CH679235A5 - - Google Patents

Description

1

CH 679 235 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Dampfturbinen und befasst sich insbesondere mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung eines Dampfturbinengenerators gemäss Anspruch 1 und 2.

Wenn ein Dampfturbinengenerator von einem Kaltstart aus angefahren wird, benötigt man eine geraume Zeit, bis die volle Betriebsdampfversorgung erreicht wird. Während der frühen Stadien des Anfahrens wird der Generator auf die Synchrondrehzahl gebracht und leicht belastet. Die Synchrondrehzahl ist definitionsgemäss eine Drehzahl, bei der die Frequenz und Phase der vom Generator erzeugten Elektrizität mit derjenigen des Netzwerks oder einer anzuschliessenden Last übereinstimmen. Nachdem die Synchrondrehzahl erreicht ist, wird der elektrische Ausgang des Generators mit der Last verbunden, und es beginnt eine Belastung in Richtung auf die volle Ausgangsleistung. Während des Hochfahrens der Belastung kann es vorkommen, dass die Dampfturbine eine grössere Dampfdurchströmung benötigt, als sie vom Kessel geliefert werden kann. Wenn dies geschieht, kann der Dampfdruck abfallen.

Eine Art von Steuersystem programmiert die Belastung des Turbinengenerators dadurch, dass ein befohlener Megawattausgang des Generators mit dem tatsächlichen Ausgang des Generators verglichen und ein Fehlersignal erzeugt wird. Dieses Fehlersignal wird entweder direkt oder nach einer weiteren Verarbeitung verwendet, um Dampfventile zu steuern, über die die Turbine mit Dampf versorgt wird. Wie bereits oben angedeutet, steht während des Anfahrens und des Belastungsvorganges weniger als die volle Betriebsdampfversorgung aus dem Kessel zur Verfügung. Es ist daher möglich, dass während des Belastens Dampfdruckstörungen auftreten können. Wenn ein scharfer Abfall im Dampfdruck auftritt, kommt es zu einem entsprechend starken Öffnen der Dampfventile durch das Steuersystem, wobei versucht wird, zum Zwecke der Kompensation die Dampfversorgung zur Turbine zu erhöhen. Da aber nur eine begrenzte Dampfmenge verfügbar ist, führt ein schnelles Öffnen der Dampfventile zu einer weiteren Verminderung des bereitgestellten Dampfdrucks anstatt zu der gewünschten Zunahme des zur Turbine geführten Dampfes. Der verminderte Dampfdruck verursacht, dass das Fehlersignal die Dampfventiie noch weiter öffnet. Infolge der begrenzten verfügbaren Dampfmenge ist damit ein weiterer Dampfdruckabfall verbunden. Die geschilderten Auswirkungen verstärken einander im Sinne einer positiven Rückführung und führen zu einer erhöhten Instabilität des Systems.

Ziel der Erfindung ist es, eine Dampfturbinenge-nerator-Steuervorrichtung zu schaffen, bei dem die oben geschilderten Nachteile nicht auftreten.

Nach der Erfindung wird für einen Dampfturbinengenerator eine Steuer- oder Regelvorrichtung geschaffen, bei dem ein Fehlersignal in Abhängigkeit von einer negativen Neigung im Dampfdruck beeinflusst wird.

Ferner wird nach der Erfindung für einen Dampfturbinengenerator eine Steuer- oder Regelvorrichtung geschaffen, bei dem eine auf ein Fehlersignal ausgeübte Verstärkung zur Steuerung des der Turbine zugeführten Dampfes proportional zu einer Neigung einer negativen Änderungsgeschwindigkeit im Dampfdruck gemacht wird.

Bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung wird ein Signal, das die elektrische Ausgangsleistung eines Dampfturbinengenerators darstellt, zurück zu einer Steuer- oder Regelvorrichtung geführt. Ein Signal, das den Kesseldampfdruck darstellt, wird ebenfalls zur Steuer- oder Regelvorrichtung zurückgeführt. Ein Steuersignal zur Steuerung von Ventilen, über die der Dampf der Dampfturbine zugeführt wird, wird beim Auftreten einer negativen Geschwindigkeitsänderung im Dampfdruck von weniger als einem fest eingestellten Wert, d.h. beim Überschreiten eines negativen Grenzwertes in Richtung zu höheren negativen Werten, zwischen 1 und 0 verstärkungsgesteuert. Bei anderen negativen Werten und allen positiven Werten der Geschwindigkeitsänderung des Dampfdrucks bleibt das Steuersignal unbeeinflusst. Bei einem Ausführungsbeispiel wird zur Steuerung der Verstärkung für zunehmend negative Werte der Geschwindigkeitsänderung des Dampfdrucks eine lineare Beziehung angewendet. Bei einem extrem hohen negativen Wert wird die Verstärkung auf Null eingestellt, so dass das Steuersignal unverändert beibehalten wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur Steuerung eines Dampfturbinengenerators unter Verwendung einer Megawatt-Rückkopplung eine Steuer- oder Regelvorrichtung vorgesehen, welche enthält: eine Einrichtung zum Erzeugen eines Lastreferenzfehlers, eine auf den Lastreferenzfehler ansprechende Steuereinrichtung zur Steuerung einer der Turbine zugeführten Dampfmenge, eine auf eine Geschwindigkeitsänderung eines Dampfdrucks im Dampfturbinengenerator ansprechende Einrichtung zum Erzeugen eines Geschwin-digkeitsänderungssignals und eine Verstärkungssteuereinrichtung, die zur Verminderung des Lastreferenzfehlers dient und zu diesem Zweck auf einen Wert des Geschwindigkeitsänderungssignals anspricht, das eine negative Geschwindigkeitsänderung anzeigt, die kleiner als ein fest eingestellter Wert ist, wobei ein Ansprechen des Dampfturbinengenerators relativ unabhängig von Dampfdruckverminderungen gemacht wird, die den fest eingestellten Wert überschreiten.

Ferner ist nach der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Dampfturbinengenerators unter Verwendung einer Megawatt-Rückkopplung vorgesehen, welches Verfahren die folgenden Schritte enthält: Erzeugung eines Lastreferenzfehlers, Steuerung einer der Turbine zugeführten Dampfmenge in Abhängigkeit ■ von dem Lastreferenzfehler, Erzeugung eines Geschwindigkeits-änderungssignals in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeitsänderung eines Dampfdrucks in dem Dampfturbinengenerator, und Verminderung des Lastreferenzfehlers in Abhängigkeit von einem Wert des Geschwindigkeitsänderungssignals, der

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 679 235 A5

4

eine negative Geschwindigkeitsänderung von weniger als einem fest eingestellten Wert angibt, wodurch ein Ansprechen des Dampfturbinengenerators relativ unabhängig von Dampfdruckverminderungen gemacht wird, die oberhalb des fest eingestellten Wertes liegen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen beispielshalber erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Dampfturbinengeneratorsystems, an Hand dessen die Erfindung erläutert wird, und

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Teils eines Steuersystems nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein nach der Erfindung ausgebildetes Dampfturbinengeneratorsystem 10. In einem Kessel 12 wird Wasser in Hochdruckdampf überführt, der dann über ein Dampfstellventil 14 einer Dampfturbine 16 zugeführt wird. Der Begriff «Stellventil» wird nur beispielhaft verwendet und soll alle geeigneten steuerbaren Absperrvorrichtungen umfassen, beispielsweise auch Stell- oder Regulierschieber. Der in der Dampfturbine 16 expandierende Dampf erzeugt ein mechanisches Drehmoment, das mittels einer Welle 18 auf den Rotor eines elektrischen Generators 20 übertragen wird. Der elektrische Generator 20 erzeugt elektrische Energie, und zwar für gewöhnlich in Form von Wechselstrom, der über eine Ausgangsleitung 22 einem nicht dargestellten Verbraucher zugeführt werden kann. Ein Signal, das den am Ausgang des Kessels 12 auftretenden Dampfdruck darstellt, gelangt über eine Dampf-druck-Rückführleitung 24 zu einem Steuer- oder Regelsystem 26. Ein Signal, das die an die Ausgangsleitung 22 abgegebene Ausgangsleistung oder Leistungsabgabe darstellt, wird über eine Megawattabgabe-Rückführleitung 28 dem System 26 zugeführt. Ein Steuer- oder Stellsignal gelangt über eine Steuerleitung 30 vom Steuer- oder Regelsystem 26 zum Dampfstellventil 14. Das Dampfstellventil 14 spricht auf das Signal an der Steuerleitung 30 an, und zwar durch Öffnen bzw. Schliessen, um die der Dampfturbine 16 zugeführte Dampfmenge zu steuern.

Bevor mit der Erläuterung fortgefahren wird, sei bemerkt, dass die Darstellung nach Fig. 1 in einem hohen Masse schematisch ist. Ein tatsächliches Turbinengeneratorsystem hat einen beträchtlich komplexeren Aufbau als das schematisch dargestellte System. So kann beispielsweise der Kessel 12 mehrere Stufen zur Anfangserhitzung und Zwischenerhitzung enthalten, das Dampfstellventil 14 kann all die vielen Ventile bzw. steuerbaren Absperrorgane umfassen, die zum Anfahren und Steuern der Dampfturbine 16 erforderlich sind, und die Dampfturbine 16 kann eine Mehrstufenturbine mit Zwischenerhitzung zwischen den Stufen sein. Schliesslich können die einfachen Rückführ- und Steuersignale, die dem Steuer- oder Regelsystem 26 zugeordnet sind, bei einem tatsächlichen System um zahlreiche weitere Eingangs- und Ausgangssignale vermehrt sein, und es kann auch eine beträchtliche interne analoge und/oder digitale Verarbeitung vorgesehen sein. Im vorliegenden Fall reicht jedoch die hochschematisch vorgenommene Darstellung für einen Fachmann aus, um die Erfindung vollständig verstehen zu können.

