Woodward EasyGen нестабильные обороты

[xabrs]

Добрый день.
Попросили посмотреть ГПУ Bosch EN 140 (0.4 кВ /140 кВт/ 1500 Об/мин)

[+]

Состав автоматики:
- контроллер Woodward EasyGen 3100-1
- регулятор Heinzmann KG-2040-KV c актуатором StG 2040. Подключен магнитный датчик оборотов.
к контроллеру не подключен датчик оборотов, обороты вычисляются по частоте генератора (из мануала). Аналоговый выход с контроллера настроен как 00.03 Speed Bias и поступает на вход регулятора (задание). Далее регулятор управляет подачей топлива, что влияет на обороты двигателя в холостом ходу.

Проблема следующая: после запуска на холостом ходу обороты нестабильные и меняются по периодическому принципу от 47 до 53 Гц (1400-1600 об/мин) с периодом 3 секунды. Вверх 2 секунды, вниз 1 секунда.
На холостом ходу никаких предупреждений/аварий нет. Со слов в шкаф автоматики никто не лез, обслуживание остального выполняется.

Что сделано:
- посмотрел осциллографом сигнал с датчика оборотов. Датчик рабочий, частота сигнала с датчика меняется по такому же принципу.
- замерил сигнал feedback на регуляторе. Должно быть в пределах 1.5-5 В. В норме. Меняется по такому же принципу. Соответствует положению стрелки на актуаторе. Актуатор тоже "гуляет".
- замерил осциллографом напряжение на входе задания в регуляторе. Меняется по такому же принципу.
- из необычного: под крышкой регулятора обнаружен NPN транзистор в корпусе TO220 со следами перегрева. По схеме он стоит перед 7805 и используются в связке для снижения напряжения с 24В до 5В. Напряжения p-n переходов в норме. Судя по ходу актуатора, транзистор рабочий и греется из-за низкого КПД этой схемы понижающего преобразователя.

Подскажите пожалуйста в какую сторону копать.
По "опыту" такие незатухающие колебания происходят при задержке сигнала обратной связи. Стоит крутить коэффициенты ПИД регулятора, смотреть в сторону механики-топливоподачи, смотреть настройки контроллера или посмотреть регулятор?
Может кто поделится настройками?

[+]

Код: Выделить всё

Контроллер -----> Регулятор --------> Актуатор -------> Обороты -------> Частота
    A                                      A________________|              |
    |______________________________________________________________________|                                                      

[Jackson]

Приветствую

По "опыту" такие незатухающие колебания происходят при задержке сигнала обратной связи. Стоит крутить коэффициенты ПИД регулятора, смотреть в сторону механики-топливоподачи, смотреть настройки контроллера или посмотреть регулятор?

Вы всё сами и написали. Смотреть это всё, начиная с механики.

[Alexandr79]

начиная с механики.

Именно. Люфты в тягах привода заслонки и оси самой заслонки.

[xabrs]

Удалось вчера посмотреть машину.
1. Действительно люфты небольшие были именно в тяге привода заслонки.
2. Фидбек от актуатора подстроили на 0 и 100% при ручном открытии, чтоб соответствовало требуемым 1.5 и 5 В.
3. Заслонка идеально ходит.
4. При вращении руками актуатора где-то в районе 10% чувствуется, что чуть притягивается к определенному положению. После n-го чтения мануала понял что это и есть Idle Position - положение холостого хода. Вот это хорошо продумали: частота будет номинальная в этом положении, только небольшими "толчками" со стороны автоматики поймать момент синхронизации.

Осталось точно подстроить длину тяги привода методом "НТ" под номинальные обороты при положении холостого хода актуатора, которое было смещено по неизвестным причинам. Может быть давление газа поменялось. По большей части всё дело оказалось в "механике".
Всем спасибо

[Jackson]

Что и требовалось до. :) Всегда надо начинать с механики.

[Alexandr79]

При вращении руками актуатора где-то в районе 10% чувствуется, что чуть притягивается к определенному положению. После n-го чтения мануала понял что это и есть Idle Position - положение холостого хода. Вот это хорошо продумали: частота будет номинальная в этом положении, только небольшими "толчками" со стороны автоматики поймать момент синхронизации.

