Ο Ρόλος και η Σημασία του Υδροστροβίλου Ρυθμιστή σε Υδροηλεκτρικούς Σταθμούς
Όταν η ηλεκτρική ενέργεια είναι σε λειτουργία, είναι απαραίτητο να διατηρείται συνεχώς η ισορροπία μεταξύ της παροχής ισχύος και του φορτίου. Επιπλέον, η διασφάλιση της καλής ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα σημαντικό καθήκον στη διαδικασία παραγωγής ενέργειας. Οι κύριοι δείκτες για τη μέτρηση της ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας είναι γενικά η τάση και η συχνότητα, ακολουθούμενοι από τη κυματομορφή. Οι αποκλίσεις στη συχνότητα θα επηρεάσουν σοβαρά την κανονική λειτουργία των χρηστών ενέργειας. Για τους ηλεκτρικούς κινητήρες, η μείωση της συχνότητας θα προκαλέσει την πτώση της ταχύτητας του κινητήρα, μειώνοντας έτσι την παραγωγικότητα και επηρεάζοντας τη διάρκεια ζωής του κινητήρα. Αντίστροφα, η αύξηση της συχνότητας θα προκαλέσει την αύξηση της ταχύτητας του κινητήρα, αυξάνοντας την κατανάλωση ενέργειας και μειώνοντας την οικονομία. Ειδικά σε ορισμένους βιομηχανικούς τομείς με αυστηρές απαιτήσεις ταχύτητας (όπως κλωστοϋφαντουργία, χαρτοποιία κ.λπ.), οι αποκλίσεις συχνότητας θα επηρεάσουν σημαντικά την ποιότητα του προϊόντος και ακόμη και θα οδηγήσουν σε ελαττωματικά προϊόντα. Επιπλέον, οι αποκλίσεις συχνότητας θα έχουν πιο σοβαρές επιπτώσεις στο ίδιο το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας. Για παράδειγμα, σε θερμικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας, για φυγοκεντρικά μηχανήματα όπως αντλίες νερού λέβητα και ανεμιστήρες, η απόδοσή τους θα μειωθεί απότομα όταν μειωθεί η συχνότητα, αναγκάζοντας την απόδοση του λέβητα να μειωθεί σημαντικά ή ακόμη και να προκαλέσει έκτακτη διακοπή λειτουργίας του λέβητα. Αυτό αναπόφευκτα θα μειώσει περαιτέρω την ισχύ εξόδου του συστήματος, οδηγώντας σε περαιτέρω μείωση της συχνότητας του συστήματος. Επιπλέον, κατά τη λειτουργία σε μειωμένη συχνότητα, οι λεπίδες του στροβίλου θα αναπτύξουν ρωγμές λόγω αυξημένης δόνησης, μειώνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του στροβίλου. Επομένως, εάν η τάση απότομης μείωσης της συχνότητας του συστήματος δεν μπορεί να σταματήσει έγκαιρα, θα προκαλέσει αναπόφευκτα έναν φαύλο κύκλο και ακόμη και θα οδηγήσει στην κατάρρευση ολόκληρου του συστήματος παραγωγής ενέργειας.
Σύμφωνα με τους κανονισμούς του κλάδου ενέργειας της Κίνας, η ονομαστική συχνότητα του δικτύου είναι 50Hz και η επιτρεπόμενη απόκλιση συχνότητας για μεγάλα δίκτυα είναι ±0,2Hz. Για μικρά και μεσαία δίκτυα, οι διακυμάνσεις του φορτίου του συστήματος μπορούν μερικές φορές να φτάσουν το 5% έως 10% της συνολικής τους χωρητικότητας. Ακόμη και για μεγάλα συστήματα, οι διακυμάνσεις του φορτίου φτάνουν συχνά το 2% έως 3%. Η συνεχής αλλαγή του φορτίου του συστήματος παραγωγής ενέργειας οδηγεί σε διακυμάνσεις στη συχνότητα του συστήματος. Επομένως, το βασικό καθήκον της ρύθμισης του στροβίλου είναι να προσαρμόζει συνεχώς την ισχύ εξόδου της μονάδας στροβίλου-γεννήτριας και να διατηρεί την ταχύτητα περιστροφής (συχνότητα) της μονάδας εντός του καθορισμένου ονομαστικού εύρους.
