1 Giới thiệu
Bộ điều tốc tuabin là một trong hai thiết bị điều chỉnh chính cho các tổ máy thủy điện. Nó không chỉ đóng vai trò điều chỉnh tốc độ mà còn thực hiện nhiều điều kiện làm việc khác nhau chuyển đổi và tần số, công suất, góc pha và các điều khiển khác của các tổ máy phát điện thủy điện và bảo vệ bánh xe nước. Nhiệm vụ của tổ máy phát điện. Bộ điều tốc tuabin đã trải qua ba giai đoạn phát triển: bộ điều tốc thủy lực cơ học, bộ điều tốc điện thủy lực và bộ điều tốc thủy lực kỹ thuật số vi tính. Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình đã được đưa vào hệ thống điều khiển tốc độ tuabin, có khả năng chống nhiễu mạnh và độ tin cậy cao; lập trình và vận hành đơn giản và thuận tiện; cấu trúc mô-đun, tính linh hoạt tốt, linh hoạt và bảo trì thuận tiện; Nó có ưu điểm là chức năng điều khiển mạnh mẽ và khả năng lái xe; nó đã được xác minh thực tế.
Trong bài báo này, nghiên cứu về hệ thống điều chỉnh kép tuabin thủy lực PLC được đề xuất và bộ điều khiển lập trình được sử dụng để thực hiện điều chỉnh kép của cánh dẫn hướng và cánh khuấy, giúp cải thiện độ chính xác phối hợp của cánh dẫn hướng và cánh khuấy cho các đầu nước khác nhau. Thực tế cho thấy hệ thống điều khiển kép cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng nước.
2. Hệ thống điều chỉnh tuabin
2.1 Hệ thống điều chỉnh tuabin
Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển tốc độ tua bin là thay đổi độ mở của các cánh dẫn hướng của tua bin theo thông qua bộ điều tốc khi tải của hệ thống điện thay đổi và tốc độ quay của tổ máy lệch, để tốc độ quay của tua bin được giữ trong phạm vi quy định, để làm cho tổ máy phát điện hoạt động. Công suất đầu ra và tần số đáp ứng yêu cầu của người dùng. Nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh tua bin có thể được chia thành điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh công suất hoạt động và điều chỉnh mực nước.
2.2 Nguyên lý điều chỉnh tuabin
Một tổ máy phát thủy điện là một tổ máy được hình thành bằng cách kết nối một tua bin thủy điện và một máy phát điện. Phần quay của tổ máy phát thủy điện là một vật thể cứng quay quanh một trục cố định và phương trình của nó có thể được mô tả bằng phương trình sau:
Trong công thức
——Momen quán tính của phần quay của thiết bị (Kg.m2)
——Vận tốc góc quay (rad/s)
——Mô-men xoắn của tua-bin (N/m), bao gồm tổn thất cơ học và điện của máy phát điện.
——Mô men xoắn điện trở máy phát điện, là mô men xoắn tác dụng của stato máy phát điện lên rôto, hướng của nó ngược với hướng quay và biểu thị công suất đầu ra hữu ích của máy phát điện, tức là kích thước của tải.
Khi tải thay đổi, độ mở của cánh dẫn hướng vẫn không đổi và tốc độ của tổ máy vẫn có thể được ổn định ở một giá trị nhất định. Vì tốc độ sẽ lệch khỏi giá trị định mức nên không đủ để dựa vào khả năng điều chỉnh tự cân bằng để duy trì tốc độ. Để giữ tốc độ của tổ máy ở giá trị định mức ban đầu sau khi tải thay đổi, có thể thấy từ Hình 1 rằng cần phải thay đổi độ mở của cánh dẫn hướng cho phù hợp. Khi tải giảm, khi mô-men xoắn điện trở thay đổi từ 1 đến 2, độ mở của cánh dẫn hướng sẽ giảm xuống 1 và tốc độ của tổ máy sẽ được duy trì. Do đó, khi tải thay đổi, độ mở của cơ cấu dẫn nước cũng thay đổi tương ứng, do đó tốc độ của tổ máy thủy điện được duy trì ở một giá trị định trước hoặc thay đổi theo một quy luật định trước. Quá trình này là điều chỉnh tốc độ của tổ máy thủy điện. , hoặc điều chỉnh tuabin.
