CN101240720B - 在涡轮机停机序列期间测试超速保护系统的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在涡轮机停机序列期间测试超速保护系统的方法(200)和系统(300)。该方法(200)可包括在可具有单个或多个轴的涡轮机上提供超速保护系统；确定一个或多个轴的速度是否超过停机值(210)、(215)、(220)、(225)；改变涡轮机的超速跳闸值(245)；并且确定超速保护系统是否将操作成使涡轮机跳闸(250)。

Description

在涡轮机停机序列期间测试超速保护系统的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种涡轮机的保护系统；并且更特别地涉及用于对涡轮机进行电子超速保护的方法和系统。

背景技术

超速条件出现在涡轮机上轴的速度超过规定范围之后。在超速条件期间，涡轮机通常会经历可引起灾难性故障的严重机械和热应力。超速保护系统通过在超速事件期间启动紧急停机(通常称为跳闸(trip))来保护涡轮机。

在测试超速保护系统之前，涡轮机通常以全速无负载(FSNL)条件操作。FSNL是涡轮机处于正常操作速度并且没有输出能量到诸如发电机、压缩机等的负载的条件。超速测试通常涉及手工提升涡轮机的速度到正常操作范围之上。例如，在超速测试期间，一些涡轮机操作员将速度提升到正常操作速度的110％；此后，超速保护系统应当使涡轮跳闸。

当前超速测试的方法存在一些问题。手工调整轴转速引入高的热瞬变过程。在正常操作速度附近或之上的速度上的涡轮机跳闸可在涡轮机部件上引入大的机械、电子和热应力。这些应力降低了维护周期并要求涡轮机操作员使涡轮机停机以便在比所计划的更早的时间内维护。而且，在跳闸之后，要求重新启动涡轮机，这延迟了能量的输出。并且，电流超速测试方法通常要求涡轮机以FSNL操作，这通常不产生收益但消耗了燃料和电力。这些问题促使涡轮机操作员避免手工速度调整、跳闸、FSNL操作和超速测试。

由于前面的原因，需要一种用于测试超速保护系统的方法和系统，该超速保护系统在引入高的热瞬变过程的操作速度上不使涡轮机跳闸。该方法应当在测试期间自动地调整速度并且不应当在测试之后要求涡轮机重新启动。此外，该方法应当不要求显著的FSNL操作。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种测试涡轮机的超速保护系统的方法包括在涡轮机上提供超速保护系统，该涡轮机包括至少一个轴；确定至少一个轴的速度是否超过涡轮机能够跳闸的涡轮机停机值；改变涡轮机的超速跳闸值；并且确定超速保护系统是否将操作为使涡轮机跳闸。

根据本发明的另一个实施例，一种测试涡轮机的超速保护系统的系统包括用于在涡轮机上提供超速保护系统的装置，该涡轮机包括至少一个轴；用于确定至少一个轴的速度是否超过涡轮机能够跳闸的涡轮机停机值的装置；用于改变涡轮机的超速跳闸设置点的装置；和用于确定超速保护系统是否将操作为使涡轮机跳闸的装置。

附图说明

图1A-1C(统称为图1)是说明本发明的实施例操作环境的示意图。

图2A和2B(统称为图2)是说明根据本发明的实施例的在涡轮机停机序列期间测试超速保护系统的方法的一个例子的流程图。

图3是根据本发明的实施例的用于在涡轮机停机序列期间测试超速保护系统的示例系统的方框图。

具体实施方式

如本领域普通技术人员将理解的，本发明可具体化为方法、系统或计算机程序产品。由此，本发明可采用的形式有：全部为硬件的实施例、全部为软件的实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)、或组合软件和硬件方面的实施例，所有这些通常在这里称作为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明可采用计算机可用存储介质上的计算机程序产品的形式，所述介质具有在其中具体化的计算机可用程序代码。

