บทบาทและสถานะของ ผู้ควบคุมกังหันน้ำ ในสถานีพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ
เมื่อไฟฟ้าอยู่ในระหว่างการทำงาน จำเป็นต้องรักษาสมดุลระหว่างการจ่ายไฟและการใช้ไฟอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ การรับประกันคุณภาพที่ดีของพลังงานไฟฟ้าเป็นงานสำคัญในกระบวนการผลิตพลังงานไฟฟ้า ตัวบ่งชี้หลักสำหรับการวัดคุณภาพของพลังงานไฟฟ้าโดยทั่วไปคือแรงดันไฟฟ้าและความถี่ ตามด้วยรูปคลื่น การเบี่ยงเบนของความถี่จะส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อการทำงานปกติของผู้ใช้ไฟฟ้า สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า การลดลงของความถี่จะทำให้ความเร็วของมอเตอร์ลดลง ซึ่งจะช่วยลดผลผลิตและส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ ในทางกลับกัน การเพิ่มขึ้นของความถี่จะทำให้ความเร็วของมอเตอร์เพิ่มขึ้น เพิ่มการใช้พลังงานและลดเศรษฐกิจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคอุตสาหกรรมบางประเภทที่มีข้อกำหนดด้านความเร็วที่เข้มงวด (เช่น สิ่งทอ การทำกระดาษ ฯลฯ) การเบี่ยงเบนของความถี่จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์และอาจนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่มีข้อบกพร่อง นอกจากนี้ การเบี่ยงเบนของความถี่จะมีผลกระทบที่ร้ายแรงกว่าต่อตัวโรงไฟฟ้าเอง ตัวอย่างเช่น ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน สำหรับเครื่องจักรแบบแรงเหวี่ยง เช่น ปั๊มน้ำป้อนหม้อไอน้ำและพัดลม กำลังไฟของเครื่องจักรจะลดลงอย่างมากเมื่อความถี่ลดลง ทำให้ต้องลดกำลังไฟของหม้อไอน้ำลงอย่างมาก หรือแม้แต่ทำให้เกิดการปิดฉุกเฉินของหม้อไอน้ำ ซึ่งจะส่งผลให้กำลังไฟของระบบลดลงอีก ซึ่งนำไปสู่การลดลงของความถี่ของระบบต่อไป นอกจากนี้ เมื่อทำงานที่ความถี่ลดลง ใบพัดกังหันจะเกิดรอยร้าวเนื่องจากการสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของกังหันสั้นลง ดังนั้น หากไม่สามารถหยุดแนวโน้มการลดลงอย่างรวดเร็วของความถี่ของระบบได้ทันท่วงที จะทำให้เกิดวงจรที่เลวร้ายและอาจนำไปสู่การล่มสลายของระบบไฟฟ้าทั้งหมด
ตามข้อบังคับของภาคพลังงานของจีน ความถี่ที่กำหนดของโครงข่ายไฟฟ้าคือ 50Hz และค่าเบี่ยงเบนความถี่ที่อนุญาตสำหรับโครงข่ายไฟฟ้าขนาดใหญ่คือ ±0.2Hz สำหรับโครงข่ายไฟฟ้าขนาดเล็กและขนาดกลาง บางครั้งความผันผวนของโหลดของระบบอาจสูงถึง 5% ถึง 10% ของกำลังการผลิตทั้งหมด แม้แต่สำหรับระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่ ความผันผวนของโหลดมักจะสูงถึง 2% ถึง 3% การเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของโหลดระบบไฟฟ้าทำให้เกิดความผันผวนของความถี่ของระบบ ดังนั้น งานพื้นฐานของการควบคุมกังหันคือการปรับกำลังไฟของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันอย่างต่อเนื่องและรักษาความเร็วในการหมุน (ความถี่) ของหน่วยให้อยู่ในช่วงที่กำหนด
