sui@qdczpower.com

1. Cải tạo hệ thống thủy lực điện cho tuabin hơi áp suất ngược lấy hơi công suất 12MW

Tổng quan về hoạt động của hệ thống gốc

Nhà máy điện sử dụng hệ thống điều chỉnh tuabin hoàn toàn thủy lực hoặc bán thủy lực. Trong quá trình vận hành, thường xuyên xuất hiện các khiếm khuyết trong điều chỉnh: phản ứng chậm chạp về tốc độ (phụ tải), dao động quá mức của động cơ dầu, điều khiển tốc độ không ổn định, dao động phụ tải, phản ứng chậm trước những thay đổi điều kiện hoặc vượt mức. Những hiện tượng này có liên quan trực tiếp đến đặc tính phản hồi của chính hệ thống điều chỉnh.

Hệ thống điều chỉnh tuabin sử dụng either một hệ thống thủy lực hoàn toàn hoặc một hệ thống lai điện-thủy lực, phản ánh giai đoạn chuyển tiếp trong các hệ thống điều khiển thị trường. Mặc dù bộ điều khiển điện-thủy lực được sử dụng để xử lý tín hiệu, hệ thống khuếch đại servo và cơ cấu chấp hành vẫn dựa trên các linh kiện cơ khí tương đối truyền thống. Độ chính xác và độ nhạy của các yếu tố cơ khí này không thể phối hợp hiệu quả với bộ điều khiển, khiến toàn bộ hệ thống không đạt được sự kiểm soát chính xác.

Xét đến các yêu cầu hiện đại về lưới điện đối với việc điều khiển tự động và thông minh cho nhà máy điện, các hệ thống hiện có bộc lộ những hạn chế sau:

1) Việc đo tốc độ dựa vào một bơm xung, tạo ra tín hiệu áp suất dầu xung tỷ lệ với bình phương tốc độ quay. Ở tốc độ thấp, áp suất dầu xung trở nên không đáng kể, khiến việc điều khiển tốc độ vòng kín trở nên khó khăn về mặt kỹ thuật;

2) Trong các hệ thống cân bằng lưu lượng, việc giảm áp suất dầu xung Px sẽ mở van hơi, trong khi tăng áp suất này sẽ đóng van. Điều này có nghĩa là nếu một ống dầu bị vỡ hoặc một gioăng bị rò rỉ, khiến Px giảm xuống, thì van sẽ di chuyển theo hướng mở rộng hơn—đi ngược lại với các nguyên tắc thiết kế an toàn.

3) Độ cứng lò xo cơ học thấp trong các động cơ dầu thô dẫn đến độ trễ đáng kể trong phản ứng của van, không đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh nhanh chóng.

4) Hệ thống có hiện tượng trượt dưới một số điều kiện tải nhất định, cho thấy độ cứng đầu ra của động cơ thủy lực kém.

5) Việc lấy hơi nước và phát điện (áp suất ngược) không thể đạt được điều khiển tự động hóa.

Tóm tắt những hạn chế của hệ thống gốc:

Thứ nhất, hệ thống an toàn điều chỉnh và hệ thống bôi trơn chia sẻ chung một bình dầu, dẫn đến việc không đảm bảo độ sạch của dầu điều chỉnh. Điều này làm tăng đáng kể khả năng bị kẹt và hoạt động chậm chạp trong hệ thống điều chỉnh tốc độ.

Thứ hai, toàn bộ hệ thống điều khiển tốc độ thủy lực bao gồm các bộ phận khuếch đại truyền động như bộ chuyển đổi điện-thủy lực, van bi điều chỉnh, van vi sai, động cơ thủy lực, đòn bẩy hồi tiếp cơ học và van khởi động. Mạch điều khiển của hệ thống này dài và liên kết chặt chẽ, đòi hỏi sự ổn định ở mọi giai đoạn. Khả năng tự điều chỉnh vốn có của hệ thống là không đủ, dẫn đến nhiều điểm tiềm ẩn gây hỏng hóc và làm phức tạp quá trình bảo trì.

Kế hoạch sửa đổi thiết bị

Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ tự động hóa và thông minh trong ngành công nghiệp, các hệ thống servo phản hồi điện cắt cao áp đã trở thành những hệ thống điều khiển tự động hóa và chính xác nhất cho các máy tuabin cỡ nhỏ và vừa.