可利用任何适合的计算机可读介质。计算机可用或计算机可读介质可以例如但不限于是电、磁、光、电磁、红外、或半导体系统、装置、设备、或传播介质。计算机可读介质的更具体的例子(非穷尽列表)包括以下：具有一条或多条线路的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、比如那些支持互联网或内联网的传输媒体、或磁存储设备。注意，计算机可用或计算机可读介质甚至可以是纸件或程序打印于其上的另外的适合介质，因为程序可以例如通过光扫描纸件或其它介质而被电子地捕获，接着被编译、解释、或如果需要则以适当的方式处理，并且然后被存储在计算机存储器中。在本文档的上下文中，计算机可用或可读介质可以是包含、存储、传递、传播、或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的任何介质。

用于执行本发明的操作的计算机程序代码可以用诸如Java 7、Smalltalk或C++等面向对象程序设计语言来写。但是，用于执行本发明的操作的计算机程序代码还可以用诸如“C”程序设计语言或类似语言的传统过程程序设计语言来写。程序代码可以完全地在用户的计算机上，部分地在用户的计算机上作为独立的软件包来执行，部分地在用户的计算机并且部分地在远程计算机或完全地在远程计算机上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户的计算机，或者与外部计算机(例如，使用互联网服务提供商而通过互联网)进行连接。

以下参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或框图来描述本发明。将会理解，流程图说明和/或框图的每个框以及流程图说明和/或框图中框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给公共目的计算机、专用目的计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令，创建用于实现在流程图和/或框图一个或多个框中规定的功能/动作的装置。

这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中，该计算机程序指令命令计算机或其它可编程数据处理装置以特定的方式工作，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造产品，该指令装置实现流程图和/或框图一个或多个框中规定的功能/动作。计算机程序指令还可被加载到计算机或其它可编程数据处理装置上，以使一系列操作步骤在计算机或其它可编程装置上执行，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供了用于实现流程图和/或框图一个或多个框中规定的功能/动作的步骤。

随后优选实施例的详细描述参考附图，附图说明了本发明的特定实施例。具有不同结构和操作的其它实施例不偏离本发明的范围。

本发明的一个实施例采用软件应用和进程的形式，所述软件应用和进程在涡轮机经历停机序列的同时自动测试涡轮机的超速保护系统。本发明可应用于许多形式的涡轮机，包括燃气涡轮、蒸汽涡轮等。

本发明可要求在开始点火停机超速测试之前满足至少一个测试许可。这些许可可包括主要的保护跳闸状态；发电机/驱动负载状态；点火停机状态；和火焰检测器状态。

图1A-1C(统称为图1)是说明本发明的实施例操作环境的屏幕快照。图1说明了经历停机序列的燃气涡轮(之后称为涡轮)100。图1包括涡轮100的工作参数。这些参数包括实际涡轮速度110(作为正常操作速度的百分比)；超速跳闸设置点(作为正常操作速度的百分比)120；火焰检测器130；和发电机输出140。图1还说明了具有停止/速度比例阀门152和多个气体控制阀门154的气体燃料系统150。

专门参考图1A，其说明了实际涡轮速度110是100％，超速跳闸设置点120是110％，火焰检测器130指明火焰并且发电机输出140是0。这些参数指出了涡轮100以FSNL条件操作。

在点火停机被启动并且测试许可被满足后，用户可开始点火停机超速测试。图1B说明了经历实际涡轮速度110为50％并且火焰检测器130指明火焰的点火停机的涡轮100。本发明允许用户手工中断测试，由此恢复涡轮100上的点火停机。

点火停机超速测试自动调整超速跳闸设置点120为涡轮100的熄火速度附近的值。这里，设置点120被降低到48％。

在改变设置点120后不久，超速保护系统应当跳闸涡轮100，如图1C所示。涡轮100的跳闸快速停止了到涡轮100的气体燃料流，由此熄灭了火焰。图1C说明了停止/速度比例阀门152和多个气体控制阀门154被关闭；并且火焰检测器130没有指明火焰存在。在涡轮100跳闸之后，超速跳闸设置点120被自动复位到缺省值。

现在参考图2A和2B(统称为图2)，其是说明根据本发明的实施例的在涡轮机停机序列期间测试超速保护系统的方法200的流程图。在步骤205，点火停机被启动。点火停机可以由涡轮机操作员手工启动或者由具有必要特权的控制系统自动地启动。