3. Hệ thống điều chỉnh kép tuabin thủy lực PLC
Bộ điều tốc tuabin là để điều khiển độ mở của các cánh dẫn nước để điều chỉnh lưu lượng vào bánh xe tuabin, do đó thay đổi mô-men xoắn động của tuabin và điều khiển tần số của cụm tuabin. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành tuabin cánh quay dòng trục, bộ điều tốc không chỉ điều chỉnh độ mở của các cánh dẫn mà còn điều chỉnh góc của các cánh dẫn theo giá trị hành trình và cột nước của bộ phận theo cánh dẫn, để cánh dẫn và cánh được kết nối. Duy trì mối quan hệ hợp tác giữa chúng, tức là mối quan hệ phối hợp, có thể cải thiện hiệu suất của tuabin, giảm hiện tượng rỗng cánh và rung động của cụm tuabin, đồng thời tăng cường tính ổn định của hoạt động của tuabin.
Phần cứng của hệ thống cánh tuabin điều khiển PLC chủ yếu bao gồm hai phần, đó là bộ điều khiển PLC và hệ thống servo thủy lực. Trước tiên, chúng ta hãy thảo luận về cấu trúc phần cứng của bộ điều khiển PLC.
3.1 Bộ điều khiển PLC
Bộ điều khiển PLC chủ yếu bao gồm đơn vị đầu vào, đơn vị cơ bản PLC và đơn vị đầu ra. Đơn vị đầu vào bao gồm mô-đun A/D và mô-đun đầu vào kỹ thuật số, và đơn vị đầu ra bao gồm mô-đun D/A và mô-đun đầu vào kỹ thuật số. Bộ điều khiển PLC được trang bị màn hình kỹ thuật số LED để quan sát thời gian thực các thông số PID của hệ thống, vị trí cánh quạt, vị trí cánh quạt dẫn hướng và giá trị cột nước. Một vôn kế analog cũng được cung cấp để theo dõi vị trí cánh quạt trong trường hợp bộ điều khiển vi máy tính bị hỏng.
3.2 Hệ thống theo dõi thủy lực
Hệ thống servo thủy lực là một bộ phận quan trọng của hệ thống điều khiển cánh tua bin. Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển được khuếch đại thủy lực để điều khiển chuyển động của bộ theo cánh, do đó điều chỉnh góc của các cánh tua bin. Chúng tôi đã áp dụng sự kết hợp của hệ thống điều khiển điện thủy lực loại van áp suất chính điều khiển van tỷ lệ và hệ thống điều khiển máy thủy lực truyền thống để tạo thành hệ thống điều khiển thủy lực song song của van tỷ lệ điện thủy lực và van máy thủy lực như thể hiện trong Hình 2. Hệ thống theo dõi thủy lực cho cánh tua bin.
Hệ thống theo dõi thủy lực cho cánh tua bin
Khi bộ điều khiển PLC, van tỷ lệ điện thủy lực và cảm biến vị trí đều bình thường, phương pháp điều khiển tỷ lệ điện thủy lực PLC được sử dụng để điều chỉnh hệ thống cánh tuabin, giá trị phản hồi vị trí và giá trị đầu ra điều khiển được truyền bằng tín hiệu điện và các tín hiệu được tổng hợp bởi bộ điều khiển PLC. , xử lý và ra quyết định, điều chỉnh độ mở van của van phân phối áp suất chính thông qua van tỷ lệ để điều khiển vị trí của bộ theo cánh và duy trì mối quan hệ hợp tác giữa cánh dẫn hướng, đầu nước và cánh. Hệ thống cánh tuabin được điều khiển bằng van tỷ lệ điện thủy lực có độ chính xác hiệp lực cao, cấu trúc hệ thống đơn giản, khả năng chống ô nhiễm dầu mạnh và thuận tiện để giao tiếp với bộ điều khiển PLC để hình thành hệ thống điều khiển tự động vi máy tính.
