१ प्रस्तावना
टर्बाइन गव्हर्नर हे जलविद्युत युनिट्समधील दोन प्रमुख नियामक उपकरणांपैकी एक आहे. ते केवळ गती नियमनाची भूमिका बजावत नाही, तर जलविद्युत निर्मिती युनिट्सच्या विविध कार्य परिस्थितींमध्ये रूपांतरण, वारंवारता, शक्ती, फेज अँगल आणि इतर नियंत्रणे पार पाडते आणि जनरेटर सेटच्या जलचक्राचे संरक्षण करण्याचे कार्यही करते. टर्बाइन गव्हर्नर विकासाच्या तीन टप्प्यांमधून गेले आहेत: यांत्रिक हायड्रॉलिक गव्हर्नर, इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक गव्हर्नर आणि मायक्रो-कॉम्प्युटर डिजिटल हायड्रॉलिक गव्हर्नर. अलिकडच्या वर्षांत, टर्बाइन गती नियंत्रण प्रणालीमध्ये प्रोग्रामेबल कंट्रोलर्सचा समावेश करण्यात आला आहे, ज्यात मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता आणि उच्च विश्वसनीयता; सोपे आणि सोयीस्कर प्रोग्रामिंग व संचालन; मॉड्यूलर रचना, चांगली बहुउपयोगिता, लवचिकता आणि सोयीस्कर देखभाल; मजबूत नियंत्रण कार्यक्षमता आणि चालन क्षमतेचे फायदे आहेत; आणि ते व्यावहारिकदृष्ट्या सिद्ध झाले आहे.
या शोधनिबंधात, पीएलसी हायड्रॉलिक टर्बाइन दुहेरी समायोजन प्रणालीवर संशोधन मांडले आहे, आणि गाइड वेन व पॅडलचे दुहेरी समायोजन साधण्यासाठी प्रोग्रामेबल कंट्रोलरचा वापर केला आहे, ज्यामुळे पाण्याच्या वेगवेगळ्या दाबांसाठी गाइड वेन आणि पॅडलच्या समन्वयाची अचूकता सुधारते. प्रत्यक्ष अनुभवातून असे दिसून येते की दुहेरी नियंत्रण प्रणालीमुळे जलऊर्जेच्या वापराचा दर सुधारतो.
२. टर्बाइन नियमन प्रणाली
२.१ टर्बाइन नियमन प्रणाली
टर्बाइन गती नियंत्रण प्रणालीचे मूलभूत कार्य म्हणजे, जेव्हा वीज प्रणालीचा भार बदलतो आणि युनिटच्या फिरण्याच्या गतीत बदल होतो, तेव्हा गव्हर्नरद्वारे त्यानुसार टर्बाइनच्या गाईड व्हेन्सचे उघडणे बदलणे, जेणेकरून टर्बाइनची फिरण्याची गती निर्दिष्ट मर्यादेत राहील आणि जनरेटर युनिट वापरकर्त्याच्या आवश्यकतांनुसार आउटपुट पॉवर आणि फ्रिक्वेन्सीसह कार्यरत राहील. टर्बाइन नियमनाच्या मूलभूत कार्यांची विभागणी गती नियमन, सक्रिय शक्ती नियमन आणि पाण्याची पातळी नियमन यामध्ये केली जाऊ शकते.
२.२ टर्बाइन नियमनाचे तत्व
हायड्रो-जनरेटर युनिट हे हायड्रो-टर्बाइन आणि जनरेटर यांना जोडून तयार झालेले एक युनिट आहे. हायड्रो-जनरेटर सेटचा फिरणारा भाग हा एक दृढ पिंड असतो जो एका निश्चित अक्षाभोवती फिरतो आणि त्याचे समीकरण खालील समीकरणाने वर्णन केले जाऊ शकते:
सूत्रामध्ये
युनिटच्या फिरणाऱ्या भागाचा जडत्वाचा क्षण (किलो मीटर²)
परिभ्रमण कोनीय वेग (rad/s)
टर्बाइन टॉर्क (N/m), जनरेटरच्या यांत्रिक आणि विद्युत हानीसह.
जनरेटर रेझिस्टन्स टॉर्क, जो जनरेटरच्या स्टेटरद्वारे रोटरवर कार्यरत असलेल्या टॉर्कला सूचित करतो, त्याची दिशा फिरण्याच्या दिशेच्या विरुद्ध असते आणि तो जनरेटरचे सक्रिय पॉवर आउटपुट, म्हणजेच लोडचे प्रमाण दर्शवतो.
