hakkında şirket haberleri Hidroelektrik Santrallerinde Hidro Türbin Regülatörünün Rolü ve Statüsü

ve Hidro türbin Valisinin Hidroelektrik Santrallerindeki Rolü ve Durumu

Elektrik devredeyken, güç kaynağı ile yük arasındaki dengeyi sürekli olarak korumak gereklidir. Ayrıca, elektrik enerjisinin kalitesini sağlamak, enerji üretim sürecinde önemli bir görevdir. Elektrik enerjisinin kalitesini ölçmek için kullanılan ana göstergeler genellikle gerilim ve frekanstır, ardından dalga şekli gelir. Frekanstaki sapmalar, güç kullanıcılarının normal çalışmasını ciddi şekilde etkileyecektir. Elektrik motorları için, frekanstaki bir düşüş motor hızının düşmesine neden olacak, böylece üretkenliği azaltacak ve motorun hizmet ömrünü etkileyecektir; tersine, frekanstaki bir artış motor hızının artmasına neden olacak, enerji tüketimini artıracak ve ekonomiyi azaltacaktır. Özellikle sıkı hız gereksinimleri olan belirli endüstriyel sektörlerde (tekstil, kağıt üretimi vb.), frekans sapmaları ürün kalitesini büyük ölçüde etkileyecek ve hatta kusurlu ürünlere yol açacaktır. Ek olarak, frekans sapmaları santralin kendisi üzerinde daha ciddi etkilere sahip olacaktır. Örneğin, termik santrallerde, kazan besleme pompaları ve fanlar gibi santrifüj makineleri için, frekans azaldığında çıkışları keskin bir şekilde düşecek, bu da kazanın çıkışının önemli ölçüde azaltılmasına veya hatta kazanın acil olarak kapatılmasına neden olacaktır. Bu, kaçınılmaz olarak sistemin güç çıkışını daha da azaltacak ve sistem frekansında daha fazla düşüşe yol açacaktır. Dahası, azaltılmış bir frekansta çalışırken, türbin kanatları artan titreşim nedeniyle çatlaklar geliştirecek ve böylece türbinin hizmet ömrünü kısaltacaktır. Bu nedenle, sistem frekansındaki keskin bir düşüş eğilimi zamanında durdurulamazsa, kaçınılmaz olarak kısır bir döngüye neden olacak ve hatta tüm güç sisteminin çökmesine yol açacaktır.

Çin'in enerji sektörü düzenlemelerine göre, şebekenin nominal frekansı 50Hz'dir ve büyük şebekeler için izin verilen frekans sapması ±0.2Hz'dir. Küçük ve orta ölçekli şebekeler için, sistem yük dalgalanmaları bazen toplam kapasitelerinin %5 ila %10'una ulaşabilir; hatta büyük güç sistemleri için, yük dalgalanmaları genellikle %2 ila %3'e ulaşır. Güç sistemi yükünün sürekli değişimi, sistem frekansında dalgalanmalara yol açar. Bu nedenle, türbin regülasyonunun temel görevi, türbin-jeneratör setinin çıkış gücünü sürekli olarak ayarlamak ve ünitenin dönme hızını (frekans) belirtilen nominal aralıkta tutmaktır.

Özetle, hidro türbin valfi hidroelektrik santrallerindeki türbin-jeneratör seti için önemli bir yardımcı cihazdır. Türbin-jeneratör setini başlatma ve durdurma, yükleri artırma veya azaltma ve acil durum kapatma gibi görevleri tamamlamak için istasyonun ikincil devresi ve bilgisayar izleme sistemi ile koordinasyon sağlar. Türbin valfi ayrıca otomatik üretim kontrolü, grup kontrolü ve su seviyelerine göre düzenleme gibi görevleri tamamlamak için diğer cihazlarla birlikte çalışabilir. Ek olarak, şebekede bir arıza meydana geldiğinde, yük reddi sürecini hızlı ve istikrarlı bir şekilde tamamlamak, türbin ünitesini korumak ve mümkün olan en kısa sürede nominal hızı geri kazanmasını sağlamak için devre kesici ile işbirliği yapar.

