PLC-ზე დაფუძნებული ჰიდრავლიკური ტურბინის სიჩქარის კონტროლის სისტემის შემუშავება და კვლევა

1 შესავალი
ტურბინის რეგულატორი ჰიდროელექტროსადგურების ორი ძირითადი მარეგულირებელი მოწყობილობიდან ერთ-ერთია. ის არა მხოლოდ სიჩქარის რეგულირების როლს ასრულებს, არამედ ახორციელებს ჰიდროელექტროსადგურების სხვადასხვა სამუშაო პირობების გარდაქმნას და სიხშირის, სიმძლავრის, ფაზის კუთხის და სხვა კონტროლს და იცავს წყლის ბორბალს. გენერატორის კომპლექტის ამოცანაა. ტურბინის რეგულატორებმა განვითარების სამი ეტაპი გაიარეს: მექანიკური ჰიდრავლიკური რეგულატორები, ელექტროჰიდრავლიკური რეგულატორები და მიკროკომპიუტერული ციფრული ჰიდრავლიკური რეგულატორები. ბოლო წლებში ტურბინის სიჩქარის მართვის სისტემებში დანერგილია პროგრამირებადი კონტროლერები, რომლებსაც აქვთ ძლიერი ჩარევის საწინააღმდეგო უნარი და მაღალი საიმედოობა; მარტივი და მოსახერხებელი პროგრამირება და მუშაობა; მოდულური სტრუქტურა, კარგი მრავალფეროვნება, მოქნილობა და მოსახერხებელი მოვლა; მას აქვს ძლიერი მართვის ფუნქციისა და მართვის უნარის უპირატესობები; ის პრაქტიკულად დადასტურებულია.
ამ ნაშრომში შემოთავაზებულია PLC ჰიდრავლიკური ტურბინის ორმაგი რეგულირების სისტემის კვლევა, ხოლო პროგრამირებადი კონტროლერი გამოიყენება მიმმართველი ფრთისა და ნიჩბის ორმაგი რეგულირების განსახორციელებლად, რაც აუმჯობესებს მიმმართველი ფრთისა და ფრთის კოორდინაციის სიზუსტეს სხვადასხვა წყლის დაწნევის დროს. პრაქტიკა აჩვენებს, რომ ორმაგი მართვის სისტემა აუმჯობესებს წყლის ენერგიის გამოყენების მაჩვენებელს.

2. ტურბინის რეგულირების სისტემა

2.1 ტურბინის რეგულირების სისტემა
ტურბინის სიჩქარის კონტროლის სისტემის ძირითადი ამოცანაა ტურბინის მიმმართველი ფრთების გახსნის შესაბამისად შეცვლა რეგულატორის მეშვეობით, როდესაც ენერგოსისტემის დატვირთვა იცვლება და აგრეგატის ბრუნვის სიჩქარე გადახრილია, ისე, რომ ტურბინის ბრუნვის სიჩქარე შენარჩუნდეს მითითებულ დიაპაზონში, რათა გენერატორის აგრეგატი მუშაობდეს. გამომავალი სიმძლავრე და სიხშირე აკმაყოფილებს მომხმარებლის მოთხოვნებს. ტურბინის რეგულირების ძირითადი ამოცანები შეიძლება დაიყოს სიჩქარის რეგულირებად, აქტიური სიმძლავრის რეგულირებად და წყლის დონის რეგულირებად.

2.2 ტურბინის რეგულირების პრინციპი
ჰიდროგენერატორის ბლოკი არის ბლოკი, რომელიც წარმოიქმნება ჰიდროტურბინისა და გენერატორის შეერთებით. ჰიდროგენერატორის კომპლექტის მბრუნავი ნაწილი არის ხისტი სხეული, რომელიც ბრუნავს ფიქსირებული ღერძის გარშემო და მისი განტოლება შეიძლება აღიწეროს შემდეგი განტოლებით:

ფორმულაში
——მოდულის მბრუნავი ნაწილის ინერციის მომენტი (კგ მ2)
——ბრუნვის კუთხური სიჩქარე (რად/წმ)
——ტურბინის ბრუნვის მომენტი (ნ/მ), გენერატორის მექანიკური და ელექტრული დანაკარგების ჩათვლით.
——გენერატორის წინააღმდეგობის ბრუნვის მომენტი, რომელიც ეხება გენერატორის სტატორის როტორზე მოქმედ ბრუნვას, მისი მიმართულება ბრუნვის მიმართულების საპირისპიროა და წარმოადგენს გენერატორის აქტიურ სიმძლავრეს, ანუ დატვირთვის ზომას.

