1 Introdução
O regulador de turbina é um dos dois principais equipamentos de regulação de unidades hidrelétricas. Ele não apenas desempenha a função de regular a velocidade, mas também realiza diversas conversões de condições de trabalho, como frequência, potência, ângulo de fase e outros controles de unidades geradoras hidrelétricas, além de proteger a roda d'água. A função do grupo gerador. Os reguladores de turbina passaram por três estágios de desenvolvimento: reguladores hidráulicos mecânicos, reguladores eletro-hidráulicos e reguladores hidráulicos digitais microcomputadores. Nos últimos anos, controladores programáveis foram introduzidos em sistemas de controle de velocidade de turbinas, os quais possuem forte capacidade antiparasitária e alta confiabilidade; programação e operação simples e convenientes; estrutura modular, boa versatilidade, flexibilidade e manutenção conveniente; possui as vantagens de forte função de controle e capacidade de condução; e foi verificado na prática.
Neste artigo, propõe-se a pesquisa sobre o sistema de ajuste duplo de turbina hidráulica PLC, utilizando um controlador programável para realizar o ajuste duplo da palheta guia e da pá, o que melhora a precisão da coordenação entre a palheta guia e a palheta para diferentes alturas hidráulicas. A prática demonstra que o sistema de controle duplo melhora a taxa de utilização da energia hídrica.
2. Sistema de regulação da turbina
2.1 Sistema de regulação da turbina
A tarefa básica do sistema de controle de velocidade da turbina é ajustar a abertura das palhetas-guia da turbina, por meio do regulador, conforme a carga do sistema de energia muda e a velocidade de rotação da unidade se desvia, de modo que a velocidade de rotação da turbina seja mantida dentro da faixa especificada, permitindo a operação da unidade geradora. A potência de saída e a frequência atendem aos requisitos do usuário. As tarefas básicas da regulação da turbina podem ser divididas em regulação de velocidade, regulação de potência ativa e regulação do nível de água.
2.2 O princípio da regulação da turbina
Uma unidade hidrogeradora é formada pela conexão de uma turbina hidráulica e um gerador. A parte rotativa do conjunto hidrogerador é um corpo rígido que gira em torno de um eixo fixo, e sua equação pode ser descrita pela seguinte equação:
Na fórmula
——O momento de inércia da parte rotativa da unidade (Kg m2)
——Velocidade angular de rotação (rad/s)
——Torque da turbina (N/m), incluindo perdas mecânicas e elétricas do gerador.
——Torque de resistência do gerador, que se refere ao torque de atuação do estator do gerador no rotor, sua direção é oposta à direção de rotação e representa a potência ativa do gerador, ou seja, o tamanho da carga.
Quando a carga muda, a abertura da palheta guia permanece inalterada e a velocidade da unidade ainda pode ser estabilizada em um determinado valor. Como a velocidade se desviará do valor nominal, não basta confiar na capacidade de ajuste de autobalanceamento para manter a velocidade. Para manter a velocidade da unidade no valor nominal original após as mudanças de carga, pode-se observar na Figura 1 que é necessário alterar a abertura da palheta guia de acordo. Quando a carga diminui, quando o torque de resistência muda de 1 para 2, a abertura da palheta guia será reduzida para 1 e a velocidade da unidade será mantida. Portanto, com a mudança de carga, a abertura do mecanismo de guia de água é correspondentemente alterada, de modo que a velocidade da unidade hidrogeradora seja mantida em um valor predeterminado ou mude de acordo com uma lei predeterminada. Este processo é o ajuste de velocidade da unidade hidrogeradora. , ou regulação da turbina.
3. Sistema de ajuste duplo da turbina hidráulica PLC
O regulador da turbina controla a abertura das palhetas-guia de água para ajustar o fluxo no rotor da turbina, alterando assim o torque dinâmico da turbina e controlando a frequência da unidade da turbina. No entanto, durante a operação da turbina de pás rotativas de fluxo axial, o regulador não deve apenas ajustar a abertura das palhetas-guia, mas também ajustar o ângulo das pás do rotor de acordo com o curso e o valor da altura manométrica do seguidor da palheta-guia, de modo que a palheta-guia e a palheta estejam conectadas. Manter uma relação de cooperação entre elas, ou seja, uma relação de coordenação, pode melhorar a eficiência da turbina, reduzir a cavitação e a vibração das pás da unidade e aumentar a estabilidade da operação da turbina.
