1 Úvod
Regulátor turbíny je jedným z dvoch hlavných regulačných zariadení pre vodné elektrárne. Nielenže plní úlohu regulácie otáčok, ale vykonáva aj konverziu rôznych prevádzkových podmienok a riadenie frekvencie, výkonu, fázového uhla a iných parametrov vodných elektrární a chráni vodné koleso. Úloha generátorového agregátu. Regulátory turbín prešli tromi fázami vývoja: mechanické hydraulické regulátory, elektrohydraulické regulátory a mikropočítačové digitálne hydraulické regulátory. V posledných rokoch boli do systémov riadenia otáčok turbín zavedené programovateľné regulátory, ktoré sa vyznačujú silnou odolnosťou voči rušeniu a vysokou spoľahlivosťou; jednoduchým a pohodlným programovaním a obsluhou; modulárnou štruktúrou, dobrou všestrannosťou, flexibilitou a jednoduchou údržbou; majú výhody silnej regulačnej funkcie a schopnosti riadenia; boli prakticky overené.
V tomto článku je navrhnutý výskum systému dvojitého nastavenia PLC hydraulickej turbíny a programovateľný ovládač sa používa na realizáciu dvojitého nastavenia rozvádzacej lopatky a lopatky, čo zlepšuje presnosť koordinácie rozvádzacej lopatky a lopatky pri rôznych vodných spádoch. Prax ukazuje, že systém dvojitého riadenia zlepšuje mieru využitia vodnej energie.
2. Systém regulácie turbíny
2.1 Systém regulácie turbíny
Základnou úlohou systému regulácie otáčok turbíny je meniť otvorenie vodiacich lopatiek turbíny pomocou regulátora, keď sa mení zaťaženie energetickej sústavy a rýchlosť otáčania jednotky sa odchyľuje, aby sa rýchlosť otáčania turbíny udržiavala v stanovenom rozsahu a generátorová jednotka pracovala. Výstupný výkon a frekvencia spĺňajú požiadavky používateľa. Základné úlohy regulácie turbíny možno rozdeliť na reguláciu otáčok, reguláciu činného výkonu a reguláciu hladiny vody.
2.2 Princíp regulácie turbíny
Hydrogenerátorová jednotka je jednotka vytvorená spojením hydroturbíny a generátora. Rotačná časť hydrogenerátorového agregátu je tuhé teleso, ktoré sa otáča okolo pevnej osi a jeho rovnicu možno opísať nasledujúcou rovnicou:
Vo vzorci
——Moment zotrvačnosti rotujúcej časti jednotky (kg m2)
——Uhlová rýchlosť otáčania (rad/s)
——Krútiaci moment turbíny (N/m) vrátane mechanických a elektrických strát generátora.
——Krútiaci moment generátorového odporu, ktorý sa vzťahuje na pôsobiaci krútiaci moment statora generátora na rotor, jeho smer je opačný ako smer otáčania a predstavuje činný výkon generátora, teda veľkosť záťaže.
Pri zmene zaťaženia zostáva otvorenie vodiacej lopatky nezmenené a rýchlosť jednotky sa stále môže stabilizovať na určitej hodnote. Pretože sa rýchlosť bude odchyľovať od menovitej hodnoty, nestačí sa spoliehať na schopnosť samovyvažovacieho nastavenia na udržanie rýchlosti. Aby sa rýchlosť jednotky udržala na pôvodnej menovitej hodnote aj po zmene zaťaženia, z obrázku 1 je zrejmé, že je potrebné zodpovedajúcim spôsobom zmeniť otvorenie vodiacej lopatky. Pri znížení zaťaženia a zmene krútiaceho momentu odporu z 1 na 2 sa otvorenie vodiacej lopatky zníži na 1 a rýchlosť jednotky sa zachová. Preto sa so zmenou zaťaženia zodpovedajúcim spôsobom zmení otvorenie mechanizmu vedenia vody, takže rýchlosť hydrogenerátora sa udržiava na vopred určenej hodnote alebo sa mení podľa vopred určeného zákona. Tento proces sa nazýva nastavenie rýchlosti hydrogenerátora alebo regulácia turbíny.
3. Systém dvojitého nastavenia hydraulickej turbíny s PLC
Regulátor turbíny slúži na ovládanie otvárania vodiacich lopatiek vody, čím sa upravuje prietok do obežného kolesa turbíny, čím sa mení dynamický krútiaci moment turbíny a riadi sa frekvencia turbínovej jednotky. Počas prevádzky axiálnej rotačnej lopatkovej turbíny by však regulátor mal nielen upravovať otváranie vodiacich lopatiek, ale aj upravovať uhol lopatiek obežného kolesa podľa zdvihu a hodnoty spádu vody v sledovači vodiacich lopatiek, aby vodiaca lopatka a lopatka boli prepojené. Udržiavajú medzi sebou kooperatívny vzťah, teda koordinačný vzťah, ktorý môže zlepšiť účinnosť turbíny, znížiť kavitáciu lopatiek a vibrácie jednotky a zvýšiť stabilitu prevádzky turbíny.
