Регулятор частоты вращения гидротурбины предназначен для автоматического регулирования частоты вращения и управления гидротурбинами всех типов, а также для регулирования активной мощности гидроагрегата. Регулятор обеспечивает устойчивое автоматическое регулирование гидроагрегата на холостом ходу, при работе на изолированную нагрузку и в мощную энергосистему, а также позволяет осуществлять автоматический пуск, остановку гидроагрегата и оптимальный процесс закрытия направляющего аппарата при сбросах нагрузки. Эти задачи могут выполняться как гидромеханическими, так и электрогидравлическими регуляторами.
В гидромеханических регуляторах функции измерения необходимых параметров и формирования стабилизирующих устройств осуществляют механические устройства, в электрогидравлических — электротехнические устройства. Гидромеханические регуляторы мало пригодны для реализации большого числа управляющих воздействий, а также для группового регулирования, имеющего большое значение для многоагрегатных ГЭС. В связи с этим в последние годы выпускают в основном электрогидравлические регуляторы, а не гидромеханические.
В состав электрогидравлических регуляторов входят панель электрооборудования, гидромеханическая колонка управления и механизм обратных связей. По назначению различают два исполнения регуляторов: ЭГР — для гидротурбин с одним регулирующим органом (без комбинатора); ЭГРК —для гидротурбин с двумя регулирующими органами (с комбинатором). При обозначении панели электрооборудования к шифру ЭГР добавляют специальные индексы, например 1Т или 2И: ЭГР-1Т или ЭРГ-2И, где 1Т означает первую модификацию панели с применением транзисторных усилителей, 2И — вторую модификацию панели с применением интегральных микросхем.
Гидромеханические колонки управления различаются модификациями (исполнениями) и диаметрами главных золотников: 70; 100; 150; 200; 250 мм. При обозначении типа гидромеханической колонки диаметр применяемого золотника и порядковый номер исполнения колонки указывают после шифров ЭГР или ЭГРК. например: гидромеханическая колонка ЭГР-150-5 или ЭГРК-200-6.
В целом электрогидравлический регулятор имеет, например, обозначение: ЭГР-1Т-150-5 или ЭГРК-2И-200-6. В обозначениях регулятора, где отсутствует указание модификации панели электрооборудования, электрическая часть регулятора в качестве усилителя имеет электронную лампу.
В табл. IX.2 приведены основные особенности модификаций электрогидравлических регуляторов.
Основные технические данные электрогидравлических регуляторов:
Диапазон действия механизма изменения частоты*(МИЧ) ............................................... ±10 %
Диапазон действия механизма изменения мощности (МИМ.) ................................................... 0—100%
Диапазон изменения статизма1 bр....................................................................................................... 0—10 %
Интенсивность изодромной обратной связи1 ....................................................................................... 0—100.... %
Постоянная времени изодрома Td......................................................................................................... 0—25 с
Постоянная времени ускорения Тп ...................................................................................................... 0—1с
Регулируемая искусственно вводимая мертвая зона 1............................................................. 0 — 2 %
Минимальная мертвая зона1·................................................................................................................... 0,025 %
* Указанные параметры даны в % от номинальной частоты вращения.
