Bộ điều tốc cho tuabin thuỷ lực

[khoadongluc]

1/. Điều tốc bằng lưu lượng :

Đường (ống) dẫn nước vào turbine có tiết diện cố định, nên lưu lượng nước chảy qua đường (ống) dẫn thuỷ lực quyết định tốc độ turbine. Thao tác hậu kiểm (kiểm tra tốc độ trục máy chính turbine, trên tần số dòng điện tạo ra từ Alternator thuỷ điện v.v...) sẽ tạo điều kiện chuẩn lý tốc độ turbine chính xác.

Công cụ chủ đạo của điều tốc bằng lưu lượng là cảm biến lưu lượng.

Cảm biến lưu lượng có nhiều dạng, nhiều kiểu, trong đó có kiểu cơ học, kiểu cơ điện v.v... nhưng chính xác và ít hỏng hóc nhất là kiểu từ - thuỷ động (*).

2/. Điều tốc bằng áp suất thuỷ năng :

Áp suất nước trong đường (ống) dẫn thuỷ động lực tỷ lệ với tốc độ turbine. Do đó người ta điều tiết tốc độ turbine thuỷ lực, thuỷ điện bằng áp lực thuỷ năng.

a) Áp lực thuỷ tĩnh là áp lực nước (ALN) ở trạng thái tĩnh, bằng trọng lượng cột nước đơn vị kể từ điểm tác động đến mặt nước. Áp suất thuỷ tĩnh tại một điểm theo mọi phương và chiều đều bằng nhau.
b) Áp lực thuỷ động là ALN do dòng chảy gây ra, tỉ lệ thuận với lưu tốc dòng chảy, phụ thuộc vào điều kiện dòng chảy, hình dáng của phần công trình mà dòng chảy đi qua. Trong nhiều trường hợp, nước dưới đất có lưu tốc rất nhỏ, ta có thể bỏ qua áp lực thuỷ động khi tính ALN.

Theo : http://dictionary.bachkhoatoanthu.go...3JkPQ==&page=1

Công cụ chủ đạo của điều tốc bằng áp suất nước trong ống dẫn thuỷ năng là cảm biến áp suất nước (**).

Từ các thông tin do các cảm biến tương ứng cung cấp, hệ thống xử lý sẽ điều khiển các cửa nước (hay các van) phù hợp theo một lộ trình được lập trình sẵn, so sánh với các dữ liệu hậu kiểm để điều tốc, điều áp, điều pha v.v... cho phù hợp với quá trình sản xuất điện năng.

======================

(*) Đo lưu lượng

Để đo lưu lượng tức thời (m3/h) và lưu lượng nước tích lũy (m3) của dòng nước chảy trong ống, có thể dùng nhiều loại cảm biến lưu lượng như: lưu lượng kế tuabin, lưu lượng kế khối lượng, lưu lượng kế điện từ, lưu lượng kế siêu âm… Thực tế hoạt động của hệ SCADA tại một số doanh nghiệp ngành nước, nhận thấy sử dụng thiết bị đo lưu lượng kiểu điện từ là thích hợp và tin cậy hơn cả. Dưới đây, sẽ giới thiệu loại cảm biến kiểu này (có nhãn hiệu MID) do hãng Kobold (Đức) chế tạo.

Cấu tạo:
Cảm biến đo lưu lượng MID có cấu tạo đơn giản như hình 2.

Hình 2: Cấu tạo đơn giản cảm biến lưu lượng kiểu điện từ loại MID

Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý đo lưu lượng kiểu điện từ (hình 3) dựa trên luật Cảm ứng điện từ Faraday: một điện áp sẽ được cảm ứng khi một vật dẫn điện chuyển động qua một từ trường. Ở đây, vật dẫn điện chính là dòng chảy của nước chảy trong ống qua một từ trường không đổi do cuộn dây tạo từ trường tạo ra. Tùy thuộc tốc độ dòng nước chảy mà điện áp Ue sinh ra trên hai điện cực sẽ có giá trị tương ứng. Như vậy, giá trị điện áp Ue đã mang thông tin về tốc độ dòng nước chảy trong ống. Ue được đưa về khối xử lý, ở đây sẽ hiển thị lên màn hình lưu lượng tức thời và lưu lượng tích lũy và đồng thời truyền về PLC của hệ SCADA.