Sonuç olarak, türbin valfinin temel görevleri aşağıdaki gibi özetlenmiştir:
◆ Ünitenin normal çalışması
◆ Ünitenin güvenli çalışmasının sağlanması
◆ Paralel üniteler arasında yüklerin makul dağılımı

Hidro Türbin Valfi Çeşitleri

Kontrol edilen nesnelerin sayısına göre sınıflandırıldığında, tek ayarlamalı valfler ve çift ayarlamalı valfler olarak ayrılabilirler.

• Genellikle, tek ayarlamalı valfler, reaksiyon türbinlerinin (Francis türbini gibi) çeşitli sabit kanatlı üniteleri için kullanılır. Kontrol edilen nesne sadece kılavuz kanatlardır ve türbin kanatlarından geçen su akışı, kılavuz kanatların açıklığının ayarlanmasıyla kontrol edilir.

• Çift ayarlamalı valfler, çeşitli reaksiyon tipi değişken kanatlı üniteler (Kaplan türbini gibi) için kullanılır. Kontrol edilen nesneler kılavuz kanatlar ve çark kanatlarıdır. Türbine su akışının çıkışı, kılavuz kanatların açıklığının ve çark kanatlarının açısının ayarlanmasıyla kontrol edilir. Genel olarak, değişken kanatlı üniteler, kılavuz kanatlar ve çark kanatları arasında koordineli kontrole sahiptir.

Ek olarak, darbe türbinleri daha fazla kontrol edilen nesneye sahiptir ve bunlar, darbe türbinleri için özel olarak tasarlanmış "çoklu nozül ve çoklu deflektör" veya "çoklu nozül ve tek deflektör" valfleri olarak sınıflandırılır. Valfin kontrol nesneleri, darbe türbininin nozül iğnelerinin ve deflektörlerinin sayısına göre değişir.

2. Hidro Türbin valfleri genellikle bir bütün olarak mekatronik ürünlerdir ve mekanik yürütme parçaları hidrolik kontrolü benimser. Elektro-hidrolik dönüşüm yöntemlerine göre sınıflandırıldığında, dijital, kademeli ve orantılı-dijital valfler olarak ayrılabilirler. Genellikle, dijital ve orantılı tipler birleştirilir.

• Dijital valfler, servomotorun açma/kapama etkisini elde ederek, valfin açma/kapama durumunu kontrol etmek için dijital darbelerle solenoid valfleri kullanır.

• Kademeli valfler, dikey yer değiştirme üreten, ileri veya geri dönmek için kademeli motoru sürmek için akım kullanır ve servomotorun açma/kapama durumunu kontrol etmek için pilot valf ve ana dağıtım valfi ile koordinasyon sağlar.

• Orantılı servo valfler, orantılı kontrolörler ve ana dağıtım valfleri aracılığıyla elektro-hidrolik dönüşümü tamamlar.

3. Kullanılan yağ basıncına göre sınıflandırıldığında, konvansiyonel yağ basıncı ve yüksek yağ basıncı valfleri olarak ayrılırlar.

• Konvansiyonel yağ basınçları: 2.5MPa, 4.0MPa, 6.3MPa

• Yüksek yağ basıncı: genellikle 16MPa

Basınçlı yağ deposunun kapasitesi, servomotor yağ boşluğunun boyutuna göre belirlenir.

Kontrol edilen ünitenin kapasitesine göre sınıflandırıldığında, büyük, orta ve küçük valfler olarak ayrılırlar.

