1 Введение
Регулятор турбины является одним из двух основных регулирующих устройств для гидроэлектростанций. Он не только играет роль регулирования скорости, но и выполняет различные преобразования рабочих условий и частоту, мощность, фазовый угол и другие функции управления гидроэлектростанциями и защищает водяное колесо. Задача генераторной установки. Регуляторы турбины прошли три этапа развития: механические гидравлические регуляторы, электрогидравлические регуляторы и микрокомпьютерные цифровые гидравлические регуляторы. В последние годы в системы управления скоростью турбины были введены программируемые контроллеры, которые обладают сильной помехоустойчивостью и высокой надежностью; простое и удобное программирование и эксплуатация; модульная структура, хорошая универсальность, гибкость и удобное обслуживание; Он имеет преимущества сильной функции управления и управляемости; это было проверено на практике.
В данной статье предлагается исследование системы двойной регулировки гидротурбины PLC, а также программируемый контроллер используется для реализации двойной регулировки направляющего аппарата и лопасти, что повышает точность координации направляющего аппарата и лопасти для различных напоров воды. Практика показывает, что система двойной регулировки повышает коэффициент использования энергии воды.
2. Система регулирования турбины
2.1 Система регулирования турбины
Основная задача системы регулирования скорости турбины заключается в том, чтобы при изменении нагрузки энергосистемы и отклонении скорости вращения агрегата соответствующим образом изменять открытие направляющих лопаток турбины через регулятор, чтобы скорость вращения турбины поддерживалась в заданном диапазоне, чтобы генераторный агрегат работал. Выходная мощность и частота соответствуют требованиям пользователя. Основные задачи регулирования турбины можно разделить на регулирование скорости, регулирование активной мощности и регулирование уровня воды.
2.2 Принцип регулирования турбины
Гидрогенераторный агрегат — агрегат, образованный путем соединения гидротурбины и генератора. Вращающаяся часть гидрогенераторного агрегата представляет собой твердое тело, вращающееся вокруг неподвижной оси, и его уравнение можно описать следующим уравнением:
В формуле
——Момент инерции вращающейся части агрегата (Кг·м2)
——Угловая скорость вращения (рад/с)
——Крутящий момент турбины (Н/м), включая механические и электрические потери генератора.
——Момент сопротивления генератора, который относится к действующему моменту статора генератора на ротор, его направление противоположно направлению вращения и представляет собой активную выходную мощность генератора, то есть величину нагрузки.
При изменении нагрузки открытие направляющего аппарата остается неизменным, и скорость агрегата все еще может быть стабилизирована на определенном значении. Поскольку скорость будет отклоняться от номинального значения, недостаточно полагаться на способность самобалансирующейся регулировки для поддержания скорости. Для того чтобы сохранить скорость агрегата на исходном номинальном значении после изменения нагрузки, из рисунка 1 видно, что необходимо соответствующим образом изменить открытие направляющего аппарата. При уменьшении нагрузки, когда момент сопротивления изменяется с 1 на 2, открытие направляющего аппарата будет уменьшено до 1, и скорость агрегата будет сохранена. Поэтому при изменении нагрузки соответственно изменяется открытие водонаправляющего механизма, так что скорость гидрогенераторного агрегата поддерживается на заданном значении или изменяется по заданному закону. Этот процесс является регулировкой скорости гидрогенераторного агрегата. , или регулированием турбины.
3. ПЛК гидравлическая турбина с двойной системой регулировки
Регулятор турбины должен управлять открытием направляющих лопаток воды для регулировки потока в рабочее колесо турбины, тем самым изменяя динамический крутящий момент турбины и контролируя частоту турбоагрегата. Однако во время работы роторной лопастной турбины с осевым потоком регулятор должен не только регулировать открытие направляющих лопаток, но и регулировать угол лопастей рабочего колеса в соответствии с ходом и значением напора воды направляющего лопасти следящего устройства, так что направляющая лопатка и лопасть связаны. Поддерживать кооперативную связь между ними, то есть координационную связь, которая может повысить эффективность турбины, уменьшить кавитацию лопаток и вибрацию агрегата и повысить стабильность работы турбины.
