berita perusahaan tentang Peranan dan Status Gubernur Turbin Hidro di Stasiun Tenaga Berkualitas Tinggi

Peran dan Status Gubernur turbin air di Pembangkit Listrik Tenaga Air

Ketika listrik beroperasi, perlu untuk terus menjaga keseimbangan antara pasokan daya dan beban. Selain itu, memastikan kualitas energi listrik yang baik adalah tugas penting dalam proses produksi daya. Indikator utama untuk mengukur kualitas energi listrik umumnya adalah tegangan dan frekuensi, diikuti oleh bentuk gelombang. Penyimpangan frekuensi akan sangat mempengaruhi pengoperasian normal pengguna daya. Untuk motor listrik, penurunan frekuensi akan menyebabkan kecepatan motor turun, sehingga mengurangi produktivitas dan mempengaruhi masa pakai motor; sebaliknya, peningkatan frekuensi akan menyebabkan kecepatan motor naik, meningkatkan konsumsi daya dan mengurangi efisiensi. Terutama di sektor industri tertentu dengan persyaratan kecepatan yang ketat (seperti tekstil, pembuatan kertas, dll.), penyimpangan frekuensi akan sangat mempengaruhi kualitas produk dan bahkan menyebabkan produk cacat. Selain itu, penyimpangan frekuensi akan berdampak lebih serius pada pembangkit listrik itu sendiri. Misalnya, di pembangkit listrik tenaga termal, untuk mesin sentrifugal seperti pompa air umpan boiler dan kipas, outputnya akan turun tajam ketika frekuensi menurun, memaksa output boiler dikurangi secara signifikan atau bahkan memicu penghentian darurat boiler. Hal ini pasti akan lebih lanjut mengurangi output daya sistem, yang mengarah pada penurunan lebih lanjut dalam frekuensi sistem. Selain itu, ketika beroperasi pada frekuensi yang berkurang, bilah turbin akan mengembangkan retakan karena peningkatan getaran, sehingga memperpendek masa pakai turbin. Oleh karena itu, jika tren penurunan tajam frekuensi sistem tidak dapat dihentikan secara tepat waktu, hal itu pasti akan menyebabkan siklus yang kejam dan bahkan menyebabkan keruntuhan seluruh sistem tenaga.

Menurut peraturan sektor tenaga listrik China, frekuensi terukur dari jaringan listrik adalah 50Hz, dan penyimpangan frekuensi yang diizinkan untuk jaringan listrik besar adalah ±0,2Hz. Untuk jaringan listrik kecil dan menengah, fluktuasi beban sistem terkadang dapat mencapai 5% hingga 10% dari total kapasitasnya; bahkan untuk sistem tenaga besar, fluktuasi beban sering mencapai 2% hingga 3%. Perubahan terus-menerus dari beban sistem tenaga menyebabkan fluktuasi dalam frekuensi sistem. Oleh karena itu, tugas dasar dari regulasi turbin adalah untuk terus menyesuaikan daya keluaran dari unit turbin-generator dan mempertahankan kecepatan putaran unit (frekuensi) dalam rentang terukur yang ditentukan.

Sebagai kesimpulan, gubernur turbin air adalah perangkat bantu penting untuk unit turbin-generator di pembangkit listrik tenaga air. Ia berkoordinasi dengan sirkuit sekunder stasiun dan sistem pemantauan komputer untuk menyelesaikan tugas-tugas seperti memulai dan menghentikan unit turbin-generator, menambah atau mengurangi beban, dan penghentian darurat. Gubernur turbin juga dapat bekerja dengan perangkat lain untuk menyelesaikan tugas-tugas seperti kontrol generasi otomatis, kontrol grup, dan regulasi sesuai dengan ketinggian air. Selain itu, ketika terjadi kerusakan pada jaringan listrik, ia bekerja sama dengan pemutus sirkuit untuk menyelesaikan proses penolakan beban dengan cepat dan stabil, melindungi unit turbin dan memungkinkannya untuk memulihkan kecepatan terukur sesegera mungkin.

Sebagai kesimpulan, tugas dasar dari gubernur turbin dirangkum sebagai berikut:
◆ Pengoperasian normal unit
◆ Memastikan pengoperasian unit yang aman
◆ Distribusi beban yang wajar di antara unit paralel

Jenis-jenis Gubernur Turbin Air

Diklasifikasikan berdasarkan jumlah objek yang dikendalikan, mereka dapat dibagi menjadi gubernur penyesuaian tunggal dan gubernur penyesuaian ganda.

• Umumnya, gubernur penyesuaian tunggal digunakan untuk berbagai unit bilah tetap dari turbin reaksi (seperti turbin Francis). Objek yang dikendalikan hanya bilah pemandu, dan aliran air melalui bilah turbin dikendalikan dengan menyesuaikan bukaan bilah pemandu.