O hardware do sistema de palhetas da turbina de controle PLC é composto principalmente por duas partes: o controlador PLC e o servo sistema hidráulico. Primeiramente, vamos discutir a estrutura de hardware do controlador PLC.
3.1 Controlador PLC
O controlador PLC é composto principalmente por uma unidade de entrada, uma unidade básica PLC e uma unidade de saída. A unidade de entrada é composta por um módulo A/D e um módulo de entrada digital, e a unidade de saída é composta por um módulo D/A e um módulo de entrada digital. O controlador PLC é equipado com um display digital LED para observação em tempo real dos parâmetros PID do sistema, posição do seguidor de palhetas, posição do seguidor de palhetas guia e valor da altura manométrica. Um voltímetro analógico também é fornecido para monitorar a posição do seguidor de palhetas em caso de falha do controlador do microcomputador.
3.2 Sistema de acompanhamento hidráulico
O servosistema hidráulico é uma parte importante do sistema de controle das palhetas da turbina. O sinal de saída do controlador é amplificado hidraulicamente para controlar o movimento do seguidor das palhetas, ajustando assim o ângulo das pás do rotor. Adotamos a combinação de um sistema de controle eletro-hidráulico do tipo válvula de pressão principal com válvula proporcional e um sistema de controle hidráulico-máquina tradicional para formar um sistema de controle hidráulico paralelo de válvula proporcional eletro-hidráulica e válvula hidráulica-máquina, conforme mostrado na Figura 2. Sistema de acompanhamento hidráulico para pás de turbina.
Sistema de acompanhamento hidráulico para pás de turbina
Quando o controlador PLC, a válvula proporcional eletro-hidráulica e o sensor de posição estão normais, o método de controle proporcional eletro-hidráulico PLC é usado para ajustar o sistema de palhetas da turbina. O valor de feedback de posição e o valor de saída de controle são transmitidos por sinais elétricos, e os sinais são sintetizados pelo controlador PLC. , processamento e tomada de decisão, ajustando a abertura da válvula principal de distribuição de pressão através da válvula proporcional para controlar a posição do seguidor de palhetas e mantendo a relação cooperativa entre a palheta guia, a altura manométrica e a palheta. O sistema de palhetas da turbina controlado pela válvula proporcional eletro-hidráulica possui alta precisão de sinergia, estrutura de sistema simples, forte resistência à poluição por óleo e é conveniente para interface com o controlador PLC para formar um sistema de controle automático de microcomputador.
Devido à retenção do mecanismo de ligação mecânica, no modo de controle proporcional eletro-hidráulico, o mecanismo de ligação mecânica também funciona de forma sincronizada para rastrear o estado operacional do sistema. Em caso de falha do sistema de controle proporcional eletro-hidráulico PLC, a válvula de comutação atua imediatamente, e o mecanismo de ligação mecânica pode basicamente rastrear o estado de funcionamento do sistema de controle proporcional eletro-hidráulico. Durante a comutação, o impacto no sistema é pequeno, e o sistema de palhetas pode transitar suavemente para o modo de controle de associação mecânica, o que garante grandemente a confiabilidade da operação do sistema.
Quando projetamos o circuito hidráulico, redesenhamos o corpo da válvula de controle hidráulico, o tamanho correspondente do corpo da válvula e da luva da válvula, o tamanho da conexão do corpo da válvula e da válvula de pressão principal e o mecânico. O tamanho da biela entre a válvula hidráulica e a válvula de distribuição de pressão principal é o mesmo que o original. Apenas o corpo da válvula hidráulica precisa ser substituído durante a instalação e nenhuma outra peça precisa ser trocada. A estrutura de todo o sistema de controle hidráulico é muito compacta. Com base na retenção completa do mecanismo de sinergia mecânica, um mecanismo de controle proporcional eletro-hidráulico é adicionado para facilitar a interface com o controlador PLC para realizar o controle de sinergia digital e melhorar a precisão de coordenação do sistema de palhetas da turbina. ; E o processo de instalação e depuração do sistema é muito fácil, o que encurta o tempo de inatividade da unidade da turbina hidráulica, facilita a transformação do sistema de controle hidráulico da turbina hidráulica e tem um bom valor prático. Durante a operação real no local, o sistema é altamente avaliado pelo pessoal técnico e de engenharia da usina, e acredita-se que ele pode ser popularizado e aplicado no sistema servo hidráulico do regulador de muitas usinas hidrelétricas.