Аппаратное обеспечение системы управления турбинными лопатками PLC в основном состоит из двух частей, а именно контроллера PLC и гидравлической сервосистемы. Сначала давайте обсудим аппаратную структуру контроллера PLC.
3.1 ПЛК-контроллер
Контроллер PLC в основном состоит из входного блока, базового блока PLC и выходного блока. Входной блок состоит из модуля A/D и цифрового входного модуля, а выходной блок состоит из модуля D/A и цифрового входного модуля. Контроллер PLC оснащен светодиодным цифровым дисплеем для наблюдения в реальном времени за параметрами ПИД-регулирования системы, положением следящего устройства лопасти, положением следящего устройства направляющей лопасти и значением напора воды. Также предусмотрен аналоговый вольтметр для контроля положения следящего устройства лопасти в случае отказа микрокомпьютерного контроллера.
3.2 Гидравлическая система слежения
Гидравлическая сервосистема является важной частью системы управления лопатками турбины. Выходной сигнал контроллера гидравлически усиливается для управления движением следящего элемента лопатки, тем самым регулируя угол лопаток рабочего колеса. Мы приняли комбинацию электрогидравлической системы управления пропорциональным клапаном управления главного напорного клапана и традиционной машинно-гидравлической системы управления, чтобы сформировать параллельную гидравлическую систему управления электрогидравлическим пропорциональным клапаном и машинно-гидравлическим клапаном, как показано на рисунке 2. Гидравлическая система следящего управления для лопаток турбины.
Гидравлическая система сопровождения лопаток турбины
Когда контроллер PLC, электрогидравлический пропорциональный клапан и датчик положения все в норме, метод электрогидравлического пропорционального управления PLC используется для регулировки системы лопаток турбины, значение обратной связи по положению и выходное значение управления передаются электрическими сигналами, и сигналы синтезируются контроллером PLC. , обработка и принятие решений, регулировка открытия клапана главного распределительного клапана давления через пропорциональный клапан для управления положением толкателя лопатки и поддержание кооперативной связи между направляющей лопаткой, напором воды и лопаткой. Система лопаток турбины, управляемая электрогидравлическим пропорциональным клапаном, имеет высокую точность синергии, простую структуру системы, сильную устойчивость к загрязнению маслом и удобна для взаимодействия с контроллером PLC для формирования микрокомпьютерной автоматической системы управления.
Благодаря сохранению механического механизма связи в режиме электрогидравлического пропорционального управления механический механизм связи также работает синхронно для отслеживания рабочего состояния системы. Если электрогидравлическая пропорциональная система управления PLC выходит из строя, переключающий клапан срабатывает немедленно, а механический механизм связи в основном может отслеживать рабочее состояние электрогидравлической пропорциональной системы управления. При переключении системное воздействие невелико, и лопастная система может плавно перейти в режим управления механической связью, что в значительной степени гарантирует надежность работы системы.
При проектировании гидравлической схемы мы перепроектировали корпус клапана гидравлического регулирующего клапана, соответствующий размер корпуса клапана и втулки клапана, размер соединения корпуса клапана и главного напорного клапана, а также механический размер соединительного стержня между гидравлическим клапаном и главным напорным распределительным клапаном такой же, как у оригинала. Во время установки необходимо заменить только корпус клапана гидравлического клапана, и никакие другие детали не нужно менять. Структура всей гидравлической системы управления очень компактна. На основе полного сохранения механического синергетического механизма добавлен электрогидравлический пропорциональный механизм управления для облегчения интерфейса с контроллером ПЛК для реализации цифрового синергетического управления и повышения точности координации системы лопаток турбины. ; А процесс установки и отладки системы очень прост, что сокращает время простоя гидротурбинного агрегата, облегчает преобразование гидравлической системы управления гидротурбиной и имеет хорошую практическую ценность. В ходе реальной эксплуатации на месте система получила высокую оценку инженерно-технического персонала электростанции, и считается, что она может быть популяризирована и применена в гидравлической сервосистеме регулятора многих гидроэлектростанций.