DEH được xây dựng trên cơ sở vận hành phối hợp giữa cả hệ thống điện và hệ thống thủy lực. Điều này không chỉ đòi hỏi phải sửa đổi hệ thống điều khiển điện tử mà còn yêu cầu đại tu quan trọng hệ thống điều khiển thủy lực, cụ thể là:

Hệ thống Điều khiển Điện tử DEH: Sử dụng bộ điều khiển điện tử DEH mới nhất.

Hệ thống Điều khiển Thủy lực DEH: Thay đổi động cơ thủy lực của van điều chỉnh áp suất cao và động cơ thủy lực lấy hơi thành một hệ thống servo điện-thủy lực với nguồn dầu áp suất cao độc lập.

Hệ thống động cơ thủy lực tự chứa được nâng cấp (Hình 1) sử dụng một trạm dầu điều khiển độc lập. Động cơ thủy lực tác động trực tiếp này điều khiển trực tiếp van hơi điều chỉnh để kiểm soát lượng hơi vào. Hệ thống này sử dụng tín hiệu điện để phản hồi vị trí, loại bỏ các giai đoạn khuếch đại trung gian (như bộ chuyển đổi áp suất và van dầu vi sai), từ đó giảm thiểu độ trễ phản hồi và các sai số tích lũy. Hệ thống này vượt trội hơn hẳn so với các hệ thống thủy lực truyền thống và hệ thống điều chỉnh chuyển tiếp về độ chính xác điều chỉnh, tính tuyến tính cũng như mức độ thuận tiện khi vận hành.

Hệ thống servo chạy bằng dầu tự cung cấp có các đặc điểm sau:

(1) Độ chính xác và tốc độ cao, với độ cứng động cơ thủy lực cao và phản hồi tín hiệu điện thuần túy dự phòng để phản hồi hành trình, đảm bảo độ chính xác và chất lượng điều khiển vượt trội.

(2) Hệ thống cung cấp dầu của hệ thống điều chỉnh hoàn toàn tách biệt và độc lập với hệ thống cung cấp dầu ban đầu của tuabin hơi, đảm bảo độ sạch của dầu điều chỉnh trong khi vẫn không bị ảnh hưởng bởi các biến động của các hệ thống dầu khác.

(3) Vận hành tại chỗ thuận tiện với khả năng phát hiện và khắc phục sự cố dễ dàng.

Các giải pháp tối ưu hóa và nâng cấp được thiết kế riêng cho từng đơn vị dựa trên những đặc điểm độc đáo của chúng cùng kinh nghiệm ứng dụng thực tế phong phú. Những giải pháp này khắc phục hiệu quả các khiếm khuyết trong điều khiển của các hệ thống điều chỉnh tốc độ hoàn toàn hoặc bán thủy lực, từ đó nâng cao tính ổn định vận hành, cải thiện hiệu suất, giảm tỷ lệ hỏng hóc của hệ thống và giảm nhu cầu bảo trì chuyên biệt.

Thực hiện Kế hoạch:

Giải pháp hệ thống điều khiển DEH:

Hệ thống DEH được xây dựng trên cơ sở vận hành phối hợp giữa cả hệ thống điều khiển điện tử và thủy lực. Nó không chỉ đòi hỏi các sửa đổi đối với hệ thống điều khiển điện tử mà còn yêu cầu những nâng cấp quan trọng cho hệ thống điều khiển thủy lực, cụ thể là.

Hệ thống Điều khiển Điện tử DEH:

Áp dụng bộ điều khiển điện tử DEH mới nhất.

Hệ thống Điều khiển Thủy lực DEH:

Hiệu chỉnh động cơ thủy lực của van điều áp cao áp và động cơ thủy lực của hơi lấy ra thành một hệ thống servo điện-thủy lực với nguồn dầu áp suất cao độc lập.

Lắp đặt cải tạo:

Hiệu suất có thể điều chỉnh cao cho phép thay đổi toàn diện các đặc tính điều tiết của thiết bị gốc, giải quyết nhiều vấn đề trong hệ thống thủy lực như trượt tải và kẹt. Đảm bảo khả năng phản hồi nhanh chóng và độ chính xác cao trong chất lượng điều tiết.

