1 Wprowadzenie
Regulator turbiny jest jednym z dwóch głównych urządzeń regulacyjnych dla jednostek hydroelektrycznych. Nie tylko pełni rolę regulacji prędkości, ale także podejmuje się różnych konwersji warunków pracy i częstotliwości, mocy, kąta fazowego i innej kontroli jednostek generujących energię wodną i chroni koło wodne. Zadanie zespołu prądotwórczego. Regulatory turbin przeszły przez trzy etapy rozwoju: mechaniczne regulatory hydrauliczne, regulatory elektrohydrauliczne i mikrokomputerowe cyfrowe regulatory hydrauliczne. W ostatnich latach do systemów sterowania prędkością turbin wprowadzono programowalne regulatory, które mają silne właściwości przeciwzakłóceniowe i wysoką niezawodność; proste i wygodne programowanie i obsługa; modułowa struktura, dobra wszechstronność, elastyczność i wygodna konserwacja; ma zalety silnej funkcji sterowania i zdolności napędowej; został praktycznie zweryfikowany.
W tym artykule zaproponowano badania nad podwójnym systemem regulacji turbiny hydraulicznej PLC, a programowalny sterownik jest używany do realizacji podwójnej regulacji łopatki kierowniczej i łopatki, co poprawia dokładność koordynacji łopatki kierowniczej i łopatki dla różnych wysokości podnoszenia wody. Praktyka pokazuje, że podwójny system sterowania poprawia wskaźnik wykorzystania energii wodnej.
2. Układ regulacji turbiny
2.1 Układ regulacji turbiny
Podstawowym zadaniem układu regulacji prędkości turbiny jest zmiana otwarcia łopatek kierowniczych turbiny za pomocą regulatora, gdy zmienia się obciążenie układu elektroenergetycznego i prędkość obrotowa jednostki ulega odchyleniu, tak aby prędkość obrotowa turbiny była utrzymywana w określonym zakresie, tak aby agregat generatora mógł działać. Moc wyjściowa i częstotliwość spełniają wymagania użytkownika. Podstawowe zadania regulacji turbiny można podzielić na regulację prędkości, regulację mocy czynnej i regulację poziomu wody.
2.2 Zasada regulacji turbiny
Hydrogenerator to jednostka utworzona przez połączenie hydroturbiny i generatora. Obrotowa część hydrogeneratora to sztywne ciało obracające się wokół stałej osi, a jego równanie można opisać następującym równaniem:
W formule
——Moment bezwładności obracającej się części jednostki (Kg m2)
——Prędkość kątowa obrotu (rad/s)
——Moment obrotowy turbiny (N/m), w tym straty mechaniczne i elektryczne generatora.
——Moment oporu generatora, który odnosi się do momentu obrotowego stojana generatora na wirniku, jego kierunek jest przeciwny do kierunku obrotu i reprezentuje czynną moc wyjściową generatora, czyli wielkość obciążenia.
Gdy obciążenie ulega zmianie, otwarcie łopatki kierującej pozostaje niezmienione, a prędkość jednostki nadal może być ustabilizowana na określonej wartości. Ponieważ prędkość będzie odbiegać od wartości znamionowej, nie wystarczy polegać na zdolności samoczynnej regulacji wyważenia, aby utrzymać prędkość. Aby utrzymać prędkość jednostki na pierwotnej wartości znamionowej po zmianie obciążenia, na rysunku 1 można zobaczyć, że konieczna jest odpowiednia zmiana otwarcia łopatki kierującej. Gdy obciążenie maleje, gdy moment oporu zmienia się z 1 na 2, otwarcie łopatki kierującej zostanie zmniejszone do 1, a prędkość jednostki zostanie utrzymana. Dlatego wraz ze zmianą obciążenia otwarcie mechanizmu prowadzącego wodę jest odpowiednio zmieniane, tak aby prędkość jednostki hydrogeneratora była utrzymywana na ustalonej wartości lub zmieniała się zgodnie z ustalonym prawem. Ten proces to regulacja prędkości jednostki hydrogeneratora. lub regulacja turbiny.
3. Podwójny układ regulacji turbiny hydraulicznej PLC
Regulator turbiny ma kontrolować otwarcie łopatek kierujących wodę, aby dostosować przepływ do wirnika turbiny, zmieniając w ten sposób dynamiczny moment obrotowy turbiny i kontrolując częstotliwość zespołu turbiny. Jednak podczas pracy turbiny łopatkowej o przepływie osiowym regulator powinien nie tylko regulować otwarcie łopatek kierujących, ale także regulować kąt łopatek wirnika zgodnie z wartością skoku i ciśnienia wody w urządzeniu podążającym za łopatką kierującą, tak aby łopatka kierująca i łopatka były połączone. Utrzymuj między nimi relację współpracy, to znaczy relację koordynacyjną, która może poprawić wydajność turbiny, zmniejszyć kawitację łopatek i wibracje zespołu oraz zwiększyć stabilność pracy turbiny.