Gelişim Tarihi Hidro Türbin Valfleri

Hidro Türbin valfleri, hidroelektrik santrallerinde uzun bir uygulama geçmişine sahiptir. 19. yüzyılın sonlarında, 1891'de Alman şirketi Voith, türbinin açılıp kapanmasının doğrudan bir kayışla tahrik edildiği, mekanik santrifüj sarkaç tipi valf olan ilk saf mekanik valfi üretti. Valf sistemi için gereksinimlerin, özellikle hassasiyet için iyileştirilmesiyle, kısa sürede açma ve kapama için büyük bir düzenleme kuvveti gereklidir, bu da hidrolik basıncı gerekli hale getirir. Bu, su basıncı amplifikasyonu ve yağ basıncı amplifikasyonu ile mekanik valflerin geliştirilmesine yol açtı. 1950'lerin sonlarından 1960'lara kadar, mekanik-hidrolik valfler zirvelerine ulaştı. İsveç, 1944'te elektro-hidrolik valfler üretti.

Çin, 1950'lerde elektro-hidrolik valfler geliştirmeye başladı ve 1961'de Çin'in ilk kendi üretimi elektrikli valfi Liuxihe Santrali'nde işletmeye alındı. 1960'lar ve 1970'ler, elektro-hidrolik valfler için büyük ölçekli bir gelişim dönemiydi.

Elektrikli valflerin gelişimi kabaca birkaç aşamadan geçti:

• Vakum tüplerinin elektriksel amplifikatörler olarak kullanıldığı ve elektriksel frekans ölçüm devrelerinin mekanik santrifüj sarkaçların yerini aldığı vakum tüpü aşaması.
• Daha sonra, transistörler vakum tüplerinin yerini aldı ve transistör tipi elektro-hidrolik valfler ortaya çıktı.
• 1970'lerde, büyük ölçekli entegre devre teknolojisi hızla gelişti ve entegre devre işlem amplifikatörleri türbin valflerine uygulandı. Böylece, elektro-hidrolik valfler kademeli olarak ayrık bileşenlerden entegre devre yapılarına evrildi.

Bilim ve teknolojinin gelişimiyle birlikte, mikroişlemciler 1970'lerin ortalarında pazara girdikten sonra, birçok ülke 1970'lerin sonlarında ve 1980'lerin başlarında ardışık olarak mikrobilgisayar valfleri geliştirmeye başladı. Dünyanın ilk dijital valfi, 1970'lerin başında Kanada tarafından geliştirildi. 1976'da Kanada, gerçek zamanlı bir dijital valf geliştirdi ve 1981'de uyarlanabilir bir valfin test sonuçları yayınlandı. Çin de 1980'lerin başında mikrobilgisayar valfleri geliştirmeye başladı. 1981'in sonunda, Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, ünitenin çalışma koşulları (su yüksekliği ve açıklık) ile otomatik olarak değişen PID parametrelerine sahip ve bir arıza uyarlamalı valf olan "Hidrolik Türbin Jeneratörleri için Uyarlanabilir Değişken Parametreli PID Mikrobilgisayar İşlemci Valfi" üzerinde araştırmalara başladı.

Uygulama, mikrobilgisayar valflerinin analog elektro-hidrolik valflere göre birçok avantaja sahip olduğunu kanıtlamıştır:

• Mikrobilgisayar valflerinin yazılımı esnek bir şekilde yapılandırılmıştır ve kontrol modlarının ve stratejilerinin türbin regülasyon sisteminin özelliklerine ve her santralin özel gereksinimlerine göre ayarlanmasına izin vererek, ünitenin verimli, yüksek kaliteli ve ekonomik olarak çalışmasını sağlar. Bu nedenle, mikrobilgisayar valfleri ortaya çıktıklarından beri güçlü bir canlılık göstermiştir.
• Mikrobilgisayar teşhis teknolojisi ve arıza toleranslı teknolojisinin uygulanması, valflerin güvenilirliğinin artırılmasına yardımcı olur. Mikrobilgisayarların iletişim, arayüz ve güçlü genişleme fonksiyonları, mikrobilgisayar valflerinin santrallerdeki bilgisayar izleme sistemlerinin gereksinimlerine iyi uyum sağlamasını sağlar.