โดยสรุปแล้ว ผู้ควบคุมกังหันน้ำ เป็นอุปกรณ์เสริมที่สำคัญสำหรับชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันในสถานีพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ โดยประสานงานกับวงจรทุติยภูมิของสถานีและระบบตรวจสอบด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อทำงานต่างๆ เช่น การสตาร์ทและหยุดชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหัน การเพิ่มหรือลดโหลด และการปิดฉุกเฉิน ผู้ควบคุมกังหันยังสามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อทำงานต่างๆ เช่น การควบคุมการผลิตอัตโนมัติ การควบคุมกลุ่ม และการควบคุมตามระดับน้ำ นอกจากนี้ เมื่อเกิดข้อผิดพลาดในโครงข่ายไฟฟ้า จะทำงานร่วมกับเบรกเกอร์เพื่อตัดวงจรให้เสร็จสิ้นกระบวนการปฏิเสธโหลดอย่างรวดเร็วและมั่นคง ปกป้องหน่วยกังหันและทำให้สามารถเรียกคืนความเร็วที่กำหนดได้โดยเร็วที่สุด
โดยสรุปแล้ว งานพื้นฐานของผู้ควบคุมกังหันสรุปได้ดังนี้:
◆ การทำงานปกติของหน่วย
◆ การรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยของหน่วย
◆ การกระจายโหลดอย่างสมเหตุสมผลระหว่างหน่วยขนาน
จำแนกตามจำนวนวัตถุที่ควบคุม สามารถแบ่งออกเป็นผู้ควบคุมแบบปรับเดี่ยวและผู้ควบคุมแบบปรับคู่
• โดยทั่วไป ผู้ควบคุมแบบปรับเดี่ยวจะใช้สำหรับหน่วยใบพัดคงที่ต่างๆ ของกังหันปฏิกิริยา (เช่น กังหันฟรานซิส) วัตถุที่ควบคุมมีเพียงใบนำร่อง และการไหลของน้ำผ่านใบพัดกังหันจะถูกควบคุมโดยการปรับช่องเปิดของใบนำร่อง
• ผู้ควบคุมแบบปรับคู่จะใช้สำหรับหน่วยใบพัดแปรผันชนิดปฏิกิริยาต่างๆ (เช่น กังหันคาพลัน) วัตถุที่ควบคุมคือใบนำร่องและใบพัด การไหลของน้ำไปยังกังหันจะถูกควบคุมโดยการปรับช่องเปิดของใบนำร่องและมุมของใบพัด โดยทั่วไป หน่วยใบพัดแปรผันมีการควบคุมแบบประสานงานระหว่างใบนำร่องและใบพัด
นอกจากนี้ กังหันแบบแรงกระตุ้นมีวัตถุที่ควบคุมมากกว่า ซึ่งจัดเป็นอีกประเภทหนึ่งของ "หัวฉีดหลายหัวและตัวเบี่ยงหลายตัว" หรือผู้ควบคุม "หลายหัวฉีดและตัวเบี่ยงหนึ่งตัว" ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับกังหันแบบแรงกระตุ้น วัตถุควบคุมของผู้ควบคุมจะแตกต่างกันไปตามจำนวนเข็มหัวฉีดและตัวเบี่ยงของกังหันแบบแรงกระตุ้น
2. โดยทั่วไป ผู้ควบคุมกังหันน้ำเป็นผลิตภัณฑ์เมคคาทรอนิกส์โดยรวม และส่วนการดำเนินการทางกลของพวกเขาใช้การควบคุมไฮดรอลิก จำแนกตามวิธีการแปลงไฟฟ้า-ไฮดรอลิก สามารถแบ่งออกเป็นผู้ควบคุมแบบดิจิทัล แบบขั้นบันได และแบบสัดส่วน-ดิจิทัล โดยทั่วไป ประเภทดิจิทัลและสัดส่วนจะถูกรวมเข้าด้วยกัน
• ผู้ควบคุมแบบดิจิทัลใช้โซลินอยด์วาล์วเพื่อควบคุมการเปิด/ปิดของวาล์วด้วยพัลส์ดิจิทัล ทำให้เกิดผลในการควบคุมการเปิด/ปิดของเซอร์โวมอเตอร์
• ผู้ควบคุมแบบขั้นบันไดใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์แบบขั้นบันไดให้หมุนไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ สร้างการกระจัดในแนวตั้ง และประสานงานกับวาล์วนำร่องและวาล์วจำหน่ายหลักเพื่อควบคุมการเปิด/ปิดของเซอร์โวมอเตอร์
• วาล์วเซอร์โวแบบสัดส่วนทำการแปลงไฟฟ้า-ไฮดรอลิกผ่านตัวควบคุมแบบสัดส่วนและวาล์วจำหน่ายหลัก
3. จำแนกตามแรงดันน้ำมันที่ใช้ จะแบ่งออกเป็นผู้ควบคุมแรงดันน้ำมันแบบธรรมดาและแรงดันน้ำมันสูง
• แรงดันน้ำมันแบบธรรมดา: 2.5MPa, 4.0MPa, 6.3MPa
• แรงดันน้ำมันสูง: โดยทั่วไป 16MPa
ความจุของถังน้ำมันแรงดันถูกกำหนดโดยขนาดของช่องน้ำมันเซอร์โวมอเตอร์
จำแนกตามความจุของหน่วยที่ควบคุม จะแบ่งออกเป็นผู้ควบคุมขนาดใหญ่ กลาง และเล็ก