Lắp đặt cải tạo đơn giản: Việc điều chỉnh tại hiện trường chỉ yêu cầu tháo bỏ động cơ thủy lực và các bộ phận hệ thống điều khiển ban đầu. Động cơ thủy lực tự cấp nguồn được lắp đặt vào vị trí của động cơ ban đầu và kết nối với đường cấp dầu độc lập, giảm thiểu công việc tại hiện trường. Độ chính xác điều khiển cao: Sử dụng hệ thống động cơ thủy lực tự cấp nguồn hoàn chỉnh giúp tăng cường độ cứng đầu ra, đảm bảo hoạt động ổn định cho hệ thống điều khiển DEH.

Các tính năng của hệ thống mới

● Động cơ thủy lực cung cấp độ cứng đầu ra cao, đảm bảo độ chính xác và chất lượng điều khiển vượt trội:

Đơn vị này được trang bị các động cơ thủy lực servo để thay thế các động cơ thủy lực điều tốc và động cơ thủy lực lấy mẫu ban đầu. Hệ thống động cơ thủy lực hoạt động ở áp suất lên đến 14 MPa, hoàn toàn loại bỏ những hạn chế của hệ thống thủy lực ban đầu. Bằng cách kết nối trực tiếp các van thông qua cơ cấu phân phối hơi nước, hệ thống đạt được độ chính xác và ổn định điều khiển cao. Chế độ điều khiển định vị vòng kín hoàn toàn mang lại độ chính xác định vị lên đến 0,01 mm. Động cơ thủy lực có phản ứng động học và tốc độ đóng mở đạt 0,2 giây, tương đương với hiệu suất điều khiển của các hệ thống thủy lực chịu lửa áp suất cao.

● Nguồn dầu cho hệ thống điều chỉnh tách biệt với hệ thống cung cấp dầu tuabin ban đầu.

Hệ thống điều khiển yêu cầu một hệ thống servo điện-thủy lực có độ chính xác cao, đòi hỏi dầu phải cực kỳ sạch. Việc sử dụng một hệ thống cung cấp dầu độc lập, kết hợp với nhiều bộ lọc chính xác, đảm bảo hoàn toàn độ chính xác lọc theo yêu cầu.

● Trạm xăng độc lập

Hệ thống cung cấp dầu đã được nâng cấp lên cấu hình mô-đun với một đơn vị cung cấp dầu duy nhất. Ưu điểm chính của việc áp dụng hệ thống cơ cấu truyền động thủy lực này là áp suất dầu làm việc cao tới 14 MPa, giúp giảm kích thước của cơ cấu truyền động thủy lực servo điều khiển van trong khi vẫn duy trì lực nâng van tương đương.

● Cấu hình dự phòng của hệ thống cung cấp dầu

Hệ thống cung cấp dầu sử dụng cấu hình dự phòng với hai bộ bơm dầu làm nhiệm vụ dự phòng cho nhau nhằm đảm bảo việc cung cấp dầu đáng tin cậy. Nguồn dầu sử dụng một bơm hoạt động và một bơm dự phòng, cho phép chuyển đổi trực tuyến, đồng thời có các đầu ra như khóa liên động áp suất thấp và cảnh báo áp suất cao.

● Gỡ lỗi đơn giản tại chỗ với khả năng kiểm tra và khắc phục sự cố dễ dàng

Tất cả các thiết bị thủy lực đều trải qua thử nghiệm và vận hành tại nhà máy để đảm bảo rằng sau khi lắp đặt tại hiện trường, chỉ cần thực hiện các điều chỉnh tĩnh đơn giản trước khi đáp ứng các điều kiện khởi động. Nhiều điểm giám sát được bổ sung vào các động cơ thủy lực, cho phép theo dõi dữ liệu tại chỗ theo thời gian thực đối với từng đơn vị và giúp đơn giản hóa đáng kể việc chẩn đoán sự cố.

● Giảm yêu cầu bảo trì

So với các hệ thống dầu tuabin áp suất thấp, việc bảo dưỡng nhỏ hàng năm không yêu cầu tháo rời động cơ thủy lực; chỉ cần thay thế các phớt của các bộ phận thủy lực trong trạm bơm và động cơ thủy lực.