როდესაც დატვირთვა იცვლება, მიმმართველი ფრთის გახსნა უცვლელი რჩება და აგრეგატის სიჩქარე კვლავ შეიძლება სტაბილიზდეს გარკვეულ მნიშვნელობაზე. რადგან სიჩქარე გადახრილი იქნება ნომინალური მნიშვნელობიდან, სიჩქარის შესანარჩუნებლად თვითბალანსირების რეგულირების უნარზე დაყრდნობა საკმარისი არ არის. დატვირთვის შეცვლის შემდეგ აგრეგატის სიჩქარის საწყის ნომინალურ მნიშვნელობაზე შესანარჩუნებლად, სურათი 1-დან ჩანს, რომ აუცილებელია მიმმართველი ფრთის გახსნის შესაბამისად შეცვლა. როდესაც დატვირთვა მცირდება, როდესაც წინააღმდეგობის ბრუნვის მომენტი 1-დან 2-მდე იცვლება, მიმმართველი ფრთის გახსნა შემცირდება 1-მდე და აგრეგატის სიჩქარე შენარჩუნდება. ამიტომ, დატვირთვის ცვლილებასთან ერთად, წყლის მიმმართველი მექანიზმის გახსნა შესაბამისად იცვლება, ისე, რომ ჰიდროგენერატორის აგრეგატის სიჩქარე შენარჩუნდეს წინასწარ განსაზღვრულ მნიშვნელობაზე ან შეიცვალოს წინასწარ განსაზღვრული კანონის შესაბამისად. ეს პროცესი არის ჰიდროგენერატორის აგრეგატის სიჩქარის რეგულირება, ანუ ტურბინის რეგულირება.

3. PLC ჰიდრავლიკური ტურბინის ორმაგი რეგულირების სისტემა
ტურბინის რეგულატორი წყლის გამტარი ფრთების გახსნის კონტროლისთვისაა განკუთვნილი, რათა დაარეგულიროს ტურბინის ბრუნვის წრედში ნაკადი, რითაც იცვლება ტურბინის დინამიური ბრუნვის მომენტი და კონტროლდება ტურბინის აგრეგატის სიხშირე. თუმცა, ღერძული ნაკადის მბრუნავი ნიჩბიანი ტურბინის მუშაობის დროს, რეგულატორმა არა მხოლოდ გამტარი ფრთების გახსნა უნდა დაარეგულიროს, არამედ გამტარი ფრთების კუთხეც უნდა დაარეგულიროს გამტარი ფრთის მიმდევრის დარტყმის სიმძლავრისა და წყლის წნევის მიხედვით, ისე, რომ გამტარი ფრთა და ფრთა ერთმანეთთან იყოს დაკავშირებული. მათ შორის უნდა შენარჩუნდეს თანამშრომლობითი ურთიერთობა, ანუ კოორდინაციული ურთიერთობა, რამაც შეიძლება გააუმჯობესოს ტურბინის ეფექტურობა, შეამციროს აგრეგატის ფრთების კავიტაცია და ვიბრაცია და გააძლიეროს ტურბინის მუშაობის სტაბილურობა.
PLC მართვის ტურბინის ფრთების სისტემის აპარატურა ძირითადად ორი ნაწილისგან შედგება, კერძოდ, PLC კონტროლერისა და ჰიდრავლიკური სერვო სისტემისგან. პირველ რიგში, განვიხილოთ PLC კონტროლერის აპარატურული სტრუქტურა.

3.1 PLC კონტროლერი
PLC კონტროლერი ძირითადად შედგება შეყვანის ბლოკის, PLC-ის ძირითადი ბლოკის და გამომავალი ბლოკისგან. შეყვანის ბლოკი შედგება A/D მოდულისა და ციფრული შეყვანის მოდულისგან, ხოლო გამომავალი ბლოკი - D/A მოდულისა და ციფრული შეყვანის მოდულისგან. PLC კონტროლერი აღჭურვილია LED ციფრული დისპლეით სისტემის PID პარამეტრების, ფრთის მიმდევრის პოზიციის, მიმმართველი ფრთის მიმდევრის პოზიციის და წყლის წნევის მნიშვნელობის რეალურ დროში დასაკვირვებლად. ასევე გათვალისწინებულია ანალოგური ვოლტმეტრი ფრთის მიმდევრის პოზიციის მონიტორინგისთვის მიკროკომპიუტერული კონტროლერის გაუმართაობის შემთხვევაში.

