1 Inleiding
Turbineregelaars zijn een van de twee belangrijkste regelapparatuur voor waterkrachtcentrales. Ze regelen niet alleen de snelheid, maar regelen ook de frequentie, het vermogen, de fasehoek en andere werkomstandigheden van waterkrachtcentrales. Bovendien beschermen ze het waterrad. De taak van de generatorset. Turbineregelaars hebben drie ontwikkelingsfasen doorlopen: mechanische hydraulische regelaars, elektrohydraulische regelaars en microcomputergestuurde digitale hydraulische regelaars. De afgelopen jaren zijn programmeerbare regelaars geïntroduceerd in turbinesnelheidsregelsystemen. Deze regelaars bieden een sterke anti-interferentiewerking en een hoge betrouwbaarheid; eenvoudige en handige programmering en bediening; modulaire structuur, goede veelzijdigheid, flexibiliteit en gemakkelijk onderhoud. Ze hebben de voordelen van een sterke regelfunctie en rijvaardigheid; ze zijn in de praktijk bewezen.
In dit artikel wordt onderzoek gedaan naar het dubbele PLC-regelsysteem voor hydraulische turbines. De programmeerbare controller wordt gebruikt om de dubbele verstelling van de leischoep en de schoep te realiseren, wat de coördinatienauwkeurigheid van de leischoep en de schoep bij verschillende waterstanden verbetert. De praktijk toont aan dat het dubbele regelsysteem de benuttingsgraad van de waterenergie verbetert.
2. Turbine-regelsysteem
2.1 Turbine-regelsysteem
De basistaak van het turbinetoerentalregelsysteem is om de opening van de leischoepen van de turbine via de regelaar aan te passen wanneer de belasting van het energiesysteem verandert en het toerental van de eenheid afwijkt, zodat het toerental van de turbine binnen het gespecificeerde bereik blijft en de generatorunit werkt. Het uitgangsvermogen en de frequentie voldoen aan de eisen van de gebruiker. De basistaken van turbineregeling kunnen worden onderverdeeld in snelheidsregeling, regeling van het actieve vermogen en regeling van het waterpeil.
2.2 Het principe van turbineregeling
Een hydrogenerator is een eenheid die bestaat uit een hydroturbine en een generator. Het roterende deel van de hydrogeneratorset is een star lichaam dat rond een vaste as draait, en de vergelijking ervan kan worden beschreven met de volgende vergelijking:
In de formule
——Het traagheidsmoment van het roterende deel van de eenheid (Kg m2)
——Rotatiehoeksnelheid (rad/s)
——Torque van de turbine (N/m), inclusief mechanische en elektrische verliezen van de generator.
——Generatorweerstandskoppel, dat betrekking heeft op het koppel dat door de generatorstator op de rotor wordt uitgeoefend, waarvan de richting tegengesteld is aan de rotatierichting en het actieve vermogen van de generator vertegenwoordigt, dat wil zeggen de grootte van de belasting.
Wanneer de belasting verandert, blijft de opening van de leischoep ongewijzigd en kan de snelheid van de eenheid nog steeds op een bepaalde waarde worden gestabiliseerd. Omdat de snelheid zal afwijken van de nominale waarde, is het niet voldoende om te vertrouwen op het zelfbalancerend aanpassingsvermogen om de snelheid te handhaven. Om de snelheid van de eenheid op de oorspronkelijke nominale waarde te houden na een belastingswijziging, is het, zoals blijkt uit figuur 1, noodzakelijk om de opening van de leischoep dienovereenkomstig aan te passen. Wanneer de belasting afneemt, wanneer het weerstandskoppel verandert van 1 naar 2, wordt de opening van de leischoep teruggebracht tot 1 en blijft de snelheid van de eenheid gehandhaafd. Daarom wordt bij een verandering van de belasting de opening van het watergeleidingsmechanisme dienovereenkomstig gewijzigd, zodat de snelheid van de hydrogeneratoreenheid op een vooraf bepaalde waarde wordt gehouden of verandert volgens een vooraf bepaalde wetmatigheid. Dit proces is de snelheidsaanpassing van de hydrogeneratoreenheid, of turbineregeling.
3. PLC hydraulisch turbine dubbel afstelsysteem
De turbineregelaar regelt de opening van de watergeleideschoepen om de stroming in de turbinegeleider te regelen, waardoor het dynamische koppel van de turbine verandert en de frequentie van de turbine-eenheid wordt geregeld. Tijdens de werking van de axiale schoepenradturbine moet de regelaar echter niet alleen de opening van de geleideschoepen aanpassen, maar ook de hoek van de schoepengeleiders aanpassen aan de slag en de waterdruk van de schoepenvolger, zodat de geleideschoep en de schoep met elkaar verbonden zijn. Een goede samenwerking, dat wil zeggen een coördinatie, kan de efficiëntie van de turbine verbeteren, de cavitatie en trillingen van de schoepen verminderen en de stabiliteit van de turbine verbeteren.
