ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
пнет
49—
2015/МЭК 61362(2012)
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХТУРБИНРуководство по составлению технических условий
IEC 61362(2012)
Guide to specification of hydraulic turbine governing systems
(IDT)
Издание официальное
Москва
Стандартинформ
2015
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ) и Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (ОАО «НИИЭС») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного документа, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 330 «Процессы, оборудование и энергетические системы на основе возобновляемых источников энергии»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 июня 2015 г. № 24-пнст
4 Настоящий стандарт идентичен международному документу МЭК 61362(2012) «Руководство по составлению технических условий» [IEC 61362(2012) «Guide to specification of hydraulic turbine governing systems»).
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного документа для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5 (пункт 3.5).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и действующие в этом качестве межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правипа применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТР 1 16-2011 (разделы 5 и 6).
Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за девять месяцев до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 123007. г. Москва, ул. Шеногина. д. 4 ив Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: Ленинский проспект. д. 9. Москва В-49. ГСП-1, 119991.
В случае отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты» и журнале «Вестник технического регулирования». Уведомление будет размещено также на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
© Стандартинформ. 2015
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
II
ПНСТ 49—2015
Содержание
1 Область применения....................................................................................................................................1
2 Нормативные ссылки....................................................................................................................................1
3 Термины, определения, обозначения и сокращения.................................................................................2
4 Структуры управления.................................................................................................................................9
5 Производительность и компоненты управляющих систем......................................................................13
6 Применение рекомендаций.......................................................................................................................28
Приложение А (обязательное) Упрощенные дифференциальные уравнения и передаточные
функции идеализированных ПИД-регуляторов.................................................................36
Приложение В (справочное) Сетевое регулирование частоты..................................................................37
Приложение С (справочное) Экстренное отключение и аварийное отключение.....................................39
Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным стандартам Российской Федерации и действующим в этом качестве межгосударственным стандартам........................................................42
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ
СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТУРБИН Руководство по составлению технических условий
Hydraulic turbine governing systems Guide to specification
Срок действия — с 2016—07—01 no 2019—07—01
1 Область применения
Настоящий стандарт содержит технические данные, необходимые для описания систем управления гидравлическими турбинами и режима их работы. Он предназначен для облегчения выбора параметров. которые указываются в технических требованиях и технических предложениях.
Область применения настоящего стандарта ограничена управлением турбинами. В стандарте сделаны некоторые замечания об управлении на уровне станции, первичном и вторичном регулировании частоты (см. также приложение В), которые не претендуют на полноту описания, а лишь дают общее представление об этих системах для лучшего понимания места систем управления турбиной.
В настоящем стандарте рассмотрены объекты стандартизации:
- управление скоростью, мощностью, уровнем воды, открытием направляющего аппарата и расходом воды активных и реактивных турбин, включая турбины двойного регулирования (поворотно-лопастные);
- средства преобразования энергии;
- устройства аварийного отключения и т.д.
Для облегчения подготовки технических требований к оборудованию, в руководстве также содержатся спецификации, которые должны быть заполнены заказчиком и поставщиком на различных стадиях выполнения проекта и контракта.
Руководство состоит из следующих разделов:
- основные требования к электромеханическому оборудованию малых гидроэлектростанций (ГЭС);
- технические спецификации электромеханического оборудования, исключая габаритные размеры и стандартные ряды;
- требования ло аттестации, эксплуатации и обслуживанию.
См. также МЭК 60308.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
МЭК 60050-351:2013 Международный электротехнический словарь. Часть 351. Технология управления (IEC 60050-351:2013. International Electrotechnical Vocabulary — Part 351: Control technology)
МЭК 60068-2-6:2007 Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2: Испытания. Испытание Fc: Вибрация (синусоидальная) (IEC 60068-2-6:2007, Environmental testing — Part 2-6: Tests — Test Fc: Vibration (sinusoidal)
Издание официальное
МЭК 60068-2-27:2008 Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Часть 2-27: Испытания. Испытание Еа и руководство: Удар (IEC 60068-2-27:2008, Environmental testing — Part 2-27: Tests — Test Ea and guidance: Shock)
МЭК 60308:2005 Системы, регупирующие скорость вращения гидравпических турбин. Международные нормы на правипа испытаний (IEC 60308:2005. Hydraulic turbines — Testing of control systems)
МЭК 61000-4-1:2006 Эпектромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 4-1. Методики испытаний и измерений. Общий обзор серии стандартов МЭК 61000-4 (IEC 61000-4-1:2006, Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4-1: Testing and measurement techniques — Overview of IEC 61000-4 series)
ИСО 3448:1992 Материапы смазочные жидкие индустриапьные. Кпассификация вязкости по ИСО (ISO 3448:1992. Industrial liquid lubricants; ISO vicosity classification)
СИСПР 11:2009 Промышпенные. научные, медицинские и бытовые высокочастотные устройства. Радиопомехи индустриапьные. Нормы и методы измерений (CISPR 11:2009. Industrial, scientific and medical equipment — Radio-frequency disturbance characteristics — Limits and methods of measurement)
3 Термины, определения, обозначения и сокращения
3.1 Термины и определения
В настоящем стандарте применены по МЭК 60050-351. а также следующие термины с соответствующими определениями:
Примечание — В приложении А для пояснения приведены уравнения и передаточные функции идеализированных пропорционально-интегрально-дифференциальных регуляторов (ПИД-регуляторов)
3.1.1 система управления турбиной: Оборудование, управляющее пуском (лопатки направляющего аппарата, лопасти рабочего колеса, игла, положение отсекателя) гидравлических турбин.
