1 Įvadas
Turbinos reguliatorius yra viena iš dviejų pagrindinių hidroelektrinių agregatų reguliavimo įrangos. Jis ne tik reguliuoja greitį, bet ir atlieka įvairias darbo sąlygas, keičia hidroelektrinių generatorių dažnį, galią, fazės kampą ir kitus parametrus, apsaugo vandens ratą. Generatoriaus agregato užduotis. Turbinos reguliatoriai išgyveno tris vystymosi etapus: mechaninius hidraulinius reguliatorius, elektrohidraulinius reguliatorius ir mikrokompiuterinius skaitmeninius hidraulinius reguliatorius. Pastaraisiais metais turbinų greičio valdymo sistemose buvo įdiegti programuojami valdikliai, kurie pasižymi didele apsauga nuo trukdžių ir dideliu patikimumu; paprastu ir patogiu programavimu bei valdymu; moduline struktūra, geru universalumu, lankstumu ir patogia priežiūra; jis turi stiprių valdymo funkcijų ir pavaros galimybių privalumus; tai buvo praktiškai patikrinta.
Šiame straipsnyje siūlomas PLC hidraulinės turbinos dvigubo reguliavimo sistemos tyrimas, o programuojamas valdiklis naudojamas dvigubam kreipiamosios mentės ir mentės reguliavimui realizuoti, o tai pagerina kreipiamosios mentės ir mentės koordinavimo tikslumą esant skirtingiems vandens slėgiams. Praktika rodo, kad dvigubo valdymo sistema pagerina vandens energijos panaudojimo koeficientą.
2. Turbinos reguliavimo sistema
2.1 Turbinos reguliavimo sistema
Pagrindinė turbinos greičio reguliavimo sistemos užduotis – keisti turbinos kreipiamųjų menčių atidarymą per reguliatorių, kai keičiasi elektros energijos sistemos apkrova ir nukrypsta įrenginio sukimosi greitis, kad turbinos sukimosi greitis būtų palaikomas nustatytame diapazone ir generatorius veiktų. Išėjimo galia ir dažnis atitiktų vartotojo reikalavimus. Pagrindinės turbinos reguliavimo užduotys gali būti suskirstytos į greičio reguliavimą, aktyviosios galios reguliavimą ir vandens lygio reguliavimą.
2.2 Turbinos reguliavimo principas
Hidrogeneratorius yra įrenginys, sudarytas sujungus hidroturbiną ir generatorių. Sukamoji hidrogeneratoriaus dalis yra standus kūnas, besisukantis aplink fiksuotą ašį, o jo lygtį galima apibūdinti šia lygtimi:
Formulėje
—— Sukamosios įrenginio dalies inercijos momentas (Kg m2)
—— Sukimosi kampinis greitis (rad/s)
——Turbinos sukimo momentas (N/m), įskaitant generatoriaus mechaninius ir elektrinius nuostolius.
—— Generatoriaus varžos sukimo momentas, kuris reiškia generatoriaus statoriaus veikiantį sukimo momentą rotoriuje, jo kryptis yra priešinga sukimosi krypčiai ir rodo generatoriaus aktyviąją galią, t. y. apkrovos dydį.
Kai keičiasi apkrova, kreipiamosios mentės anga išlieka nepakitusi, o įrenginio greitis vis tiek gali būti stabilizuotas ties tam tikra verte. Kadangi greitis nukryps nuo vardinės vertės, nepakanka pasikliauti savaiminio balansavimo reguliavimo galimybe, kad būtų išlaikytas greitis. Norint išlaikyti įrenginio greitį pradiniame vardiniame lygyje, pasikeitus apkrovai, iš 1 paveikslo matyti, kad reikia atitinkamai pakeisti kreipiamosios mentės angą. Kai apkrova sumažėja, kai pasipriešinimo sukimo momentas pasikeičia nuo 1 iki 2, kreipiamosios mentės anga sumažėja iki 1, o įrenginio greitis išlaikomas. Todėl, keičiantis apkrovai, atitinkamai keičiasi ir vandens kreipiamojo mechanizmo anga, kad hidrogeneratoriaus bloko greitis būtų palaikomas iš anksto nustatytoje vertėje arba keistųsi pagal iš anksto nustatytą dėsnį. Šis procesas vadinamas hidrogeneratoriaus bloko greičio reguliavimu arba turbinos reguliavimu.
