1 Увод
Регулатор турбине је један од два главна регулациона уређаја за хидроелектране. Он не само да игра улогу регулације брзине, већ и обавља конверзију различитих радних услова и контролу фреквенције, снаге, фазног угла и других фактора хидроелектричних производних јединица и штити водени точак. Задатак генераторског сета. Регулатори турбине су прошли кроз три фазе развоја: механички хидраулични регулатори, електрохидраулични регулатори и микрорачунарски дигитални хидраулични регулатори. Последњих година, програмабилни контролери су уведени у системе за контролу брзине турбина, који имају јаку способност отпорности на сметње и високу поузданост; једноставно и практично програмирање и рад; модуларну структуру, добру свестраност, флексибилност и практично одржавање; Има предности јаке контролне функције и способности вожње; то је практично проверено.
У овом раду је предложено истраживање PLC система за двоструко подешавање хидрауличне турбине, а програмабилни контролер се користи за реализацију двоструког подешавања усмеравајуће лопатице и лопатице, што побољшава тачност координације усмеравајуће лопатице и лопатице за различите водене висине. Пракса показује да систем двоструког управљања побољшава стопу искоришћења енергије воде.
2. Систем регулације турбине
2.1 Систем регулације турбине
Основни задатак система за контролу брзине турбине је да промени отвор вођица турбине помоћу регулатора када се оптерећење електроенергетског система промени и брзина ротације јединице одступи, тако да се брзина ротације турбине одржава у задатим границама, како би генераторска јединица радила. Излазна снага и фреквенција задовољавају захтеве корисника. Основни задаци регулације турбине могу се поделити на регулацију брзине, регулацију активне снаге и регулацију нивоа воде.
2.2 Принцип регулације турбине
Хидрогенераторска јединица је јединица формирана спајањем хидротурбине и генератора. Ротирајући део хидрогенераторског агрегата је круто тело које се окреће око фиксне осе, а његова једначина може се описати следећом једначином:
У формули
——Момент инерције ротирајућег дела јединице (кг м2)
——Угаона брзина ротације (rad/s)
——Обртни момент турбине (N/m), укључујући механичке и електричне губитке генератора.
——Обртни момент отпора генератора, који се односи на обртни момент статора генератора на ротор, његов смер је супротан од смера ротације и представља активну излазну снагу генератора, односно величину оптерећења.
Када се оптерећење промени, отвор вођице остаје непромењен, а брзина јединице се и даље може стабилизовати на одређеној вредности. Пошто ће брзина одступати од номиналне вредности, није довољно ослањати се на способност самобалансирања да би се одржала брзина. Да би се брзина јединице одржала на оригиналној номиналној вредности након промене оптерећења, са слике 1 се види да је потребно сходно томе променити отвор вођице. Када се оптерећење смањи, када се обртни момент отпора промени са 1 на 2, отвор вођице ће се смањити на 1, а брзина јединице ће се одржавати. Стога, са променом оптерећења, отвор механизма за вођење воде се сходно томе мења, тако да се брзина хидрогенераторске јединице одржава на унапред одређеној вредности или се мења према унапред одређеном закону. Овај процес је подешавање брзине хидрогенераторске јединице или регулација турбине.
3. PLC систем за двоструко подешавање хидрауличне турбине
Регулатор турбине треба да контролише отварање усмерних лопатица воде како би подесио проток у радно коло турбине, чиме се мења динамички обртни момент турбине и контролише фреквенција турбинске јединице. Међутим, током рада аксијалне ротационе турбине са лопатицама, регулатор треба не само да подешава отварање усмерних лопатица, већ и да подешава угао лопатица радног кола у складу са ходом и вредношћу воденог притиска пратиоца усмерних лопатица, тако да усмерне лопатице и лопатице буду повезане. Одржава се сарадња између њих, односно координација, што може побољшати ефикасност турбине, смањити кавитацију лопатица и вибрације јединице и побољшати стабилност рада турбине.