Примечание — В настоящее время система управления турбиной состоит из двух частей управление гидроприводом и управление электронными компонентами
3.1.2 агрегатный уровень управления: Функции управления отдельным гидроагрегатом (турбина, генератор, вспомогательное оборудование), включая управление скоростью вращения, активной мощностью, уровнем воды, открытием, расходом воды.
Примечание — В настоящем стандарте рассматриваются задачи агрегатного уровня управления Некоторые замечания о задачах станционного уровня управления и о первичном и вторичном регулировании частоты приведены в приложении В
3.1.3 станционный уровень управления: Функции управления, осуществляемые на станционном уровне и связанные с управлением несколькими или всеми агрегатами станции, задающей параметры управления системе агрегатного уровня
Примечание — При автоматическом управлении агрегатом и станцией система управления турбиной получает управляющие воздействия от вышестоящих уровней управления
3.1.4 уровень управления энергосистемой: Функции управления, осуществляемые для управления электрической сетью.
Примечание — При необходимости система управления турбиной участвует в первичном и/или вторичном регулировании частоты энергосистемы (см приложение В)
3.1.5 дифференциальное уравнение: Уравнение, описывающее динамику поведения системы на определенном временном интервале времени (см. приложение А).
3.1.6 отклик системы: Реакция системы (изменение выходного сигнала) на изменение входного сигнала.
3.1.7 частотный отклик: Отклик на синусоидальный входной сигнал линеаризованной системы, определенный при решении дифференциального уравнения с помощью преобразования Фурье
3.1.8 передаточная функция: Отклик на синусоидальный входной сигнал линеаризованной системы. определенный при решении дифференциального уравнения с помощью преобразования Лапласа
3.2 Индексы и сокращения
г— индекс номинального режима работы;
max / min — индекс наибольшего и наименьшего значений переменной;
2
ПНСТ 49—2015
д — символ отклонения параметра от установившегося значения; да — индекс направляющего аппарата турбины; ги — индекс рабочего колеса турбины; пе — индекс иглы (для ковшовых турбин); de — индекс отсекателя (дефлектора);
НА — направляющий аппарат.
3.3 Обозначения и определения используемых понятий
Удельная энергия Е. Дж/кг — энергия воды, проходящей через турбину, отнесенная к ее массе; Напор Н. м — Н=Е/д. где д = 9,81 м/с2;
Расход Q. м3/с — объем воды, протекающий через живое сечение в единицу времени;
Скорость вращения л, с"1 — число оборотов турбины в единицу времени;
Частота /. Гц — число полных циклов изменения тока в секунду;
Выходная мощность генератора PG, Вт — мощность генератора, измеряемая агрегатным счетчиком электроэнергии;
Момент инерции I, кг м2 — момент инерции / = МшR2^, где — масса рабочего колеса; Rm — радиус рабочего колеса;
Открытие НАа0 мм — кратчайшее расстояние между соседними лопатками НА или угол поворота лопаток НА гидравлической турбины от закрытого положения;
Ход штока сервомотора НА S. м — перемещение поршня сервомотора
Постоянная времени сервомотора Ту, с — характеристика инерционности сервомотора;
Объем сервомотора Vc, м3— объем масла для заполнения сервомотора;
Отклик системы — реакция системы (изменение выходного сигнала) на изменение входного сигнала.