3. PLC hidraulinės turbinos dvigubo reguliavimo sistema
Turbinos reguliatorius skirtas valdyti vandens kreipiamųjų menčių atidarymą, kad būtų galima reguliuoti srautą į turbinos sraigtą, taip keičiant turbinos dinaminį sukimo momentą ir valdant turbinos bloko dažnį. Tačiau ašinio srauto rotacinės mentelės turbinos veikimo metu reguliatorius turėtų reguliuoti ne tik kreipiamųjų menčių atidarymą, bet ir sraigto menčių kampą pagal kreipiamosios mentės sekiklio eigą ir vandens slėgio vertę, kad kreipiamoji mentė ir mentė būtų sujungtos. Palaikyti jų bendradarbiavimo ryšį, t. y. koordinavimo ryšį, kuris gali pagerinti turbinos efektyvumą, sumažinti menčių kavitaciją ir agregato vibraciją bei padidinti turbinos veikimo stabilumą.
PLC valdymo turbinos menčių sistemos techninė įranga daugiausia sudaryta iš dviejų dalių: PLC valdiklio ir hidraulinės servo sistemos. Pirmiausia aptarkime PLC valdiklio techninės įrangos struktūrą.
3.1 PLC valdiklis
PLC valdiklį daugiausia sudaro įvesties blokas, PLC pagrindinis blokas ir išvesties blokas. Įvesties bloką sudaro analoginis-skaitmeninis modulis ir skaitmeninis įvesties modulis, o išvesties bloką – skaitmeninis-analoginis modulis ir skaitmeninis įvesties modulis. PLC valdiklyje yra LED skaitmeninis ekranas, skirtas sistemos PID parametrams, mentės sekiklio padėčiai, kreipiamosios mentės sekiklio padėčiai ir vandens slėgio vertei stebėti realiuoju laiku. Taip pat yra analoginis voltmetras, skirtas mentės sekiklio padėčiai stebėti mikrokompiuterio valdiklio gedimo atveju.
3.2 Hidraulinė sekimo sistema
Hidraulinė servo sistema yra svarbi turbinos menčių valdymo sistemos dalis. Valdiklio išėjimo signalas yra hidrauliškai sustiprinamas, kad būtų galima valdyti menčių sekiklio judėjimą ir taip reguliuoti tekinimo menčių kampą. Mes pritaikėme proporcinio vožtuvo valdymo pagrindinio slėgio vožtuvo tipo elektrohidraulinės valdymo sistemos ir tradicinės mašininės-hidraulinės valdymo sistemos derinį, kad sudarytume lygiagrečią hidraulinę valdymo sistemą iš elektrohidraulinio proporcinio vožtuvo ir mašininės-hidraulinės vožtuvo, kaip parodyta 2 paveiksle. Hidraulinė turbinos menčių sekimo sistema.
Hidraulinė turbinų menčių sekimo sistema
Kai PLC valdiklis, elektrohidraulinis proporcinis vožtuvas ir padėties jutiklis veikia normaliai, PLC elektrohidraulinis proporcinio valdymo metodas naudojamas turbinos menčių sistemai reguliuoti, padėties grįžtamojo ryšio vertė ir valdymo išėjimo vertė perduodamos elektriniais signalais, o signalus sintezuoja PLC valdiklis. Apdorojant ir priimant sprendimus, proporciniu vožtuvu reguliuojamas pagrindinio slėgio paskirstymo vožtuvo vožtuvo atidarymas, kad būtų galima valdyti menčių sekiklio padėtį ir palaikyti bendradarbiavimo ryšį tarp kreipiamosios mentės, vandens slėgio galvutės ir mentės. Elektrohidraulinio proporcinio vožtuvo valdoma turbinos menčių sistema pasižymi dideliu sinergijos tikslumu, paprasta sistemos struktūra, dideliu atsparumu alyvos taršai ir yra patogiai jungiama su PLC valdikliu, kad būtų suformuota mikrokompiuterio automatinė valdymo sistema.