De hardware van een PLC-besturingsturbinebladsysteem bestaat hoofdzakelijk uit twee onderdelen: een PLC-controller en een hydraulisch servosysteem. Laten we eerst de hardwarestructuur van de PLC-controller bespreken.
3.1 PLC-controller
De PLC-controller bestaat hoofdzakelijk uit een invoereenheid, PLC-basiseenheid en uitvoereenheid. De invoereenheid bestaat uit een A/D-module en een digitale invoermodule, en de uitvoereenheid bestaat uit een D/A-module en een digitale invoermodule. De PLC-controller is uitgerust met een digitaal LED-display voor realtime observatie van de PID-parameters van het systeem, de positie van de schoepenvolger, de positie van de geleideschoepenvolger en de waterdruk. Er is ook een analoge voltmeter aanwezig om de positie van de schoepenvolger te bewaken in geval van een storing in de microcomputercontroller.
3.2 Hydraulisch volgsysteem
Het hydraulische servosysteem is een belangrijk onderdeel van het turbineschoepenregelsysteem. Het uitgangssignaal van de controller wordt hydraulisch versterkt om de beweging van de schoepenvolger te regelen, waardoor de hoek van de schoepen wordt aangepast. We hebben de combinatie van een proportionele klepbediening (hoofddrukventiel) en een traditioneel machinehydraulisch regelsysteem toegepast om een parallel hydraulisch regelsysteem te vormen met een elektrohydraulische proportionele klep en een machinehydraulische klep, zoals weergegeven in Figuur 2. Hydraulisch volgsysteem voor turbineschoepen.
Hydraulisch volgsysteem voor turbinebladen
Wanneer de PLC-controller, de elektrohydraulische proportionele klep en de positiesensor allemaal normaal functioneren, wordt de elektrohydraulische proportionele regelmethode van de PLC gebruikt om het turbineschoepensysteem aan te passen. De positiefeedbackwaarde en de regeluitgangswaarde worden verzonden via elektrische signalen, die vervolgens door de PLC-controller worden gesynthetiseerd. De verwerking en besluitvorming zorgen ervoor dat de klepopening van de hoofddrukverdeelklep via de proportionele klep wordt aangepast om de positie van de schoepenvolger te regelen en de samenwerking tussen de geleideschoep, de waterdruk en de schoep te behouden. Het turbineschoepensysteem, aangestuurd door de elektrohydraulische proportionele klep, heeft een hoge synergieprecisie, een eenvoudige systeemstructuur, is bestand tegen olievervuiling en is gemakkelijk te koppelen aan de PLC-controller om een automatisch microcomputerbesturingssysteem te vormen.
Dankzij het behoud van het mechanische koppelingsmechanisme in de elektrohydraulische proportionele regelmodus, werkt het mechanische koppelingsmechanisme ook synchroon om de bedrijfsstatus van het systeem te volgen. Bij een storing in het PLC elektrohydraulische proportionele regelsysteem treedt de schakelklep direct in werking en kan het mechanische koppelingsmechanisme de bedrijfsstatus van het elektrohydraulische proportionele regelsysteem in principe volgen. Bij het schakelen is de impact op het systeem minimaal en kan het schoepensysteem soepel overschakelen naar de mechanische koppelingsmodus. De betrouwbaarheid van de systeemwerking is hierdoor aanzienlijk gewaarborgd.
Toen we het hydraulische circuit ontwierpen, hebben we het klephuis van de hydraulische regelklep opnieuw ontworpen, de afmetingen van het klephuis en de klepbus, de aansluitmaat van het klephuis en het hoofddrukventiel en de mechanische De grootte van de drijfstang tussen de hydraulische klep en het hoofddrukverdeelventiel is hetzelfde als het origineel. Alleen het klephuis van de hydraulische klep hoeft tijdens de installatie te worden vervangen en er hoeven geen andere onderdelen te worden gewijzigd. De structuur van het gehele hydraulische besturingssysteem is zeer compact. Op basis van het volledig behouden van het mechanische synergiemechanisme, is een elektrohydraulisch proportioneel regelmechanisme toegevoegd om de interface met de PLC-controller te vergemakkelijken om digitale synergieregeling te realiseren en de coördinatienauwkeurigheid van het turbineschoepensysteem te verbeteren. ; En het installatie- en debugproces van het systeem is zeer eenvoudig, wat de stilstandtijd van de hydraulische turbine-eenheid verkort, de transformatie van het hydraulische besturingssysteem van de hydraulische turbine vergemakkelijkt en een goede praktische waarde heeft. Tijdens de daadwerkelijke werking op locatie wordt het systeem zeer gewaardeerd door het technische personeel van de energiecentrale en men is van mening dat het populair kan worden gemaakt en kan worden toegepast in het hydraulische servosysteem van de regelaar van veel waterkrachtcentrales.