जेव्हा भार बदलतो, तेव्हा मार्गदर्शक पात्याचे उघडणे अपरिवर्तित राहते आणि युनिटचा वेग एका विशिष्ट मूल्यावर स्थिर केला जाऊ शकतो. वेग निर्धारित मूल्यापासून विचलित होत असल्यामुळे, वेग टिकवून ठेवण्यासाठी केवळ स्व-संतुलन समायोजन क्षमतेवर अवलंबून राहणे पुरेसे नाही. भार बदलल्यानंतर युनिटचा वेग मूळ निर्धारित मूल्यावर ठेवण्यासाठी, आकृती १ वरून असे दिसून येते की त्यानुसार मार्गदर्शक पात्याचे उघडणे बदलणे आवश्यक आहे. जेव्हा भार कमी होतो, तेव्हा जेव्हा प्रतिरोध टॉर्क १ वरून २ होतो, तेव्हा मार्गदर्शक पात्याचे उघडणे १ पर्यंत कमी केले जाईल आणि युनिटचा वेग टिकवून ठेवला जाईल. म्हणून, भारातील बदलासोबत, जलमार्गदर्शक यंत्रणेचे उघडणे त्यानुसार बदलले जाते, जेणेकरून जल-जनरेटर युनिटचा वेग एका पूर्वनिश्चित मूल्यावर टिकवून ठेवला जातो किंवा एका पूर्वनिश्चित नियमानुसार बदलतो. ही प्रक्रिया जल-जनरेटर युनिटचे वेग समायोजन किंवा टर्बाइन नियमन आहे.
३. पीएलसी हायड्रॉलिक टर्बाइन दुहेरी समायोजन प्रणाली
टर्बाइन गव्हर्नरचे काम टर्बाइनच्या रनरमधील पाण्याचा प्रवाह नियंत्रित करण्यासाठी वॉटर गाइड वेन्सचे उघडणे नियंत्रित करणे, त्याद्वारे टर्बाइनचा डायनॅमिक टॉर्क बदलणे आणि टर्बाइन युनिटची फ्रिक्वेन्सी नियंत्रित करणे हे आहे. तथापि, ॲक्सियल-फ्लो रोटरी पॅडल टर्बाइनच्या कार्यादरम्यान, गव्हर्नरने केवळ गाइड वेन्सचे उघडणेच नव्हे, तर गाइड वेन फॉलोअरच्या स्ट्रोक आणि वॉटर हेड मूल्यानुसार रनर ब्लेड्सचा कोन देखील समायोजित केला पाहिजे, जेणेकरून गाइड वेन आणि रनर ब्लेड्स यांच्यात एक सहकारी संबंध, म्हणजेच एक समन्वय संबंध, टिकून राहील. यामुळे टर्बाइनची कार्यक्षमता सुधारते, ब्लेड कॅव्हिटेशन आणि युनिटचे कंपन कमी होते, आणि टर्बाइनच्या कार्याची स्थिरता वाढते.
पीएलसी नियंत्रित टर्बाइन वेन प्रणालीचे हार्डवेअर मुख्यत्वे दोन भागांनी बनलेले असते, म्हणजेच पीएलसी कंट्रोलर आणि हायड्रॉलिक सर्वो प्रणाली. सर्वप्रथम, आपण पीएलसी कंट्रोलरच्या हार्डवेअर रचनेबद्दल चर्चा करूया.
३.१ पीएलसी नियंत्रक
पीएलसी कंट्रोलर मुख्यत्वे इनपुट युनिट, पीएलसी बेसिक युनिट आणि आउटपुट युनिट यांनी बनलेला असतो. इनपुट युनिटमध्ये ए/डी मॉड्यूल आणि डिजिटल इनपुट मॉड्यूल, तर आउटपुट युनिटमध्ये डी/ए मॉड्यूल आणि डिजिटल इनपुट मॉड्यूल यांचा समावेश असतो. सिस्टीम पीआयडी पॅरामीटर्स, वेन फॉलोअरची स्थिती, गाइड वेन फॉलोअरची स्थिती आणि वॉटर हेड व्हॅल्यू यांचे रिअल-टाइम निरीक्षण करण्यासाठी पीएलसी कंट्रोलरमध्ये एलईडी डिजिटल डिस्प्ले दिलेला असतो. मायक्रो कॉम्प्युटर कंट्रोलरमध्ये बिघाड झाल्यास वेन फॉलोअरच्या स्थितीवर लक्ष ठेवण्यासाठी एक ॲनालॉग व्होल्टमीटरसुद्धा दिलेला असतो.