1969'da, Amerikan şirketi Digital Equipment Corporation (DEC) "Programlanabilir Mantık Kontrolörü (PLC)"ni başarıyla geliştirdi. Daha sonra, Japonya ve Avrupa ülkeleri de programlanabilir kontrolörleri başarıyla geliştirdi ve üretmeye başladı. PLC, fotoelektrik izolasyon, elektromanyetik koruma ve analog/dijital filtreleme gibi donanımda bir dizi parazit önleme önleminin yanı sıra, bir bekçi zamanlayıcısı (WDT) ve donanım ve yazılımın kendi kendine kontrolü gibi işlevlere sahip sistem yazılımı dahil olmak üzere, birçok endüstriyel otomatik kontrol ekipmanı ve sistemi için tercih edilen ürün haline geldi.

Türbin valfleri, hidroelektrik santrallerinin entegre otomasyonu için önemli temel ekipmanlardır. Teknik seviyeleri ve güvenilirlikleri, hidroelektrik santrallerinin güvenli enerji üretimi ve enerji kalitesini doğrudan etkiler, böylece ulusal ekonominin tüm sektörlerinin enerji kalitesini etkiler.

Valf Kontrol Yasalarının ve Sistem Yapısının Evrimi

Valflerdeki kontrol yasalarının gelişimi hızlı olmuştur:

• En eski valfler (mekanik tipler) orantılı bağlantılardı ve P sembolü ile gösterilen orantılı kontrol yasalarını oluşturuyordu.
• Daha sonra, çoğu valf, I'nin integral eylemi temsil ettiği orantılı-integral kontrol yasaları, yani PI tipi valfler ile tasarlandı.
• 1950'lerin sonları ve 1960'ların başlarında, hızlanma regülasyonunun benimsenmesiyle, D'nin türev kontrolünü temsil ettiği P-I-D kontrol yasalarına sahip valfler ortaya çıktı. Örneğin, İsveç'in ASEA tarafından üretilen FRVV-10S elektro-hidrolik valfi ve Fransa'nın NEYRPIC tarafından üretilen RAPID elektro-hidrolik valfi, P-I-D kontrol yasalarına sahiptir.
• 1970'lerin ortalarında, PID düzenleyiciler doğrudan türbin valflerine uygulandı ve paralel orantılı (P), integral (I) ve türev (D) bağlantılara sahip valfler olan PID tipleri ortaya çıktı. Buradaki integral eylem, yağ basıncı servoları tarafından integral eylemin üretildiği P-I-D valflerinden açıkça farklı olan elektriksel bağlantılar tarafından üretilir. Bu PID tipi valf, iyi statik ve dinamik özelliklere sahiptir ve daha gelişmiş valflerden biridir.
  (Not: P-I-D, P, I, D kontrol yasalarına sahip elektrikli valfleri, P-I-D hızlanma tipi valfler dahil; PID, P, I, D kontrol yasalarını somutlaştıran, paralel P, I, D bağlantılarına sahip elektrikli valfleri belirtir.)

1960'lardan önce, çoğu valf PI kontrol yasalarını kullanıyordu. 1970'lerden sonra, dünya çapında üretilen elektro-hidrolik valfler, frekans kontrolünün düzenleme kalitesini önemli ölçüde artıran hız türevi düzenlemesinin tanıtımıyla birlikte, yaygın olarak PID kontrol yasalarını benimsedi.

Gelişmiş Kontrol Yasalarının Araştırılması ve Uygulanması

Son yıllarda, mikrobilgisayar teknolojisi ve kontrol teorisinin gelişimiyle birlikte, gelişmiş kontrol yasalarını türbin valflerine uygulama araştırmaları tam olarak başlatılmıştır, bunlar şunları içerir: optimal kontrol, durum geri besleme kontrolü, uyarlanabilir kontrol, tahmin edici kontrol, bulanık kontrol, uyarlanabilir değişken parametreli kontrol, değişken yapı kontrolü, kayan mod değişken yapı kontrol stratejileri ve su basıncı telafi sinyali kontrolü.

