1 Uvod
Regulator turbine je ena od dveh glavnih regulacijskih naprav za hidroelektrarne. Ne le da igra vlogo regulacije hitrosti, temveč tudi pretvarja različne delovne pogoje in krmili frekvenco, moč, fazni kot in druge parametre hidroelektrarn ter ščiti vodno kolo. Naloga generatorskega agregata. Regulatorji turbin so šli skozi tri faze razvoja: mehanski hidravlični regulatorji, elektrohidravlični regulatorji in mikroračunalniški digitalni hidravlični regulatorji. V zadnjih letih so bili v sisteme za krmiljenje hitrosti turbin uvedeni programabilni krmilniki, ki imajo močno odpornost proti motnjam in visoko zanesljivost; preprosto in priročno programiranje in upravljanje; modularno strukturo, dobro vsestranskost, prilagodljivost in priročno vzdrževanje; Ima prednosti močne krmilne funkcije in voznih sposobnosti; to je bilo praktično preverjeno.
V tem članku je predlagana raziskava sistema dvojnega nastavljanja hidravlične turbine s PLC-jem, programabilni krmilnik pa se uporablja za realizacijo dvojnega nastavljanja vodilne lopatice in lopatice, kar izboljša natančnost koordinacije vodilne lopatice in lopatice pri različnih vodnih stojanih. Praksa kaže, da sistem dvojnega krmiljenja izboljša stopnjo izkoriščenosti vodne energije.
2. Sistem regulacije turbine
2.1 Sistem regulacije turbine
Osnovna naloga sistema za regulacijo hitrosti turbine je, da s pomočjo regulatorja ustrezno spremeni odprtino vodilnih lopatic turbine, ko se obremenitev elektroenergetskega sistema spremeni in se hitrost vrtenja enote spremeni, tako da se hitrost vrtenja turbine ohranja v določenem območju in generator deluje. Izhodna moč in frekvenca ustrezata zahtevam uporabnika. Osnovne naloge regulacije turbine lahko razdelimo na regulacijo hitrosti, regulacijo aktivne moči in regulacijo nivoja vode.
2.2 Načelo regulacije turbine
Hidrogenerator je enota, ki jo tvorita hidroturbina in generator. Vrteči se del hidrogeneratorskega agregata je togo telo, ki se vrti okoli fiksne osi, njegovo enačbo pa lahko opišemo z naslednjo enačbo:
V formuli
——Vztrajnostni moment vrtečega se dela enote (kg m2)
——Kotna hitrost vrtenja (rad/s)
——Navor turbine (N/m), vključno z mehanskimi in električnimi izgubami generatorja.
——Navor upornosti generatorja, ki se nanaša na delujoči navor statorja generatorja na rotor, je v nasprotni smeri vrtenja in predstavlja aktivno izhodno moč generatorja, torej velikost obremenitve.
Ko se obremenitev spremeni, odprtina vodilne lopatice ostane nespremenjena in hitrost enote se lahko še vedno stabilizira na določeni vrednosti. Ker se hitrost razlikuje od nazivne vrednosti, ni dovolj, da se zanašamo na sposobnost samouravnavanja za vzdrževanje hitrosti. Da bi hitrost enote po spremembi obremenitve ostala na prvotni nazivni vrednosti, je iz slike 1 razvidno, da je treba ustrezno spremeniti odprtino vodilne lopatice. Ko se obremenitev zmanjša in se uporni navor spremeni z 1 na 2, se odprtina vodilne lopatice zmanjša na 1 in hitrost enote se ohrani. Zato se s spremembo obremenitve ustrezno spremeni tudi odprtina mehanizma za usmerjanje vode, tako da se hitrost hidrogeneratorja ohranja na vnaprej določeni vrednosti ali se spreminja po vnaprej določenem zakonu. Ta postopek je nastavitev hitrosti hidrogeneratorja ali regulacija turbine.
3. Sistem dvojnega nastavljanja hidravlične turbine s PLC-jem
Regulator turbine je namenjen krmiljenju odpiranja vodilnih lopatic za uravnavanje pretoka v rotor turbine, s čimer se spreminja dinamični navor turbine in krmili frekvenca turbinske enote. Med delovanjem aksialne rotacijske turbine z lopaticami pa regulator ne sme le prilagajati odpiranja vodilnih lopatic, temveč tudi prilagajati kot lopatic rotorja glede na hod in vrednost vodnega tlaka sledilnika vodilne lopatice, tako da sta vodilna lopatica in lopatica povezani. Med njima se vzdržuje kooperativni odnos, torej koordinacijski odnos, ki lahko izboljša učinkovitost turbine, zmanjša kavitacijo lopatic in vibracije enote ter poveča stabilnost delovanja turbine.