Hardvér systému riadenia lopatiek turbíny s PLC sa skladá hlavne z dvoch častí, a to z PLC ovládača a hydraulického servosystému. Najprv si povieme o hardvérovej štruktúre PLC ovládača.
3.1 PLC ovládač
PLC riadiaca jednotka sa skladá hlavne zo vstupnej jednotky, základnej jednotky PLC a výstupnej jednotky. Vstupná jednotka sa skladá z A/D modulu a digitálneho vstupného modulu a výstupná jednotka sa skladá z D/A modulu a digitálneho vstupného modulu. PLC riadiaca jednotka je vybavená digitálnym LED displejom na sledovanie PID parametrov systému, polohy sledovača lopatiek, polohy sledovača rozvádzacích lopatiek a hodnoty spádu vody v reálnom čase. K dispozícii je aj analógový voltmeter na monitorovanie polohy sledovača lopatiek v prípade poruchy mikropočítačového ovládača.
3.2 Hydraulický systém sledovania
Hydraulický servosystém je dôležitou súčasťou systému riadenia lopatiek turbíny. Výstupný signál z regulátora je hydraulicky zosilnený na riadenie pohybu sledovača lopatiek, čím sa nastavuje uhol lopatiek obežného kolesa. Použili sme kombináciu proporcionálneho riadenia ventilov s hlavným tlakovým ventilom a tradičného strojno-hydraulického riadiaceho systému, čím vytvorili paralelný hydraulický riadiaci systém s elektrohydraulickým proporcionálnym ventilom a strojno-hydraulickým ventilom, ako je znázornené na obrázku 2. Hydraulický systém riadenia lopatiek turbíny.
Hydraulický systém sledovania lopatiek turbíny
Keď je PLC regulátor, elektrohydraulický proporcionálny ventil a snímač polohy v poriadku, na nastavenie systému lopatiek turbíny sa používa elektrohydraulická proporcionálna riadiaca metóda PLC. Hodnota spätnej väzby polohy a výstupná hodnota riadiaceho signálu sa prenášajú elektrickými signálmi a signály syntetizuje PLC regulátor. Na účely spracovania a rozhodovania sa nastavuje otvorenie hlavného rozdeľovacieho ventilu tlaku prostredníctvom proporcionálneho ventilu na riadenie polohy sledovača lopatiek a udržiava sa kooperatívny vzťah medzi vodiacou lopatkou, výtlačkom vody a lopatkou. Systém lopatiek turbíny riadený elektrohydraulickým proporcionálnym ventilom má vysokú synergickú presnosť, jednoduchú štruktúru systému, silnú odolnosť voči znečisteniu olejom a je možné ho pohodlne prepojiť s PLC regulátorom, čím sa vytvorí mikropočítačový automatický riadiaci systém.
Vďaka zachovaniu mechanického spojovacího mechanizmu v režime elektrohydraulického proporcionálneho riadenia pracuje mechanický spojovací mechanizmus synchrónne aj na sledovanie prevádzkového stavu systému. Ak elektrohydraulický proporcionálny riadiaci systém PLC zlyhá, prepínací ventil okamžite zareaguje a mechanický spojovací mechanizmus dokáže v podstate sledovať prevádzkový stav elektrohydraulického proporcionálneho riadiaceho systému. Pri prepínaní je vplyv na systém malý a systém lopatiek môže plynulo prejsť do režimu mechanického spájania, čo výrazne zaručuje spoľahlivosť prevádzky systému.
Pri navrhovaní hydraulického obvodu sme prepracovali teleso ventilu hydraulického regulačného ventilu, pričom sme zladili veľkosť telesa ventilu a objímky ventilu, veľkosť pripojenia telesa ventilu a hlavného tlakového ventilu a mechanickú veľkosť ojnice medzi hydraulickým ventilom a hlavným tlakovým rozdeľovacím ventilom. Veľkosť ojnice medzi hydraulickým ventilom a hlavným tlakovým rozdeľovacím ventilom je rovnaká ako v pôvodnom prípade. Počas inštalácie je potrebné vymeniť iba teleso ventilu hydraulického ventilu a nie je potrebné meniť žiadne ďalšie časti. Štruktúra celého hydraulického riadiaceho systému je veľmi kompaktná. Na základe úplného zachovania mechanického synergického mechanizmu bol pridaný elektrohydraulický proporcionálny riadiaci mechanizmus, ktorý uľahčuje prepojenie s PLC riadiacou jednotkou a umožňuje digitálne synergické riadenie a zlepšuje presnosť koordinácie systému lopatiek turbíny. Proces inštalácie a ladenia systému je veľmi jednoduchý, čo skracuje prestoje hydraulickej turbínovej jednotky, uľahčuje transformáciu hydraulického riadiaceho systému hydraulickej turbíny a má dobrú praktickú hodnotu. Počas skutočnej prevádzky na mieste si systém vysoko vážil technický personál elektrárne a predpokladá sa, že by sa mohol spopularizovať a uplatniť v hydraulickom servosystéme regulátora mnohých vodných elektrární.
