1 Introducere
Regulatorul turbinei este unul dintre cele două echipamente principale de reglare pentru unitățile hidroelectrice. Nu numai că joacă rolul de reglare a vitezei, dar se ocupă și de diversele condiții de lucru, precum și de controlul frecvenței, puterii, unghiului de fază și al altor controluri ale unităților hidroelectrice și protejează roata de apă. Sarcina grupului electrogen. Regulatoarele turbinei au trecut prin trei etape de dezvoltare: regulatoare hidraulice mecanice, regulatoare electrohidraulice și regulatoare hidraulice digitale cu microcomputer. În ultimii ani, în sistemele de control al vitezei turbinei au fost introduse controlere programabile, care au o capacitate puternică de anti-interferențe și o fiabilitate ridicată; programare și operare simple și convenabile; structură modulară, versatilitate bună, flexibilitate și întreținere convenabilă; are avantajele unei funcții de control puternice și a capacității de acționare; a fost verificat practic.
În această lucrare, se propune o cercetare privind sistemul de reglare dublă a turbinei hidraulice PLC, iar controlerul programabil este utilizat pentru a realiza reglarea dublă a paletei de ghidare și a paletei, ceea ce îmbunătățește precizia de coordonare a paletei de ghidare și a paletei pentru diferite înălțimi de apă. Practica arată că sistemul de control dual îmbunătățește rata de utilizare a energiei apei.
2. Sistem de reglare a turbinei
2.1 Sistem de reglare a turbinei
Sarcina de bază a sistemului de control al vitezei turbinei este de a modifica deschiderea paletelor de ghidare ale turbinei în mod corespunzător, prin intermediul regulatorului, atunci când sarcina sistemului de alimentare se modifică și viteza de rotație a unității deviază, astfel încât viteza de rotație a turbinei să fie menținută în intervalul specificat, pentru a face unitatea generatoare să funcționeze. Puterea de ieșire și frecvența îndeplinesc cerințele utilizatorului. Sarcinile de bază ale reglării turbinei pot fi împărțite în reglarea vitezei, reglarea puterii active și reglarea nivelului apei.
2.2 Principiul reglării turbinei
O unitate hidrogeneratoare este o unitate formată prin conectarea unei hidroturbine și a unui generator. Partea rotativă a grupului hidrogenerator este un corp rigid care se rotește în jurul unei axe fixe, iar ecuația sa poate fi descrisă de următoarea ecuație:
În formulă
——Momentul de inerție al părții rotative a unității (Kg m2)
Viteza unghiulară de rotație (rad/s)
Cuplul turbinei (N/m), inclusiv pierderile mecanice și electrice ale generatorului.
Cuplul de rezistență al generatorului, care se referă la cuplul acționat de statorul generatorului asupra rotorului, direcția sa fiind opusă direcției de rotație și reprezentând puterea activă de ieșire a generatorului, adică dimensiunea sarcinii.
Când sarcina se modifică, deschiderea paletei de ghidare rămâne neschimbată, iar viteza unității poate fi stabilizată la o anumită valoare. Deoarece viteza va devia de la valoarea nominală, nu este suficient să se bazeze pe capacitatea de auto-echilibrare pentru a menține viteza. Pentru a menține viteza unității la valoarea nominală inițială după modificarea sarcinii, se poate observa din Figura 1 că este necesar să se modifice deschiderea paletei de ghidare în mod corespunzător. Când sarcina scade, când cuplul de rezistență se modifică de la 1 la 2, deschiderea paletei de ghidare va fi redusă la 1, iar viteza unității va fi menținută. Prin urmare, odată cu modificarea sarcinii, deschiderea mecanismului de ghidare a apei se modifică în mod corespunzător, astfel încât viteza unității hidrogeneratorului să fie menținută la o valoare predeterminată sau să se modifice conform unei legi predeterminate. Acest proces este reglarea vitezei unității hidrogeneratorului sau reglarea turbinei.
3. Sistem de reglare dublă a turbinei hidraulice PLC
Regulatorul turbinei are rolul de a controla deschiderea paletelor de ghidare a apei pentru a regla debitul în rotorul turbinei, modificând astfel cuplul dinamic al turbinei și controlând frecvența unității turbinei. Cu toate acestea, în timpul funcționării turbinei rotative cu palete cu flux axial, regulatorul nu trebuie doar să ajusteze deschiderea paletelor de ghidare, ci și să ajusteze unghiul paletelor rotorului în funcție de cursa și de valoarea colțului de apă al acționării paletei de ghidare, astfel încât paleta de ghidare și paleta să fie conectate. Mențineți o relație de cooperare între ele, adică o relație de coordonare, care poate îmbunătăți eficiența turbinei, reduce cavitația și vibrațiile palelor unității și spori stabilitatea funcționării turbinei.