• Gubernur penyesuaian ganda digunakan untuk berbagai unit bilah variabel tipe reaksi (seperti turbin Kaplan). Objek yang dikendalikan adalah bilah pemandu dan bilah runner. Output aliran air ke turbin dikendalikan dengan menyesuaikan bukaan bilah pemandu dan sudut bilah runner. Secara umum, unit bilah variabel memiliki kontrol terkoordinasi antara bilah pemandu dan bilah runner.

Selain itu, turbin impuls memiliki lebih banyak objek yang dikendalikan, yang diklasifikasikan sebagai jenis lain dari gubernur "multi-nozzle dan multi-deflektor" atau "multi-nozzle & one-deflektor", yang dirancang khusus untuk turbin impuls. Objek kontrol gubernur bervariasi sesuai dengan jumlah jarum nosel dan deflektor dari turbin impuls.

2. Gubernur Turbin Air umumnya adalah produk mekatronik secara keseluruhan, dan bagian eksekusi mekanisnya mengadopsi kontrol hidrolik. Diklasifikasikan berdasarkan metode konversi elektro-hidrolik, mereka dapat dibagi menjadi gubernur digital, stepping, dan proporsional-digital. Umumnya, tipe digital dan proporsional digabungkan.

• Gubernur digital menggunakan katup solenoid untuk mengontrol on/off katup dengan pulsa digital, mencapai efek mengontrol on/off servomotor.

• Gubernur stepping menggunakan arus untuk menggerakkan motor stepping untuk berputar maju atau mundur, menghasilkan perpindahan vertikal, dan berkoordinasi dengan katup pilot dan katup distribusi utama untuk mengontrol on/off servomotor.

• Katup servo proporsional menyelesaikan konversi elektro-hidrolik melalui pengontrol proporsional dan katup distribusi utama.

3. Diklasifikasikan berdasarkan tekanan oli yang digunakan, mereka dibagi menjadi gubernur tekanan oli konvensional dan tekanan oli tinggi.

• Tekanan oli konvensional: 2.5MPa, 4.0MPa, 6.3MPa

• Tekanan oli tinggi: umumnya 16MPa

Kapasitas tangki oli bertekanan ditentukan oleh ukuran rongga oli servomotor.

Diklasifikasikan berdasarkan kapasitas unit yang dikendalikan, mereka dibagi menjadi gubernur besar, sedang, dan kecil.

Sejarah Perkembangan Gubernur Turbin Air

Gubernur Turbin Air memiliki sejarah aplikasi yang panjang di pembangkit listrik tenaga air. Pada akhir abad ke-19, pada tahun 1891, perusahaan Jerman Voith memproduksi gubernur mekanis murni pertama, yaitu gubernur tipe pendulum sentrifugal mekanis, di mana pembukaan dan penutupan turbin digerakkan langsung oleh sabuk. Dengan peningkatan persyaratan untuk sistem gubernur, terutama untuk sensitivitas, gaya pengatur yang besar diperlukan untuk membuka dan menutup dalam waktu singkat, membuat tekanan hidrolik menjadi perlu. Hal ini mengarah pada pengembangan gubernur mekanis dengan amplifikasi tekanan air dan amplifikasi tekanan oli. Dari akhir 1950-an hingga 1960-an, gubernur mekanis-hidrolik mencapai puncaknya. Swedia memproduksi gubernur elektro-hidrolik pada tahun 1944.

China mulai mengembangkan gubernur elektro-hidrolik pada awal 1950-an, dan pada tahun 1961, gubernur listrik buatan China pertama dioperasikan di Pembangkit Listrik Liuxihe. Tahun 1960-an hingga 1970-an adalah periode pengembangan skala besar untuk gubernur elektro-hidrolik.

Perkembangan gubernur listrik secara kasar telah melalui beberapa tahap:

• Tahap tabung vakum, di mana tabung vakum digunakan sebagai penguat listrik, dan sirkuit pengukuran frekuensi listrik menggantikan pendulum sentrifugal mekanis.
• Kemudian, transistor menggantikan tabung vakum, yang memunculkan gubernur elektro-hidrolik tipe transistor.
• Pada tahun 1970-an, teknologi sirkuit terpadu skala besar berkembang pesat, dan penguat operasional sirkuit terpadu diterapkan pada gubernur turbin. Dengan demikian, gubernur elektro-hidrolik secara bertahap berevolusi dari komponen diskrit menjadi struktur sirkuit terpadu.

Dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, setelah mikroprosesor memasuki pasar pada pertengahan 1970-an, banyak negara berturut-turut mulai mengembangkan gubernur mikrokomputer pada akhir 1970-an dan awal 1980-an. Gubernur digital pertama di dunia dikembangkan oleh Kanada pada awal 1970-an. Pada tahun 1976, Kanada mengembangkan gubernur digital real-time, dan pada tahun 1981, hasil pengujian gubernur adaptif dipublikasikan. China juga memulai pengembangan gubernur mikrokomputer pada awal 1980-an. Pada akhir tahun 1981, Universitas Sains dan Teknologi Huazhong mulai meneliti "Gubernur Prosesor Mikrokomputer PID Parameter-Variabel Adaptif untuk Generator Turbin Hidrolik," yang menampilkan parameter PID yang secara otomatis berubah dengan kondisi pengoperasian unit (kepala air dan bukaan) dan merupakan gubernur adaptif-kesalahan.

Praktik telah membuktikan bahwa gubernur mikrokomputer memiliki banyak keuntungan dibandingkan dengan gubernur elektro-hidrolik analog:

• Perangkat lunak gubernur mikrokomputer dikonfigurasi secara fleksibel, memungkinkan mode dan strategi kontrol diatur sesuai dengan karakteristik sistem regulasi turbin dan persyaratan khusus dari setiap pembangkit listrik, memungkinkan unit untuk beroperasi secara efisien, dengan kualitas tinggi, dan ekonomis. Oleh karena itu, gubernur mikrokomputer telah menunjukkan vitalitas yang kuat sejak kemunculannya.
• Penerapan teknologi diagnostik mikrokomputer dan teknologi toleransi kesalahan membantu meningkatkan keandalan gubernur. Fungsi komunikasi, antarmuka, dan ekspansi yang kuat dari mikrokomputer memungkinkan gubernur mikrokomputer untuk beradaptasi dengan baik dengan persyaratan sistem pemantauan komputer di pembangkit listrik.

Pada tahun 1969, perusahaan Amerika Digital Equipment Corporation (DEC) berhasil mengembangkan "Pengontrol Logika Terprogram (PLC)". Selanjutnya, Jepang dan negara-negara Eropa juga berhasil mengembangkan dan mulai memproduksi pengontrol yang dapat diprogram. PLC telah menjadi produk pilihan untuk banyak peralatan dan sistem kontrol otomatis industri karena keandalannya, termasuk serangkaian tindakan anti-interferensi dalam perangkat keras seperti isolasi fotolistrik, pelindung elektromagnetik, dan penyaringan analog/digital, serta perangkat lunak sistem dengan fungsi seperti pengatur waktu watchdog (WDT) dan pemeriksaan mandiri perangkat keras dan perangkat lunak.

Gubernur turbin adalah peralatan dasar penting untuk otomatisasi terpadu pembangkit listrik tenaga air. Tingkat teknis dan keandalannya secara langsung mempengaruhi pembangkitan daya yang aman dan kualitas daya pembangkit listrik tenaga air, sehingga mempengaruhi kualitas daya dari semua sektor ekonomi nasional.

Evolusi Hukum Kontrol Gubernur dan Struktur Sistem

Perkembangan hukum kontrol dalam gubernur telah pesat:

• Gubernur paling awal (tipe mekanis) adalah tautan proporsional, membentuk hukum kontrol proporsional, yang dilambangkan dengan simbol P.
• Kemudian, sebagian besar gubernur dirancang dengan hukum kontrol proporsional-integral, yaitu gubernur tipe PI, di mana I mewakili aksi integral.
• Pada akhir 1950-an dan awal 1960-an, dengan adopsi regulasi percepatan, gubernur dengan hukum kontrol P-I-D muncul, di mana D mewakili kontrol turunan. Misalnya, gubernur elektro-hidrolik FRVV-10S yang diproduksi oleh ASEA Swedia dan gubernur elektro-hidrolik RAPID oleh NEYRPIC Prancis keduanya menampilkan hukum kontrol P-I-D.
• Pada pertengahan 1970-an, pengatur PID diterapkan langsung ke gubernur turbin, yang memunculkan tipe PID, yaitu gubernur dengan tautan proporsional (P), integral (I), dan turunan (D) secara paralel. Aksi integral di sini dihasilkan oleh tautan listrik, yang jelas berbeda dari gubernur P-I-D di mana aksi integral dihasilkan oleh servo tekanan oli. Gubernur tipe PID ini memiliki karakteristik statis dan dinamis yang baik dan merupakan salah satu gubernur yang lebih maju.
  (Catatan: P-I-D mewakili gubernur listrik dengan hukum kontrol P, I, D, termasuk gubernur tipe percepatan P-I-D; PID menunjukkan gubernur listrik dengan tautan P, I, D secara paralel, mewujudkan hukum kontrol P, I, D.)

