Система автоматического управления частотой вращения лопастей поворотно-лопастной гидротурбины.

  • 25 янв. 2013 г.
  • 5581 Слова
1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
2.1 Актуальность исследования.
Снижение себестоимости выработки электроэнергии, при заданном уровне надѐжности является основной задачей энергетики. Поэтому для гидроагрегатов применяют повышенные требования к надѐжности их эксплуатации, к его коэффициенту полезного действия, к количеству оборотов в секунду лопастей гидротурбины, неизменной частоты выходноготока. Гидроагрегаты гидроэлектростанций являются многорежимными машинами, в которых происходят нелинейные динамические процессы. Существующие системы автоматического управления гидроагрегатами ГЭС выполнены на основе линейных моделей элементов гидроагрегата и оснащены ПИД-регуляторами с постоянными параметрами. Поэтому системы автоматического управления гидроагрегатами не обеспечиваютмаксимальные к.п.д. и надѐжность их работы. Натурные энергетические испытания гидроагрегатов Днепровской ГЭС показали следующее:
– превышение допустимого значения перерегулирования частоты вращения ротора гидроагрегата и степени открытия направляющего аппарата;
– наличие девиации частоты выходного тока в пределах 0.5%;
– высокая инерционность вращения лопастей гидротурбины;
– уменьшение к.п.д. гидроагрегатоввблизи границ рабочего диапазона нагрузки на генератор, из-за увеличения гидравлических потерь в рабочем колесе гидротурбины.
Это приводит к увеличению динамических нагрузок на гидроагрегат и вероятности его отказов в межремонтный период, в связи с быстрым износом
оборудования. С другой стороны, развитие техники и компьютерных технологий привело к поэтапной замене аналоговых систем управлениямикропроцессорными системами. Однако существующие микропроцессорные системы управления гидроагрегатами реализуют способы регулирования, разработанные для аналоговых систем, и поэтому не обеспечивают максимальные к.п.д. и надежность работы гидроагрегата.
1.2 Принцип работы объекта
Скоростью вращения гидротурбины управляет напор воды, который поступает на направляющий аппарат. В зависимости от степени открытостизадвижки на направляющем аппарате меняется количество воды, поступающее на гидротурбину. Чем больше воды поступает на гидротубину, тем больше ее частота вращения. Так как частота вращения гидротурбины прямопропорциональна частоте вырабатываемого тока, то необходимо следить за тем, чтобы это значение было в определенных диапазонах. Напрямую измерить количество напор воды крайне затруднительно, поетомупроизводится анализ таких физических величин как давление воды на направляющем аппарате, а также скорость потока. Задвижкой, регулирующей количество пропускаемой воды, управляет сервомотор. Сервомотор, в свою очередь, связан с главным гидрораспределителем и электрогидравлическим преобразователем. В соответствующую полость сервомотора также непрерывно подается масло с маслонапорной установки. Количество этогомасла не всегда постоянно. Электрогидравлический преобразователь является связующим звеном между ЭВМ и главным гидрораспределителем. Возмущающими воздействиями на объект управления является основной напор воды Н0 и активный момент сопротивления Мд. Различие между Н0и Н заключается в том, что Н является скорее компенсационным или добавочным. В случае, если основной напор воды слишком мал для требуемыхзначений частоты вращения гидротурбины, на нее поступает вода с направляющего агрегата. Основной напор может меняться непредсказуемым, заранее неизвестным способом. Активный момент сопротивления на валу двигателя также может меняться заранее неизвестным способом, так как потребности в вырабатываемой мощности гидротурбиной непостоянны. Сложность управления заключается в том, чтобы обеспечитьсянеобходимое качество управления как при отсутствии так и при наличии этих возмущающих воздействий.
1.3 Техническая реализация гидротурбины
На рис. 1.3.1 представлен разрез поворотно-лопастной гидротурбины.

Рис. 1.3.1 Разрез поворотно-лопастной гидротурбины
1. Корпус рабочего колеса
2. Камера рабочего колеса
3. Статор
4. Лопатка...