Я, хоть и считаю себя начинающим дилетантом по газопоршневым моторам (специалистом вряд ли стану, они мне не нравятся), осмелюсь немного возразить. Idle Position - холостой ход - это, как правило, вспомогательный режим, когда обороты существенно ниже номинала (например, 1100 при номинале 1500), генератор в этом режиме не работает (под нагрузкой), нужно это для прогрева и остывания двигателя (этот режим не является жизненно необходимым и на многих установках отсутствует вообще). Далее, у актуатора вообще нет никаких положений, которые бы соответствовали какому бы то ни было режиму (могут быть разве что откалиброванные позиции крайних положений, чтобы не тянуть заслонку когда она уже упёрлась в ограничитель и не напрягать без надобности электропривод актуатора). Блок управления может гонять актуатор в любые положения в зависимости от нагрузки, пытаясь удерживать заданные обороты (в большинстве случаев 1500 для 50 Hz и 1800 для 60 Hz, при работе в параллель обороты могут чуток отклоняться от этого эталона).

[xabrs]

Idle Position - холостой ход - это, как правило, вспомогательный режим, когда обороты существенно ниже номинала (например, 1100 при номинале 1500), генератор в этом режиме не работает (под нагрузкой), нужно это для прогрева и остывания двигателя (этот режим не является жизненно необходимым и на многих установках отсутствует вообще)

После пуска двигатель сразу выходит на 1500 об/мин. Так настроено получается, задание регулятору настроено на Speed bias - которое до синхронизации даёт разницу между частотой сети и генератора относительно 50% (на выходе 20-0 mA/10-0 V контроллера). В настройках контроллера Idle time стоит 30 секунд. Дальше ловит синхронизацию в течении 5 минут.

Актуатор с возвратной пружиной до 0%. Есть ограничители 0 и 100 под крышкой, которые лучше не "модифицировать". И думаю вряд ли постоянные магниты размагнитились так неравномерно вокруг места, которое указано как Idle posistion. Вот картинка с мануала:

[+]

Сила притяжения к этому положению очень слабая по сравнению с силой пружины, чтобы учитывать.

[Alexandr79]

После пуска двигатель сразу выходит на 1500 об/мин. Так настроено получается, задание регулятору настроено на Speed bias - которое до синхронизации даёт разницу между частотой сети и генератора относительно 50%

Не знаю, что на Вашем Woodward означает этот параметр (speed bias), на комаповских контроллерах он означает совсем другое, это "начальная" команда на регулятор оборотов при запуске двигателя, пока мотор не выйдет на свои требуемые обороты и не заработают нормально все контуры регулирования, да и на Woodward, судя по всему, оно означает то же самое, раз мотор у Вас сразу выходит на 1500 и никакой 50-процентной разницы в частоте, естественно, нет (по Вашему описанию до синхронизации должно быть 750 об/мин). Idle time - время для прогрева на холостом ходу (обороты холостого хода у Вас, видимо, равны номинальным оборотам).

Подписи к рисункам весьма условны и означают по сути минимальное и максимальное положения актуатора относительно "электровоздействия" на его привод (у того же комапа можно в настройках, например, выставить "обратное" регулирование, и такой актуатор тогда будет работать наоборот). А на намагниченность вообще внимания не обращайте. Это могут быть просто технологические особенности конкретного привода.

Вот это хорошо продумали: частота будет номинальная в этом положении

Мне не понравилась у Вас эта фраза. (Ну и дальнейшее, про длину тяги и метод научного тыка; метод, безусловно, в ряде случаев совершенно незаменимый, но предполагающий хорошее понимание сути вопроса). Если проводить аналогию с дизельными моторами, то там это у народа распространённая ошибка - путать (или отождествлять) привод регулятора ТНВД и привод рейки ТНВД (вещи совершенно разные, хотя вроде и похожие). Принципиально неверно считать, что "в этому положении (актуатора) будет номинальная (или любая другая фиксированная) частота". Частота в текущий момент времени будет номинальная в том положении актуатора, который выставит блок управления (Heinzmann в вашем случае), основываясь на сигнале с датчика оборотов и команде с контроллера (Woodward). В другой момент времени положение актуатора при (почти) неизменной частоте может измениться (а может и нет, там уж как блок управления захочет).