3.3 Структура и метод реализации системного программного обеспечения
В системе лопаток турбины с ПЛК-управлением цифровой метод синергии используется для реализации синергетической связи между направляющими лопатками, напором воды и отверстием лопатки. По сравнению с традиционным механическим методом синергии цифровой метод синергии имеет преимущества простой подгонки параметров, он имеет преимущества удобной отладки и обслуживания, а также высокой точности ассоциации. Структура программного обеспечения системы управления лопатками в основном состоит из программы функции настройки системы, программы алгоритма управления и программы диагностики. Ниже мы обсудим методы реализации трех вышеуказанных частей программы соответственно. Программа функции настройки в основном включает подпрограмму синергии, подпрограмму запуска лопатки, подпрограмму остановки лопатки и подпрограмму сброса нагрузки лопатки. Когда система работает, она сначала идентифицирует и оценивает текущее рабочее состояние, затем запускает программное переключение, выполняет соответствующую подпрограмму функции настройки и вычисляет заданное значение положения следящего элемента лопатки.
(1) Ассоциативная подпрограмма
С помощью модельного испытания турбинного агрегата можно получить партию измеренных точек на поверхности соединения. Традиционный механический кулачок соединения изготавливается на основе этих измеренных точек, а метод цифрового соединения также использует эти измеренные точки для построения набора кривых соединения. Выбрав известные точки на кривой ассоциации в качестве узлов и приняв метод кусочно-линейной интерполяции двоичной функции, можно получить значение функции не узлов на этой линии ассоциации.
(2) Подпрограмма запуска лопасти
Целью изучения закона пуска является сокращение времени пуска агрегата, снижение нагрузки на упорный подшипник и создание условий подключения генераторного агрегата к сети.
(3) Подпрограмма остановки лопасти
Правила закрытия лопаток следующие: когда контроллер получает команду на выключение, лопатки и направляющие лопатки закрываются одновременно в соответствии с кооперативным отношением для обеспечения устойчивости агрегата: когда открытие направляющих лопаток меньше открытия без нагрузки, лопатки запаздывают. Когда направляющие лопатки закрываются медленно, кооперативное отношение между лопатками и направляющими лопатками больше не поддерживается; когда скорость агрегата падает ниже 80% от номинальной скорости, лопатка снова открывается на начальный угол Φ0, готовая к следующему запуску. Подготовка.
(4) Подпрограмма сброса нагрузки на лезвие
Сброс нагрузки означает, что блок с нагрузкой внезапно отключается от электросети, что приводит блок и систему водоотвода в плохое рабочее состояние, что напрямую связано с безопасностью электростанции и блока. Когда нагрузка сбрасывается, регулятор эквивалентен защитному устройству, которое заставляет направляющие лопатки и лопатки немедленно закрываться, пока скорость блока не упадет до значения, близкого к номинальной скорости. стабильность. Поэтому при фактическом сбросе нагрузки лопатки обычно открываются на определенный угол. Это открытие достигается путем испытания сброса нагрузки на фактической электростанции. Это может гарантировать, что при сбросе нагрузки блоком не только увеличение скорости будет небольшим, но и блок будет относительно стабильным. .
4 Заключение
Ввиду текущего технического состояния отрасли регуляторов гидротурбин в моей стране, эта статья ссылается на новую информацию в области управления скоростью гидротурбин в стране и за рубежом и применяет технологию программируемого логического контроллера (ПЛК) к управлению скоростью генераторной установки гидротурбины. Программный контроллер (ПЛК) является ядром системы двойного регулирования лопастной гидротурбины осевого потока. Практическое применение показывает, что схема значительно улучшает точность координации между направляющим аппаратом и лопастью для различных условий напора воды и улучшает коэффициент использования энергии воды.
Время публикации: 11 февр. 2022 г.