3.3 Systeemsoftwarestructuur en implementatiemethode
In het PLC-gestuurde turbineschoepensysteem wordt de digitale synergiemethode gebruikt om de synergie tussen leischoepen, waterdruk en schoepenopening te realiseren. Vergeleken met de traditionele mechanische synergiemethode biedt de digitale synergiemethode de voordelen van eenvoudige parameteraanpassing, handig debuggen en onderhoud, en een hoge nauwkeurigheid van de associatie. De softwarestructuur van het schoepenregelsysteem bestaat voornamelijk uit het programma voor de systeemaanpassingsfunctie, het programma voor het besturingsalgoritme en het diagnoseprogramma. Hieronder bespreken we respectievelijk de realisatiemethoden van de drie bovengenoemde programmaonderdelen. Het aanpassingsfunctieprogramma omvat hoofdzakelijk een subroutine voor een synergie, een subroutine voor het starten van de schoep, een subroutine voor het stoppen van de schoep en een subroutine voor het afschakelen van de last van de schoep. Wanneer het systeem in werking is, identificeert en beoordeelt het eerst de huidige bedrijfsconditie, start vervolgens de softwareswitch, voert het de bijbehorende subroutine voor de aanpassingsfunctie uit en berekent het de positie op basis van de waarde van de schoepvolger.
(1) Associatie-subroutine
Door de modeltest van de turbine-unit kan een reeks meetpunten op het verbindingsoppervlak worden verkregen. De traditionele mechanische verbindingsnok wordt gemaakt op basis van deze meetpunten, en de digitale verbindingsmethode gebruikt deze meetpunten ook om een reeks verbindingscurven te tekenen. Door de bekende punten op de associatiecurve als knooppunten te selecteren en de methode van stuksgewijs lineaire interpolatie van de binaire functie toe te passen, kan de functiewaarde van de niet-knooppunten op deze lijn van de associatie worden verkregen.
(2) Subroutine voor het opstarten van de vinnen
Het doel van het bestuderen van de opstartwet is het verkorten van de opstarttijd van de eenheid, het verminderen van de belasting van het axiaallager en het creëren van netgekoppelde omstandigheden voor de generatoreenheid.
(3) Subroutine voor het stoppen van de vinnen
De sluitregels van de schoepen zijn als volgt: wanneer de controller het uitschakelcommando ontvangt, worden de schoepen en de geleideschoepen tegelijkertijd gesloten volgens de samenwerkingsrelatie om de stabiliteit van de eenheid te garanderen: wanneer de opening van de geleideschoepen kleiner is dan de opening zonder belasting, stagneren de schoepen. Wanneer de geleideschoepen langzaam sluiten, wordt de samenwerkingsrelatie tussen de schoepen en de geleideschoepen niet langer gehandhaafd; wanneer de snelheid van de eenheid daalt tot onder 80% van de nominale snelheid, wordt de schoepen opnieuw geopend tot de starthoek Φ0, klaar voor de volgende opstart. Voorbereiden.
(4) Subroutine voor het afwijzen van de bladbelasting
Belastingafwijzing betekent dat de unit met belasting plotseling wordt losgekoppeld van het elektriciteitsnet, waardoor de unit en het waterafleidingssysteem in een slechte bedrijfstoestand komen, wat direct verband houdt met de veiligheid van de energiecentrale en de unit. Wanneer de belasting wordt afgeschakeld, is de regelaar gelijk aan een beveiligingsapparaat, dat de leischoepen en schoepen onmiddellijk sluit totdat de snelheid van de unit daalt tot in de buurt van de nominale snelheid. stabiliteit. Daarom worden de schoepen bij daadwerkelijke belastingafschakeling over het algemeen tot een bepaalde hoek geopend. Deze opening wordt verkregen door de belastingafschakelingstest van de daadwerkelijke energiecentrale. Dit kan garanderen dat wanneer de unit belasting afschakelt, niet alleen de snelheidstoename klein is, maar ook dat de unit relatief stabiel is.
4 Conclusie
Gezien de huidige technische status van de hydraulische turbineregelaarindustrie in mijn land, verwijst dit artikel naar de nieuwe informatie op het gebied van snelheidsregeling van hydraulische turbines in binnen- en buitenland, en past het PLC-technologie (Programmable Logic Controller) toe op de snelheidsregeling van de hydraulische turbinegeneratorset. De PLC vormt de kern van het dubbele regelsysteem van de hydraulische turbine met axiale stroming en schoepen. De praktische toepassing laat zien dat het systeem de coördinatienauwkeurigheid tussen de geleideschoep en de schoep bij verschillende waterdrukomstandigheden aanzienlijk verbetert en de benuttingsgraad van de waterenergie verbetert.
Geplaatst op: 11-02-2022