Do cơ cấu liên kết cơ học được giữ lại, trong chế độ điều khiển tỷ lệ điện thủy lực, cơ cấu liên kết cơ học cũng hoạt động đồng bộ để theo dõi trạng thái hoạt động của hệ thống. Nếu hệ thống điều khiển tỷ lệ điện thủy lực PLC bị lỗi, van chuyển mạch sẽ hoạt động ngay lập tức và cơ cấu liên kết cơ học về cơ bản có thể theo dõi trạng thái hoạt động của hệ thống điều khiển tỷ lệ điện thủy lực. Khi chuyển mạch, tác động của hệ thống là nhỏ và hệ thống cánh gạt có thể chuyển đổi trơn tru sang chế độ điều khiển liên kết cơ học đảm bảo đáng kể độ tin cậy của hoạt động hệ thống.
Khi chúng tôi thiết kế mạch thủy lực, chúng tôi đã thiết kế lại thân van của van điều khiển thủy lực, kích thước phù hợp của thân van và ống lót van, kích thước kết nối của thân van và van áp suất chính và cơ khí Kích thước của thanh kết nối giữa van thủy lực và van phân phối áp suất chính giống như ban đầu. Chỉ cần thay thế thân van của van thủy lực trong quá trình lắp đặt và không cần thay đổi bất kỳ bộ phận nào khác. Cấu trúc của toàn bộ hệ thống điều khiển thủy lực rất nhỏ gọn. Trên cơ sở giữ lại hoàn toàn cơ chế hiệp lực cơ học, một cơ chế điều khiển tỷ lệ điện thủy lực được bổ sung để tạo điều kiện giao diện với bộ điều khiển PLC để thực hiện điều khiển hiệp lực kỹ thuật số và cải thiện độ chính xác phối hợp của hệ thống cánh tuabin. ; Và quá trình cài đặt và gỡ lỗi của hệ thống rất dễ dàng, giúp rút ngắn thời gian chết của cụm tuabin thủy lực, tạo điều kiện chuyển đổi hệ thống điều khiển thủy lực của tuabin thủy lực và có giá trị thực tế tốt. Trong quá trình vận hành thực tế tại công trình, hệ thống được đội ngũ kỹ thuật, kỹ sư của nhà máy điện đánh giá cao và tin tưởng có thể phổ biến, ứng dụng vào hệ thống servo thủy lực của bộ điều tốc của nhiều nhà máy thủy điện.
3.3 Cấu trúc phần mềm hệ thống và phương pháp triển khai
Trong hệ thống cánh tuabin điều khiển bằng PLC, phương pháp hiệp lực kỹ thuật số được sử dụng để hiện thực hóa mối quan hệ hiệp lực giữa các cánh dẫn hướng, cột nước và độ mở cánh. So với phương pháp hiệp lực cơ học truyền thống, phương pháp hiệp lực kỹ thuật số có ưu điểm là dễ dàng cắt tham số, có ưu điểm là gỡ lỗi và bảo trì thuận tiện và độ chính xác cao khi liên kết. Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển cánh chủ yếu bao gồm chương trình chức năng điều chỉnh hệ thống, chương trình thuật toán điều khiển và chương trình chẩn đoán. Dưới đây chúng tôi thảo luận về các phương pháp hiện thực hóa của ba phần trên của chương trình tương ứng. Chương trình chức năng điều chỉnh chủ yếu bao gồm một chương trình con của hiệp lực, một chương trình con khởi động cánh, một chương trình con dừng cánh và một chương trình con cắt tải cánh. Khi hệ thống hoạt động, trước tiên nó xác định và đánh giá điều kiện vận hành hiện tại, sau đó khởi động công tắc phần mềm, thực hiện chương trình con chức năng điều chỉnh tương ứng và tính toán giá trị vị trí đã cho của bộ theo cánh.