३.२ हायड्रॉलिक फॉलो-अप सिस्टीम
हायड्रॉलिक सर्वो प्रणाली ही टर्बाइन वेन नियंत्रण प्रणालीचा एक महत्त्वाचा भाग आहे. वेन फॉलोअरच्या हालचालीवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी कंट्रोलरच्या आउटपुट सिग्नलला हायड्रॉलिक पद्धतीने वर्धित केले जाते, ज्यामुळे रनर ब्लेड्सचा कोन समायोजित होतो. आम्ही प्रोपोर्शनल व्हॉल्व्ह कंट्रोल मेन प्रेशर व्हॉल्व्ह प्रकारच्या इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक नियंत्रण प्रणाली आणि पारंपरिक मशीन-हायड्रॉलिक नियंत्रण प्रणाली यांचे संयोजन वापरून, आकृती २ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक प्रोपोर्शनल व्हॉल्व्ह आणि मशीन-हायड्रॉलिक व्हॉल्व्हची एक समांतर हायड्रॉलिक नियंत्रण प्रणाली तयार केली आहे. टर्बाइन ब्लेड्ससाठी हायड्रॉलिक फॉलो-अप प्रणाली.
टर्बाइन ब्लेडसाठी हायड्रॉलिक फॉलो-अप सिस्टम
जेव्हा पीएलसी कंट्रोलर, इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक प्रोपोर्शनल व्हॉल्व्ह आणि पोझिशन सेन्सर हे सर्व सामान्य स्थितीत असतात, तेव्हा टर्बाइन वेन सिस्टीम समायोजित करण्यासाठी पीएलसी इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक प्रोपोर्शनल नियंत्रण पद्धतीचा वापर केला जातो. यामध्ये पोझिशन फीडबॅक व्हॅल्यू आणि कंट्रोल आउटपुट व्हॅल्यू इलेक्ट्रिकल सिग्नलद्वारे प्रसारित केले जातात आणि पीएलसी कंट्रोलरद्वारे या सिग्नलवर प्रक्रिया करून निर्णय घेतला जातो. प्रोपोर्शनल व्हॉल्व्हद्वारे मुख्य दाब वितरण व्हॉल्व्हचे उघडणे समायोजित करून वेन फॉलोअरच्या स्थितीवर नियंत्रण ठेवले जाते आणि गाइड वेन, वॉटर हेड व वेन यांच्यातील सहकार्याचे नाते टिकवून ठेवले जाते. इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक प्रोपोर्शनल व्हॉल्व्हद्वारे नियंत्रित टर्बाइन वेन सिस्टीममध्ये उच्च समन्वय अचूकता, साधी प्रणाली रचना, तेल प्रदूषणास तीव्र प्रतिकारशक्ती असते आणि मायक्रो-कॉम्प्युटर स्वयंचलित नियंत्रण प्रणाली तयार करण्यासाठी पीएलसी कंट्रोलरसोबत इंटरफेस करणे सोयीचे असते.
यांत्रिक जोडणी यंत्रणा कायम ठेवल्यामुळे, इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक प्रोपोर्शनल कंट्रोल मोडमध्ये, ही यंत्रणा सिस्टीमच्या कार्य स्थितीचा मागोवा घेण्यासाठी समकालिकपणे काम करते. जर पीएलसी इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक प्रोपोर्शनल कंट्रोल सिस्टीममध्ये बिघाड झाला, तर स्विचिंग व्हॉल्व्ह त्वरित कार्य करेल आणि यांत्रिक जोडणी यंत्रणा मूलतः इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक प्रोपोर्शनल कंट्रोल सिस्टीमच्या चालू स्थितीचा मागोवा घेऊ शकते. स्विचिंग करताना, सिस्टीमवर होणारा परिणाम कमी असतो आणि व्हेन सिस्टीम सहजतेने यांत्रिक जोडणी नियंत्रण मोडमध्ये जाऊ शकते, ज्यामुळे सिस्टीमच्या कार्याची विश्वसनीयता मोठ्या प्रमाणात सुनिश्चित होते.