Συνοψίζοντας, ο ρυθμιστής υδροστροβίλου είναι μια σημαντική βοηθητική συσκευή για τη μονάδα στροβίλου-γεννήτριας σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Συντονίζεται με το δευτερεύον κύκλωμα του σταθμού και το σύστημα παρακολούθησης υπολογιστών για την ολοκλήρωση εργασιών όπως η εκκίνηση και η διακοπή της μονάδας στροβίλου-γεννήτριας, η αύξηση ή η μείωση των φορτίων και η έκτακτη διακοπή λειτουργίας. Ο ρυθμιστής στροβίλου μπορεί επίσης να συνεργαστεί με άλλες συσκευές για την ολοκλήρωση εργασιών όπως ο αυτόματος έλεγχος παραγωγής, ο ομαδικός έλεγχος και η ρύθμιση σύμφωνα με τα επίπεδα του νερού. Επιπλέον, όταν παρουσιαστεί βλάβη στο δίκτυο, συνεργάζεται με τον διακόπτη κυκλώματος για να ολοκληρώσει γρήγορα και σταθερά τη διαδικασία απόρριψης φορτίου, προστατεύοντας τη μονάδα στροβίλου και επιτρέποντάς της να αποκαταστήσει την ονομαστική ταχύτητα το συντομότερο δυνατό.
Συμπερασματικά, τα βασικά καθήκοντα του ρυθμιστή στροβίλου συνοψίζονται ως εξής:
◆ Κανονική λειτουργία της μονάδας
◆ Διασφάλιση της ασφαλούς λειτουργίας της μονάδας
◆ Λογική κατανομή των φορτίων μεταξύ παράλληλων μονάδων
Ταξινομημένοι ανά αριθμό ελεγχόμενων αντικειμένων, μπορούν να χωριστούν σε ρυθμιστές μονής ρύθμισης και διπλής ρύθμισης.
• Γενικά, οι ρυθμιστές μονής ρύθμισης χρησιμοποιούνται για διάφορες μονάδες σταθερών πτερυγίων στροβίλων αντίδρασης (όπως ο στρόβιλος Francis). Το ελεγχόμενο αντικείμενο είναι μόνο τα πτερύγια καθοδήγησης και η ροή του νερού μέσω των πτερυγίων του στροβίλου ελέγχεται ρυθμίζοντας το άνοιγμα των πτερυγίων καθοδήγησης.
• Οι ρυθμιστές διπλής ρύθμισης χρησιμοποιούνται για διάφορες μονάδες μεταβλητών πτερυγίων τύπου αντίδρασης (όπως ο στρόβιλος Kaplan). Τα ελεγχόμενα αντικείμενα είναι πτερύγια καθοδήγησης και πτερύγια δρομέα. Η έξοδος της ροής νερού στον στρόβιλο ελέγχεται ρυθμίζοντας το άνοιγμα των πτερυγίων καθοδήγησης και τη γωνία των πτερυγίων του δρομέα. Γενικά, οι μονάδες μεταβλητών πτερυγίων έχουν συντονισμένο έλεγχο μεταξύ των πτερυγίων καθοδήγησης και των πτερυγίων του δρομέα.
Επιπλέον, οι στροβίλοι κρούσης έχουν περισσότερα ελεγχόμενα αντικείμενα, τα οποία ταξινομούνται ως άλλος τύπος ρυθμιστών "πολλαπλών ακροφυσίων και πολλαπλών εκτροπών" ή "πολλαπλών ακροφυσίων & ενός εκτροπέα", σχεδιασμένοι ειδικά για στροβίλους κρούσης. Τα αντικείμενα ελέγχου του ρυθμιστή ποικίλλουν ανάλογα με τον αριθμό των βελόνων ακροφυσίων και των εκτροπέων του στροβίλου κρούσης.