Các tính năng của Hệ thống Điều khiển Điện tử DEH:

Bộ điều khiển DEH được nâng cấp có giao diện người-máy bằng tiếng Trung nhằm tăng cường khả năng vận hành của hệ thống. Nó hỗ trợ hoạt động độc lập, điều chỉnh kết hợp nhiệt - điện, điều chỉnh phun hơi, điều chỉnh hơi lấy ra, vận hành áp suất trượt, tăng tốc và kiểm soát tốc độ tự động, điều khiển công suất, kiểm soát áp suất hơi chính, điều chỉnh tần số sơ cấp, thử nghiệm tuabin trực tuyến, mô phỏng, truy vấn và in ấn xu thế lịch sử, cùng các chức năng khác. Điều này giúp nâng cao mức độ tự động hóa và các biện pháp bảo vệ của tổ máy, đồng thời kéo dài tuổi thọ vận hành của nó.

(1) Chức năng điều khiển điều chỉnh tự động

● Tăng tốc độ

Sau khi người vận hành thiết lập tốc độ mục tiêu, đơn vị sẽ tự động điều khiển van điều tiết theo đường cong thực nghiệm tương ứng với trạng thái nhiệt hiện tại. Điều này hoàn tất quá trình tăng tốc, làm nóng và chuyển tiếp qua tốc độ tới hạn cho đến khi đạt được chế độ điều khiển ổn định ở 3000 vòng/phút. (Tốc độ tăng tốc sẽ được điều chỉnh tự động khi vượt qua tốc độ tới hạn.) Trong quá trình tăng tốc, người vận hành cũng có thể điều khiển tốc độ tăng của đơn vị bằng cách thay đổi tốc độ mục tiêu, tốc độ tăng, thời gian giữ tốc độ và các thông số khác.

● Đồng bộ hóa tự động

Sau khi tuabin đạt tốc độ ổn định, DEH sẽ chấp nhận các lệnh từ thiết bị đồng bộ tự động để điều khiển đơn vị tự động về tốc độ đồng bộ.

● Kết nối lưới với tải ban đầu

Khi máy phát được kết nối với lưới điện, DEH tự động tăng điểm đặt để áp dụng tải ban đầu (6 MW, có thể điều chỉnh) cho máy phát, ngăn chặn dòng công suất ngược.

● Cầu tải

Sau khi kết nối vào lưới điện, người vận hành có thể điều khiển máy phát bằng chế độ điều khiển van, chế độ điều khiển công suất, chế độ điều khiển áp suất hoặc chế độ CCS tùy theo nhu cầu.

● Chế độ điều khiển van

Người vận hành trực tiếp điều khiển độ mở của van bằng cách thiết lập vị trí van mục tiêu, và hệ thống DEH duy trì vị trí van này. Lúc này, tải của tổ máy và áp suất hơi tự động cân bằng.

● Chế độ điều khiển nguồn điện

Nhà điều hành kiểm soát tải của tổ máy bằng cách thiết lập công suất mục tiêu. DEH thực hiện điều khiển vòng kín về công suất, sử dụng đầu ra thực tế của tuabin làm tín hiệu phản hồi, duy trì tải của tổ máy ở mức không đổi.

● Chế độ kiểm soát áp suất

Nhà điều hành kiểm soát áp suất trước tuabin bằng cách thiết lập áp suất mục tiêu. DEH điều khiển độ mở của van để duy trì áp suất hơi chính không đổi.

(2) Chức năng kiểm soát hạn chế

● Hạn chế về vị trí tải và van

Các giá trị giới hạn được thiết lập thủ công. DEH tự động giới hạn tải trong các giới hạn trên và dưới, đồng thời giới hạn vị trí van dưới giá trị đã chỉ định.

● Hạn chế phản hồi điện năng

Khi sự chênh lệch giữa công suất thực tế và giá trị đặt công suất trở nên quá lớn, vòng phản hồi công suất sẽ tự động ngắt kết nối, chuyển sang điều khiển vòng mở đồng thời giảm giá trị đặt công suất.

● Hạn chế áp suất hơi chính thấp

Khi áp suất hơi chính giảm xuống dưới giá trị giới hạn, DEH sẽ tự động giảm độ mở của van để giới hạn tải, cho phép áp suất hơi chính phục hồi.