Sprzęt układu łopatek turbiny sterującej PLC składa się głównie z dwóch części, mianowicie sterownika PLC i hydraulicznego układu serwo. Najpierw omówmy strukturę sprzętową sterownika PLC.
3.1 Sterownik PLC
Sterownik PLC składa się głównie z jednostki wejściowej, podstawowej jednostki PLC i jednostki wyjściowej. Jednostka wejściowa składa się z modułu A/D i cyfrowego modułu wejściowego, a jednostka wyjściowa składa się z modułu D/A i cyfrowego modułu wejściowego. Sterownik PLC jest wyposażony w cyfrowy wyświetlacz LED do obserwacji w czasie rzeczywistym parametrów PID systemu, położenia łopatki prowadzącej, położenia łopatki prowadzącej i wartości ciśnienia wody. Dostarczono również analogowy woltomierz do monitorowania położenia łopatki prowadzącej w przypadku awarii sterownika mikrokomputerowego.
3.2 Hydrauliczny układ następczy
Układ serwomechanizmu hydraulicznego jest ważną częścią układu sterowania łopatkami turbiny. Sygnał wyjściowy sterownika jest wzmacniany hydraulicznie w celu sterowania ruchem popychacza łopatek, regulując w ten sposób kąt łopatek wirnika. Przyjęliśmy połączenie układu sterowania elektrohydraulicznego zaworu proporcjonalnego głównego zaworu ciśnieniowego i tradycyjnego układu sterowania maszynowo-hydraulicznego, aby utworzyć równoległy układ sterowania hydraulicznego elektrohydraulicznego zaworu proporcjonalnego i zaworu maszynowo-hydraulicznego, jak pokazano na rysunku 2. Hydrauliczny układ śledzenia łopatek turbiny.
Hydrauliczny układ śledzenia łopatek turbiny
Gdy sterownik PLC, elektrohydrauliczny zawór proporcjonalny i czujnik położenia są w stanie normalnym, elektrohydrauliczna metoda sterowania proporcjonalnego PLC jest używana do regulacji układu łopatek turbiny, wartość sprzężenia zwrotnego położenia i wartość wyjściowa sterowania są przesyłane za pomocą sygnałów elektrycznych, a sygnały są syntetyzowane przez sterownik PLC. , przetwarzanie i podejmowanie decyzji, regulacja otwarcia zaworu głównego zaworu rozdzielczego ciśnienia przez zawór proporcjonalny w celu sterowania położeniem popychacza łopatki i utrzymanie współpracy między łopatką kierującą, głowicą wodną i łopatką. Układ łopatek turbiny sterowany przez elektrohydrauliczny zawór proporcjonalny charakteryzuje się wysoką precyzją synergii, prostą strukturą systemu, silną odpornością na zanieczyszczenie olejem i jest wygodny w interfejsie ze sterownikiem PLC w celu utworzenia automatycznego systemu sterowania mikrokomputerem.
Ze względu na zachowanie mechanicznego mechanizmu łączącego, w trybie sterowania proporcjonalnego elektrohydraulicznego, mechaniczny mechanizm łączący działa również synchronicznie, aby śledzić stan roboczy systemu. Jeśli elektrohydrauliczny układ sterowania proporcjonalnego PLC ulegnie awarii, zawór przełączający zadziała natychmiast, a mechaniczny mechanizm łączący może zasadniczo śledzić stan roboczy elektrohydraulicznego układu sterowania proporcjonalnego. Podczas przełączania wpływ systemu jest niewielki, a układ łopatkowy może płynnie przejść do Tryb sterowania stowarzyszeniem mechanicznym w dużym stopniu gwarantuje niezawodność działania systemu.
Podczas projektowania obwodu hydraulicznego przeprojektowaliśmy korpus zaworu hydraulicznego, dopasowaliśmy rozmiar korpusu zaworu i tulei zaworu, rozmiar połączenia korpusu zaworu i głównego zaworu ciśnieniowego oraz mechaniczny Rozmiar korbowodu między zaworem hydraulicznym a głównym zaworem rozdzielczym ciśnienia jest taki sam jak oryginalny. Podczas instalacji należy wymienić tylko korpus zaworu hydraulicznego, a żadne inne części nie muszą być zmieniane. Struktura całego układu sterowania hydraulicznego jest bardzo zwarta. Na podstawie całkowitego zachowania mechanizmu synergii mechanicznej dodano elektrohydrauliczny mechanizm sterowania proporcjonalnego, aby ułatwić interfejs ze sterownikiem PLC w celu realizacji cyfrowego sterowania synergią i poprawy dokładności koordynacji układu łopatek turbiny. ; A proces instalacji i debugowania systemu jest bardzo łatwy, co skraca przestoje zespołu turbiny hydraulicznej, ułatwia transformację układu sterowania hydraulicznego turbiny hydraulicznej i ma dobrą wartość praktyczną. Podczas rzeczywistej eksploatacji na miejscu system ten został wysoko oceniony przez kadrę inżynieryjno-techniczną elektrowni. Uważa się, że może zostać spopularyzowany i zastosowany w hydraulicznym układzie serwomechanizmu regulatora wielu elektrowni wodnych.