Термин |
Определение |
Символ |
Управляемая пере- |
Переменная, по которой происходит управление, например, скорость v. выход- |
|
менная |
ная мощность PG, уровень воды h, открытие сервомотора у. расход Q |
|
|
- абсолютное значение |
X |
|
- относительное отклонение от абсолютного значения х =ДХ/Х |
X |
|
- скорость вращения |
*п |
|
- выходная мощность |
ХР |
|
- уровень воды |
|
|
• открытие |
|
|
- расход |
ХЯ |
|
|
|
Термин |
Определение |
Символ |
Команда (управля- |
Сигнал, полученный от системы управления высшего уровня |
|
ющий сигнал) |
- абсолютное значение; |
С |
|
- относительное отклонение от абсолютного значения, с =ДС/С. |
С |
|
- скорость вращения. |
сп |
|
• выходная мощность. |
СР |
|
• уровень воды; |
Ch |
|
- открытие, |
S |
|
- расход |
со |
Термин |
Определение |
Символ |
Ход поршня сервомотора. м |
Ход поршня главного сервомотора, который перемещает лопатки/иглы/ отсека-тел и/лопасти
- абсолютная величина;
- относительное отклонение от абсолютной величины, у = ДУ/У^
Примечание — Максимальный ход сервомотора Vmax определяется в договоре поставки |
У
У |
Термин |
Определение |
Символ |
Диапазон изменения управляемой переменной |
Диапазон регулирования управляемой переменной (скорость вращения в управлении скоростью или уровень воды в управлении уровнем) со средним остаточным статиэмом (см 5.3 2):
- максимальное значение управляемой переменной для Y/Ymax = 0. -минимальное значение управляемой переменной для Y/Ymax = 1,0, см рисунок! |
*та,
■*тю |
Термин |
Определение |
Символ |
Выходной сигнал электронного регулятора |
Выходной сигнал электронного регулятора, равный входному сигналу золотника сервомотора Относительное отклонение от установившейся величины |
S |
Выходной сигнал главного золотника |
Выходной сигнал главного золотника, равный входному сигналу главного сервомотора Относительное отклонение от установившейся величины |
$
V |
График статизма |
График, показывающий зависимость управляемой переменной (скорость n/nt или уровень воды Н/Н,) от относительного хода штока сервомотора или относительной выходной мощности при установившихся условиях, см рисунок 2 |
|
4
ПНСТ 49—2015
Термин |
Определение |
Символ |
Остаточный статизм,
% |
Крутизна слада графика (см рисунок 2):
- в заданной точке,
- определенная конечными значениями статизма |
* |
Коэффициент пропорционального действия |
Коэффициент пропорциональности, между пошаговым откликом идеализированного ПИД-регулятора при Ьр = 0, К0 = 0 и входным сигналом х =1, см рисунок 3 |
_ь_ |
|
s или У(ПИ-регулирование) |
Термин |
Определение |
Символ |
Постоянная интегрирования |
Постоянная времени интегрирования идеализированного ПИД-регулятора Время сброса Тг с. в параллельных структурированных ПИД-регуляторах определяется Г, = 7, Кр и Kf/Tl соответствует наклону кривой пошагового отклика регулятора 6р = 0, К0 =0 и входному сигналу х = 1. см рисунок 3 Примечание — Время сброса определяется как 7; = с коэффициентом К, = 1/Г| |
7, |
5
Термин |
Определение |
Символ |
Постоянная дифференцирования |
Постоянная времени дифференцирования идеализированного ПИД-регулятора Передаточная функция Т0 - р может фактически быть определена только приблизительно передаточной функцией ОТ(, те. производной переменной, умноженной на задержку элементов первого порядка
*10 ’^d Р 1+ Tjo ' Р
Пошаговый отклик идеализированного ПИД-регулятора с такой передаточной функцией (пропорциональная и интегральная составляющие равны нулю), как показано на рисунке 4
Для малых величин Г0. с, применяют приближение Т0 = К0 Т0
Примечание — Расчетное время в параллельных структурированных ПИД-регуляторах определяется как Тй = К^Кр с производным коэффициентом действия Кр = Гр |
То |
Термин |
Определение |
Символ |
Мертвая зона |
Максимальная разница между двумя значениями управляемой переменной, которая не вызывает управляющего воздействия, см рисунок 5 |
'* |
Зона нечувствительности |
Половина мертвой зоны |
‘Л |
6
ПНСТ 49—2015
Термин |
Определение |
Символ |
Минимальное время
открытия/эакрытия
сервомотора |
Время открытия/эакрытия. с, для полного перемещения штока сервомотора при максимальной скорости без учета времени демпфирования, см рисунок 6 Примечание — Минимальное время открытия/эакрытия сервомотора определяется в результате расчетов гидравлических переходных процессов |
|
Рисунок б — Минимальное время открытия/эакрытия сервомотора |
Термин |
Определение |
Символ |
Постоянная времени сервомотора, с |
Ts или У (поведение ОТ,) обратная величина наклона кривой, показывающая скорость сервомотора dy/d/ в зависимости от относительного отклонения управляющего клапана s. sv от нулевого положения, по отношению к s. sv = 1 (s. sv = 1 относительное перемещение штока при отсутствии обратной связи), см рисунок 7 |
|
|
Термин |
Определение |
Символ |
Погрешность сервомотора |
Максимально возможная разница в положении штока сервомотора при одинаковых значениях входного сигнала, см рисунок 8 |
|
7