Strojna oprema sistema PLC za krmiljenje turbinskih lopatic je sestavljena predvsem iz dveh delov, in sicer PLC krmilnika in hidravličnega servo sistema. Najprej si oglejmo strukturo strojne opreme PLC krmilnika.
3.1 Krmilnik PLC
PLC krmilnik je sestavljen predvsem iz vhodne enote, osnovne enote PLC in izhodne enote. Vhodno enoto sestavljajo A/D modul in digitalni vhodni modul, izhodno enoto pa D/A modul in digitalni vhodni modul. PLC krmilnik je opremljen z digitalnim LED zaslonom za spremljanje sistemskih PID parametrov, položaja sledilnika lopatic, položaja sledilnika vodilnih lopatic in vrednosti vodnega tlaka v realnem času. Na voljo je tudi analogni voltmeter za spremljanje položaja sledilnika lopatic v primeru okvare mikroračunalniškega krmilnika.
3.2 Hidravlični sistem sledenja
Hidravlični servo sistem je pomemben del sistema za krmiljenje lopatic turbine. Izhodni signal krmilnika se hidravlično ojača za krmiljenje gibanja sledilnika lopatic in s tem prilagaja kot lopatic rotorja. Uporabili smo kombinacijo elektrohidravličnega krmilnega sistema glavnega tlačnega ventila s proporcionalnim krmiljenjem ventilov in tradicionalnega strojno-hidravličnega krmilnega sistema, da bi oblikovali vzporedni hidravlični krmilni sistem elektrohidravličnega proporcionalnega ventila in strojno-hidravličnega ventila, kot je prikazano na sliki 2. Hidravlični sistem za krmiljenje lopatic turbine.
Hidravlični sistem za spremljanje lopatic turbine
Ko so krmilnik PLC, elektrohidravlični proporcionalni ventil in senzor položaja v normalnem stanju, se za nastavitev sistema turbinskih lopatic uporablja metoda elektrohidravličnega proporcionalnega krmiljenja PLC. Vrednost povratne informacije o položaju in izhodna vrednost krmiljenja se prenašata z električnimi signali, signale pa sintetizira krmilnik PLC. Za obdelavo in odločanje se odprtina glavnega tlačnega razdelilnega ventila prilagodi s proporcionalnim ventilom za krmiljenje položaja sledilnika lopatic in vzdrževanje kooperativnega odnosa med vodilno lopatico, vodno glavo in lopatico. Sistem turbinskih lopatic, ki ga krmili elektrohidravlični proporcionalni ventil, ima visoko sinergijsko natančnost, preprosto sistemsko strukturo, močno odpornost na onesnaženje z oljem in je priročen za povezavo s krmilnikom PLC za oblikovanje mikroračunalniškega avtomatskega krmilnega sistema.
Zaradi ohranitve mehanskega povezovalnega mehanizma v načinu elektrohidravličnega proporcionalnega krmiljenja mehanski povezovalni mehanizem deluje sinhrono in spremlja stanje delovanja sistema. Če elektrohidravlični proporcionalni krmilni sistem PLC odpove, se preklopni ventil takoj odzove in mehanski povezovalni mehanizem lahko v bistvu spremlja stanje delovanja elektrohidravličnega proporcionalnega krmilnega sistema. Pri preklopu je vpliv na sistem majhen in sistem lopatic lahko gladko preide v način mehanskega povezovalnega krmiljenja, kar v veliki meri zagotavlja zanesljivost delovanja sistema.
Pri načrtovanju hidravličnega tokokroga smo preoblikovali ohišje ventila hidravličnega regulacijskega ventila, pri čemer smo prilagodili velikost ohišja ventila in tulca ventila, velikost priključka med ohišjem ventila in glavnim tlačnim ventilom ter mehansko velikost povezovalne palice med hidravličnim ventilom in glavnim tlačnim razdelilnikom. Med namestitvijo je treba zamenjati le ohišje ventila hidravličnega ventila, drugih delov pa ni treba spreminjati. Celoten hidravlični krmilni sistem je zelo kompaktne strukture. Na podlagi popolne ohranitve mehanskega sinergijskega mehanizma je dodan elektrohidravlični proporcionalni krmilni mehanizem, ki olajša povezavo s krmilnikom PLC za doseganje digitalnega sinergijskega krmiljenja in izboljšanje natančnosti koordinacije sistema turbinskih lopatic. Postopek namestitve in odpravljanja napak sistema je zelo enostaven, kar skrajša čas izpada hidravlične turbine, olajša preoblikovanje hidravličnega krmilnega sistema hidravlične turbine in ima dobro praktično vrednost. Med dejanskim delovanjem na lokaciji je sistem zelo cenjen s strani inženirskega in tehničnega osebja elektrarne, zato velja prepričanje, da ga je mogoče popularizirati in uporabiti v hidravličnem servo sistemu regulatorja številnih hidroelektrarn.
