. מערכת כוונון כפולה של טורבינה הידראולית PLC
מושל הטורבינה אמור לשלוט בפתיחת שבבי מוביל המים כדי להתאים את הזרימה אל רץ הטורבינה, ובכך לשנות את המומנט הדינמי של הטורבינה ולשלוט בתדירות יחידת הטורבינה.עם זאת, במהלך פעולתה של טורבינת ההנעה הסיבובית בזרימה צירית, המושל צריך לא רק להתאים את פתח השבטים, אלא גם להתאים את זווית להבי הרץ בהתאם לערך המהלך וראש המים של עוקב שבשבת ההדרכה, כך שבשבת ההדרכה והשבשבת מחוברות.שמרו על יחסי שיתוף פעולה ביניהם, כלומר קשרי תיאום, שיכולים לשפר את יעילות הטורבינה, להפחית את חילופי הלהבים והרעידות של היחידה ולשפר את יציבות פעולת הטורבינה.
החומרה של מערכת שבשבת הטורבינה בקרת PLC מורכבת בעיקר משני חלקים, כלומר בקר PLC ומערכת סרוו הידראולית.ראשית, בואו נדון במבנה החומרה של בקר ה-PLC.

בקר PLC 3.1
בקר PLC מורכב בעיקר מיחידת קלט, יחידת PLC בסיסית ויחידת פלט.יחידת הקלט מורכבת ממודול A/D וממודול קלט דיגיטלי, ויחידת הפלט מורכבת ממודול D/A וממודול קלט דיגיטלי.בקר ה-PLC מצויד בתצוגת LED דיגיטלית לתצפית בזמן אמת על פרמטרי מערכת PID, מיקום עוקב שבשבת, מיקום עוקב שבשבת מנחה וערך ראש המים.מד מתח אנלוגי מסופק גם כדי לנטר את מיקום עוקב השבשבת במקרה של כשל בבקר המיקרו.

3.2 מערכת מעקב הידראולית
מערכת הסרוו ההידראולית היא חלק חשוב ממערכת בקרת שבשבת הטורבינה.אות הפלט של הבקר מוגבר באופן הידראולי כדי לשלוט בתנועת עוקב השבשבת, ובכך להתאים את זווית להבי הרץ.אימצנו את השילוב של מערכת בקרה אלקטרו הידראולית מסוג שסתום לחץ ראשי של בקרת שסתום פרופורציונלית ומערכת בקרה הידראולית מכונה מסורתית כדי ליצור מערכת בקרה הידראולית מקבילה של שסתום פרופורציונלי אלקטרו-הידראולי ושסתום מכונה הידראולי, כפי שמוצג באיור 2. מעקב הידראולי מערכת מעלה עבור להבי טורבינה.

מערכת מעקב הידראולית ללהבי טורבינה
כאשר בקר ה-PLC, השסתום היחסי אלקטרו-הידראולי וחיישן המיקום כולם תקינים, שיטת הבקרה הפרופורציונלית האלקטרו-הידראולית PLC משמשת להתאמת מערכת שבשבת הטורבינה, ערך משוב המיקום וערך פלט הבקרה מועברים על ידי אותות חשמליים, וה האותות מסונתזים על ידי בקר ה-PLC., עיבוד וקבלת החלטות, התאם את פתיחת השסתום של שסתום חלוקת הלחץ הראשי דרך השסתום הפרופורציונלי כדי לשלוט על מיקום עוקב השבשבת, ולשמור על יחסי שיתוף פעולה בין שבשבת ההדרכה, ראש המים והשבשבת.למערכת שבשבת הטורבינה הנשלטת על ידי שסתום פרופורציונלי אלקטרו-הידראולי יש דיוק סינרגיה גבוה, מבנה מערכת פשוט, עמידות חזקה לזיהום שמן, ונוחה לממשק עם בקר PLC ליצירת מערכת בקרה אוטומטית של מיקרו-מחשב.

בשל השמירה על מנגנון ההצמדה המכני, במצב בקרה פרופורציונלית אלקטרו-הידראולית, מנגנון ההצמדה המכני פועל גם באופן סינכרוני כדי לעקוב אחר מצב הפעולה של המערכת.אם מערכת הבקרה הפרופורציונלית האלקטרו-הידראולית של PLC נכשלת, שסתום המיתוג יפעל באופן מיידי, ומנגנון ההצמדה המכני יכול בעצם לעקוב אחר מצב הריצה של מערכת הבקרה הפרופורציונלית האלקטרו-הידראולית.בעת המעבר, השפעת המערכת קטנה, ומערכת השבשבת יכולה לעבור בצורה חלקה למצב בקרת השיוך המכני מבטיח מאוד את האמינות של פעולת המערכת.

כאשר תכננו את המעגל ההידראולי, עיצבנו מחדש את גוף השסתום של שסתום הבקרה ההידראולי, את הגודל התואם של גוף השסתום ושרוול השסתום, גודל החיבור של גוף השסתום ושסתום הלחץ הראשי, והגודל המכני של מוט החיבור בין השסתום ההידראולי לשסתום חלוקת הלחץ הראשי זהה לזה המקורי.יש להחליף רק את גוף השסתום של השסתום ההידראולי במהלך ההתקנה, ואין צורך לשנות חלקים אחרים.המבנה של מערכת הבקרה ההידראולית כולה קומפקטי מאוד.על בסיס שמירה מלאה על מנגנון הסינרגיה המכאנית, מתווסף מנגנון בקרה פרופורציונלי אלקטרו-הידראולי כדי להקל על הממשק עם בקר ה-PLC למימוש בקרת סינרגיה דיגיטלית ושיפור דיוק התיאום של מערכת שבשבת הטורבינה.;ותהליך ההתקנה ואיתור הבאגים של המערכת הוא קל מאוד, מה שמקצר את זמן ההשבתה של יחידת הטורבינה ההידראולית, מקל על השינוי של מערכת הבקרה ההידראולית של הטורבינה ההידראולית, ויש לו ערך מעשי טוב.במהלך ההפעלה בפועל באתר, המערכת זוכה להערכה רבה על ידי אנשי ההנדסה והטכניים של תחנת הכוח, ומאמינים כי ניתן לפופולארי וליישם אותה במערכת הסרוו ההידראולית של מושל תחנות כוח הידרו רבות.

