Жел турбинасындағы басқару панелі және оның жұмыс істеу принципі
Жел турбинасы - сырттан қарағанда қарапайым болып көрінетін қуат өндіретін жүйе - пропеллер айналады, ал электр энергиясы өндіріледі. Дегенмен, бұл процестің артында бәрінің қауіпсіз, тұрақты және тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз ететін «ми» жатыр: басқару панелі. Жел турбинасындағы басқару панелі турбинаның жағдайын бақылайды, оның жұмысын реттейді, компоненттерді зақымданудан қорғайды және қашықтан бақылау жүйелерімен байланысады. Бұл мақалада жел турбинасының басқару панелі дегеніміз не, оның негізгі компоненттері және әртүрлі жел жағдайларында қалай жұмыс істейтіні талқыланады.
1. Жел турбинасының басқару панелі дегеніміз не?
Жел турбинасының басқару панелі - бұл турбинаның барлық жұмыс процестерін басқаратын электрлік және электрондық құрылғылар сериясы, әдетте гондола ішінде (мұнараның жоғарғы жағындағы қозғалтқыш корпусы) және/немесе мұнараның түбінде орнатылады. Бұл панель іске қосу/тоқтату, турбинаның желге қарай бағытын реттеу, ротордың айналу жылдамдығын басқару және өндірілетін электр энергиясының сапасының электр желілерінің стандарттарына сәйкес келуін қамтамасыз ету сияқты автоматтандырылған функцияларды орындайды.
Қазіргі заманғы басқару панельдері әрдайым дерлік PLC (Бағдарламаланатын логикалық контроллер) немесе өнеркәсіптік компьютерлік басқару жүйесімен біріктірілген, сенсорлармен, жетектермен, электрлік қорғаныспен және деректер байланыс желілерімен жабдықталған. Басқару панелі болмаса, турбина жылдамдықтың шамадан тыс артуына, тұрақсыз кернеу/жиілік және тіпті беріліс қорабы мен генератордың механикалық зақымдану қаупіне ұшырайды.
2. Басқару панелінің негізгі функциялары
Жалпы, жел турбинасының басқару панелі бірнеше маңызды функцияларды орындайды:
1. Бақылау
Датчиктерден деректерді жинайды: желдің жылдамдығы, желдің бағыты, температура, діріл, ротордың жылдамдығы, кернеу, ток күші және компоненттің күйі.
2. Бақылау
Автоматты әрекеттерді анықтаңыз: турбина айналып, электр қуатын өндіре бастаған кезде, қашан тоқтату керек және ротордың айналуын қауіпсіз диапазонда қалай сақтау керек.
3. Қорғау
Шамадан тыс ток, шамадан тыс кернеу, жоғары температура, қалыптан тыс діріл, шамадан тыс жылдамдық немесе дыбыс/сығым жүйесінің істен шығуы сияқты қауіпті жағдайлар туындаған жағдайда жұмысын тоқтатады.
4. Электр желісін өзара қосу (электр желісінің сәйкестігі)
Желі талаптарына (жиілік, кернеу, қуат коэффициенті және үзілістер кезіндегі көлікпен жүру мүмкіндігі) сәйкес келу үшін синхрондауды және қуат сапасын басқарыңыз.
5. Байланыс және деректерді тіркеу
Басқару орталығына (SCADA) деректерді жіберіңіз, техникалық қызмет көрсетуді талдау үшін дабыл тарихын, оқиғаларды және өнімділікті сақтаңыз.
3. Басқару панелінің компоненттері
Әрбір өндірушінің дизайны әртүрлі болғанымен, жел турбинасының басқару панельдері әдетте мыналарды қамтиды:
a) PLC немесе негізгі контроллер
PLC - сенсорлық деректерді қабылдайтын және жетектермен жұмыс істейтін логикалық орталық. PLC қауіпсіздік логикасын қоса алғанда, бағдарламаланған параметрлерге негізделген басқару алгоритмдерін орындайды.
b) Адам-машина интерфейсі (HMI)
HMI – техниктерге турбина күйін, дабылдарды көруге, параметрлерді орнату мен диагностикалауды жүргізуге мүмкіндік беретін экран/терминал. Ірі көлемді турбиналарда HMI көбінесе SCADA жүйесіне қосылады.