Hardware-ul sistemului de control PLC cu palete ale turbinei este compus în principal din două părți, și anume controlerul PLC și sistemul servo hidraulic. Mai întâi, să discutăm structura hardware a controlerului PLC.
3.1 Controler PLC
Controlerul PLC este compus în principal dintr-o unitate de intrare, o unitate de bază PLC și o unitate de ieșire. Unitatea de intrare este compusă dintr-un modul A/D și un modul de intrare digitală, iar unitatea de ieșire este compusă dintr-un modul D/A și un modul de intrare digitală. Controlerul PLC este echipat cu afișaj digital LED pentru observarea în timp real a parametrilor PID ai sistemului, a poziției acționării paletei, a poziției acționării paletei de ghidare și a valorii coloanei de apă. De asemenea, este prevăzut un voltmetru analog pentru a monitoriza poziția acționării paletei în cazul unei defecțiuni a controlerului microcomputerului.
3.2 Sistem hidraulic de urmărire
Sistemul servo hidraulic este o parte importantă a sistemului de control al palelor turbinei. Semnalul de ieșire al controlerului este amplificat hidraulic pentru a controla mișcarea rotorului de urmărire a palelor, ajustând astfel unghiul palelor rotorului. Am adoptat o combinație între sistemul de control electrohidraulic de tip supapă proporțională de control al presiunii principale și sistemul tradițional de control hidraulic-mașină pentru a forma un sistem de control hidraulic paralel format din supapă proporțională electrohidraulică și supapă hidraulic-mașină, așa cum se arată în Figura 2. Sistem hidraulic de urmărire pentru palele turbinei.
Sistem hidraulic de urmărire pentru palele turbinei
Când controlerul PLC, supapa proporțională electrohidraulică și senzorul de poziție funcționează normal, se utilizează metoda de control proporțional electrohidraulic PLC pentru a regla sistemul de palete ale turbinei. Valoarea feedback-ului de poziție și valoarea de ieșire a controlului sunt transmise prin semnale electrice, iar semnalele sunt sintetizate de controlerul PLC. , procesarea și luarea deciziilor, se ajustează deschiderea supapei supapei principale de distribuție a presiunii prin intermediul supapei proporționale pentru a controla poziția acționării paletei și pentru a menține relația de cooperare dintre paleta de ghidare, capul de apă și paletă. Sistemul de palete al turbinei controlat de supapa proporțională electrohidraulică are o precizie sinergică ridicată, o structură de sistem simplă, o rezistență puternică la poluarea cu ulei și este convenabil pentru interfațarea cu controlerul PLC pentru a forma un sistem de control automat cu microcomputer.
Datorită menținerii mecanismului de legătură mecanică, în modul de control proporțional electro-hidraulic, mecanismul de legătură mecanică funcționează și sincron pentru a urmări starea de funcționare a sistemului. Dacă sistemul de control proporțional electro-hidraulic PLC se defectează, supapa de comutare va acționa imediat, iar mecanismul de legătură mecanică poate urmări practic starea de funcționare a sistemului de control proporțional electro-hidraulic. La comutare, impactul asupra sistemului este mic, iar sistemul cu palete poate trece fără probleme la modul de control al asocierii mecanice, garantând în mare măsură fiabilitatea funcționării sistemului.
Când am proiectat circuitul hidraulic, am reproiectat corpul supapei de control hidraulic, dimensiunea potrivită a corpului supapei și manșonul supapei, dimensiunea conexiunii corpului supapei cu supapa principală de presiune și partea mecanică. Dimensiunea tijei de conectare dintre supapa hidraulică și supapa principală de distribuție a presiunii este aceeași cu cea originală. Doar corpul supapei trebuie înlocuit în timpul instalării și nu este nevoie să se modifice alte piese. Structura întregului sistem de control hidraulic este foarte compactă. Pe baza păstrării complete a mecanismului mecanic de sinergie, este adăugat un mecanism de control proporțional electro-hidraulic pentru a facilita interfața cu controlerul PLC pentru a realiza controlul digital al sinergiei și a îmbunătăți precizia coordonării sistemului de palete ale turbinei. ; Iar procesul de instalare și depanare a sistemului este foarte ușor, ceea ce scurtează timpul de nefuncționare a unității turbinei hidraulice, facilitează transformarea sistemului de control hidraulic al turbinei hidraulice și are o valoare practică bună. În timpul funcționării efective la fața locului, sistemul este foarte apreciat de personalul tehnic și de inginerie al centralei și se consideră că poate fi popularizat și aplicat în sistemul de servomotoare hidraulic al regulatorului multor centrale hidroelectrice.