3.2 ჰიდრავლიკური შემდგომი სისტემა
ჰიდრავლიკური სერვო სისტემა ტურბინის ფრთების მართვის სისტემის მნიშვნელოვანი ნაწილია. კონტროლერის გამომავალი სიგნალი ჰიდრავლიკურად ძლიერდება ფრთის მიმდევრის მოძრაობის საკონტროლებლად, რითაც რეგულირდება მოძრავი პირების კუთხე. ჩვენ გამოვიყენეთ პროპორციული სარქვლის მართვის მთავარი წნევის სარქვლის ტიპის ელექტროჰიდრავლიკური მართვის სისტემის და ტრადიციული მანქანურ-ჰიდრავლიკური მართვის სისტემის კომბინაცია, რათა ჩამოყალიბებულიყო ელექტროჰიდრავლიკური პროპორციული სარქვლის და მანქანურ-ჰიდრავლიკური სარქვლის პარალელური ჰიდრავლიკური მართვის სისტემა, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 2-ში. ტურბინის პირების ჰიდრავლიკური მეთვალყურეობის სისტემა.

ტურბინის პირების ჰიდრავლიკური თვალთვალის სისტემა
როდესაც PLC კონტროლერი, ელექტროჰიდრავლიკური პროპორციული სარქველი და პოზიციის სენსორი ნორმალურია, ტურბინის ფრთების სისტემის რეგულირებისთვის გამოიყენება PLC ელექტროჰიდრავლიკური პროპორციული მართვის მეთოდი, პოზიციის უკუკავშირის მნიშვნელობა და მართვის გამომავალი მნიშვნელობა გადაიცემა ელექტრული სიგნალებით და სიგნალები სინთეზირდება PLC კონტროლერის მიერ. დამუშავება და გადაწყვეტილების მიღება, მთავარი წნევის გამანაწილებელი სარქვლის სარქვლის გახსნის რეგულირება პროპორციული სარქვლის მეშვეობით ფრთების მიმდევრის პოზიციის გასაკონტროლებლად და სახელმძღვანელო ფრთას, წყლის წნევასა და ფრთას შორის თანამშრომლობითი ურთიერთობის შენარჩუნება. ელექტროჰიდრავლიკური პროპორციული სარქველით მართული ტურბინის ფრთების სისტემა გამოირჩევა მაღალი სინერგიის სიზუსტით, მარტივი სისტემის სტრუქტურით, ნავთობის დაბინძურებისადმი ძლიერი მდგრადობით და მოსახერხებელია PLC კონტროლერთან შესაერთებლად მიკროკომპიუტერული ავტომატური მართვის სისტემის შესაქმნელად.

მექანიკური შეერთების მექანიზმის შენარჩუნების გამო, ელექტროჰიდრავლიკური პროპორციული მართვის რეჟიმში, მექანიკური შეერთების მექანიზმი ასევე სინქრონულად მუშაობს სისტემის მუშაობის სტატუსის თვალყურის დევნებისთვის. თუ PLC ელექტროჰიდრავლიკური პროპორციული მართვის სისტემა გაფუჭდება, გადართვის სარქველი დაუყოვნებლივ იმოქმედებს და მექანიკური შეერთების მექანიზმს შეუძლია ძირითადად თვალყური ადევნოს ელექტროჰიდრავლიკური პროპორციული მართვის სისტემის მუშაობის მდგომარეობას. გადართვისას, სისტემის ზემოქმედება მცირეა და ფრთების სისტემას შეუძლია შეუფერხებლად გადავიდეს მექანიკური ასოციაციის მართვის რეჟიმში. ეს მნიშვნელოვნად უზრუნველყოფს სისტემის მუშაობის საიმედოობას.