ผู้ควบคุมกังหันน้ำมีประวัติการใช้งานที่ยาวนานในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ เมื่อต้นศตวรรษที่ 19 ในปี 1891 บริษัท Voith ของเยอรมนีได้ผลิตผู้ควบคุมเชิงกลบริสุทธิ์เครื่องแรก นั่นคือ ผู้ควบคุมชนิดลูกตุ้มแบบแรงเหวี่ยงเชิงกล ซึ่งการเปิดและปิดของกังหันถูกขับเคลื่อนโดยตรงด้วยสายพาน ด้วยการปรับปรุงข้อกำหนดสำหรับระบบควบคุม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับความไว จำเป็นต้องใช้แรงควบคุมขนาดใหญ่สำหรับการเปิดและปิดในเวลาอันสั้น ทำให้จำเป็นต้องใช้แรงดันไฮดรอลิก สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนาผู้ควบคุมเชิงกลพร้อมการขยายแรงดันน้ำและการขยายแรงดันน้ำมัน ตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1950 ถึงทศวรรษ 1960 ผู้ควบคุมแบบกลไก-ไฮดรอลิกได้มาถึงจุดสูงสุด สวีเดนผลิตผู้ควบคุมแบบไฟฟ้า-ไฮดรอลิกในปี 1944
ประเทศจีนเริ่มพัฒนาผู้ควบคุมแบบไฟฟ้า-ไฮดรอลิกเมื่อต้นทศวรรษ 1950 และในปี 1961 ผู้ควบคุมไฟฟ้าที่ผลิตเองเครื่องแรกของจีนถูกนำไปใช้งานที่โรงไฟฟ้า Liuxihe ทศวรรษ 1960 ถึง 1970 เป็นช่วงเวลาของการพัฒนาผู้ควบคุมแบบไฟฟ้า-ไฮดรอลิกในวงกว้าง
การพัฒนาผู้ควบคุมไฟฟ้าได้ผ่านไปหลายขั้นตอนโดยประมาณ:
ด้วยการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หลังจากที่ไมโครโปรเซสเซอร์เข้าสู่ตลาดในช่วงกลางทศวรรษ 1970 หลายประเทศได้เริ่มพัฒนาผู้ควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์ในปลายทศวรรษ 1970 และต้นทศวรรษ 1980 ผู้ควบคุมดิจิทัลเครื่องแรกของโลกได้รับการพัฒนาโดยแคนาดาในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ในปี 1976 แคนาดาได้พัฒนาผู้ควบคุมดิจิทัลแบบเรียลไทม์ และในปี 1981 ผลการทดสอบของผู้ควบคุมแบบปรับตัวได้ถูกเผยแพร่ ประเทศจีนยังเริ่มพัฒนาผู้ควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 ในช่วงปลายปี 1981 มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Huazhong เริ่มทำการวิจัยเกี่ยวกับ "ผู้ควบคุมโปรเซสเซอร์ไมโครคอมพิวเตอร์ PID แบบปรับตัวได้สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไฮดรอลิก" ซึ่งมีพารามิเตอร์ PID ที่เปลี่ยนแปลงโดยอัตโนมัติตามสภาวะการทำงานของหน่วย (หัวน้ำและช่องเปิด) และเป็นผู้ควบคุมแบบปรับตัวได้เมื่อเกิดข้อผิดพลาด
การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าผู้ควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์มีข้อดีหลายประการเหนือผู้ควบคุมแบบไฟฟ้า-ไฮดรอลิกแบบอะนาล็อก:
ในปี 1969 บริษัท Digital Equipment Corporation (DEC) ของอเมริกาประสบความสำเร็จในการพัฒนา "Programmable Logic Controller (PLC)" ต่อมา ญี่ปุ่นและประเทศในยุโรปก็ประสบความสำเร็จในการพัฒนาและเริ่มผลิตตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ PLC ได้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการสำหรับอุปกรณ์และระบบควบคุมอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมจำนวนมากเนื่องจากความน่าเชื่อถือ รวมถึงมาตรการป้องกันการรบกวนต่างๆ ในฮาร์ดแวร์ เช่น การแยกด้วยแสง การป้องกันทางแม่เหล็กไฟฟ้า และการกรองแบบอะนาล็อก/ดิจิทัล รวมถึงซอฟต์แวร์ระบบที่มีฟังก์ชันต่างๆ เช่น ตัวจับเวลาเฝ้าระวัง (WDT) และการตรวจสอบตนเองของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์