3.3 Structura și metoda de implementare a software-ului de sistem
În sistemul cu palete de turbină controlate de PLC, metoda sinergiei digitale este utilizată pentru a realiza relația de sinergie dintre paletele de ghidare, coloana de apă și deschiderea paletei. Comparativ cu metoda tradițională de sinergie mecanică, metoda de sinergie digitală are avantajele unei ajustări ușoare a parametrilor, ale depanării și întreținerii convenabile și ale unei precizii ridicate de asociere. Structura software a sistemului de control al paletelor este compusă în principal din programul funcției de reglare a sistemului, programul algoritmului de control și programul de diagnosticare. Mai jos vom discuta metodele de realizare a celor trei părți ale programului de mai sus. Programul funcției de reglare include în principal o subrutină pentru sinergie, o subrutină pentru pornirea paletei, o subrutină pentru oprirea paletei și o subrutină pentru detașarea paletei. Când sistemul funcționează, acesta identifică și evaluează mai întâi condiția curentă de funcționare, apoi pornește comutarea software, execută subrutina funcției de reglare corespunzătoare și calculează valoarea dată a poziției urmăritorului paletei.
(1) Subrutina de asociere
Prin testarea modelului unității turbinei, se poate obține un lot de puncte măsurate pe suprafața îmbinării. Cama mecanică tradițională a îmbinării este realizată pe baza acestor puncte măsurate, iar metoda digitală a îmbinării utilizează, de asemenea, aceste puncte măsurate pentru a desena un set de curbe de îmbinare. Selectând punctele cunoscute de pe curba de asociere ca noduri și adoptând metoda interpolării liniare pe porțiuni a funcției binare, se poate obține valoarea funcției non-nodurilor de pe această linie a asocierii.
(2) Subrutina de pornire a paletelor
Scopul studierii legii de pornire este de a scurta timpul de pornire al unității, de a reduce sarcina rulmentului axial și de a crea condiții de conectare la rețea pentru unitatea generatoare.
(3) Subrutina de oprire a paletelor
Regulile de închidere a paletelor sunt următoarele: când regulatorul primește comanda de oprire, paletele și paletele de ghidare se închid simultan, conform relației de cooperare, pentru a asigura stabilitatea unității: când deschiderea paletei de ghidare este mai mică decât deschiderea în gol, paletele întârzie. Când paleta de ghidare se închide lent, relația de cooperare dintre paletă și paleta de ghidare nu se mai menține; când viteza unității scade sub 80% din viteza nominală, paleta se redeschide la unghiul de pornire Φ0, fiind gata pentru următoarea pornire. Pregătire.
(4) Subrutina de respingere a sarcinii palei
Respingerea sarcinii înseamnă că unitatea cu sarcină este deconectată brusc de la rețeaua electrică, ceea ce pune unitatea și sistemul de deviere a apei într-o stare de funcționare defectuoasă, ceea ce este direct legat de siguranța centralei electrice și a unității. Când sarcina este degajată, regulatorul este echivalentul unui dispozitiv de protecție, care face ca paletele de ghidare și paletele să se închidă imediat până când viteza unității scade în apropierea vitezei nominale. Prin urmare, în degajarea efectivă a sarcinii, paletele sunt în general deschise la un anumit unghi. Această deschidere se obține prin testul de degajare a sarcinii al centralei electrice. Acesta poate asigura că, atunci când unitatea degajează sarcină, nu numai creșterea vitezei este mică, dar și unitatea este relativ stabilă.
4 Concluzie
Având în vedere stadiul tehnic actual al industriei regulatoarelor de turbine hidraulice din țara mea, această lucrare se referă la noile informații din domeniul controlului vitezei turbinelor hidraulice, atât în țară, cât și în străinătate, și aplică tehnologia controlerului logic programabil (PLC) la controlul vitezei grupului generator de turbine hidraulice. Controlerul de program (PLC) este nucleul sistemului de reglare dublă a turbinei hidraulice cu palete axiale. Aplicația practică arată că schema îmbunătățește considerabil precizia coordonării dintre paleta de ghidare și paletă pentru diferite condiții de înălțime a apei și îmbunătățește rata de utilizare a energiei apei.
Data publicării: 11 februarie 2022