Hình 3: Nguyên lý đo lưu lượng kiểu điện từ

​

Hình 4: Mô phỏng màn hình và các phím của thiết bị đo lưu lượng kiểu điện từ loại MID

Bộ truyền tín hiệu và hiển thị có màn hình và các phím (mô phỏng như hình 4) để hiển thị và cài đặt, kiểm tra, vận hành. Cấu trúc menu hiển thị có mô phỏng như hình 5.

​

Hình 5: Mô phỏng cấu trúc Menu hiển thị của thiết bị đo lưu lượng kiểu điện từ loại MID
​

Bộ truyền tín hiệu và hiển thị lưu lượng có độ chính xác cao (0.5%), màn hình LCD, hiển thị lưu lượng tức thời và lưu lượng tích lũy, tín hiệu truyền về PLC ở dạng tương tự 4-20mA, một ngõ ra xung, nguồn nuôi dải rộng (115-230V).

(**) Đo áp lực nước

Áp lực nước trong quy trình sản xuất và cung cấp nước sạch thường nhỏ hơn 16 bar. Phổ biến trong hệ SCADA ngành nước là sử dụng đầu đo áp lực kèm bộ hiển thị áp lực và truyền dòng 4-20mA.
Đầu đo áp lực nên sử dụng loại hoạt động dựa trên nguyên lý: thay đổi giá trị điện trở bán dẫn khi có áp lực P ép vào bề mặt tiếp xúc của đầu đo, điện trở thay đổi làm thay đổi giá trị điện áp (hoặc dòng) ở đầu ra và đưa đến bộ hiển thị áp lực và truyền dòng.
Bộ hiển thị áp lực và truyền dòng nhận giá trị điện áp (hoặc dòng) biến thiên theo áp lực nước để xử lý và hiển thị (bằng số trên mặt LCD) áp lực nước, đồng thời truyền tín hiệu 4-20mA (hoặc áp 0-10VDC) mang thông tin áp lực nước về PLC.
Trong thực tế, nên sử dụng đầu đo nhãn hiệu SITRANS P phiên bản Z (7MF1564) do hãng Simens (Đức) chế tạo và bộ hiển thị và truyền dòng có nhãn RCK-426T-Nhật chế tạo.

Theo : http://daviteq.com/modules.php?name=...ang=vietnamese

 

[binhminhbkhn]

thank bác nhá!~:6::6::6::6::6:

 

[otohui]

Bộ điều tốc Tuabin thuỷ lực

Trong tự nhiên có nhiều nguồn năng lượng phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt, chiếm tỷ trọng lớn nhất trong các nguồn năng lượng đó phải kể đến thuỷ điện. Điều khiển nhà máy thuỷ điện nhằm đạt được công suất tối ưu là vấn đề hết sức quan trọng.
Hệ thống tuabin thủy lực