3.3 מבנה תוכנת המערכת ושיטת ההטמעה
במערכת שבשבת הטורבינה הנשלטת על ידי PLC, שיטת הסינרגיה הדיגיטלית משמשת למימוש יחסי הסינרגיה בין שבבי הדרכה, ראש המים ופתיחת השבטים.בהשוואה לשיטת הסינרגיה המכנית המסורתית, לשיטת הסינרגיה הדיגיטלית יש את היתרונות של חיתוך פרמטרים קל, יש לה את היתרונות של איתור באגים ותחזוקה נוחים ודיוק גבוה של שיוך.מבנה התוכנה של מערכת בקרת השבשבת מורכב בעיקר מתוכנית פונקציית התאמת המערכת, תוכנית אלגוריתם הבקרה ותוכנית האבחון.להלן נדון בשיטות המימוש של שלושת חלקי התוכנית לעיל, בהתאמה.תוכנית פונקציית ההתאמה כוללת בעיקר תת-שגרה של סינרגיה, תת-שגרה של התנעת השבשבת, תת-שגרה של עצירת השבשבת ותת שגרה של הפחתת העומס של השבשבת.כאשר המערכת פועלת, היא תחילה מזהה ושופטת את מצב ההפעלה הנוכחי, ואז מפעילה את מתג התוכנה, מבצעת את תת-השגרה של פונקציית ההתאמה המתאימה, ומחשבת את הערך הנתון למיקום של עוקב השבשבת.
(1) תת שגרת האגודה
באמצעות בדיקת הדגם של יחידת הטורבינה, ניתן לקבל אצווה של נקודות מדודות על משטח המפרק.מצלמת המפרק המכנית המסורתית מיוצרת על סמך הנקודות הנמדדות הללו, ושיטת המפרק הדיגיטלית משתמשת גם בנקודות הנמדדות הללו כדי לצייר קבוצה של עקומות מפרקים.בחירת הנקודות הידועות בעקומת השיוך כצמתים, ואימוץ השיטה של ​​אינטרפולציה לינארית חלקית של הפונקציה הבינארית, ניתן לקבל את ערך הפונקציה של הלא-צמתים בקו זה של השיוך.
(2) תת שגרת הפעלה של שבשבת
מטרת לימוד חוק ההתנעה היא לקצר את זמן ההתנעה של היחידה, להפחית את עומס מיסב הדחף וליצור תנאים מחוברים לרשת ליחידת הגנרטור.
(3) תת שגרת עצירת שבשבת
כללי הסגירה של השבטים הם כדלקמן: כאשר הבקר מקבל את פקודת הכיבוי, השבטים והשבבים המכוונים נסגרים בו-זמנית בהתאם ליחסי שיתוף פעולה כדי להבטיח את יציבות היחידה: כאשר פתח שבשבת הנחייה קטן יותר מאשר הפתח ללא עומס, השבטים משתהים כאשר שבשבת המנחה נסגרת לאט, מערכת היחסים השיתופית בין השבט לבין שבשבת ההדרכה אינה נשמרת עוד;כאשר מהירות היחידה יורדת מתחת ל-80% מהמהירות המדורגת, השבשבת נפתחת מחדש לזווית ההתחלה Φ0, מוכנה להפעלה הבאה הכנה.
(4) תת שגרת דחיית עומס להב
דחיית עומס פירושה שהיחידה עם העומס מנותקת לפתע מרשת החשמל, מה שהופך את היחידה ומערכת הסחת המים למצב תפעולי גרוע, הקשור ישירות לבטיחות תחנת הכוח והיחידה.כאשר העומס נשפך, המושל שווה ערך להתקן הגנה, אשר גורם לשבבי ההדרכה והשבבים להיסגר מיד עד שמהירות היחידה יורדת לקרבת המהירות הנקובת.יַצִיבוּת.לכן, בהורדת העומס בפועל, השבטים נפתחים בדרך כלל לזווית מסוימת.פתח זה מתקבל באמצעות בדיקת הפחתת עומס של תחנת הכוח בפועל.זה יכול להבטיח שכאשר היחידה מוריד עומס, לא רק שהעלאת המהירות קטנה, אלא גם היחידה יציבה יחסית..

4. מסקנה
לאור המצב הטכני הנוכחי של תעשיית מושלי הטורבינות ההידראוליות במדינה שלי, מאמר זה מתייחס למידע החדש בתחום בקרת מהירות הטורבינה ההידראולית בבית ומחוצה לה, ומחיל את טכנולוגיית הבקר הלוגי המתוכנת (PLC) על בקרת המהירות של סט גנרטור הטורבינות ההידראולי.בקר התוכנית (PLC) הוא הליבה של מערכת הוויסות הכפולה של הטורבינה הידראולית בזרימה צירית.היישום המעשי מראה כי התוכנית משפרת מאוד את דיוק התיאום בין שבשבת ההובלה והשבשבת עבור תנאי ראש מים שונים, ומשפרת את קצב הניצול של אנרגיית המים.