Dėl mechaninio sujungimo mechanizmo išlaikymo, elektrohidraulinio proporcinio valdymo režime mechaninis sujungimo mechanizmas taip pat veikia sinchroniškai, kad sektų sistemos veikimo būseną. Jei PLC elektrohidraulinė proporcinio valdymo sistema sugenda, perjungimo vožtuvas suveikia nedelsiant, o mechaninis sujungimo mechanizmas iš esmės gali sekti elektrohidraulinės proporcinio valdymo sistemos veikimo būseną. Perjungimo metu sistemos poveikis yra mažas, o menčių sistema gali sklandžiai pereiti į mechaninio sujungimo valdymo režimą, o tai labai užtikrina sistemos veikimo patikimumą.
Projektuodami hidraulinę grandinę, pertvarkėme hidraulinio valdymo vožtuvo korpusą, suderinome vožtuvo korpuso ir vožtuvo įvorės dydį, vožtuvo korpuso ir pagrindinio slėgio vožtuvo jungties dydį bei mechaninį jungiamojo strypo tarp hidraulinio vožtuvo ir pagrindinio slėgio paskirstymo vožtuvo dydį. Jungiamojo strypo tarp hidraulinio vožtuvo ir pagrindinio slėgio paskirstymo vožtuvo dydis yra toks pat kaip originalaus. Montuojant reikia pakeisti tik hidraulinio vožtuvo korpusą, jokių kitų dalių keisti nereikia. Visos hidraulinės valdymo sistemos struktūra yra labai kompaktiška. Visiškai išlaikant mechaninį sinergijos mechanizmą, pridedamas elektrohidraulinis proporcinis valdymo mechanizmas, kuris palengvina sąsają su PLC valdikliu, kad būtų galima realizuoti skaitmeninį sinergijos valdymą ir pagerinti turbinos menčių sistemos koordinavimo tikslumą. Sistemos diegimo ir derinimo procesas yra labai paprastas, o tai sutrumpina hidraulinio turbinos bloko prastovos laiką, palengvina hidraulinės turbinos hidraulinės valdymo sistemos transformaciją ir turi gerą praktinę vertę. Faktinės eksploatacijos metu sistema yra labai vertinama elektrinės inžinerinio ir techninio personalo, ir manoma, kad ją galima populiarinti ir pritaikyti daugelio hidroelektrinių valdytojų hidraulinėje servo sistemoje.
3.3 Sistemos programinės įrangos struktūra ir įdiegimo metodas
PLC valdomoje turbinos menčių sistemoje skaitmeninės sinergijos metodas naudojamas kreipiamųjų menčių, vandens slėgio ir menčių atidarymo sinergijos ryšiui realizuoti. Palyginti su tradiciniu mechaniniu sinergijos metodu, skaitmeninės sinergijos metodas turi lengvo parametrų derinimo, patogaus derinimo ir priežiūros bei didelio susiejimo tikslumo pranašumus. Menčių valdymo sistemos programinės įrangos struktūrą daugiausia sudaro sistemos reguliavimo funkcijų programa, valdymo algoritmo programa ir diagnostikos programa. Toliau aptarsime atitinkamai minėtų trijų programos dalių realizavimo metodus. Reguliavimo funkcijų programa daugiausia apima sinergijos subrutiną, mentės paleidimo subrutiną, mentės sustabdymo subrutiną ir mentės apkrovos mažinimo subrutiną. Kai sistema veikia, ji pirmiausia identifikuoja ir įvertina esamą veikimo būseną, tada paleidžia programinės įrangos jungiklį, vykdo atitinkamą reguliavimo funkcijos subrutiną ir apskaičiuoja mentės sekiklio padėties vertę.