在步骤210，方法200确定是否至少有一个点火停机超速测试许可被满足。用户可配置测试必须预先具备的多个许可。这些许可可用于在测试前确保特定的涡轮操作状态。例如，用户可优选涡轮在开始测试之前处于或接近FSNL状态操作。如果没有所要求的测试许被满足，则方法200进行到步骤235；否则方法200进行到步骤215。

在步骤215，点火停机超速测试被选择。在满足步骤210之后，用户可配置方法200为自动选择测试。如果远程进行涡轮的操作，则用户可能期望这个选项。在可替换方案中，用户可优选手工地选择测试，如果本地进行涡轮的操作，则这是所期望的。

方法200进行到步骤220，步骤220确定是否至少有一个轴的实际速度超过燃烧室熄火速度。本发明可被应用于具有单个轴(通常称为定子)的涡轮或具有多个轴的涡轮，包括双轴涡轮。如果实际速度超过熄火速度，则方法200进行到步骤225；否则方法200进行到步骤235。本发明允许用户配置用于确定燃烧室熄火速度的参数。例如，用户可设置燃烧室熄火速度为控制常量。可替换地，本发明将燃烧室熄火速度当作为在测试期间自动确定的变量。

方法200在步骤225中确定步骤210中的测试许可是否被维持。操作事件可引起测试许可改变状态。例如，燃料系统供给问题可能导致过早的熄火和测试许可的丢失。如果测试许可没有被维持，则方法200进行到步骤235；否则方法200进行到步骤230。

在步骤230中，用户可手工地中断测试。用户可能发现操作上或其它方面的用于中断测试的原因。例如，用户可能发现火焰检测器没有提供火焰状态的可靠指示；并且火焰状态可能是测试的重要要求。如果用户中断测试，则方法200进行到步骤235；否则方法200进行到步骤240。

在步骤235中，方法200中断测试。在测试中断后，涡轮操作回复到先前的点火停机序列。用户可以配置方法200为提供测试被中断的通知。该通知可以是变化形式的警报，比如但不限于音频信号、图形或文本消息。

在步骤240，如图2B所示，超速跳闸设置点被改变为点火停机跳闸设置点。点火停机跳闸设置点的值受到各种机械的、操作的和可靠性因素影响。这些因素可能在燃烧系统、操作条件和燃料类型之间变化。该值通常被设置为接近特定燃烧系统的自然熄火速度，由此使与跳闸关联的热瞬变最小化。本发明允许用户输入点火停机跳闸设置点值，由此提供用于特定条件的调整装置。可替换地，本发明还可被配置成自动生成和输入点火停机跳闸设置点的值。

在超速跳闸设置点被改变之后，方法200进行到步骤245；其中涡轮经历了点火停机超速跳闸。该跳闸发生在涡轮的实际速度接近点火停机超速设置点之后。

方法200在步骤250中确定紧急保护系统是否正确地工作。在燃气涡轮中，紧急保护系统一般地操作为快速停止到燃烧系统的燃料流，由此熄灭燃烧。数据记录装置通常用于检验紧急保护系统的部件是否正确操作。如果紧急保护系统正确工作，则方法200进行到步骤255，其中点火停机测试成功；否则方法200进行到步骤260，其中点火停机测试不成功。本发明可与警报系统集成，警报系统通知用户紧急保护系统是否正确工作。

尽管已经参考图2A和2B中的单轴燃气涡轮来描述本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明的特征可以等效地应用于其它形式的涡轮机，比如蒸汽涡轮等。

图3是根据本发明的实施例的用于自动测试超速保护系统的示例系统300的步骤图。方法200的元素可以由系统300体现并执行。系统300可包括一个或多个用户或客户端通信设备302或类似系统或设备(两者如图3所示)。每个通信设备302可以是计算机系统、个人数字助理、蜂窝电话、或能够发送和接收电子消息的类似设备。