ჰიდრავლიკური წრედის დიზაინის შექმნისას, ჩვენ ხელახლა შევქმენით ჰიდრავლიკური მართვის სარქვლის კორპუსი, სარქვლის კორპუსისა და სარქვლის ყდის შესაბამისი ზომა, სარქვლის კორპუსისა და მთავარი წნევის სარქვლის შეერთების ზომა და მექანიკური ნაწილი. ჰიდრავლიკურ სარქველსა და მთავარ წნევის გამანაწილებელ სარქველს შორის დამაკავშირებელი ღეროს ზომა იგივეა, რაც ორიგინალი. ინსტალაციის დროს მხოლოდ ჰიდრავლიკური სარქვლის კორპუსის შეცვლაა საჭირო და სხვა ნაწილების შეცვლა არ არის საჭირო. მთელი ჰიდრავლიკური მართვის სისტემის სტრუქტურა ძალიან კომპაქტურია. მექანიკური სინერგიის მექანიზმის სრულად შენარჩუნების საფუძველზე, დამატებულია ელექტროჰიდრავლიკური პროპორციული მართვის მექანიზმი, რათა გაადვილდეს PLC კონტროლერთან ინტერფეისი ციფრული სინერგიის კონტროლის განსახორციელებლად და ტურბინის ფრთის სისტემის კოორდინაციის სიზუსტის გასაუმჯობესებლად. სისტემის მონტაჟისა და გამართვის პროცესი ძალიან მარტივია, რაც ამცირებს ჰიდრავლიკური ტურბინის ბლოკის შეფერხების დროს, ხელს უწყობს ჰიდრავლიკური ტურბინის ჰიდრავლიკური მართვის სისტემის ტრანსფორმაციას და აქვს კარგი პრაქტიკული ღირებულება. ადგილზე ფაქტობრივი ექსპლუატაციის დროს, სისტემას ელექტროსადგურის საინჟინრო და ტექნიკური პერსონალი მაღალ შეფასებას ანიჭებს და ითვლება, რომ მისი პოპულარიზაცია და გამოყენება შესაძლებელია მრავალი ჰიდროელექტროსადგურის რეგულატორის ჰიდრავლიკურ სერვოსისტემაში.