Wie in Fig. 2 dargestellt, enthält das Steuer- oder Regelsystem 26 ein Subtrahierglied 32, dessen Plus-Eingang (+) über eine Leitung 33 ein Mega-wattlast-Sollsignal bzw. ein die elektrische Sollleistung darstellendes Signal zugeführt wird und dessen Minus-Eingang (-) über die Megawattab-gabe-Rückführleitng 28 das Signal zugeführt wird, welches die tatsächliche Megawattabgabe des elektrischen Generators 20 bzw. die elektrische Istleistung darstellt. Das Subtrahierglied 32 erzeugt eine Regelabweichung oder ein Fehlersignal e, das gleich der Differenz zwischen den beiden Signalen ist, die den beiden Eingängen des Subtrahierglieds zugeführt werden. Das Fehlersignal e gelangt über eine Leitung 34 zu einem ersten Eingang eines Teilers 36. Das an der Dampfdruck-Rückführleitung 24 anliegende Dampfdruck-Rückführsignal P wird einem zweiten Eingang des Teilers 36 zugeführt. Der Teiler 36 dividiert das Fehlersignal durch das Dampfdruck-Rückführsignal (e/P) und liefert ein Megawattlast-Referenzfehlersignal, das über eine Leitung 38 zu einem Eingang eines in der Verstärkung gesteuerten Verstärkers 40 gelangt. Ein Verstärkungsvervielfachungssignal, dessen Ursprung für die Erfindung nicht wesentlich ist, wird über eine Leitung 42 einem die Verstärkung steuernden Eingang des verstärkungsgesteuerten Verstärkers 40 zugeführt. Die Verstärkung des verstärkungsgesteuerten Verstärkers 40 wird mittels der Amplitude des Signals am Verstärkungssteuereingang zwischen 0 und 1 verändert.

Das Ausgangssignal des verstärkunsgesteuer-ten Verstärkers 40 tritt an einer Leitung 44 auf, die zu einem Eingang eines zweiten verstärkungsgesteuerten Verstärkers 46 führt. Das an der Dampf-druck-Rückführleitung 24 anliegende Dampfdruck-Rückführsignal gelangt auch zum Eingang eines Differenzierglieds 48, das das Änderungsausmass des Dampfdruckes in Abhängigkeit von der Zeit berechnet. Die auf diese Weise gebildete Ableitung wird über eine Leitung 50 einem Eingang eines Ver-stärkungsfunktionsgenerators 52 zugeführt. Ein Ausgang des Verstärkungsfunktionsgenerators 52 gelangt über eine Leitung 54 zu einem Verstärkungssteuereingang des verstärkungsgesteuerten Verstärkers 46. Der Ausgang des verstärkungsgesteuerten Verstärkers 46 wird über eine Leitung 56 einem Eingang eines Integrierglieds 58 zugeführt. Der Ausgang des Integrierglieds 58 bildet den Eingang zu einer andere Steuerfunktionen betreffenden Vorrichtung 59 des Steuer- oder Regelsystems, das dann das an der Steuerleitung 30 auftretende Steuersignal dem Dampfstellventil 14 (Fig. 1 ) zuführt.

Wie es aus der Graphik hervorgeht, die in Fig. 2 innerhalb des den Verstärkungsfunktionsgenera-tor 52 darstellenden Blocks veranschaulicht ist, spricht der Verstärkungsfunktionsgenerator 52 auf negative Werte des zeitlichen Anderungsaus-masses oder der Änderungsgeschwindigkeit des Dampfdrucks an, und zwar auf Werte, die kleiner