3.3 Estrutura do software do sistema e método de implementação
No sistema de palhetas de turbina controlado por CLP, o método de sinergia digital é utilizado para realizar a relação de sinergia entre as palhetas-guia, a altura manométrica e a abertura das palhetas. Comparado ao método de sinergia mecânica tradicional, o método de sinergia digital apresenta as vantagens de fácil ajuste de parâmetros, depuração e manutenção convenientes e alta precisão de associação. A estrutura de software do sistema de controle de palhetas é composta principalmente pelo programa de função de ajuste do sistema, o programa de algoritmo de controle e o programa de diagnóstico. A seguir, discutiremos os métodos de implementação das três partes do programa acima, respectivamente. O programa de função de ajuste inclui principalmente uma subrotina de sinergia, uma subrotina de partida da palheta, uma subrotina de parada da palheta e uma subrotina de descarte de carga da palheta. Quando o sistema está em operação, ele primeiro identifica e avalia a condição operacional atual, em seguida, inicia a chave de software, executa a subrotina de função de ajuste correspondente e calcula o valor da posição do seguidor de palhetas.
(1) Subrotina de associação
Através do teste do modelo da unidade de turbina, é possível obter um conjunto de pontos medidos na superfície da junta. O came de junta mecânica tradicional é construído com base nesses pontos medidos, e o método de junta digital também utiliza esses pontos medidos para desenhar um conjunto de curvas de junta. Selecionando os pontos conhecidos na curva de associação como nós e adotando o método de interpolação linear por partes da função binária, é possível obter o valor da função dos não nós nesta linha da associação.
(2) Sub-rotina de inicialização da palheta
O objetivo do estudo da lei de inicialização é encurtar o tempo de inicialização da unidade, reduzir a carga do mancal de encosto e criar condições de conexão à rede para a unidade geradora.
(3) Sub-rotina de parada de palheta
As regras de fechamento das palhetas são as seguintes: quando o controlador recebe o comando de desligamento, as palhetas e as palhetas guia são fechadas ao mesmo tempo de acordo com o relacionamento cooperativo para garantir a estabilidade da unidade: quando a abertura da palheta guia é menor que a abertura sem carga, as palhetas ficam atrasadas. Quando a palheta guia é fechada lentamente, o relacionamento cooperativo entre a palheta e a palheta guia não é mais mantido; quando a velocidade da unidade cai abaixo de 80% da velocidade nominal, a palheta é reaberta para o ângulo inicial Φ0, pronta para a próxima partida. Prepare-se.
(4) Sub-rotina de rejeição de carga da lâmina
Rejeição de carga significa que a unidade com carga é repentinamente desconectada da rede elétrica, deixando a unidade e o sistema de desvio de água em um mau estado operacional, o que está diretamente relacionado à segurança da usina e da unidade. Quando a carga é eliminada, o regulador é equivalente a um dispositivo de proteção, que faz com que as palhetas-guia e as palhetas fechem imediatamente até que a velocidade da unidade caia para a proximidade da velocidade nominal. estabilidade. Portanto, no descarte de carga real, as palhetas são geralmente abertas em um determinado ângulo. Essa abertura é obtida por meio do teste de descarte de carga da usina real. Ele pode garantir que, quando a unidade estiver eliminando carga, não apenas o aumento de velocidade seja pequeno, mas também que a unidade seja relativamente estável. .
4 Conclusão
Considerando o atual estado técnico da indústria de reguladores de turbinas hidráulicas do meu país, este artigo aborda as novas informações na área de controle de velocidade de turbinas hidráulicas no país e no exterior, aplicando a tecnologia do controlador lógico programável (CLP) ao controle de velocidade de grupos geradores de turbinas hidráulicas. O controlador programável (CLP) é o núcleo do sistema de dupla regulagem da turbina hidráulica do tipo pás de fluxo axial. A aplicação prática demonstra que o esquema melhora significativamente a precisão da coordenação entre a palheta guia e a palheta para diferentes condições de queda d'água, além de melhorar a taxa de utilização da energia hídrica.
Data de publicação: 11 de fevereiro de 2022