c) Қуат инверторы/түрлендіргіші
Көптеген заманауи турбиналар генератордан келетін электр энергиясын электр желісіне үйлесімді қуатқа түрлендіру үшін қуат түрлендіргішін (түзеткіш-тұрақты ток байланысы-инвертор) пайдаланады. Бұл компонент жиілікті, кернеуді және қуат коэффициентін басқарумен тығыз байланысты.
d) Маңызды сенсорлар
Кейбір кең таралған сенсорлар:
– Анемометр (жел жылдамдығы) және жел қалақшасы (жел бағыты)
– Ротор жылдамдығының сенсоры (RPM)
– Беріліс қорабы, мойынтірек, генератор, түрлендіргіш температура датчиктері
– Зақымды ерте анықтауға арналған діріл сенсоры
– Электр қуатын бақылауға арналған кернеу және ток сенсорлары
– Көлбеу және бұрылыс позицияларына арналған шектеу қосқыштары мен кодтағыштары
e) Дыбыс деңгейін басқару жүйесі
Қадамды басқару қалақтардың желге қатысты бұрышын реттейді. Әдетте ол электр қозғалтқышын немесе гидравликалық жүйені пайдаланады. Қадамды басқару қуат шығысын сақтау және қатты желде жылдамдықтың шамадан тыс асып кетуіне жол бермеу үшін өте маңызды.
f) Райк басқару жүйесі
Дискіні басқару гондола ротордың желге қараған күйінде айналуына мүмкіндік береді. Басқару панелі жел қалақшасынан алынған деректер негізінде дискіні басқару қозғалтқышын реттейді, сонымен қатар тозуды жеделдетуі мүмкін шамадан тыс дискіні басқарудың алдын алады.
g) Электр қорғанысы және қауіпсіздігі
Оларға MCB/MCCB, қорғаныс релелері, контакторлар, SPD (кернеуден қорғау), жерге қосу және апаттық тоқтату жүйелері жатады. Көптеген турбиналарда маңызды функциялар үшін артық қауіпсіздік логикасы да бар.
h) Майлау және салқындату жүйесі
Басқару панелі беріліс қорабының майлау сорғысын, салқындату желдеткішін және жылытқыш жүйесін басқарады, бұл компоненттерді, әсіресе суық/ылғалды аймақтарда, оңтайлы жұмыс температурасында ұстауға мүмкіндік береді.
4. Турбинаның жұмыс циклінде басқару панелі қалай жұмыс істейді
a) Күту режимі және алғашқы тексеру
Турбина жұмыс істемеген кезде басқару панелі күту режимінде болады. Ол үздіксіз бақылайды:
– жел жылдамдығы (шекті жылдамдыққа жетті ме),
- электр жүйесінің күйі,
– майлау температурасы мен қысымы,
– байланыс және сенсорлық жағдайлар.
Бастамас бұрын басқару панелі өзін-өзі тексеруді жүргізеді. Егер барлық параметрлер қауіпсіз болса, турбинаның жұмыс істеуіне рұқсат етіледі.
b) Іске қосу: желден ротордың айналуына дейін
Жел жылдамдығы шекті жылдамдықтан асқан кезде (мысалы, конструкцияға байланысты 3-4 м/с), басқару панелі іске қосу процесін бастайды:
1. Фрискуляция жүйесі гондола бағытын желге қаратып реттейді.
2. Қалақшаның бұрышы бастапқы айналу моментін тудыратын күйге орнатылады.
3. Ротор айнала бастайды; RPM сенсоры үдеуді растайды.
4. Генератор мен түрлендіргіш электр энергиясын өндіруді реттей бастайды.
Түрлендіргіштері бар турбиналарда басқару панелі тұрақты ток кернеуінің тұрақты болуын және инвертордың электр желісіне қуат беруге дайын болуын қамтамасыз етеді.
c) Қалыпты жұмыс: қуатты оңтайландыру және тұрақтылық
Орташа желде басқару мақсаты механикалық жүктемені сақтай отырып, энергияны барынша арттыру болып табылады. Басқару панелі:
– ротордың оңтайлы айналуын сақтау үшін қадамды реттеңіз,
– шығыс тор стандарттарына сәйкес келетіндей етіп түрлендіргішті басқарыңыз,
– дірілді және температураны бақылау,
– жел бағыты өзгерген сайын ауытқуды мезгіл-мезгіл реттеп отырыңыз.