ผู้ควบคุมกังหันเป็นอุปกรณ์พื้นฐานที่สำคัญสำหรับการทำงานอัตโนมัติแบบบูรณาการของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ระดับทางเทคนิคและความน่าเชื่อถือส่งผลโดยตรงต่อการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่ปลอดภัยและคุณภาพพลังงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพพลังงานของทุกภาคส่วนของเศรษฐกิจแห่งชาติ
การพัฒนาของกฎหมายควบคุมในผู้ควบคุมเป็นไปอย่างรวดเร็ว:
ก่อนทศวรรษ 1960 ผู้ควบคุมส่วนใหญ่ใช้กฎหมายควบคุม PI หลังจากทศวรรษ 1970 ผู้ควบคุมแบบไฟฟ้า-ไฮดรอลิกที่ผลิตทั่วโลกได้นำกฎหมายควบคุม PID มาใช้อย่างแพร่หลาย เนื่องจากการแนะนำซอฟต์แวร์ควบคุมอนุพันธ์ความเร็วช่วยปรับปรุงคุณภาพการควบคุมความถี่ได้อย่างมาก
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีไมโครคอมพิวเตอร์และทฤษฎีการควบคุม การวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้กฎหมายควบคุมขั้นสูงกับผู้ควบคุมกังหันได้รับการเปิดตัวอย่างเต็มที่ รวมถึง: การควบคุมที่เหมาะสมที่สุด การควบคุมการตอบสนองของสถานะ การควบคุมแบบปรับตัว การควบคุมเชิงพยากรณ์ การควบคุมแบบฟัซซี การควบคุมพารามิเตอร์แบบปรับตัวได้ การควบคุมโครงสร้างแปรผัน กลยุทธ์การควบคุมโครงสร้างแปรผันโหมดสไลด์ และการควบคุมสัญญาณชดเชยแรงดันน้ำ
• ช่วงการปรับของเวลาปิดเต็มที่ของเซอร์โวมอเตอร์ใบนำร่อง: 3–100 วินาที
• ช่วงการปรับของเวลาเปิดเต็มที่ของเซอร์โวมอเตอร์ใบนำร่อง: 3–100 วินาที
• ช่วงการปรับของเวลาปิดเต็มที่ของเซอร์โวมอเตอร์ใบพัด: 10–120 วินาที
• ช่วงการปรับของเวลาเปิดเต็มที่ของเซอร์โวมอเตอร์ใบพัด: 10–120 วินาที
• ช่วงการปรับความถี่: 45–55 Hz
• ช่วงการปรับของความเร็วตกคงที่: 0–10%
• ช่วงการปรับของอัตราขยายสัดส่วน: 0.5–20
• ช่วงการปรับของอัตราขยายอินทิกรัล: 0.05–10 1/s
• ช่วงการปรับของอัตราขยายอนุพันธ์: 0.0–10 วินาที
• ช่วงการปรับของโซนตายเทียม: 0–±1.5%
• โซนตายความเร็วที่วัดไปยังเซอร์โวมอเตอร์หลัก: ≤0.02%
• หลังจากที่กังหันปฏิเสธโหลด 25% เวลาที่ไม่ทำงานของเซอร์โวมอเตอร์: ≤0.2 วินาที
• ความไม่เป็นเชิงเส้นของเส้นโค้งลักษณะคงที่: ≤0.5%
• ในระหว่างการทำงานโดยไม่มีโหลดอัตโนมัติ 3 นาที ความผันผวนของความเร็วสัมพัทธ์ของหน่วย: ≤±0.15%
• หลังจากปฏิเสธโหลดที่กำหนด 100% จำนวนความผันผวนของความเร็วที่เกิน 3%: ≤2 ครั้ง; ค่าสัมพัทธ์ของความผันผวนของความเร็วอย่างต่อเนื่องของหน่วยที่เกิดจากผู้ควบคุม: ≤±0.15%
• จากช่วงเวลาที่หน่วยปฏิเสธโหลดจนกระทั่งค่าเบี่ยงเบนความเร็วสัมพัทธ์น้อยกว่า ±1% อัตราส่วนของเวลาควบคุมต่อเวลาตั้งแต่การปฏิเสธโหลดจนถึงความเร็วสูงสุดควร ≤15 สำหรับกังหันปฏิกิริยาหัวกลาง/ต่ำ และกังหันแบบแรงกระตุ้น สำหรับหน่วยที่จ่ายไฟให้กับโรงไฟฟ้าหลังจากตัดการเชื่อมต่อจากโครงข่ายไฟฟ้า ความเร็วสัมพัทธ์ขั้นต่ำของหน่วยหลังจากปฏิเสธโหลดควร ≥0.9
• ความพร้อมใช้งานในโหมดอัตโนมัติ: >99.99%
• ความพร้อมใช้งานในโหมดอัตโนมัติ + โหมดแมนนวล: 100%
• เวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลวครั้งแรก (จากการยอมรับในสถานที่): ≥35,000 ชั่วโมง
• ช่วงเวลาการยกเครื่อง: 10 ปี
• อายุการใช้งานก่อนการปลดประจำการ: >20 ปี
ผู้ติดต่อ: Mr. Tu mingqi
โทร: +86 13003602610
แฟกซ์: +86-571-85194290