1 Вступ
Регулятор турбіни є одним із двох основних регулювальних пристроїв для гідроагрегатів. Він не тільки виконує роль регулювання швидкості, але й виконує різні робочі перетворення, а також керування частотою, потужністю, фазовим кутом та іншими параметрами гідроагрегатів, а також захищає водяне колесо. Завдання генераторної установки. Регулятори турбіни пройшли три стадії розвитку: механічні гідравлічні регулятори, електрогідравлічні регулятори та мікрокомп'ютерні цифрові гідравлічні регулятори. В останні роки в системах керування швидкістю турбіни були впроваджені програмовані контролери, які мають сильну стійкість до перешкод та високу надійність; просте та зручне програмування та експлуатацію; модульну структуру, хорошу універсальність, гнучкість та зручність обслуговування; вони мають переваги сильної функції керування та керованості; це було практично перевірено.
У цій статті запропоновано дослідження системи подвійного регулювання гідравлічної турбіни з ПЛК, а програмований контролер використовується для реалізації подвійного регулювання напрямного апарата та лопаті, що покращує точність координації напрямного апарата та лопаті для різних напорів води. Практика показує, що система подвійного керування покращує коефіцієнт використання енергії води.
2. Система регулювання турбіни
2.1 Система регулювання турбіни
Основним завданням системи регулювання швидкості обертання турбіни є зміна відкриття напрямних лопаток турбіни відповідно за допомогою регулятора, коли навантаження енергосистеми змінюється, а швидкість обертання агрегату відхиляється, таким чином, щоб швидкість обертання турбіни підтримувалася в заданому діапазоні, що забезпечує роботу генератора. Вихідна потужність і частота відповідають вимогам користувача. Основні завдання регулювання турбіни можна розділити на регулювання швидкості, регулювання активної потужності та регулювання рівня води.
2.2 Принцип регулювання турбіни
Гідрогенераторна установка – це агрегат, утворений з’єднанням гідротурбіни та генератора. Обертова частина гідрогенераторної установки являє собою тверде тіло, яке обертається навколо нерухомої осі, а її рівняння можна описати наступним рівнянням:
У формулі
——Момент інерції обертової частини агрегату (кг м2)
——Кутова швидкість обертання (рад/с)
——Крутний момент турбіни (Н/м), включаючи механічні та електричні втрати генератора.
——Момент опору генератора, який стосується крутного моменту, що діє зі статора генератора на ротор, його напрямок протилежний напрямку обертання та являє собою активну вихідну потужність генератора, тобто величину навантаження.
При зміні навантаження отвір напрямного апарату залишається незмінним, і швидкість агрегату все ще може стабілізуватися на певному значенні. Оскільки швидкість буде відхилятися від номінального значення, недостатньо покладатися на здатність самобалансування для підтримки швидкості. Щоб підтримувати швидкість агрегату на початковому номінальному значенні після зміни навантаження, як видно з рисунка 1, необхідно відповідно змінювати отвір напрямного апарату. При зменшенні навантаження, коли момент опору змінюється з 1 до 2, отвір напрямного апарату зменшується до 1, і швидкість агрегату зберігається. Тому зі зміною навантаження відповідно змінюється отвір механізму водонаправлення, так що швидкість гідрогенераторного агрегату підтримується на заданому значенні або змінюється за заданим законом. Цей процес називається регулюванням швидкості гідрогенераторного агрегату або регулюванням турбіни.
3. Система подвійного регулювання гідравлічної турбіни з ПЛК
Регулятор турбіни призначений для керування відкриттям напрямних лопаток для регулювання потоку в робочому колесі турбіни, тим самим змінюючи динамічний крутний момент турбіни та контролюючи частоту турбінного агрегату. Однак, під час роботи осьової роторної турбіни з лопатями, регулятор повинен не тільки регулювати відкриття напрямних лопаток, але й регулювати кут лопаток робочого колеса відповідно до ходу та значення напору води слідкучого пристрою напрямного лопатки, щоб напрямний лопатка та лопатка були пов'язані. Підтримувати взаємодію між ними, тобто координацію, що може підвищити ефективність турбіни, зменшити кавітацію лопаток та вібрацію агрегату, а також підвищити стабільність роботи турбіни.