(1) Chương trình con liên kết
Thông qua thử nghiệm mô hình của đơn vị tua bin, có thể thu được một loạt các điểm đo được trên bề mặt khớp. Cam khớp cơ học truyền thống được tạo ra dựa trên các điểm đo được này và phương pháp khớp kỹ thuật số cũng sử dụng các điểm đo được này để vẽ một tập hợp các đường cong khớp. Chọn các điểm đã biết trên đường cong liên kết làm các nút và áp dụng phương pháp nội suy tuyến tính từng phần của hàm nhị phân, có thể thu được giá trị hàm của các nút không phải nút trên đường liên kết này.
(2) Chương trình con khởi động cánh quạt
Mục đích của việc nghiên cứu luật khởi động là để rút ngắn thời gian khởi động của tổ máy, giảm tải cho ổ trục đẩy và tạo điều kiện kết nối lưới điện cho tổ máy phát điện.
(3) Chương trình con dừng cánh quạt
Quy tắc đóng của các cánh như sau: khi bộ điều khiển nhận được lệnh tắt máy, các cánh và cánh dẫn hướng được đóng cùng lúc theo mối quan hệ hợp tác để đảm bảo sự ổn định của thiết bị: khi độ mở của cánh dẫn hướng nhỏ hơn độ mở không tải, các cánh bị trễ Khi cánh dẫn hướng đóng chậm, mối quan hệ hợp tác giữa cánh và cánh dẫn hướng không còn được duy trì nữa; khi tốc độ của thiết bị giảm xuống dưới 80% tốc độ định mức, cánh được mở lại ở góc khởi động Φ0, sẵn sàng cho lần khởi động tiếp theo Chuẩn bị.
(4) Chương trình con loại bỏ tải trọng của lưỡi dao
Loại bỏ tải có nghĩa là đơn vị có tải đột nhiên bị ngắt khỏi lưới điện, khiến đơn vị và hệ thống dẫn nước ở trạng thái vận hành kém, liên quan trực tiếp đến sự an toàn của nhà máy điện và đơn vị. Khi tải bị loại bỏ, bộ điều tốc tương đương với một thiết bị bảo vệ, làm cho các cánh dẫn hướng và cánh quạt đóng lại ngay lập tức cho đến khi tốc độ của đơn vị giảm xuống gần tốc độ định mức. sự ổn định. Do đó, trong quá trình loại bỏ tải thực tế, các cánh quạt thường được mở ở một góc nhất định. Độ mở này thu được thông qua thử nghiệm loại bỏ tải của nhà máy điện thực tế. Nó có thể đảm bảo rằng khi đơn vị loại bỏ tải, không chỉ tốc độ tăng nhỏ mà đơn vị cũng tương đối ổn định. .
4 Kết luận
Theo tình hình kỹ thuật hiện tại của ngành công nghiệp điều tốc tuabin thủy lực của nước tôi, bài báo này đề cập đến thông tin mới trong lĩnh vực điều khiển tốc độ tuabin thủy lực trong và ngoài nước, và áp dụng công nghệ bộ điều khiển logic lập trình (PLC) vào việc điều khiển tốc độ của tổ máy phát điện tuabin thủy lực. Bộ điều khiển chương trình (PLC) là cốt lõi của hệ thống điều chỉnh kép tuabin thủy lực kiểu mái chèo hướng trục. Ứng dụng thực tế cho thấy sơ đồ này cải thiện đáng kể độ chính xác phối hợp giữa cánh dẫn hướng và cánh cho các điều kiện đầu nước khác nhau và cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng nước.
Thời gian đăng: 11-02-2022