[Jackson]

И думаю вряд ли постоянные магниты размагнитились

А напрасно. :) Китайские неодимовые магниты имеют свойство превращаться во что-то совсем немагнитное под действием нагрева. На сковородке они размагничиваются за полчаса. А ГПУ - сплошной нагрев. Я б проверил, если есть сомнения.

Вообще да, странно. Во всём мире считается что IDLE SPEED - это промежуточные, пониженные обороты. Для высокооборотной машины 1500 об/мин это может быть 700...1000 об/мин. И это никак не холостой ход.

Автору. Замечу, что я никогда не регулировал саму механику лично, как максимум я настраивал регуляторы сверху. Но на номинальных оборотах машина должна свободно управляться в диапазоне 47,5...53Гц (при номинале 50Гц), сами посчитайте какие это у Вас обороты. И нет никакой разницы, газопоршневая это машина, дизельная или минитурбина. Если регулирования в этом диапазоне нет - дальнейшие настройки можно даже не начинать (лично я сразу звал заказчика, демонстрировал чего хочу и пока он не обеспечит - дальше не продолжаю).
А холостой ход для генераторного агрегата - это надсинхронная частота без нагрузки, 50,1Гц примерно.

Дальше ловит синхронизацию в течении 5 минут.

На нормально настроенной ГПУ динамическая синхронизация занимает секунд 30 максимум, если больше минуты - уже надо беспокоиться, аларм можно генерировать. Вот Вам и наглядная демонстрация того, что ни разу машина не настроена нормально.

[Alexandr79]

50,1Гц примерно.

Евгений, можно вопрос от дилетанта? Какой, так сказать, физический смысл в этом избыточном 0,1 Гц?

[Jackson]

Евгений, можно вопрос от дилетанта? Какой, так сказать, физический смысл в этом избыточном 0,1 Гц?

Посмотрите алгоритм динамической (то есть обычной) синхронизации, в чём её суть. Тогда будет понятна физика процесса.
Смысл в том, что если генератор "набегает" на шины, то сразу после включения он возьмет на себя часть нагрузки, чем поможет остальным работающим (просто так ещё один генератор не включают - значит работающим уже тяжело и не надо им жизнь дополнительно утяжелять, а то всю станцию завалить можно).
А если применяется статическая синхронизация, где включение делается только в "нулях", то в случае если регулирования нет то генератор и не включится никогда, а включать в параллель генератор с неисправным каналом регулирования тоже незачем.

[xabrs]

50-процентной разницы в частоте

Это я ноутбуком в контроллере посмотрел. На холостом ходу значение выхода прыгает около 50%.
На нагруженной до 100% нагрузки генераторе выход показывает 0%.

А на намагниченность вообще внимания не обращайте. Это могут быть просто технологические особенности конкретного привода.

Если вращение актуатора рукой представить по аналогии с шариком подшипника, который толкаешь по наклонной прямой, выглядит примерно как в картинке.

[+]

1.png

На нормально настроенной ГПУ динамическая синхронизация занимает секунд 30 максимум, если больше минуты - уже надо беспокоиться, аларм можно генерировать

После наших манипуляций очень быстро синхронизировалось после пуска и небольшого прогрева. Но. По звуку обороты также плавали. Так и оставили работать до следующего раза. До этого мог несколько раз не синхронизироваться по 5 минут. По истечению таймера двигатель глушится, надо заново заводить.
Жаль не заснял последний пуск. Можно было со звука по спектру увидеть как плавают обороты и после синхронизации идёт прямая. Это то что было изначально в холостом режиме:

2.png

Настройки синхронизации: -0.1..+0.22 Гц, 4.92В, -7..+7°. И время, в течении которого эти параметры должны совпадать, 3 секунды. Я слабо представляю, как с такими плавающими оборотами будет 3 секунды совпадение по частоте, не говоря о разности фаз. А возбуждение на отдельном устройстве сделано, там всё в норме. Следующие пуски надо снять.