Таблица IX.2. Основные особенности модификаций электрогидравлических регуляторов
Обозначение регулятора | Электрическая часть | Гидромеханическая часть | |||
Тип панели электрооборудования | Основные особенности | Тип гидромеханической колонки | Основные особенности | ||
ЭГР-150 |
|
| ЭГР-150 | ЭГП — гильзового типа*1. Потенциометры обратной связи — внутри колонки. Пуск и остановка — через МОО | |
ЭГР-100-3; ЭГР-150-3 | ЭГР | Усилитель выполнен с. применением электронной лампы. Изодромная обратная связь, и статизм взяты по положению направляющего аппарата. ЧЧЭ — контур LC. Изменение частоты и мощности осуществляется через МИЧ. Датчиками обратных связей являются потенциометры. Катушка ЭГП — двух- | ЭГР-100-3; ЭГР-150-3 | То же, что и для колонки ЭГР-150. Противоразгонная защита с применением масляного катаракта. Механическое ограничение открытия направляющего аппарата по напору. ЭГП — типа сопло- заслонка | |
ЭГРК-100; |
| ЭГРК-100; | То же, что и для колонки ЭГР-150-3. Механизм управления комбинатором — с применением гидроусилителя. Управление лопастями рабочего колеса — с помощью электродвигателя | ||
ЭГР-М-100-3; | ЭГР-М | Выявительная часть выполнена с применением магнитных усилителей (ТУМ). В качестве датчиков обратных связей от направляющего аппарата применены сельсины. Катушка ЭГП — однообмоточная. Схема управления по напору выполнена на транзисторах ЧЧЭ — контур LC. Изменение частоты и мощности осуществляется через МИЧ. Сигнал управления от МИМ подается через изодром | ЭГР-100-3; | То же, что и для колонок ЭГР-100-3 и ЭГР-150-3. Механизм обратных связей с сельсинами установлен в колонке | |
ЭГРК-М-100-3; | ЭГРК-100-3; | Применены типовые узлы и механизмы колонки ЭГР-100-3. Лопасти рабочего колеса управляются электродвигателем. | |||
Обозначение регулятора | Электрическая часть | Гидромеханическая часть | |||||
Тип панели электро - оборудования | Основные особенности | Тип гидромеханической колонки | Основные особенности | ||||
ЭГРК-2М-200-3; | ЭГР-2М | Выявитель выполнен с применением специальных магнитных усилителей | ЭГРК-200-3; | Наличие промежуточного сервомотора. Механизм программного закрытия с электромагнитом. Лопасти рабочего колеса управляются гидромеханическим устройством. Имеется механизм*3 ограничения открытия направляющего аппарата по высоте отсасывания Hs. Пуск и остановка через МОО. Контроль давления масла перед ЭГП. Показания приборов колонки дублируются сельсинами | |||
ЭГР-2М-100-4; | ЭГР-100-4; ЭГР-150-4 | То же, что и для колонок ЭГР-100-3 и ЭГР-150-3. Механизм ограничения по напору — с сельсином обратной связи. Противоразгонная защита с применением контакта на главном золотнике. Применены типовые механизмы колонки | |||||
ЭГРК-2М-100-4; | ЭГРК-100-4; | То же, что и для колонок ЭГРК-100-3 и ЭГРК-150-3. Механизм программного, закрытия с электромагнитом. Лопасти· управляются с помощью гидромеханических устройств. Применены типовые· узлы и механизмы колонки ЭГРК-250-3 | |||||
Обозначение регулятора | Электрическая часть | Гидромеханическая часть | ||
Тип панели электрооборудования | Основные особенности | Тип гидромеханической колонки | Основные особенности | |
ЭГР-1Т-100-4; ЭГР-1Т-150-4 |
|
| ЭГР-100-4; | То же самое, что и в регуляторах ЭГР-2М-100-4 и ЭГР-2М-150-4. Механизм обратных связей с вращающимися трансформаторами вынесен из колонки управления. Показания приборов колонки дублируются потенциометрами. Механизмы МИЧ и МИМ вынесены из колонки управления. Механизм ограничения направляющего аппарата по напору — с потенциометром в обратной связи |
ЭГРК-1Т-100-4; |