3.3 Struktura in metoda implementacije sistemske programske opreme
V sistemu turbinskih lopatic, ki ga krmili PLC, se za doseganje sinergijskega razmerja med vodilnimi lopaticami, vodnim tlakom in odprtino lopatic uporablja metoda digitalne sinergije. V primerjavi s tradicionalno mehansko metodo sinergije ima metoda digitalne sinergije prednosti enostavnega prilagajanja parametrov, priročnega odpravljanja napak in vzdrževanja ter visoke natančnosti povezovanja. Programska struktura sistema za krmiljenje lopatic je sestavljena predvsem iz programa za nastavitve sistema, programa za algoritme krmiljenja in programa za diagnozo. Spodaj bomo obravnavali metode izvedbe zgornjih treh delov programa. Program za nastavitve vključuje predvsem podprogram sinergije, podprogram za zagon lopatice, podprogram za zaustavitev lopatice in podprogram za odklop lopatice. Ko sistem deluje, najprej prepozna in oceni trenutno obratovalno stanje, nato zažene programsko stikalo, izvede ustrezno podprogram za nastavitveno funkcijo in izračuna vrednost danega položaja sledilnika lopatic.
(1) Podprogram za združevanje
Z modelnim preizkusom turbinske enote je mogoče pridobiti niz izmerjenih točk na površini spoja. Tradicionalni mehanski spojni odmični mehanizem se izdela na podlagi teh izmerjenih točk, metoda digitalnega spoja pa te izmerjene točke prav tako uporablja za risanje niza krivulj spoja. Z izbiro znanih točk na krivulji asociacije kot vozlišč in uporabo metode delno linearne interpolacije binarne funkcije je mogoče dobiti vrednost funkcije nevozlišč na tej premici asociacije.
(2) Podprogram za zagon lopatic
Namen preučevanja zakona zagona je skrajšanje časa zagona enote, zmanjšanje obremenitve aksialnega ležaja in ustvarjanje pogojev za priključitev generatorske enote na omrežje.
(3) Podprogram za zaustavitev krilc
Pravila zapiranja lopatic so naslednja: ko krmilnik prejme ukaz za zaustavitev, se lopatice in vodilne lopatice hkrati zaprejo v skladu s kooperativnim razmerjem, da se zagotovi stabilnost enote: ko je odprtina vodilne lopatice manjša od odprtine v prostem teku, lopatice zaostajajo. Ko se vodilna lopatica počasi zapira, kooperativni odnos med lopatico in vodilno lopatico ni več vzdrževan; ko hitrost enote pade pod 80 % nazivne hitrosti, se lopatica ponovno odpre do začetnega kota Φ0 in je pripravljena na naslednji zagon. Priprava.
(4) Podprogram za zavrnitev obremenitve lopatic
Izločitev obremenitve pomeni, da se enota z obremenitvijo nenadoma odklopi iz električnega omrežja, zaradi česar sta enota in sistem za preusmerjanje vode v slabem obratovalnem stanju, kar je neposredno povezano z varnostjo elektrarne in enote. Ko se obremenitev izklopi, je regulator enakovreden zaščitni napravi, ki povzroči, da se vodilne lopute in lopute takoj zaprejo, dokler hitrost enote ne pade blizu nazivne hitrosti. Zato se pri dejanskem izklopu obremenitve lopute običajno odprejo do določenega kota. To odpiranje se doseže s preizkusom izklopa obremenitve dejanske elektrarne. To lahko zagotovi, da se pri izklopu obremenitve enote ne le poveča hitrost, ampak je enota tudi relativno stabilna.
4 Zaključek
Glede na trenutno tehnično stanje industrije regulatorjev hidravličnih turbin v moji državi se ta članek nanaša na nove informacije na področju regulacije hitrosti hidravličnih turbin doma in v tujini ter uporablja tehnologijo programabilnega logičnega krmilnika (PLC) za regulacijo hitrosti generatorskega agregata hidravlične turbine. Programski krmilnik (PLC) je jedro sistema dvojne regulacije aksialne lopatice hidravlične turbine. Praktična uporaba kaže, da shema močno izboljša natančnost koordinacije med vodilno lopatico in lopatico pri različnih pogojih vodnega stolpa ter izboljša stopnjo izkoriščenosti vodne energije.
Čas objave: 11. februar 2022