[xabrs]

Какой, так сказать, физический смысл в этом избыточном 0,1 Гц?

И чтобы защита обратной мощности не сработала. Вообще изначально мне сказали, что если синхронизируется, то выключатель отключается после синхронизации. Если повезёт, двигатель нагружается и работает дальше без проблем. Предположение были, что отключается по обратной мощности или из-за изменения чередования фаз где-то в сетях, там как раз работы делались. При подключении ноутбуком было выяснено, что отключается по обратной мощности. И проверка чередования фаз проверяется в контроллере. А дальше пришли к тому, к чему пришли здесь.

[Alexandr79]

выглядит примерно как в картинке.

Что-то по вашей картинке меня терзают смутные сомнения, что эта ямка на горочке никакая не намагниченность, а банальный механический износ в механизме актуатора (если вал привода на подшипниках, то это запросто может быть из-за односторонней выработки в подшипниках).

Смысл в том, что если генератор "набегает" на шины, то сразу после включения он возьмет на себя часть нагрузки, чем поможет остальным работающим (просто так ещё один генератор не включают - значит работающим уже тяжело и не надо им жизнь дополнительно утяжелять, а то всю станцию завалить можно).

Спасибо, я забыл о контексте, что речь шла об установке, которая готовится к включению в синхронизм. Я ещё новичок в этом, до этого в основном с одиночными установками имел дело, где 0,1 Гц смысла не имеет (на механических установках нужно сильнее задвигать частоту ненагруженного генератора, где-то 52-52,5 Гц, да и точность регулирования там низкая, ловить десятые доли герц в принципе нереально; а электронные без всяких смещений держат свои 50,0 Гц). Ещё вопрос - а если частота сети, в которую мы хотим включить нашу установку, ниже 50 Гц, например, 49,4 Гц, там нужно выставлять 49,5 Гц перед включением в синхронизм?

А вообще (в моей практике) ещё один генератор часто включают "просто так" (например, нужно отключить работающую установку для ремонта/обслуживания, а перерыв в питании нежелателен, ну то есть не совсем "просто так", но и не из-за того, что уже работающие установки перегружены).

P.S. У Вас явно талант преподавателя пропадает.

[Jackson]

После наших манипуляций очень быстро синхронизировалось после пуска и небольшого прогрева. Но. По звуку обороты также плавали.

До того как вы включились - это нормально, ведь синхронизация идёт. А после - это Вы уже по ваттметрам увидите если что-то не в порядке.

Жаль не заснял последний пуск. Можно было со звука по спектру увидеть как плавают обороты и после синхронизации идёт прямая.

Вообще обороты тахометром обычно измеряют. :) Косвенно - частотомером (пока не синхронизировались). Чтоб осциллографировать звук - это я впервые вижу такой метод. :) Звучать машина может порой неожиданно, всякое бывает.

Вообще изначально мне сказали, что если синхронизируется, то выключатель отключается после синхронизации. Если повезёт, двигатель нагружается и работает дальше без проблем. Предположение были, что отключается по обратной мощности или из-за изменения чередования фаз где-то в сетях, там как раз работы делались.

Журналы событий/аварий существуют, чтобы не "догадываться" и гадать на кофейной гуще, а точно знать. Или с таким же успехом можно к экстрасенсам обратиться, эффективность будет не хуже.
Если на лету чередование фаз поменяется - Вы узнаете об этом по сгоревшему физически генератору, может автомату, или ещё чего похуже. Всё будет буквально очевидно. Разберитесь в физике процессов сначала, чтоб таких глупых догадок не делать больше. :)

[Jackson]

P.S. У Вас явно талант преподавателя пропадает.

Ни разу не пропадает. У нас обучение проходит вообще-то. Но там больше по контроллерам (и не тем что в топике, по крайней мере пока). Физика процессов - это база, основа, без которой дальше не будет понимания как это всё настроить, как ни объясняй. Сейчас даже в сети уйма материалов есть по этой тематике.