● Giảm tải nhanh chóng

DEH có ba mức giảm tải nhanh (nhanh, trung bình, chậm) để xử lý các sự cố khác nhau của thiết bị phụ trợ. Khi CCS phát tín hiệu giảm tải nhanh, DEH sẽ giảm tải xuống giá trị tương ứng theo tốc độ đã định.

● Kiểm soát OPC (Bảo vệ quá tốc độ)

Mô-đun đo tốc độ nhận tín hiệu gia tốc cao để kích hoạt van solenoid OPC và tín hiệu điện áp hiệu chỉnh gia tốc. Nó nhanh chóng đóng van điều tiết hơi để giảm hiện tượng vượt mức trong quá trình chuyển đổi. Sau một khoảng thời gian trễ hoặc khi tốc độ giảm xuống dưới 103% n (hoặc 105% n0, có thể điều chỉnh), nó tự động mở lại và duy trì tốc độ máy ở mức 3000 vòng/phút.

(3) Chức năng kiểm soát thử nghiệm

● Thử nghiệm kết nối lưới giả lập

Khi nhận được tín hiệu rằng công tắc cách ly trong thử nghiệm kết nối lưới giả lập đã mở, DEH có thể tự động phối hợp với hệ thống điện để hoàn tất thử nghiệm kết nối lưới giả lập.

● Kiểm tra quá tốc độ

Người lái có thể điều khiển thông qua màn hình LCD để tăng tốc độ quay, kích hoạt chức năng bảo vệ quá tốc nhằm kiểm tra chốt va đập và tốc độ kích hoạt của bộ bảo vệ quá tốc điện. Trong quá trình thử nghiệm quá tốc cơ học, điểm cài đặt bảo vệ quá tốc điện của DEH tự động điều chỉnh từ 3300 vòng/phút lên 3390 vòng/phút, hoạt động như một biện pháp bảo vệ dự phòng chống quá tốc.

● Thử độ kín của van

Người vận hành có thể sử dụng giao diện LCD để thực hiện các thử nghiệm độ kín trên van tiết lưu và van dòng chảy, đồng thời tự động ghi lại thời gian trôi dạt.

(4) Chức năng bảo vệ và kiểm soát

● Giám sát trạng thái hệ thống

Thông qua giao tiếp dữ liệu mạng hệ thống, tất cả các thông số và trạng thái của tuabin hơi đều được hiển thị trực quan trên màn hình LCD. Hệ thống có chức năng cảnh báo vượt ngưỡng, cảnh báo sự cố, cùng khả năng truy cập thuận tiện vào các mục cảnh báo. Các tín hiệu quan trọng như cắt máy, dừng nhanh và các tín hiệu khác được trang bị chức năng SOE, với độ phân giải sự kiện là 1ms.

Cơ sở dữ liệu lịch sử chứa hơn 500 mục, lưu trữ dữ liệu trong hơn một năm. Các màn hình xu hướng lịch sử có thể được truy cập bất kỳ lúc nào.

● Bảo vệ quá tốc độ

Khi bộ phận đơn tách rời, khi tốc độ quay vượt quá 110% tốc độ định mức, DEH sẽ phát tín hiệu để ngắt các hoạt động của hệ thống, nhanh chóng đóng van hơi chính và van điều chỉnh hơi.

(5) Năng lực tự động hóa được nâng cao

● Tạo nhật ký tự động

Người lái xe có thể thiết lập lịch trình hoặc nhật ký kích hoạt theo sự kiện hàng ngày/giờ để ghi âm tự động.

● Ghi dữ liệu lịch sử và ghi SOE

● Chức năng mô phỏng

(6) Các thông số kỹ thuật quan trọng

● Dải điều khiển tốc độ: 200~3600 vòng/phút

● Độ chính xác điều khiển tốc độ: ≤+1 vòng/phút

● Tỷ lệ lệch tốc độ: Có thể điều chỉnh trực tuyến trong phạm vi 3%~6%

● Dải kiểm soát tải: 0~120%

● Độ chính xác điều khiển tải: ≤+0,2% giá trị định mức

● Độ chính xác điều khiển áp suất hơi chính: +0,1 MPa