通信设备302可包括系统存储器304或本地文件系统。系统存储器304可包括只读存储器(ROM)和随机访问存储器(RAM)。ROM可包括基本输入/输出系统(BIOS)。BIOS可包含帮助在通信设备302的元件或部件之间传送消息的基本例程。系统存储器304可包含操作系统306，用于控制通信设备302的整体操作。系统存储器304还可包括浏览器308或网页浏览器。系统存储器304还可包括数据结构310或计算机可执行代码，用于自动测试涡轮机的超速保护系统，其类似于或包括图2A和2B中的方法200的元素。系统存储器304还可包括模板高速缓冲存储器312，其可与图2A和2B中的方法200结合用于自动存储来自最近测试的数据。

通信设备302还可包括处理器或处理单元314，用于控制通信设备302的其它部件的操作。操作系统306、浏览器308、数据结构310可在处理器314上操作。处理器314可通过系统总线316耦合到存储器系统304和通信设备302的其它部件。

通信设备302还可包括多个输入设备、输出设备或组合的输入/输出设备318。每个输入/输出设备318可以通过输入/输出接口(在图3中未示出)耦合到系统总线316。输入和输出设备或组合的I/O设备318允许用户操作通信设备302并与之对接并且控制浏览器308的操作和数据结构310以便访问、操作和控制软件，从而自动测试涡轮机的超速保护系统。I/O设备318可包括键盘和计算机指示设备等，用于执行这里讨论的操作。

I/O设备318还可包括磁盘驱动器、光、机械、磁或红外输入/输出设备、调制解调器等。I/O设备318可用于访问介质320。介质320可包含、存储、传递或传输计算机可读或计算机可执行指令或其它信息以供诸如通信设备302的系统使用或结合该系统使用。

通信设备302还可包括或连接到其它设备，比如显示器或监视器322。监视器322可用于允许用户与通信设备302对接。监视器322呈现与图1A-1C中说明的图表类似的图像、图形等，其由数据结构310生成以便自动地测试涡轮机的超速保护系统。

通信设备302还可包括硬盘驱动器324。硬盘驱动器324可通过硬盘驱动接口(在图3中未示出)耦合到系统总线316。硬盘驱动器324还可形成本地文件系统或系统存储器304的一部分。程序、软件和数据可在系统存储器304和硬盘驱动器324之间传送并交换以用于通信设备302的操作。

通信设备302可经由网络328与远程服务器326通信并且可访问其它服务器或其它与通信设备302类似的通信设备。系统总线316可通过网络接口330耦合到网络328。网络接口330可以是用于耦合到网络328的调制解调器、以太网卡、路由器、网关等。耦合可以是有线连接或无线的。网络328可以是互联网、专有网络、内联网等。

服务器326还可以包括可包括文件系统、ROM、RAM等的系统存储器332。系统存储器332可包括操作系统334，其类似于通信设备302中的操作系统306。系统存储器332还可包括数据结构336，用于自动测试涡轮机的超速保护系统。数据结构336可包括与参考方法200描述的用于自动测试涡轮机的超速保护系统的操作类似的操作。服务器系统存储器332还可包括其它文件338、应用、模块等。

服务器326还可包括处理器342或处理单元，用于控制服务器326中其它设备的操作。服务器326还可包括I/O设备344。I/O设备344可类似于通信设备302的I/O设备318。服务器326还可包括其它设备346，比如监视器等，用于提供接口以及I/O设备344给服务器326。服务器326还可包括硬盘驱动器348。系统总线350可连接服务器326不同的部件。网络接口352可经由系统总线350将服务器326耦合到网络328。

附图中的流程图和步骤图说明了根据本发明的各个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在这点上，流程图或步骤图中的每个步骤可以表示模块、程序段或代码部分，其包括一个或多个用于实现规定逻辑功能的可执行指令。还应当注意，在一些可替换实施例中，在步骤中记录的功能可以以图中记录的不同顺序出现。例如，连续示出的两个步骤可以实际上基本上并发地执行，或者步骤可以有时候以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应当注意框图和/或流程图图解中的每个步骤以及框图和/或流程图图解中的步骤组合可以由专用的基于硬件的系统来实现，该系统执行规定的功能或动作，或者由专用的硬件和计算机指令的组合来实现。