(1) Asociacijos subrutina
Atlikus turbinos bloko modelio bandymą, galima gauti išmatuotų taškų rinkinį jungties paviršiuje. Tradicinis mechaninis jungties kumštelis yra pagamintas remiantis šiais išmatuotais taškais, o skaitmeninis jungimo metodas taip pat naudoja šiuos išmatuotus taškus jungties kreivių rinkiniui nubrėžti. Pasirinkus žinomus asociacijos kreivės taškus kaip mazgus ir pritaikius dvejetainės funkcijos gabalinės tiesinės interpoliacijos metodą, galima gauti nemazgų funkcijos reikšmę šioje asociacijos linijoje.
(2) Mentės paleidimo subprograma
Paleidimo dėsnio tyrimo tikslas – sutrumpinti įrenginio paleidimo laiką, sumažinti traukos guolio apkrovą ir sukurti prie tinklo prijungtas generatoriaus įrenginio sąlygas.
(3) Mentės stabdymo subprograma
Menčių uždarymo taisyklės yra tokios: kai valdiklis gauna išjungimo komandą, mentės ir kreipiamosios mentės uždaromos vienu metu pagal bendradarbiavimo santykį, kad būtų užtikrintas įrenginio stabilumas: kai kreipiamosios mentės anga yra mažesnė nei anga be apkrovos, mentės atsilieka. Kai kreipiamoji mentė lėtai uždaroma, mentės ir kreipiamosios mentės bendradarbiavimo santykis nebepalaikomas; kai įrenginio greitis nukrenta žemiau 80 % vardinio greičio, mentė vėl atidaroma pradiniu kampu Φ0, paruošiant kitą paleidimą.
(4) Ašmenų apkrovos atmetimo subprograma
Apkrovos atmetimas reiškia, kad įrenginys su apkrova staiga atjungiamas nuo elektros tinklo, dėl ko įrenginys ir vandens nukreipimo sistema pradeda blogai veikti, o tai tiesiogiai susiję su elektrinės ir įrenginio sauga. Kai apkrova atleidžiama, reguliatorius veikia kaip apsaugos įtaisas, kuris nedelsdamas uždaro kreipiamąsias mentes ir mentes, kol įrenginio greitis nukrenta iki vardinio greičio. Stabilumas. Todėl, atliekant faktinį apkrovos mažinimą, mentės paprastai atidaromos tam tikru kampu. Šis atidarymas nustatomas atliekant tikrosios elektrinės apkrovos mažinimo bandymą. Tai gali užtikrinti, kad įrenginiui mažinant apkrovą, ne tik greičio padidėjimas yra nedidelis, bet ir įrenginys yra santykinai stabilus.
4 Išvada
Atsižvelgiant į dabartinę mano šalies hidraulinių turbinų reguliatorių pramonės techninę būklę, šiame straipsnyje pateikiama naujausia informacija hidraulinių turbinų greičio reguliavimo srityje šalyje ir užsienyje, o programuojamo loginio valdiklio (PLC) technologija taikoma hidraulinių turbinų generatorių agregatų greičio valdymui. Programuojamas valdiklis (PLC) yra ašinio srauto irklo tipo hidraulinės turbinos dvigubo reguliavimo sistemos pagrindas. Praktinis pritaikymas rodo, kad ši schema gerokai pagerina kreipiamosios mentės ir mentės koordinavimo tikslumą esant skirtingoms vandens slėgio sąlygoms ir pagerina vandens energijos panaudojimo rodiklį.
Įrašo laikas: 2022 m. vasario 11 d.