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

CH 679 235 A5

6

als ein vorbestimmter Wert sind, um ein Signal zu erzeugen, das die Verstärkung des verstärkungsgesteuerten Verstärkers 46 von 1 auf 0 vermindert. Im normalen Bereich der zeitlichen Ableitungen des Dampfdrucks, also für alle negativen Ableitungswerte, die zwischen dem vorbestimmten negativen Wert und Null liegen, sowie für alle positiven Ableitungswerte, bleibt das dem verstärkungsgesteuerten Verstärker 46 zugeführte Verstärkungssteuersignal bei 1. Zwischen dem vorbestimmten Wert und einem extrem negativen Wert der Ableitung vermindert das vom Verstärkungsfunktions-generator 52 erzeugte Signal die Verstärkung des verstärkungsgesteuerten Verstärkers 46 von 1 auf 0 längs einer linearen Neigungskurve. Obgleich die Erfindung auf einen besonderen Satz von Werten nicht beschränkt sein soll, beträgt bei einem Ausführungsbeispiel der vorbestimmte Wert, von dem an eine Verstärkungssteuerung durch den Verstärkungsfunktionsgenerator 52 stattfindet, etwa-1,0 • 105 Pa/min (-15 PSI per minute). Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der extreme Wert, von dem an die Verstärkung des verstärkungsgesteuerten Verstärkers 46 auf 0 gesteuert ist, etwa-3,5 • 10s Pa/min (-50 PSI per minute).

Bei manchen Anwendungen kann es vorgezogen werden, die lineare Beziehung zwischen der Verstärkungssteuerung und der negativen Ableitung durch eine andere Funktion zu ersetzen. Anstelle der dargestellten glatt proportionalen Beziehung kann man auch eine stufenweise lineare Beziehung benutzen. Abweichend davon kann auch eine nicht lineare Beziehung zwischen der negativen Ableitung des Dampfdrucks und der Verstärkung des verstärkungsgesteuerten Verstärkers 46 bevorzugt werden. All diese Abwandlungen fallen in den Schutzumfang der Erfindung.

Unter Heranziehung der gemachten Offenbarung ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die Wirkung von plötzlichen Verminderungen im Dampfdruck gemäss der Erfindung gedämpft oder eliminiert werden. Alle Druckänderungsausmasse, die oberhalb des vorbestimmten Grenzwerts liegen (-105 Pa/min (-15 PSI/minute) bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel), werden als in den normalen Bereich fallend angesehen und bleiben von der Erfindung unbeeinflusst.

Es sei bemerkt, dass die Erfindung auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt ist. Unter den Schutzumfang der Erfindung fallen vielmehr auch zahlreiche verschiedenartige Änderungen und Modifikationen, die ohne besonderes Nachdenken einem Fachmann zugänglich sind.

Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines Dampfturbinengenerators unter Verwendung einer Megawatt-Rückkopplung, enthaltend die folgenden Schritte:

a) Erzeugen eines Lastreferenzfehlers,

b) Steuerung einer der Turbine zugeführten

Dampfmenge in Abhängigkeit von dem Lastreferenzfehler,

c) Erzeugung eines Geschwindigkeitsänderungs-

signals in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeitsänderung eines Dampfdruckes in dem Dampfturbinengenerator und d) Verminderung des Lastreferenzfehlers in Abhängigkeit von einem Wert des Geschwindigkeits-änderungssignals, der eine negative Geschwindigkeitsänderung angibt, die kleiner als ein fest eingestellter Wert ist, wobei ein Ansprechen des Dampfturbinengenerators relativ unabhängig gegenüber Dampfdruckverminderungen gemacht wird, die diesen fest eingestellten Wert überschreiten.

2. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend:

a) eine Einrichtung zum Erzeugen eines Lastreferenzfehlers,

b) eine Steuereinrichtung (14, 46), die ansprechend auf den Lastreferenzfehler eine der Turbine (16) zugeführte Dampfmenge steuert,

c) eine Einrichtung (48), die ansprechend auf eine Geschwindigkeitsänderung eines Dampfdruckes in dem Dampfturbinengenerator ein Ge-schwindigkeitsänderungssignal erzeugt, und d) eine Verstärkungssteuereinrichtung (52), die ansprechend auf einen Wert des Geschwindig-keitsänderungssignals, der eine negative Geschwindigkeitsänderung angibt, die kleiner als ein fest eingestellter Wert ist, den Lastreferenzfehler vermindert, wobei eine Belastung des Dampfturbinengenerators relativ unbeeinflusst von Dampfdruckverminderungen bleibt, die diesen fest eingestellten Wert überschreiten.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, bei dem die Verstärkungssteuereinrichtung (52) ferner eine Einrichtung enthält, die eine Verstärkung der Steuereinrichtung (14, 46) in einer linearen Beziehung zu einer Verminderung in Richtung auf negative Werte des Geschwindigkeitsänderungssignals steuert, wenn diese Werte kleiner als der fest eingestellte Wert sind.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei dem die Verstärkungssteuereinrichtung (52) ferner eine Einrichtung enthält, die bei einem zweiten fest eingestellten Wert der negativen Werte, der kleiner als der erste fest eingestellte Wert ist, die Verstärkung auf Null steuert.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4