Апаратна частина системи керування лопатками турбіни з ПЛК складається переважно з двох частин, а саме: контролера ПЛК та гідравлічної сервосистеми. Спочатку обговоримо апаратну структуру контролера ПЛК.
3.1 Контролер ПЛК
Контролер ПЛК складається в основному з вхідного блоку, базового блоку ПЛК та вихідного блоку. Вхідний блок складається з аналого-цифрового модуля та цифрового вхідного модуля, а вихідний блок складається з цифро-аналогового модуля та цифрового вхідного модуля. Контролер ПЛК оснащений світлодіодним цифровим дисплеєм для спостереження за параметрами ПІД-регулятора системи, положенням штовхача лопатей, положенням штовхача напрямних лопатей та значенням напору води в режимі реального часу. Також передбачено аналоговий вольтметр для контролю положення штовхача лопатей у разі виходу з ладу мікрокомп'ютерного контролера.
3.2 Гідравлічна система стеження
Гідравлічна сервосистема є важливою частиною системи керування лопатками турбіни. Вихідний сигнал контролера гідравлічно посилюється для керування рухом штовхача лопатей, тим самим регулюючи кут нахилу лопатей робочого колеса. Ми застосували комбінацію електрогідравлічної системи керування головним напірним клапаном з пропорційним клапаном та традиційної машинно-гідравлічної системи керування для формування паралельної гідравлічної системи керування з електрогідравлічним пропорційним клапаном та машинно-гідравлічним клапаном, як показано на рисунку 2. Гідравлічна система керування лопатками турбіни.
Гідравлічна система стеження за лопатками турбіни
Коли контролер PLC, електрогідравлічний пропорційний клапан та датчик положення працюють нормально, для регулювання системи лопаток турбіни використовується метод електрогідравлічного пропорційного керування PLC. Значення зворотного зв'язку щодо положення та вихідне значення керування передаються електричними сигналами, а сигнали синтезуються контролером PLC. Обробка та прийняття рішень регулюють відкриття головного розподільного клапана тиску через пропорційний клапан для керування положенням слідкувального апарата лопатки та підтримують взаємодію між напрямною лопаткою, водяним напором та лопаткою. Система лопаток турбіни, керована електрогідравлічним пропорційним клапаном, має високу синергетичну точність, просту структуру системи, високу стійкість до забруднення нафтою та зручну взаємодію з контролером PLC для формування мікрокомп'ютерної системи автоматичного керування.
Завдяки збереженню механічного механізму зв'язку, в режимі електрогідравлічного пропорційного керування, механічний механізм зв'язку також працює синхронно для відстеження робочого стану системи. Якщо електрогідравлічна пропорційна система керування PLC вийде з ладу, перемикальний клапан спрацює негайно, і механічний механізм зв'язку може фактично відстежувати робочий стан електрогідравлічної пропорційної системи керування. Під час перемикання вплив на систему незначний, і система лопатей може плавно переходити в режим механічного зв'язку, що значно гарантує надійність роботи системи.
Під час проектування гідравлічної схеми ми переробили корпус гідравлічного регулювального клапана, підібравши розмір корпусу клапана та втулки клапана, розмір з'єднання корпусу клапана та головного напірного клапана, а також механічний розмір шатуна між гідравлічним клапаном та головним розподільним клапаном тиску такий самий, як і в оригінального. Під час встановлення потрібно замінити лише корпус гідравлічного клапана, інші деталі змінювати не потрібно. Структура всієї гідравлічної системи керування дуже компактна. Завдяки повному збереженню механічного механізму синергії додано електрогідравлічний пропорційний механізм керування для полегшення взаємодії з контролером PLC, що дозволяє реалізувати цифрове синергетичне керування та підвищити точність координації системи лопатей турбіни. Процес встановлення та налагодження системи дуже простий, що скорочує час простою гідротурбінного агрегату, полегшує трансформацію гідравлічної системи керування гідротурбіною та має гарну практичну цінність. Під час фактичної експлуатації на місці система отримала високу оцінку інженерно-технічного персоналу електростанції, і вважається, що її можна популяризувати та застосувати в гідравлічній сервосистемі регулятора багатьох гідроелектростанцій.