| Формирование сигнала регулирования по ПИД-закону. Электрический интегратор имеет транзисторный усилитель (УПД-2). Имеется устройство автоматической подгонки частоты. Предусмотрено введение зоны нечувствительности. Сигнал от МИМ подается на вход следящей системы. Датчиками обратных связей от направляющего аппарата являются вращающиеся трансформаторы. Блочно-модульное исполнение панели (с печатным монтажом модулей). Механизмы МИЧ и МИМ расположены в панели электрооборудования. Электрический усилитель выполнен с использованием принципа широтно-импульсной модуляции | ЭГРК-100-4; | То же самое, что в регуляторах ЭГРК-2М-100-4 и ЭГРК-2М-150-4. Механизм обратных связей с вращающимися трансформаторами вынесен из колонки управления. Показания приборов дублируются потенциометрами |
ЭГРК-1Т-150-5 | ЭГР-1Т | ЭГРК-150-5 | То же, что и для колонки ЭГРК-150-4. Пуск и остановка — с применением соленоидов и МОО. Имеется механизм холостого хода с коррекцией открытия по напору. Наличие фиксатора. Механизм программного закрытия отсутствует. Лопасти рабочего колеса управляются с применением соленоида. Имеется телефон. Конструкция механизма управления комбинатором содержит два клина для коррекции и ограничения по напору | |
ЭГРК-1Т-200-6 |
| ЭГРК-200-6 | То же, что и для колонки ЭГРК-150-5. Имеется механизм программного закрытия с воздействием на лопасти рабочего колеса | |
ЭГР-1Т-100-5 |
|
| ЭГР-100-5 | То же, что и для колонки ЭГР-100-4. Пуск и остановка — с применением соленоида и МОО. Имеется механизм холостого хода с коррекцией открытия по напору. В конструкции механизма ограничения по напору предусмотрено два кулачка. Имеется телефон |
Обозначение регулятора | Электрическая часть | Гидромеханическая часть | ||
Тип панели электрооборудования | Основные особенности | Тип гидромеханической колонки | Основные особенности | |
ЭГР-2И-10-7*6 | ЭГР-2И | То же, что и для панели ЭГР-1Т. Усилитель — с применением интегральных микросхем. Регулятор управляется с применением бесконтактных элементов «Логика-Т». Командоаппарат построен на электронном принципе. Имеется электронное реле частоты вращения. ЧЧЭ содержит интегратор, управляемый частотой вращения агрегата | ЭГР-10-7 | Колонки управления на давление |
ЭГР-2И1-10-8*7 | ЭГР-2И1 | То же, что и для панели ЭГР-2И. Статизм по открытию направляющего аппарата или по мощности. Безмоторные МИЧ и МИМ. Двухполярный усилитель с широтно-импульсной модуляцией. Отсутствует реле частоты вращения. Релейная схема автоматики выполнена на электромагнитных реле. Сигнал управления от МИМ подается через изодром | ЭГР-10-8 | То же, что и для колонки ЭГР-10-7. Отсутствует механизм холостого хода. Имеется механизм ограничения открытия направляющего аппарата (соленоидный) для насосного режима. Пуск через ЭГП в турбинном режиме. ЭГП — с электрической обратной связью. Пуск и остановка — через ЭГП. МОО является элементом ручного управления и защиты |
ЭГР-2И1-100-11; ЭГР-2И1-150-11 | ЭГР-100-11; ЭГР-150-li | |||
ЭГРК-2И1-100-4; ЭГРК-2И1-150-4 | ЭГРК-100-4; | То же, что и для колонок ЭГРК-100-4 и ЭГРК-150-4. Лопасти рабочего колеса управляются с помощью соленоида. Отсутствует контроль давления перед ЭГП | ||
*1 На некоторых ГЭС ЭГП гильзового типа заменены на ЭГП типа сопло-заслонка. | ||||
Схема выполнена со следящей гидромеханической системой; имеющей малую постоянную времени, практически не оказывающую влияния на динамику регулирования. Высокое быстродействие системы по управляющему воздействию от МИМ достигается тем, что сигнал от МИМ помимо прямого канала подается на изодром, чем компенсируется влияние последнего на скорость реализации командного сигнала.
На рис. IX.2, в дана схема регулятора с панелями ЭРГ-IT или ЭГР-2И и колонками управления исполнений 4, 5 или 6. Для этой схемы характерно наличие электрического интегратора, с выхода которого взяты изодромная обратная связь и статизм.
Рис. IX.2. Функциональные схемы ЭГР
Функциональные схемы ЭГР.