3.3 Štruktúra a metóda implementácie systémového softvéru
V systéme turbínových lopatiek riadených PLC sa na realizáciu synergického vzťahu medzi rozvádzacími lopatkami, výškou vody a otvorením lopatiek používa metóda digitálnej synergie. V porovnaní s tradičnou mechanickou metódou synergie má metóda digitálnej synergie výhody jednoduchého nastavenia parametrov, pohodlného ladenia a údržby a vysokej presnosti priradenia. Softvérová štruktúra systému riadenia lopatiek sa skladá hlavne z programu funkcie nastavenia systému, programu algoritmu riadenia a diagnostického programu. Nižšie rozoberieme metódy realizácie vyššie uvedených troch častí programu. Program funkcie nastavenia obsahuje hlavne podprogram synergie, podprogram spustenia lopatky, podprogram zastavenia lopatky a podprogram odľahčenia lopatky. Keď systém pracuje, najprv identifikuje a vyhodnotí aktuálny prevádzkový stav, potom spustí softvérový prepínač, vykoná zodpovedajúci podprogram funkcie nastavenia a vypočíta hodnotu danej polohy sledovača lopatky.
(1) Podprogram asociácie
Prostredníctvom modelového testu turbínovej jednotky je možné získať dávku nameraných bodov na spojovacej ploche. Tradičná mechanická spojovacia vačka sa vytvára na základe týchto nameraných bodov a metóda digitálneho spoja tiež používa tieto namerané body na vykreslenie sady spojovacích kriviek. Výberom známych bodov na asociačnej krivke ako uzlov a použitím metódy po častiach lineárnej interpolácie binárnej funkcie je možné získať hodnotu funkcie neuzlov na tejto čiare asociácie.
(2) Podprogram spustenia lopatiek
Účelom štúdia zákona o nábehu je skrátiť čas nábehu jednotky, znížiť zaťaženie axiálneho ložiska a vytvoriť podmienky pre pripojenie generátorovej jednotky k sieti.
(3) Podprogram zastavenia lopatiek
Pravidlá zatvárania lopatiek sú nasledovné: keď riadiaca jednotka dostane príkaz na vypnutie, lopatky a vodiace lopatky sa súčasne zatvoria podľa kooperatívneho vzťahu, aby sa zabezpečila stabilita jednotky: keď je otvorenie vodiacej lopatky menšie ako otvorenie bez zaťaženia, lopatky sa oneskorujú. Keď sa vodiaca lopatka pomaly zatvára, kooperatívny vzťah medzi lopatkou a vodiacou lopatkou sa už neudržiava; keď rýchlosť jednotky klesne pod 80 % menovitej rýchlosti, lopatka sa znova otvorí do počiatočného uhla Φ0 a je pripravená na ďalšie spustenie. Príprava.
(4) Podprogram na odmietnutie zaťaženia lopatky
Odmietnutie záťaže znamená, že jednotka so záťažou sa náhle odpojí od elektrickej siete, čím sa jednotka a systém odvádzania vody dostanú do zlého prevádzkového stavu, čo priamo súvisí s bezpečnosťou elektrárne a jednotky. Po odpojení záťaže je regulátor ekvivalentom ochranného zariadenia, ktoré okamžite zatvorí rozvádzacie lopatky a lopatky, kým rýchlosť jednotky neklesne na úroveň menovitej stability. Preto sa pri skutočnom odpojení záťaže lopatky zvyčajne otvoria do určitého uhla. Toto otvorenie sa dosiahne skúškou odpojenia záťaže skutočnej elektrárne. To môže zabezpečiť, že pri odpojení záťaže jednotky je nielen malý nárast rýchlosti, ale aj relatívne stabilná jednotka.
4 Záver
Vzhľadom na súčasný technický stav odvetvia regulácie hydraulických turbín v mojej krajine sa tento článok odvoláva na nové informácie v oblasti regulácie otáčok hydraulických turbín doma aj v zahraničí a aplikuje technológiu programovateľného logického regulátora (PLC) na reguláciu otáčok generátora hydraulickej turbíny. Programový regulátor (PLC) je jadrom systému dvojitej regulácie lopatkovej hydraulickej turbíny s axiálnym prúdením. Praktická aplikácia ukazuje, že táto schéma výrazne zlepšuje presnosť koordinácie medzi vodiacou lopatkou a lopatkou pre rôzne podmienky vodného spádu a zlepšuje mieru využitia vodnej energie.
Čas uverejnenia: 11. februára 2022