3.3 სისტემური პროგრამული უზრუნველყოფის სტრუქტურა და განხორციელების მეთოდი
PLC-მართვადი ტურბინის ფრთების სისტემაში, ციფრული სინერგიის მეთოდი გამოიყენება სახელმძღვანელო ფრთებს, წყლის წნევასა და ფრთების გახსნას შორის სინერგიული ურთიერთობის რეალიზაციისთვის. ტრადიციულ მექანიკურ სინერგიის მეთოდთან შედარებით, ციფრული სინერგიის მეთოდს აქვს პარამეტრების მარტივი რეგულირების, მოსახერხებელი გამართვისა და ტექნიკური მომსახურების, ასევე ასოციაციის მაღალი სიზუსტის უპირატესობები. ფრთების მართვის სისტემის პროგრამული სტრუქტურა ძირითადად შედგება სისტემის რეგულირების ფუნქციის პროგრამისგან, მართვის ალგორითმის პროგრამისგან და დიაგნოსტიკის პროგრამისგან. ქვემოთ განვიხილავთ პროგრამის ზემოთ ჩამოთვლილი სამი ნაწილის რეალიზაციის მეთოდებს შესაბამისად. რეგულირების ფუნქციის პროგრამა ძირითადად მოიცავს სინერგიის ქვერუტინას, ფრთის გაშვების ქვერუტინას, ფრთის გაჩერების ქვერუტინას და ფრთის დატვირთვის შემცირების ქვერუტინას. როდესაც სისტემა მუშაობს, ის ჯერ ამოიცნობს და აფასებს მიმდინარე სამუშაო პირობებს, შემდეგ იწყებს პროგრამულ გადამრთველს, ასრულებს შესაბამის რეგულირების ფუნქციის ქვერუტინას და ითვლის ფრთის მიმდევრის მოცემული მნიშვნელობის პოზიციას.
(1) ასოციაციის ქვერუტინა
ტურბინის ბლოკის მოდელის ტესტირების გზით შესაძლებელია შეერთების ზედაპირზე გაზომილი წერტილების ნაკრების მიღება. ტრადიციული მექანიკური შეერთების კამერა დამზადებულია ამ გაზომილი წერტილების საფუძველზე, ხოლო ციფრული შეერთების მეთოდი ასევე იყენებს ამ გაზომილ წერტილებს შეერთების მრუდების ნაკრების დასახაზად. ასოციაციის მრუდზე ცნობილი წერტილების კვანძებად შერჩევით და ორობითი ფუნქციის ნაწილ-ნაწილ წრფივი ინტერპოლაციის მეთოდის გამოყენებით, შესაძლებელია ასოციაციის ამ ხაზზე არაკვანძების ფუნქციის მნიშვნელობის მიღება.
(2) ფრთის გაშვების ქვერუტინა
გაშვების კანონის შესწავლის მიზანია აგრეგატის გაშვების დროის შემცირება, ბიძგის საკისრის დატვირთვის შემცირება და გენერატორის აგრეგატისთვის ქსელთან დაკავშირებული პირობების შექმნა.
(3) ფრთის გაჩერების ქვერუტინა
ფრთების დახურვის წესები შემდეგია: როდესაც კონტროლერი იღებს გამორთვის ბრძანებას, ფრთები და მიმმართველი ფრთები ერთდროულად იხურება თანამშრომლობის მიხედვით, აგრეგატის სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად: როდესაც მიმმართველი ფრთის გახსნა ნაკლებია დატვირთვის გარეშე გახსნაზე, ფრთები ჩამორჩებიან. როდესაც მიმმართველი ფრთა ნელა იხურება, ფრთასა და მიმმართველ ფრთას შორის თანამშრომლობის ურთიერთობა აღარ არის შენარჩუნებული; როდესაც აგრეგატის სიჩქარე ნომინალური სიჩქარის 80%-ზე დაბლა ეცემა, ფრთა ხელახლა იხსნება საწყის კუთხემდე Φ0, მზად შემდეგი ჩართვისთვის. მომზადება.
(4) პირების დატვირთვის უარყოფის ქვერუტინა
დატვირთვის უარყოფა ნიშნავს, რომ დატვირთვის მქონე აგრეგატი მოულოდნელად ითიშება ელექტრო ქსელიდან, რაც აგრეგატს და წყლის გადამისამართების სისტემას ცუდ სამუშაო მდგომარეობაში აყენებს, რაც პირდაპირ კავშირშია ელექტროსადგურისა და აგრეგატის უსაფრთხოებასთან. დატვირთვის შემცირებისას, რეგულატორი დამცავი მოწყობილობის ეკვივალენტურია, რომელიც აიძულებს მეგზურ და ფრთებს დაუყოვნებლივ დაიხუროს მანამ, სანამ აგრეგატის სიჩქარე არ დაეცემა ნომინალურ სიჩქარესთან ახლოს. ამიტომ, დატვირთვის შემცირებისას, ფრთები, როგორც წესი, გარკვეული კუთხით იხსნება. ეს გახსნა მიიღება ელექტროსადგურის დატვირთვის შემცირების ტესტით. ამან შეიძლება უზრუნველყოს, რომ როდესაც აგრეგატი ამცირებს დატვირთვას, არა მხოლოდ სიჩქარის ზრდა მცირე იყოს, არამედ აგრეგატი შედარებით სტაბილური იყოს.

4 დასკვნა
ჩემი ქვეყნის ჰიდრავლიკური ტურბინის რეგულატორების ინდუსტრიის ამჟამინდელი ტექნიკური მდგომარეობის გათვალისწინებით, ეს ნაშრომი ეხება ჰიდრავლიკური ტურბინის სიჩქარის კონტროლის სფეროში არსებულ ახალ ინფორმაციას როგორც ქვეყნის შიგნით, ასევე მის ფარგლებს გარეთ და იყენებს პროგრამირებადი ლოგიკური კონტროლერის (PLC) ტექნოლოგიას ჰიდრავლიკური ტურბინის გენერატორის ნაკრების სიჩქარის კონტროლისთვის. პროგრამის კონტროლერი (PLC) წარმოადგენს ღერძული ნაკადის ნიჩბის ტიპის ჰიდრავლიკური ტურბინის ორმაგი რეგულირების სისტემის ბირთვს. პრაქტიკული გამოყენება აჩვენებს, რომ სქემა მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს მეგზურ ფრთასა და ფრთას შორის კოორდინაციის სიზუსტეს წყლის სხვადასხვა წნევის პირობებში და აუმჯობესებს წყლის ენერგიის გამოყენების მაჩვენებელს.