2. Οι ρυθμιστές υδροστροβίλων είναι γενικά μηχατρονικά προϊόντα στο σύνολό τους και τα μηχανικά τους εκτελεστικά μέρη υιοθετούν υδραυλικό έλεγχο. Ταξινομημένοι ανά μεθόδους ηλεκτρο-υδραυλικής μετατροπής, μπορούν να χωριστούν σε ψηφιακούς, βηματικούς και αναλογικούς-ψηφιακούς ρυθμιστές. Γενικά, οι ψηφιακοί και αναλογικοί τύποι συνδυάζονται.
• Οι ψηφιακοί ρυθμιστές χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες για τον έλεγχο της ενεργοποίησης/απενεργοποίησης της βαλβίδας με ψηφιακούς παλμούς, επιτυγχάνοντας το αποτέλεσμα του ελέγχου της ενεργοποίησης/απενεργοποίησης του σερβοκινητήρα.
• Οι βηματικοί ρυθμιστές χρησιμοποιούν ρεύμα για την κίνηση του βηματικού κινητήρα για περιστροφή προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, δημιουργώντας κατακόρυφη μετατόπιση και συντονίζονται με τη βαλβίδα πιλότου και την κύρια βαλβίδα διανομής για τον έλεγχο της ενεργοποίησης/απενεργοποίησης του σερβοκινητήρα.
• Οι αναλογικές σερβοβαλβίδες ολοκληρώνουν την ηλεκτρο-υδραυλική μετατροπή μέσω αναλογικών ελεγκτών και κύριων βαλβίδων διανομής.
3. Ταξινομημένοι ανά την πίεση λαδιού που χρησιμοποιείται, χωρίζονται σε ρυθμιστές συμβατικής πίεσης λαδιού και υψηλής πίεσης λαδιού.
• Συμβατικές πιέσεις λαδιού: 2,5MPa, 4,0MPa, 6,3MPa
• Υψηλή πίεση λαδιού: γενικά 16MPa
Η χωρητικότητα της δεξαμενής λαδιού πίεσης καθορίζεται από το μέγεθος της κοιλότητας λαδιού του σερβοκινητήρα.
Ταξινομημένοι ανά τη χωρητικότητα της ελεγχόμενης μονάδας, χωρίζονται σε μεγάλους, μεσαίους και μικρούς ρυθμιστές.
Οι ρυθμιστές υδροστροβίλων έχουν μακρά ιστορία εφαρμογής σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Από τα τέλη του 19ου αιώνα, το 1891, η γερμανική εταιρεία Voith κατασκεύασε τον πρώτο καθαρά μηχανικό ρυθμιστή, δηλαδή τον μηχανικό ρυθμιστή τύπου εκκρεμούς φυγοκεντρικού, στον οποίο το άνοιγμα και το κλείσιμο του στροβίλου οδηγούνταν άμεσα από έναν ιμάντα. Με τη βελτίωση των απαιτήσεων για το σύστημα ρυθμιστή, ειδικά για την ευαισθησία, απαιτείται μεγάλη ρυθμιστική δύναμη για άνοιγμα και κλείσιμο σε σύντομο χρονικό διάστημα, καθιστώντας απαραίτητη την υδραυλική πίεση. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη μηχανικών ρυθμιστών με ενίσχυση πίεσης νερού και ενίσχυση πίεσης λαδιού. Από τα τέλη της δεκαετίας του 1950 έως τη δεκαετία του 1960, οι μηχανο-υδραυλικοί ρυθμιστές έφτασαν στο αποκορύφωμά τους. Η Σουηδία παρήγαγε ηλεκτρο-υδραυλικούς ρυθμιστές το 1944.
Η Κίνα άρχισε να αναπτύσσει ηλεκτρο-υδραυλικούς ρυθμιστές ήδη από τη δεκαετία του 1950 και το 1961, ο πρώτος ηλεκτρικός ρυθμιστής που κατασκευάστηκε στην Κίνα τέθηκε σε λειτουργία στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας Liuxihe. Η δεκαετία του 1960 έως τη δεκαετία του 1970 ήταν μια περίοδος μεγάλης κλίμακας ανάπτυξης για τους ηλεκτρο-υδραυλικούς ρυθμιστές.