Nước từ hồ chứa thượng lưu được dẫn vào hệ thống đường ống áp lực và buồng xoắn, tại đây nước được gia tốc tới vận tốc rất lớn. Qua hệ thống cánh hướng, nước được dẫn vào tuabin thuỷ lực làm quay tuabin đồng thời làm quay máy phát điện (thông thường trục của tuabin được nối thẳng với trục máy phát). Từ đầu cực máy phát, dòng điện được tăng áp qua máy biến áp lực và dẫn lên trạm phân phối hoà vào lưới điện quốc gia.
Tuabin thuỷ lực là một bộ phận quan trọng nhất trong nhà máy thuỷ điện, bằng sự thay đổi tốc độ nó quyết định công suất phát của tổ máy. Là một thiết bị có cơ cấu phức tạp, trọng lượng và kích cỡ lớn, tuabin đòi hỏi phải có độ bền cao, vận hành ổn định trong thời gian dài (tuổi thọ vận hành 40 năm, thời gian đại tu 6 năm, trung bình vận hành 3000 giờ/năm).
Tuabin thuỷ lực bao gồm 2 phần chính (loại tuabin Kaplan trục đứng): Roto tuabin (gồm bánh xe công tác-BXCT được nối với trục tuabin thông qua khớp nối truyền động momen xoắn, trục, ổ hướng và ổ chèn trục) và Stato tuabin (gồm vành đáy tuabin để đỡ trục dưới cánh hướng, các vành làm kín, vành stato tuabin, bộ cánh hướng dòng ) và bộ ống xả, buồng xoắn.
Tuỳ theo mực nước thượng lưu và khi tải trên lưới điện thay đổi đòi hỏi lượng điện phát ra của nhà máy phải thay đổi phù hợp. Vấn đề đặt ra là phải điều chỉnh đồng bộ giữa độ mở hệ thống cánh hướng nước nhằm điều chỉnh lưu lượng nước vào tuabin và điều chỉnh góc nghiêng của BXCT, tạo cho tuabin tốc độ ổn định.
Để điều chỉnh độ mở cánh hướng người ta sử dụng các servomotor (thông thường 2 servomotor) và hệ thống xilanh thuỷ lực. Truyền động của servomotor sẽ qua hệ thống xilanh gắn với vòng điều chỉnh, giữa cánh hướng và vòng điều chỉnh có các khớp truyền động.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật số, bộ điều tốc tuabin được tự động hoá hoàn toàn có khả năng thu thập các thông số quá trình một cách liên tục, tự động điều chỉnh ổn định quá trình vận hành.
Bộ điều tốc tuabin gồm bộ điều tốc kỹ thuật số và bộ điều tốc thuỷ lực.
Phần điều tốc kỹ thuật số:

Sơ đồ khối hệ thống điều tốc tuabin​

Mỗi tuabin được cung cấp một hệ thống điều tốc tự động riêng biệt có khả năng điều khiển tốc độ, công suất phát, lưu lượng nước vào tuabin cho phép tổ máy vận hành ổn định, hoàn hảo ở chế độ vận hành song song với nhau và với hệ thống điện.
Bộ điều tốc kỹ thuật số được lắp trong các tủ điều khiển tại tổ máy, các thông số được giám sát qua hệ thống SCADA ở phòng điều khiển trung tâm. Bộ điều tốc có cấu hình dự phòng kép cả về phần cứng và phần mềm, một hệ giao tiếp tốc độ cao được thiết lập giữa hai card xử lý đảm bảo quá trình chuyển mạch không trễ trong mọi chế độ vận hành. Nguyên lý điều chỉnh là thuật toán PID có nhánh hồi tiếp.
Điều khiển vị trí: sử dụng thuật toán điều chỉnh PD, tín hiệu vào là vị trí thực của cánh hướng và vòng trượt của các servomotor. Khi vận hành ở chế độ quá tải, sự giới hạn tốc độ của cánh hướng và BXCT được đặt lên hàng đầu nhằm tránh tuabin lệch khỏi vị trí tối ưu. Điểm đặt vị trí của BXCT được tính toán dựa theo điểm đặt vị trí cánh hướng và giá trị cột nước.
Điều khiển giới hạn độ mở: độ mở giới hạn có thể được điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%.
Điều khiển vận tốc: sử dụng thuật toán điều chỉnh PID có phản hồi, giá trị đặt của bộ điều khiển vận tốc có thể được điều chỉnh trong khoảng 90 đến 110%. Dải tần số chết có tác dụng trong suốt quá trình vận hành song song và có thể điều chỉnh được. Bộ điều chỉnh PID sẽ xác định điểm đặt cho servomotor điều khiển cánh hướng bằng cách tính toán sự sai lệch giữa giá trị đặt và tốc độ thực tế. Hàm truyền của bộ điều khiển khi bỏ qua hiện tượng trễ vi sai:

Kp: Hệ số tỷ lệ
Tn : Thời gian tích phân.
Td : Thời gian vi phân.
bp: độ dốc của đặc tính tốc độ
Khi bp » 0:

Điều khiển độ mở cánh hướng: giá trị đặt có thể được điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%, chế độ vận hành của bộ điều khiển này chỉ có thể được lựa chọn khi tổ máy vận hành ở chế độ song song, trong các chế độ khác điểm đặt của độ mở sẽ là độ mở thực của cánh hướng.
Điều khiển lưu lượng: giá trị đặt có thể được điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%. Lưu lượng thực tế được tính toán từ cột nước, vận tốc tuabin, vị trí của cánh hướng và BXCT. Bộ điều khiển sử dụng thuật toán PI, xác định giá trị đặt cho vị trí của servomotor cánh hướng bằng cách tính toán sự khác nhau giữa giá trị đặt và lưu lượng thực tế. Hàm truyền của bộ điều khiển có dạng:

Điều khiển mực nước: giá trị điểm đặt đã được xác định trước, nó chỉ có thể được xác định lại thông qua các thiết bị đầu cuối, bảng vận hành hay giao diện thông tin. Bộ điều khiển sử dụng thuật toán PI.
Một số thông số của bộ điều tốc:
- Chuẩn giao diện: RS232, RS485, Ethernet.
- Dải tốc độ chết : £ 0.02%
- Dải tần số đo được ứng với tốc độ : 1.2 ¸10000Hz.
- Thời gian chết : £ 0.2s
- Độ ổn định tốc độ : £ 0.3%
- Độ ổn định công suất : £ 0.4%
- Hệ số tỷ lệ Kp: 0 ¸500.
-Thời gian tích phân Tn : 0.05 ¸5000s.
- Thời gian vi phân Td : 0 ¸10s.
- Độ dốc của đặc tính tốc độ bp: 0 ¸10%.
- Thời gian mở cánh hướng có thể điều chỉnh : 10 ¸1000s.
Các tính năng tự động hoá của bộ điều tốc:
- Điều chỉnh vị trí các cánh hướng đồng bộ với điều chỉnh độ nghiêng của BXCT.
- Giám sát và kiểm tra tốc độ, lưu lượng.
- Điều chỉnh việc chọn nhanh mức tải.
- Vận hành đa nhiệm theo thời gian thực.
- Giao diện Ethernet chuẩn với hệ thống SCADA.
- Giao diện HMI tại phòng điều khiển và tủ điều khiển tại chỗ.
- Ghi và thông báo các sự kiện trong quá trình vận hành.
- Bảo vệ điện một chiều các Module I/O, kiểm tra cao tần hệ thống.
Phần điều tốc thuỷ lực:
Bộ điều tốc thuỷ lực gồm bể chứa dầu, van trượt điều khiển chính, máy bơm trục vít, bộ lọc, các sensor đo mức và nhiệt độ.
Bộ tác động điện thuỷ lực biến đổi các tín hiệu từ bộ điều khiển kỹ thuật số thành các đại lượng cơ tương ứng. Bộ khuếch đại thuỷ lực gồm có van động và van phân phối chính nối hệ thống ống dầu áp lực với servomotor của cánh hướng và hệ thống cấp dầu áp lực. Hệ thống dầu có áp lực 4.0¸6.3MPa.
Hệ thống khí nén cung cấp cho bình tích áp, cân bằng áp lực hệ thống.
Với hệ thống van, thời gian tác động được giới hạn tương ứng với đòi hỏi của sự thay đổi tốc độ. Ngoài ra còn có một van trượt điện từ độc lập để dừng khẩn cấp tuabin bằng cách tác động để servomotor đóng khẩn cấp các cánh hướng mà bỏ qua các tín hiệu từ bộ điều khiển.
Các thiết bị đo:
- Đầu đo lưu lượng theo phương pháp Witer-Kennedy.
- Đo áp suất vi sai tại buồng xoắn
- Công tắc giới hạn và cảnh báo sự đồng bộ giữa các cánh hướng.
- Đo vị trí vành điều chỉnh hay độ mở cánh hướng.
- Đo áp suất xilanh và nhiệt độ dầu áp lực.
- Đo độ lệch trục của Tuabin.
Ngoài ra còn có các hệ thống đo khác đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, ổn định.
(Theo "Tạp chí Hiện đại hóa")