जेव्हा आम्ही हायड्रॉलिक सर्किट डिझाइन केले, तेव्हा आम्ही हायड्रॉलिक कंट्रोल व्हॉल्व्हची व्हॉल्व्ह बॉडी, व्हॉल्व्ह बॉडी आणि व्हॉल्व्ह स्लीव्हचा जुळणारा आकार, व्हॉल्व्ह बॉडी आणि मुख्य प्रेशर व्हॉल्व्हच्या जोडणीचा आकार, आणि हायड्रॉलिक व्हॉल्व्ह व मुख्य प्रेशर डिस्ट्रिब्युशन व्हॉल्व्हमधील कनेक्टिंग रॉडचा यांत्रिक आकार मूळप्रमाणेच पुन्हा डिझाइन केला. इन्स्टॉलेशन दरम्यान फक्त हायड्रॉलिक व्हॉल्व्हची व्हॉल्व्ह बॉडी बदलण्याची आवश्यकता असते आणि इतर कोणतेही भाग बदलण्याची गरज नाही. संपूर्ण हायड्रॉलिक कंट्रोल सिस्टीमची रचना अतिशय संक्षिप्त आहे. यांत्रिक सिनर्जी यंत्रणा पूर्णपणे कायम ठेवण्याच्या आधारावर, एक इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक प्रोपोर्शनल कंट्रोल यंत्रणा जोडली आहे, ज्यामुळे पीएलसी कंट्रोलरसोबत इंटरफेस सुलभ होतो, डिजिटल सिनर्जी कंट्रोल साध्य करता येतो आणि टर्बाइन वेन सिस्टीमच्या समन्वयाची अचूकता सुधारता येते. तसेच, सिस्टीमची इन्स्टॉलेशन आणि डीबगिंग प्रक्रिया अतिशय सोपी आहे, ज्यामुळे हायड्रॉलिक टर्बाइन युनिटचा डाउनटाइम कमी होतो, हायड्रॉलिक टर्बाइनच्या हायड्रॉलिक कंट्रोल सिस्टीमचे रूपांतरण सुलभ होते आणि त्याचे चांगले व्यावहारिक मूल्य आहे. प्रत्यक्ष स्थळावरील कार्यान्वयनादरम्यान, वीज केंद्रातील अभियांत्रिकी आणि तांत्रिक कर्मचाऱ्यांकडून या प्रणालीचे खूप कौतुक केले जाते आणि असा विश्वास आहे की अनेक जलविद्युत केंद्रांच्या गव्हर्नरच्या हायड्रॉलिक सर्वो प्रणालीमध्ये याचा प्रसार आणि वापर केला जाऊ शकतो.
३.३ प्रणाली सॉफ्टवेअरची रचना आणि अंमलबजावणी पद्धत
पीएलसी-नियंत्रित टर्बाइन वेन प्रणालीमध्ये, गाईड वेन्स, वॉटर हेड आणि वेन ओपनिंग यांच्यातील समन्वय संबंध साधण्यासाठी डिजिटल सिनर्जी पद्धतीचा वापर केला जातो. पारंपारिक यांत्रिक सिनर्जी पद्धतीच्या तुलनेत, डिजिटल सिनर्जी पद्धतीमध्ये पॅरामीटर ट्रिमिंगची सुलभता, सोयीस्कर डीबगिंग आणि देखभाल, तसेच उच्च अचूकतेचे संबंध साधण्याचे फायदे आहेत. वेन नियंत्रण प्रणालीची सॉफ्टवेअर रचना प्रामुख्याने प्रणाली समायोजन कार्य प्रोग्राम, नियंत्रण अल्गोरिदम प्रोग्राम आणि निदान प्रोग्राम यांनी बनलेली असते. खाली आपण प्रोग्रामच्या वरील तीन भागांच्या अंमलबजावणी पद्धतींवर अनुक्रमे चर्चा करू. समायोजन कार्य प्रोग्राममध्ये प्रामुख्याने समन्वयाची सब-रूटीन, वेन सुरू करण्याची सब-रूटीन, वेन थांबवण्याची सब-रूटीन आणि वेनच्या लोड शेडिंगची सब-रूटीन यांचा समावेश असतो. जेव्हा प्रणाली कार्यरत असते, तेव्हा ती प्रथम सध्याची कार्यस्थिती ओळखते आणि तिचे मूल्यांकन करते, त्यानंतर सॉफ्टवेअर स्विच सुरू करते, संबंधित समायोजन कार्य सब-रूटीन कार्यान्वित करते आणि वेन फॉलोअरच्या स्थितीचे दिलेले मूल्य मोजते.