Η ανάπτυξη των ηλεκτρικών ρυθμιστών έχει περάσει περίπου από διάφορα στάδια:
Με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, αφού οι μικροεπεξεργαστές εισήλθαν στην αγορά στα μέσα της δεκαετίας του 1970, πολλές χώρες άρχισαν διαδοχικά να αναπτύσσουν ρυθμιστές μικροϋπολογιστών στα τέλη της δεκαετίας του 1970 και στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Ο πρώτος ψηφιακός ρυθμιστής στον κόσμο αναπτύχθηκε από τον Καναδά στις αρχές της δεκαετίας του 1970. Το 1976, ο Καναδάς ανέπτυξε έναν ψηφιακό ρυθμιστή σε πραγματικό χρόνο και το 1981, δημοσιεύθηκαν τα αποτελέσματα των δοκιμών ενός προσαρμοστικού ρυθμιστή. Η Κίνα ξεκίνησε επίσης την ανάπτυξη ρυθμιστών μικροϋπολογιστών στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Στα τέλη του 1981, το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong άρχισε να ερευνά τον "Προσαρμοστικό Ρυθμιστή Επεξεργαστή Μικροϋπολογιστών PID Μεταβλητών Παραμέτρων για Υδραυλικές Γεννήτριες Στροβίλων", ο οποίος διέθετε παραμέτρους PID που άλλαζαν αυτόματα με τις συνθήκες λειτουργίας της μονάδας (κεφαλή νερού και άνοιγμα) και ήταν ένας ρυθμιστής προσαρμογής σε βλάβες.
Η πρακτική έχει αποδείξει ότι οι ρυθμιστές μικροϋπολογιστών έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους αναλογικούς ηλεκτρο-υδραυλικούς ρυθμιστές:
Το 1969, η αμερικανική εταιρεία Digital Equipment Corporation (DEC) ανέπτυξε με επιτυχία τον "Προγραμματιζόμενο Λογικό Ελεγκτή (PLC)". Στη συνέχεια, η Ιαπωνία και οι ευρωπαϊκές χώρες ανέπτυξαν επίσης με επιτυχία και άρχισαν να παράγουν προγραμματιζόμενους ελεγκτές. Το PLC έχει γίνει το προτιμώμενο προϊόν για πολλά βιομηχανικά συστήματα και εξοπλισμό αυτόματου ελέγχου λόγω της αξιοπιστίας του, συμπεριλαμβανομένης μιας σειράς μέτρων κατά των παρεμβολών στο υλικό, όπως η φωτοηλεκτρική απομόνωση, η ηλεκτρομαγνητική θωράκιση και το αναλογικό/ψηφιακό φιλτράρισμα, καθώς και λογισμικό συστήματος με λειτουργίες όπως ένα χρονοδιακόπτη επιτήρησης (WDT) και αυτοέλεγχο υλικού και λογισμικού.
Οι ρυθμιστές στροβίλων είναι σημαντικός βασικός εξοπλισμός για την ολοκληρωμένη αυτοματοποίηση των υδροηλεκτρικών σταθμών. Το τεχνικό τους επίπεδο και η αξιοπιστία τους επηρεάζουν άμεσα την ασφαλή παραγωγή ενέργειας και την ποιότητα της ενέργειας των υδροηλεκτρικών σταθμών, επηρεάζοντας έτσι την ποιότητα της ενέργειας όλων των τομέων της εθνικής οικονομίας.
Η ανάπτυξη των νόμων ελέγχου στους ρυθμιστές ήταν ραγδαία:
Πριν από τη δεκαετία του 1960, οι περισσότεροι ρυθμιστές χρησιμοποιούσαν νόμους ελέγχου PI. Μετά τη δεκαετία του 1970, οι ηλεκτρο-υδραυλικοί ρυθμιστές που παράγονταν παγκοσμίως υιοθέτησαν ευρέως νόμους ελέγχου PID, καθώς η εισαγωγή του λογισμικού ρύθμισης παραγώγου ταχύτητας βελτίωσε σημαντικά την ποιότητα ρύθμισης του ελέγχου συχνότητας.
Τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροϋπολογιστών και της θεωρίας ελέγχου, η έρευνα για την εφαρμογή προηγμένων νόμων ελέγχου στους ρυθμιστές στροβίλων έχει ξεκινήσει πλήρως, συμπεριλαμβανομένων: βέλτιστου ελέγχου, ελέγχου ανάδρασης κατάστασης, προσαρμοστικού ελέγχου, προγνωστικού ελέγχου, ασαφούς ελέγχου, προσαρμοστικού ελέγχου μεταβλητών παραμέτρων, ελέγχου μεταβλητής δομής, στρατηγικών ελέγχου μεταβλητής δομής ολίσθησης και ελέγχου σήματος αντιστάθμισης πίεσης νερού.
• Εύρος ρύθμισης του χρόνου πλήρους κλεισίματος του σερβοκινητήρα πτερυγίου καθοδήγησης: 3–100 S
• Εύρος ρύθμισης του χρόνου πλήρους ανοίγματος του σερβοκινητήρα πτερυγίου καθοδήγησης: 3–100 S
• Εύρος ρύθμισης του χρόνου πλήρους κλεισίματος του σερβοκινητήρα πτερυγίου δρομέα: 10–120 S
• Εύρος ρύθμισης του χρόνου πλήρους ανοίγματος του σερβοκινητήρα πτερυγίου δρομέα: 10–120 S
• Εύρος ρύθμισης συχνότητας: 45–55 Hz
• Εύρος ρύθμισης της μόνιμης πτώσης ταχύτητας: 0–10%
• Εύρος ρύθμισης του αναλογικού κέρδους: 0,5–20
• Εύρος ρύθμισης του ολοκληρωτικού κέρδους: 0,05–10 1/s
• Εύρος ρύθμισης του παραγώγου κέρδους: 0,0–10 s
• Εύρος ρύθμισης της τεχνητής νεκρής ζώνης: 0–±1,5%
• Νεκρή ζώνη ταχύτητας μετρημένη στον κύριο σερβοκινητήρα: ≤0,02%
• Μετά την απόρριψη φορτίου 25% από τον στρόβιλο, ο χρόνος μη λειτουργίας του σερβοκινητήρα: ≤0,2 s
• Μη γραμμικότητα της στατικής χαρακτηριστικής καμπύλης: ≤0,5%
• Κατά τη διάρκεια 3 λεπτών αυτόματης λειτουργίας χωρίς φορτίο, η σχετική διακύμανση ταχύτητας της μονάδας: ≤±0,15%.
• Μετά την απόρριψη φορτίου 100% της ονομαστικής ισχύος, ο αριθμός των διακυμάνσεων ταχύτητας που υπερβαίνουν το 3%: ≤2 φορές. Η σχετική τιμή της συνεχούς διακύμανσης ταχύτητας της μονάδας που προκαλείται από τον ρυθμιστή: ≤±0,15%.
• Από τη στιγμή που η μονάδα απορρίπτει το φορτίο έως ότου η σχετική απόκλιση ταχύτητας είναι μικρότερη από ±1%, η αναλογία του χρόνου ρύθμισης προς τον χρόνο από την απόρριψη φορτίου έως την υψηλότερη ταχύτητα θα πρέπει να είναι ≤15 για στροβίλους αντίδρασης μεσαίας/χαμηλής κεφαλής και στροβίλους κρούσης. Για μονάδες που παρέχουν ενέργεια στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας μετά την αποσύνδεση από το δίκτυο, η ελάχιστη σχετική ταχύτητα της μονάδας μετά την απόρριψη φορτίου θα πρέπει να είναι ≥0,9.
• Διαθεσιμότητα σε αυτόματο τρόπο: >99,99%
• Διαθεσιμότητα σε αυτόματο + χειροκίνητο τρόπο: 100%
• Μέσος Χρόνος Μεταξύ Πρώτων Βλαβών (από την επιτόπια αποδοχή): ≥35.000 ώρες
• Διάστημα επισκευής: 10 χρόνια
• Διάρκεια ζωής πριν από την απόσυρση: >20 χρόνια
Υπεύθυνος Επικοινωνίας: Mr. Tu mingqi
Τηλ.:: +86 13003602610
Φαξ: +86-571-85194290