Ещё вопрос - а если частота сети, в которую мы хотим включить нашу установку, ниже 50 Гц, например, 49,4 Гц, там нужно выставлять 49,5 Гц перед включением в синхронизм?

А так бывает? :) Вы видели где-то сеть с 49,4Гц? :) Это только в одном случае может быть - когда сеть это не сеть а точно такой же энергоцентр где-то неподалёку. :) И это отдельная песня, можно и эту проблему решить.
Обычно же одна из самых эффективных защит от исчезновения сети как раз по частоте и делается. 50,0Гц - норма, 49,9Гц или 50,1Гц - уже нет, можно рубиться. Если сеть - действительно сеть. Там всегда 50Гц и вам это изменить не под силу.

Отправлено спустя 5 минут 28 секунд:

А вообще (в моей практике) ещё один генератор часто включают "просто так" (например, нужно отключить работающую установку для ремонта/обслуживания, а перерыв в питании нежелателен, ну то есть не совсем "просто так", но и не из-за того, что уже работающие установки перегружены).

Разные причины могут быть, когда необходимо подкинуть ещё генератор. В любом случае, он должен быть помощью, а не проблемой для уже работающих. Иначе лучше б не трогали его вообще.

Отправлено спустя 5 минут 53 секунды:
Чтобы не захламлять тему автора - он же вопрос задал и ответ ему нужен - давайте-ка каждый свой вопрос в отдельную новую тему, ок? Как и предписано вверху красным и крупным.

И FAQ посмотрите перед тем как спрашивать - может там ответ уже есть: здесь и здесь. Но с физики нужно начать, вот прямо с теории электромашин. Без этого никуда.

[Looker]

А так бывает? :) Вы видели где-то сеть с 49,4Гц

Такую разницу не видел, но в начале 2000-х, наблюдал дельту частоты в показаниях 17-ти приборов учета. Дельта была 0.01 гц. Местные инженеры поняли откуда взялась эта дельта.
Jackson, ранее дал самый правильный совет: искать проблемы в механике, т.к. в автоматике люфтов и износов нет.

PS. А, может быть электроны, которые летают по проводам (PN - переходы, NP - переходы) - уменьшают сечение проводников, по аналогии с механическим износом.

[xabrs]

А, может быть электроны, которые летают по проводам

В таком случае, подскажите где можно купить электроны, желательно отечественные

[Jackson]

в начале 2000-х, наблюдал дельту частоты в показаниях 17-ти приборов учета. Дельта была 0.01 гц

0,01Гц - это может быть и погрешность. Приборы учёта ведь не частоту учитывают. :) А 0,1Гц - для сети уже заметно.
Мне повезло, была возможность ставить натурные эксперименты на живой станции с потребителями и генераторами на максимально быстрое определение отвала сети. Как сейчас помню, уставка была +-0,1Гц, этого было достаточно. Сеть была жёсткая.
Но бывает что сеть и не жёсткая, я выше описал почему. И на этот случай есть решение, как говорил.

[Alexandr79]

Вы видели где-то сеть с 49,4Гц? :) Это только в одном случае может быть - когда сеть это не сеть а точно такой же энергоцентр где-то неподалёку

Обычно именно так и бывает. К общероссийским сетям у нас в регионе вообще довольно редко разрешают подключать "посторонние" генераторы. За ссылки спасибо, всё очень понятно, у Вас реально педагогический талант.

[Jackson]

Обычно именно так и бывает.

Это как раз необычно. :) В РФ централизованное электроснабжение. Просто в РФ "там наверху" люди не хотят признавать иное, и понятия "микрогрид" не вводят. По своим шкурным геоэкономическим причинам. Бывает нередко, но в терминологии любой автоматики сеть является абсолютно жесткой, и это разночтение и есть источник проблем.

К общероссийским сетям у нас в регионе вообще довольно редко разрешают подключать "посторонние" генераторы.

Это не связано с предыдущим, хотя из него и вытекает. :) Общая тенденция.

[Looker]

В таком случае, подскажите где можно купить электроны, желательно отечественные

У меня, дорого, качество не гарантирую.