3.3 Структура та метод реалізації системного програмного забезпечення
У системі керування лопатками турбіни з ПЛК для реалізації синергетичного зв'язку між напрямними лопатками, напором води та відкриттям лопатки використовується метод цифрової синергії. Порівняно з традиційним методом механічної синергії, метод цифрової синергії має переваги простого налаштування параметрів, зручного налагодження та обслуговування, а також високої точності зв'язку. Програмна структура системи керування лопатками в основному складається з програми функції налаштування системи, програми алгоритму керування та програми діагностики. Нижче ми обговоримо методи реалізації вищезазначених трьох частин програми відповідно. Програма функції налаштування в основному включає підпрограму синергії, підпрограму запуску лопатки, підпрограму зупинки лопатки та підпрограму скидання навантаження лопатки. Коли система працює, вона спочатку ідентифікує та оцінює поточний робочий стан, потім запускає програмний перемикач, виконує відповідну підпрограму функції налаштування та обчислює задане значення положення слідкувального механізму лопатки.
(1) Підпрограма асоціації
За допомогою модельного випробування турбоагрегату можна отримати партію виміряних точок на поверхні з'єднання. Традиційний механічний кулачок з'єднання створюється на основі цих виміряних точок, а метод цифрового з'єднання також використовує ці виміряні точки для побудови набору кривих з'єднання. Вибравши відомі точки на кривій асоціації як вузли та застосувавши метод кусково-лінійної інтерполяції бінарної функції, можна отримати значення функції невузлів на цій лінії асоціації.
(2) Підпрограма запуску лопатей
Метою вивчення закону пуску є скорочення часу пуску агрегату, зменшення навантаження на опорний підшипник та створення умов підключення генераторного агрегату до мережі.
(3) Підпрограма зупинки лопаті
Правила закриття лопаток такі: коли контролер отримує команду на вимкнення, лопатки та напрямні лопатки закриваються одночасно відповідно до кооперативного режиму для забезпечення стабільності роботи агрегату: коли відкриття напрямного лопатки менше, ніж відкриття без навантаження, лопатки відстають. Коли напрямний лопатка повільно закривається, кооперативний режим між лопаткою та напрямним лопаткою більше не підтримується; коли швидкість агрегату падає нижче 80% від номінальної швидкості, лопатка знову відкривається до початкового кута Φ0, готова до наступного запуску. Підготовка.
(4) Підпрограма відхилення навантаження лопаті
Відмова від навантаження означає, що агрегат з навантаженням раптово відключається від електромережі, що призводить до поганого робочого стану агрегату та системи відведення води, що безпосередньо пов'язано з безпекою електростанції та агрегату. Коли навантаження скидається, регулятор еквівалентний захисному пристрою, який негайно закриває напрямні лопатки та лопатки, доки швидкість агрегату не знизиться до значення, близького до номінальної швидкості. Тому під час фактичного скидання навантаження лопатки зазвичай відкриваються на певний кут. Це відкриття досягається за допомогою випробування на скидання навантаження на самій електростанції. Це може гарантувати, що під час скидання навантаження агрегату не тільки невелике збільшення швидкості, але й агрегат є відносно стабільним.
4 Висновок
З огляду на поточний технічний стан галузі регулювання швидкості гідравлічних турбін у моїй країні, у цій статті розглядаються нові знання в галузі регулювання швидкості гідравлічних турбін у країні та за кордоном, а також застосовується технологія програмованого логічного контролера (ПЛК) до регулювання швидкості гідравлічної турбогенераторної установки. Програмний контролер (ПЛК) є основою системи подвійного регулювання осьової лопаті гідравлічної турбіни. Практичне застосування показує, що ця схема значно покращує точність координації між напрямним апаратом і апаратом для різних умов водяного напору, а також покращує коефіцієнт використання енергії води.
Час публікації: 11 лютого 2022 р.