Бұл фазада жүйе әдетте желден энергия сіңіруді оңтайландыру үшін Максималды қуат нүктесін бақылау (MPPT) (әсіресе айнымалы жылдамдықты турбиналарда) сияқты стратегияларды пайдаланады.
d) Қатты желдер: қуатты шектейді
Жел номиналды жел жылдамдығына жақындағанда, турбина номиналды қуатына жеткен болады. Қуаттың генератор мен механикалық құрылымның сыйымдылығынан асып кетуіне жол бермеу үшін басқару панелі қалақтарды желден сәл «алыс» айналдырып, айналу моментін азайтатын қадам жасайды. Осылайша:
– қуат рұқсат етілген мәнге жақын қалады,
– ротордың жылдамдығы секірмейді,
– компоненттер қауіпсіз болып қалады.
e) Өшіру: қауіпті жағдайлар немесе тым қатты жел
Егер жел шектеу жылдамдығынан асып кетсе (мысалы, шамамен 25 м/с) немесе аномалия анықталса (температураның жоғарылауы, жылдамдықтың жоғарылауы, жоғары діріл), басқару панелі автоматты түрде өшеді:
1. Қалақшаның қадамы «қауырсын» күйіне бағытталған (жел күшін азайтатын бұрыш).
2. Механикалық тежегішті процедураға сәйкес іске қосуға болады.
3. Түрлендіргіш қоректендіруді желіден қауіпсіз түрде ажыратады.
4. Дабылдар жазылып, SCADA-ға жіберіледі.
5. Турбина қалыпты жағдайға оралғанша немесе техник қайта іске қосқанша қауіпсіз режимге өтеді.
Бұл өшіру процесі беріліс қорабы мен мұнара құрылымын зақымдайтын соққыларды тудырмас үшін біртіндеп жүзеге асырылатындай етіп жасалған.
5. Басқару панелін SCADA жүйесімен және техникалық қызмет көрсетумен біріктіру
Жел турбинасының басқару панельдері көбінесе SCADA (Басқарушылық бақылау және деректерді жинау) жүйесіне қосылады. SCADA арқылы операторлар:
– нақты уақыт режимінде электр қуатын өндіруді көру,
– жел электр станциясындағы әрбір турбинаның күйін бақылау,
– автоматты дабылдарды қабылдау,
– жағдай деректеріне негізделген техникалық қызмет көрсету кестесін жасау (жағдайды бақылау).
Басқару панелі жинаған деректер болжамды техникалық қызмет көрсету үшін өте пайдалы, мысалы, діріл үлгілерінен мойынтіректердің тозу белгілерін немесе температураның жоғарылауынан туындаған салқындату мәселелерін анықтау.
6. Қиындықтар және қауіпсіздік аспектілері
Басқару панельдері экстремалды ортада жұмыс істеуі керек: діріл, температураның өзгеруі, ылғалдылық және найзағай соққылары. Сондықтан олардың дизайны мыналарға баса назар аударады:
– жақсы кернеуден қорғау және жерге қосу жүйесі,
– маңызды сенсорлардың/жетектердің артықшылығы,
– істен шығуға қауіпсіз логика (егер басқару істен шықса, турбина қауіпсіз режимге өтеді),
– өнеркәсіптік қауіпсіздік стандарттары және электр желілеріне сәйкестік.
Адымды басқарудағы немесе жылдамдықты арттырудан қорғаудағы шағын қателік үлкен әсер етуі мүмкін, сондықтан басқару панельдері әрқашан бірнеше қауіпсіздік механизмдерімен жабдықталған.
7. Кесімпулан
Басқару панелі жел турбинасының автоматты, тиімді және қауіпсіз жұмысын қамтамасыз ететін маңызды компонент болып табылады. Сенсор деректерін, PLC, бұрылыс және қиғаш жүйелерді, қуат түрлендіргішін және электр қорғанысын біріктіру арқылы басқару панелі турбина өмірлік циклінің барлығын басқарады: күту режимінен бастап, іске қосу, қалыпты жұмыс, қатты жел кезінде қуатты шектеу және қауіпті жағдайларда өшіру. Оның SCADA-мен интеграциясы сонымен қатар қашықтан бақылауға және болжамды техникалық қызмет көрсетуге мүмкіндік береді, бұл жел турбинасының тәулік бойы таза энергия өндіруін қамтамасыз етеді.
Қаласаңыз, басқару панелінің қалай жұмыс істейтінінің блок-схемасын қоса аламын немесе тұрақты жылдамдықты және айнымалы жылдамдықты турбиналардың басқару панельдерінің айырмашылықтарын егжей-тегжейлі сипаттай аламын.