Хардвер PLC система за управљање лопатица турбине се углавном састоји од два дела, наиме PLC контролера и хидрауличног серво система. Прво, хајде да размотримо хардверску структуру PLC контролера.
3.1 PLC контролер
PLC контролер се углавном састоји од улазне јединице, основне PLC јединице и излазне јединице. Улазна јединица се састоји од A/D модула и дигиталног улазног модула, а излазна јединица се састоји од D/A модула и дигиталног улазног модула. PLC контролер је опремљен LED дигиталним дисплејем за праћење PID параметара система у реалном времену, положаја пратиоца лопатице, положаја пратиоца усмеравајуће лопатице и вредности воденог притиска. Такође је обезбеђен аналогни волтметар за праћење положаја пратиоца лопатице у случају квара микрорачунарског контролера.
3.2 Хидраулични систем за праћење
Хидраулични серво систем је важан део система за управљање лопатица турбине. Излазни сигнал контролера се хидраулично појачава како би се контролисало кретање пратиоца лопатица, чиме се подешава угао лопатица радног кола. Усвојили смо комбинацију електрохидрауличног система управљања главним притисним вентилом са пропорционалним вентилом и традиционалног машинско-хидрауличног система управљања како бисмо формирали паралелни хидраулични систем управљања електрохидрауличним пропорционалним вентилом и машинско-хидрауличним вентилом као што је приказано на слици 2. Хидраулични систем за праћење лопатица турбине.
Хидраулични систем за праћење лопатица турбине
Када су PLC контролер, електрохидраулични пропорционални вентил и сензор положаја нормални, PLC електрохидраулични пропорционални управљачки метод се користи за подешавање система лопатица турбине. Вредност повратне спреге о положају и излазна вредност управљања се преносе електричним сигналима, а сигнале синтетише PLC контролер. Обрада и доношење одлука подешавају отвор главног распоредног вентила притиска кроз пропорционални вентил како би се контролисао положај пратиоца лопатице и одржала сарадња између водеће лопатице, воденог стуба и лопатице. Систем лопатица турбине којим управља електрохидраулични пропорционални вентил има високу синергијску прецизност, једноставну структуру система, јаку отпорност на загађење уљем и погодан је за повезивање са PLC контролером како би се формирао микрорачунарски аутоматски управљачки систем.
Због задржавања механичког механизма повезивања, у режиму електрохидрауличне пропорционалне контроле, механизам механичког повезивања такође ради синхроно како би пратио радно стање система. Ако PLC електрохидраулични пропорционални систем управљања откаже, прекидачки вентил ће одмах реаговати, а механизам механичког повезивања може у основи пратити радно стање електрохидрауличког пропорционалног система управљања. Приликом пребацивања, утицај на систем је мали, а систем крилца може глатко прећи у режим механичког повезивања, што у великој мери гарантује поузданост рада система.
Када смо пројектовали хидраулично коло, редизајнирали смо тело вентила хидрауличног контролног вентила, одговарајућу величину тела вентила и чауре вентила, величину прикључка тела вентила и главног вентила за притисак, а механичка величина клипњаче између хидрауличног вентила и главног вентила за расподелу притиска је иста као и оригинална. Само тело вентила хидрауличног вентила треба заменити током инсталације, и ниједан други део није потребно мењати. Структура целог хидрауличног контролног система је веома компактна. На основу потпуног задржавања механичког синергијског механизма, додат је електрохидраулични пропорционални контролни механизам како би се олакшала интерфејс са PLC контролером ради реализације дигиталне синергијске контроле и побољшања тачности координације система лопатица турбине. Процес инсталације и отклањања грешака система је веома једноставан, што скраћује време застоја хидрауличне турбинске јединице, олакшава трансформацију хидрауличног контролног система хидрауличне турбине и има добру практичну вредност. Током стварног рада на лицу места, систем је високо оцењен од стране инжењерског и техничког особља електране и верује се да се може популаризовати и применити у хидрауличном серво систему регулатора многих хидроелектрана.