(1) असोसिएशन सबरूटीन
टर्बाइन युनिटच्या मॉडेल चाचणीद्वारे, जॉइंट पृष्ठभागावरील मोजलेल्या बिंदूंचा एक संच मिळवता येतो. पारंपरिक यांत्रिक जॉइंट कॅम या मोजलेल्या बिंदूंवर आधारित बनवला जातो, आणि डिजिटल जॉइंट पद्धत देखील जॉइंट वक्रांचा एक संच काढण्यासाठी याच मोजलेल्या बिंदूंचा वापर करते. असोसिएशन वक्रावरील ज्ञात बिंदूंना नोड्स म्हणून निवडून, आणि बायनरी फंक्शनच्या खंडशः रेषीय इंटरपोलेशनची पद्धत वापरून, असोसिएशनच्या या रेषेवरील नॉन-नोड्सचे फंक्शन मूल्य मिळवता येते.
(2) वेन स्टार्ट-अप सबरूटीन
स्टार्ट-अप नियमाचा अभ्यास करण्याचा उद्देश युनिटचा स्टार्ट-अप वेळ कमी करणे, थ्रस्ट बेअरिंगवरील भार कमी करणे आणि जनरेटर युनिटसाठी ग्रीड-कनेक्टेड परिस्थिती निर्माण करणे हा आहे.
(3) वेन स्टॉप सबरूटीन
व्हॅन बंद होण्याचे नियम खालीलप्रमाणे आहेत: जेव्हा कंट्रोलरला शटडाउन कमांड मिळते, तेव्हा युनिटची स्थिरता सुनिश्चित करण्यासाठी सहकारी संबंधानुसार व्हॅन आणि गाइड व्हॅन एकाच वेळी बंद होतात: जेव्हा गाइड व्हॅनचे उघडणे नो-लोड ओपनिंगपेक्षा कमी असते, तेव्हा व्हॅन मागे राहतात; जेव्हा गाइड व्हॅन हळूहळू बंद होते, तेव्हा व्हॅन आणि गाइड व्हॅन यांच्यातील सहकारी संबंध राखला जात नाही; जेव्हा युनिटचा वेग रेटेड वेगाच्या ८०% पेक्षा कमी होतो, तेव्हा व्हॅन पुन्हा सुरुवातीच्या कोन Φ0 वर उघडली जाते, आणि पुढील स्टार्ट-अपसाठी तयार होते.
(4) ब्लेड लोड रिजेक्शन सबरूटीन
भार कमी करणे म्हणजे भार असलेले युनिट अचानक वीज ग्रीडपासून डिस्कनेक्ट करणे, ज्यामुळे युनिट आणि पाणी वळवणारी प्रणाली खराब कार्यस्थितीत येतात, जे वीज प्रकल्प आणि युनिटच्या सुरक्षिततेशी थेट संबंधित आहे. जेव्हा भार कमी केला जातो, तेव्हा गव्हर्नर एका संरक्षण उपकरणाप्रमाणे काम करतो, जो युनिटचा वेग निर्धारित वेगाच्या जवळपास स्थिर होईपर्यंत मार्गदर्शक पाती आणि इतर पाती त्वरित बंद करतो. त्यामुळे, प्रत्यक्ष भार कमी करताना, पाती सामान्यतः एका विशिष्ट कोनात उघडल्या जातात. हे उघडणे प्रत्यक्ष वीज केंद्राच्या भार कमी करण्याच्या चाचणीद्वारे मिळवले जाते. यामुळे हे सुनिश्चित होते की, जेव्हा युनिट भार कमी करत असते, तेव्हा केवळ वेगातील वाढ कमी होत नाही, तर युनिट तुलनेने स्थिर देखील राहते.
४ निष्कर्ष
माझ्या देशातील हायड्रॉलिक टर्बाइन गव्हर्नर उद्योगाची सध्याची तांत्रिक स्थिती लक्षात घेता, या शोधनिबंधात देश-विदेशातील हायड्रॉलिक टर्बाइन वेग नियंत्रणाच्या क्षेत्रातील नवीन माहितीचा संदर्भ घेतला आहे आणि हायड्रॉलिक टर्बाइन जनरेटर सेटच्या वेग नियंत्रणासाठी प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (PLC) तंत्रज्ञानाचा वापर केला आहे. प्रोग्राम कंट्रोलर (PLC) हा अक्षीय-प्रवाह पॅडल-प्रकारच्या हायड्रॉलिक टर्बाइनच्या दुहेरी-नियमन प्रणालीचा गाभा आहे. प्रत्यक्ष वापरातून असे दिसून येते की, ही योजना पाण्याच्या वेगवेगळ्या दाब स्थितींमध्ये गाइड वेन आणि वेन यांच्यातील समन्वयाची अचूकता मोठ्या प्रमाणात सुधारते आणि जलऊर्जेच्या वापराचा दर वाढवते.
पोस्ट करण्याची वेळ: ११ फेब्रुवारी २०२२