Sebelum tahun 1960-an, sebagian besar gubernur menggunakan hukum kontrol PI. Setelah tahun 1970-an, gubernur elektro-hidrolik yang diproduksi di seluruh dunia secara luas mengadopsi hukum kontrol PID, karena pengenalan perangkat lunak regulasi turunan kecepatan secara signifikan meningkatkan kualitas regulasi kontrol frekuensi.

Penelitian dan Penerapan Hukum Kontrol Lanjutan

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan teknologi mikrokomputer dan teori kontrol, penelitian tentang penerapan hukum kontrol lanjutan pada gubernur turbin telah diluncurkan sepenuhnya, termasuk: kontrol optimal, kontrol umpan balik keadaan, kontrol adaptif, kontrol prediktif, kontrol fuzzy, kontrol parameter-variabel adaptif, kontrol struktur variabel, strategi kontrol struktur variabel mode geser, dan kontrol sinyal kompensasi tekanan air.

• Kemunculan Pengontrol Logika Terprogram (PLC) menyuntikkan vitalitas baru ke dalam kontrol gubernur turbin, mengintegrasikan beberapa fungsi kontrol, sangat meningkatkan kinerja kontrol, dan menyederhanakan struktur unit kontrol listrik. Praktik dalam R&D dan produksi selanjutnya membuktikan bahwa penggunaan PLC sebagai inti kontrol gubernur turbin secara bertahap menjadi arus utama, membentuk dasar untuk pengembangan berbagai jenis gubernur oleh produsen yang berbeda.
• Pengembangan dan penugasan gubernur tipe katup digital menandai awal reformasi pada bagian mekanis gubernur. Tautan konversi elektro-hidrolik (terlepas dari) ketergantungan pada katup distribusi utama, menampilkan biaya rendah, kinerja stabil, dan persyaratan rendah untuk kualitas oli, yang sangat membantu perkembangan pesat pembangkit listrik tenaga air kecil setelahnya.
• Unit turbin impuls menampilkan langkah servomotor pendek dan beberapa objek kontrol. Pengembangan dan penugasan gubernur ini mengumpulkan pengalaman untuk penelitian selanjutnya tentang gubernur impuls khusus.
• Pengembangan lebih lanjut dari tautan konversi elektro-hidrolik mencapai koeksistensi dari mode konversi ganda, (saling cadangan), tidak saling mengganggu, memungkinkan satu tautan untuk bekerja sementara yang lain sedang dalam pemeliharaan. Dengan pengalaman operasi yang sukses di beberapa pembangkit listrik, itu telah menjadi produk pilihan untuk pembangkit listrik tenaga air besar.

Indikator Kinerja

• Rentang penyesuaian waktu penutupan penuh servomotor bilah pemandu: 3–100 S

• Rentang penyesuaian waktu pembukaan penuh servomotor bilah pemandu: 3–100 S

• Rentang penyesuaian waktu penutupan penuh servomotor bilah runner: 10–120 S

• Rentang penyesuaian waktu pembukaan penuh servomotor bilah runner: 10–120 S

• Rentang penyesuaian frekuensi: 45–55 Hz

• Rentang penyesuaian penurunan kecepatan permanen: 0–10%

• Rentang penyesuaian penguatan proporsional: 0.5–20

• Rentang penyesuaian penguatan integral: 0.05–10 1/s

• Rentang penyesuaian penguatan turunan: 0.0–10 s

• Rentang penyesuaian zona mati buatan: 0–±1.5%

• Zona mati kecepatan diukur ke servomotor utama: ≤0.02%

• Setelah turbin menolak beban 25%, waktu non-operasi servomotor: ≤0.2 s

• Non-linearitas kurva karakteristik statis: ≤0.5%

• Selama operasi tanpa beban otomatis 3 menit, fluktuasi kecepatan relatif unit: ≤±0.15%.

• Setelah menolak beban terukur 100%, jumlah fluktuasi kecepatan melebihi 3%: ≤2 kali; nilai relatif fluktuasi kecepatan kontinu unit yang disebabkan oleh gubernur: ≤±0.15%.

• Dari saat unit menolak beban hingga penyimpangan kecepatan relatif kurang dari ±1%, rasio waktu regulasi terhadap waktu dari penolakan beban ke kecepatan tertinggi harus ≤15 untuk turbin reaksi kepala sedang/rendah dan turbin impuls; untuk unit yang memasok daya ke pembangkit listrik setelah terputus dari jaringan, kecepatan relatif minimum unit setelah penolakan beban harus ≥0.9.

2.4.4 Keandalan Sistem Gubernur

• Ketersediaan dalam mode otomatis: >99.99%

• Ketersediaan dalam mode otomatis + manual: 100%

• Waktu Rata-Rata Antara Kegagalan Pertama (dari penerimaan di lokasi): ≥35.000 jam

• Interval perbaikan: 10 tahun

• Masa pakai sebelum dinonaktifkan: >20 tahun