3.3 Struktura oprogramowania systemowego i metoda implementacji
W układzie łopatek turbiny sterowanym przez PLC cyfrowa metoda synergii jest stosowana do realizacji relacji synergii między łopatkami kierowniczymi, ciśnieniem wody i otworem łopatki. W porównaniu z tradycyjną mechaniczną metodą synergii, cyfrowa metoda synergii ma zalety łatwego przycinania parametrów, wygodnego debugowania i konserwacji oraz wysokiej precyzji skojarzenia. Struktura oprogramowania układu sterowania łopatkami składa się głównie z programu funkcji regulacji systemu, programu algorytmu sterowania i programu diagnostycznego. Poniżej omawiamy metody realizacji powyższych trzech części programu. Program funkcji regulacji obejmuje głównie podprogram synergii, podprogram uruchamiania łopatki, podprogram zatrzymywania łopatki i podprogram odłączania obciążenia łopatki. Gdy układ działa, najpierw identyfikuje i ocenia bieżący stan pracy, a następnie uruchamia przełącznik oprogramowania, wykonuje odpowiednią podprogram funkcji regulacji i oblicza wartość położenia podanego elementu podążającego za łopatką.
(1) Podprogram asocjacyjny
Poprzez test modelowy turbiny można uzyskać partię zmierzonych punktów na powierzchni połączenia. Tradycyjna krzywka połączenia mechanicznego jest tworzona na podstawie tych zmierzonych punktów, a cyfrowa metoda połączenia również wykorzystuje te zmierzone punkty do narysowania zestawu krzywych połączenia. Wybierając znane punkty na krzywej asocjacji jako węzły i przyjmując metodę liniowej interpolacji częściowej funkcji binarnej, można uzyskać wartość funkcji nie-węzłów na tej linii asocjacji.
(2) Podprogram rozruchu łopatki
Celem badania prawa rozruchowego jest skrócenie czasu rozruchu jednostki, zmniejszenie obciążenia łożyska oporowego i stworzenie warunków podłączenia do sieci dla zespołu generatora.
(3) Podprogram zatrzymania łopatki
Zasady zamykania łopatek są następujące: gdy sterownik otrzymuje polecenie wyłączenia, łopatki i łopatki kierownicze zamykają się jednocześnie zgodnie ze wzajemną relacją, aby zapewnić stabilność jednostki: gdy otwarcie łopatki kierowniczej jest mniejsze od otwarcia przy obciążeniu jałowym, łopatki pozostają w tyle; gdy łopatka kierownicza zamyka się powoli, wzajemna relacja między łopatką a łopatką kierowniczą nie jest już utrzymywana; gdy prędkość jednostki spadnie poniżej 80% prędkości znamionowej, łopatka otwiera się ponownie do kąta początkowego Φ0, przygotowując się do następnego rozruchu. Przygotowanie.
(4) Podprogram odrzucania obciążenia ostrza
Odrzucenie obciążenia oznacza, że jednostka z obciążeniem zostaje nagle odłączona od sieci energetycznej, co powoduje, że jednostka i system odprowadzenia wody znajdują się w złym stanie roboczym, co jest bezpośrednio związane z bezpieczeństwem elektrowni i jednostki. Gdy obciążenie zostaje odcięte, regulator jest odpowiednikiem urządzenia zabezpieczającego, które powoduje natychmiastowe zamknięcie łopatek kierowniczych i łopatek, dopóki prędkość jednostki nie spadnie do wartości zbliżonej do prędkości znamionowej. stabilność. Dlatego w rzeczywistym odcięciu obciążenia łopatki są zazwyczaj otwierane pod pewnym kątem. Otwarcie to uzyskuje się poprzez test odcięcia obciążenia rzeczywistej elektrowni. Może to zapewnić, że gdy jednostka odcina obciążenie, nie tylko wzrost prędkości jest niewielki, ale także jednostka jest stosunkowo stabilna. .
4. Wnioski
W świetle obecnego stanu technicznego branży regulatorów turbin hydraulicznych w moim kraju, niniejszy artykuł odnosi się do nowych informacji w dziedzinie sterowania prędkością turbiny hydraulicznej w kraju i za granicą oraz stosuje technologię programowalnego sterownika logicznego (PLC) do sterowania prędkością zespołu generatora turbiny hydraulicznej. Sterownik programowy (PLC) jest rdzeniem układu podwójnej regulacji turbiny hydraulicznej o przepływie osiowym z łopatką. Praktyczne zastosowanie pokazuje, że schemat ten znacznie poprawia precyzję koordynacji między łopatką kierującą a łopatką dla różnych warunków ciśnienia wody i poprawia współczynnik wykorzystania energii wodnej.
Czas publikacji: 11-02-2022