3.3 Структура системског софтвера и метод имплементације
У систему турбинских лопатица контролисаном помоћу PLC-а, дигитална метода синергије се користи за реализацију синергијског односа између усмерних лопатица, висине воде и отварања лопатица. У поређењу са традиционалном механичком методом синергије, дигитална метода синергије има предности једноставног подешавања параметара, практичног отклањања грешака и одржавања, као и високе прецизности повезивања. Софтверска структура система за управљање лопатицама се углавном састоји од програма функције подешавања система, програма алгоритма управљања и програма дијагностике. У наставку ћемо размотрити методе реализације горе наведена три дела програма, респективно. Програм функције подешавања углавном укључује подпрограм синергије, подпрограм покретања лопатице, подпрограм заустављања лопатице и подпрограм растерећења лопатице. Када систем ради, прво идентификује и процењује тренутни радни услов, затим покреће софтверски прекидач, извршава одговарајући подпрограм функције подешавања и израчунава вредност дате позиције пратиоца лопатице.
(1) Потпрограма асоцијације
Кроз моделско тестирање турбинске јединице, може се добити група измерених тачака на површини споја. Традиционални механички спојни брегасти осовина се прави на основу ових измерених тачака, а дигитална метода споја такође користи ове измерене тачке за цртање скупа кривих споја. Избором познатих тачака на кривој асоцијације као чворова и усвајањем методе део-по-део линеарне интерполације бинарне функције, може се добити вредност функције не-чворова на овој линији асоцијације.
(2) Подпрограма за покретање лопатица
Сврха проучавања закона покретања је скраћивање времена покретања јединице, смањење оптерећења аксијалног лежаја и стварање услова повезивања са мрежом за генераторску јединицу.
(3) Подпрограма за заустављање лопатица
Правила затварања лопатица су следећа: када контролер прими команду за искључивање, лопатице и вођице се затварају истовремено у складу са кооперативним односом како би се осигурала стабилност јединице: када је отвор вођице мањи од отвора без оптерећења, лопатице заостају. Када се вођица полако затвара, кооперативни однос између лопатице и вођице се више не одржава; када брзина јединице падне испод 80% номиналне брзине, лопатица се поново отвара до почетног угла Φ0, спремна за следеће покретање. Припремите се.
(4) Подпрограма за одбијање оптерећења лопатице
Одбацивање оптерећења значи да се јединица са оптерећењем изненада искључује из електричне мреже, што доводи јединицу и систем за преусмеравање воде у лоше радно стање, што је директно повезано са безбедношћу електране и јединице. Када се оптерећење смањи, регулатор је еквивалентан заштитном уређају, који одмах затвара усмеравајуће лопатице и лопатице док брзина јединице не падне на близину номиналне брзине. стабилност. Стога, при стварном смањењу оптерећења, лопатице се генерално отварају под одређеним углом. Ово отварање се добија тестом смањења оптерећења стварне електране. То може осигурати да када јединица смањује оптерећење, не само да је повећање брзине мало, већ је и јединица релативно стабилна.
4 Закључак
С обзиром на тренутно техничко стање индустрије хидрауличних турбинских регулатора у мојој земљи, овај рад се односи на нове информације у области контроле брзине хидрауличних турбина у земљи и иностранству и примењује технологију програмабилног логичког контролера (PLC) на контролу брзине генераторског сета хидрауличне турбине. Програмски контролер (PLC) је језгро система двоструке регулације аксијалне хидрауличне турбине са лопатицом. Практична примена показује да шема значајно побољшава прецизност координације између водилице и лопатице за различите услове воденог стања и побољшава стопу искоришћења енергије воде.
Време објаве: 11. фебруар 2022.