• Programlanabilir Mantık Kontrolörlerinin (PLC) ortaya çıkışı, türbin valfi kontrolüne yeni bir canlılık kazandırdı, çoklu kontrol fonksiyonlarını entegre etti, kontrol performansını büyük ölçüde artırdı ve elektrik kontrol ünitelerinin yapısını basitleştirdi. Sonraki Ar-Ge ve üretimdeki uygulama, PLC'nin türbin valflerinin kontrol çekirdeği olarak kullanılmasının kademeli olarak ana akım haline geldiğini ve farklı üreticiler tarafından çeşitli valf tiplerinin geliştirilmesi için temel oluşturduğunu kanıtladı.
• Dijital valf tipi valflerin geliştirilmesi ve devreye alınması, valflerin mekanik kısmında reformların başlangıcını işaret etti. Elektro-hidrolik dönüşüm bağlantısı (kurtuldu), ana dağıtım valfine bağımlılık, düşük maliyet, istikrarlı performans ve yağ kalitesi için düşük gereksinimler, daha sonra küçük hidroelektrik santrallerin hızlı gelişimine büyük ölçüde yardımcı oldu.
• Darbe türbin üniteleri, kısa servomotor stroklarına ve çoklu kontrol nesnelerine sahiptir. Bu valfin geliştirilmesi ve devreye alınması, sonraki özel darbe valfleri araştırmaları için deneyim biriktirdi.
• Elektro-hidrolik dönüşüm bağlantılarının daha da geliştirilmesi, çift dönüşüm modlarının (karşılıklı yedekleme), parazitsiz, bir bağlantının çalışmasına ve diğerinin bakıma alınmasına izin vererek, bir arada var olmasını sağladı. Birden fazla santraldeki başarılı çalışma deneyimleriyle, büyük hidroelektrik santraller için tercih edilen ürün haline geldi.

Performans Göstergeleri

• Kılavuz kanat servomotorunun tam kapanma süresinin ayar aralığı: 3–100 S

• Kılavuz kanat servomotorunun tam açılma süresinin ayar aralığı: 3–100 S

• Çark kanat servomotorunun tam kapanma süresinin ayar aralığı: 10–120 S

• Çark kanat servomotorunun tam açılma süresinin ayar aralığı: 10–120 S

• Frekans ayar aralığı: 45–55 Hz

• Kalıcı hız düşüşünün ayar aralığı: 0–10%

• Orantılı kazancın ayar aralığı: 0.5–20

• İntegral kazancın ayar aralığı: 0.05–10 1/s

• Türev kazancın ayar aralığı: 0.0–10 s

• Yapay ölü bölgenin ayar aralığı: 0–±1.5%

• Ana servomotora ölçülen hız ölü bölgesi: ≤0.02%

• Türbin %25 yükü reddettikten sonra, servomotorun çalışmama süresi: ≤0.2 s

• Statik karakteristik eğrisinin doğrusal olmaması: ≤0.5%

• 3 dakikalık otomatik yüksüz çalışma sırasında, ünitenin göreli hız dalgalanması: ≤±0.15%.

• %100 nominal yük reddedildikten sonra, %3'ü aşan hız dalgalanmalarının sayısı: ≤2 kez; valfin neden olduğu ünitenin sürekli hız dalgalanmasının göreli değeri: ≤±0.15%.

• Ünite yükü reddettiği andan itibaren göreli hız sapması ±%1'den az olana kadar, düzenleme süresinin yük reddinden en yüksek hıza kadar olan süreye oranı, orta/düşük su başlığı reaksiyon türbinleri ve darbe türbinleri için ≤15 olmalıdır; şebekeden bağlantısı kesildikten sonra santrale güç sağlayan üniteler için, yük reddinden sonra ünitenin minimum göreli hızı ≥0.9 olmalıdır.

2.4.4 Valf Sisteminin Güvenilirliği

• Otomatik modda kullanılabilirlik: >%99.99

• Otomatik + manuel modda kullanılabilirlik: %100

• İlk Arızalar Arası Ortalama Süre (yerinde kabulden itibaren): ≥35.000 saat

• Revizyon aralığı: 10 yıl

• Devreden çıkarma öncesi hizmet ömrü: >20 yıl