На рис. IX.2, а представлена схема регулятора с панелями ЭГР или ЭГР-М и колонками управления исполнений 2 или 4. Особенность этой схемы в том, что изодромная обратная связь и статизм взяты по положению сервомоторов направляющего аппарата. В качестве датчиков обратных связей использованы потенциометры или сельсины. Недостаток схемы — низкое быстродействие по каналу изменения мощности агрегата, так как реализация сигнала от МИМ связана с действием изодрома.
На рис. IX.2, б показана схема регулятора с панелью ЭГР-2М и колонкой управления исполнения 3. Здесь изодромная обратная связь и статизм взяты от промежуточного сервомотора. В качестве датчика обратной связи применен сельсин.
Гидромеханическая часть является следящей системой. В качестве датчика обратной связи по положению сервомотора направляющего аппарата применен поворотный трансформатор. Высокое быстродействие со стороны МИМ обеспечивается тем, что сигнал управления подается непосредственно на вход следящей системы. Благодаря этому реализация управляющих воздействий не зависит от выбранных параметров статизма и изодрома. В отличие от рассмотренных выше схем в регуляторе предусмотрена возможность введения ускорения, что обеспечивает формирование сигнала по ПИД-закону.
Панель электрооборудования
Панель электрооборудования является составной частью электрогидравлического регулятора и предназначена для выполнения следующих функций: измерения частоты вращения гидроагрегата; формирования сигнала регулирования; суммирования и преобразования сигналов управления и сигналов обратных связей; усиления основного сигнала регулирования до уровня, необходимого для управления ЭГП; автоматического переключения цепей регулятора при изменении режимов работы гидроагрегата.
Панели электрооборудования одинаковы для всех типов регуляторов и отличаются только типом используемых в них электрических элементов, обеспечивающих выполнение перечисленных выше функций. Панели ЭГР в качестве усилителя имеют электронную лампу 6Н1П, в панелях ЭГР-М использованы магнитные усилители типа ТУМ, в панелях ЭГР-2М—специальные магнитные усилители с пермаллоевыми сердечниками, в панелях ЭГР-1Т — транзисторные усилители типа УПД, а в панелях ЭГР-2И — интегральные микросхемы.
В настоящее время серийно выпускают панели ЭГР-1Т и ЭГР-2И. В панелях ЭГР-1Т схема управления регулятором выполнена на электромагнитных реле, в панелях ЭГР-2И — на бесконтактных элементах «Логика-Т». Панель ЭГР-1Т представляет собой двухсекционную стойку размерами 570X540X2285 мм. В каждой секции установлено по пять блоков. В нижней части панели расположен клеммник для подключения внешнего кабеля, который подводят через специальное отверстие в днище панели. В нижней части также установлены механизмы изменения частоты и мощности, автомат защиты тахогенератора от перегрузок, трансформатор для подгонки напряжения тахогенератора. Нижняя часть панели закрыта съемными листами из тонколистовой стали с жалюзи для естественной вентиляции.
Лицевые стороны блоков, образующие основную часть фасада панели электрооборудования, имеют сигнальные-лампы и контрольные гнезда для подключения измерительных приборов. Таких блоков восемь. Еще два блока имеют на лицевых сторонах только контрольно-измерительные приборы, которые показывают следующие параметры: частоту вращения агрегата (электротахометр); открытие направляющего аппарата; положение механизма ограничения открытия; давление масла в системе регулирования; величину сигнала индивидуального регулирования; величину сигнала группового регулирования.
В качестве указателей применены узкопрофильные приборы, имеющие цветовые светофильтры. Под приборами установлены ключи управления механизмами изменения частоты и мощности и механизмом ограничения открытия направляющего аппарата.
Задняя часть панели закрыта двумя одностворчатыми дверьми шириной 500 мм, за которыми расположены жгуты проводов межблочных соединений и органы настройки регулятора. Блоки снабжены штепсельными разъемами. Внутри блоков расположены специальные направляющие для установки субблоков с электрическими элементами. Субблоки также имеют штепсельные разъемы. Элементы в субблоке соединяются печатным монтажом.
Панель ЭГР-2И конструктивно выполнена аналогично.