这里所使用的术语的目的在于，只描述特殊的实施例而不旨在限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一个”、“一”或“其”旨在还包括复数形式，除非上下文清楚地指明了相反情况。还将理解，术语“包括”和/或“包含”，当在本说明书中使用时规定了所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但没有排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、部件和或它们的组的存在或添加。

尽管这里已经说明和描述了特定的实施例，但是本领域普通技术人员会理解，用来计算以实现相同目的的任何方案可用来替代所示的任何特定实施例，并且本发明具有其它环境中的应用。该应用旨在覆盖本发明的任何修改或变化。随后的权利要求决不旨在限制本发明的范围到这里所述的特定实施例。

零件列表

燃气涡轮                                          100

实际涡轮速度                                      110

超速跳闸设置点                                    120

火焰检测器                                        130

发电机输出                                        140

气体燃料系统                                      150

停止/速度比例阀门                                 152

多个气体控制阀门                                  154

系统                                              300

通信设备                                          302

系统存储器                                        304

操作系统                                          306

浏览器                                            308

数据结构                                          310

高速缓冲存储器                                    312

处理单元                                          314

系统总线                                          316

输入/输出设备                                     318

介质                                              320

监视器                                            322

硬盘驱动器                                        324

服务器                                            326

网络                                              328

网络接口                                    330

存储器                                      332

操作系统                                    334

数据结构                                    336

其它文件                                    338

处理器                                      342

I/O设备                                     344

其它设备                                    346

硬盘驱动器                                  348

系统总线                                    350

网络接口                                    352

Claims (10)

1.一种在涡轮机停机序列期间测试涡轮机的超速保护系统的方法(200)，该方法包括：

在涡轮机上提供超速保护系统，该涡轮机包括至少一个轴；

确定是否至少有一个轴的速度超过涡轮机能够跳闸的涡轮机停机值(220)；

如果至少有一个轴的速度未超过涡轮机停机值，则中断点火停机超速测试(235)；

如果至少有一个轴的速度超过涡轮机停机值，则将涡轮机的超速跳闸设置点改变到点火停机跳闸设置点(240)；

使涡轮机经历点火停机超速跳闸(245)；并且

确定超速保护系统是否将操作为使涡轮机跳闸(250，255，260)。

2.如权利要求1所述的方法(200)，其中涡轮机是燃气涡轮，并且该方法还包括在确定是否至少有一个轴的速度超过涡轮机能够跳闸的涡轮机停机值之前执行下列步骤：

确定是否至少有一个预定测试许可被满足(210)；

启动点火停机超速测试(215)；

其中确定是否至少有一个轴的速度超过涡轮机能够跳闸的涡轮机停机值包括确定是否至少有一个轴的速度超过熄火速度，并且所述方法还包括如果至少有一个轴的速度没有超过熄火速度(220)，则中断点火停机超速测试(235)。

3.如权利要求2所述的方法(200)，其中超速保护系统控制至少一个燃气涡轮燃料系统(150)。

4.如权利要求3所述的方法(200)，还包括在确定至少有一个轴的速度超过熄火速度之后执行下列步骤：如果至少一个测试许可没有被维持，则中断点火停机超速测试(235)。

5.如权利要求4所述的方法(200)，其中确定超速保护系统是否将操作为使涡轮机跳闸包括：确定超速保护系统是否控制燃气涡轮的操作(250)。

6.一种在涡轮机停机序列期间测试涡轮机的超速保护系统的系统(300)，该系统包括：

用于在涡轮机上提供超速保护系统的装置，该涡轮机包括至少一个轴；

用于确定是否至少有一个轴的速度超过涡轮机能够跳闸的涡轮机停机值的装置；

用于如果至少有一个轴的速度未超过涡轮机停机值则中断点火停机超速测试的装置；

用于如果至少有一个轴的速度超过涡轮机停机值则将涡轮机的超速跳闸设置点(120)改变到点火停机跳闸设置点的装置；

用于使涡轮机经历点火停机超速跳闸的装置；和

用于确定超速保护系统是否将操作为使涡轮机跳闸的装置。

7.如权利要求6所述的系统(300)，其中涡轮机是燃气涡轮，并且该系统还包括：

用于确定是否至少有一个测试许可被满足的装置；

用于启动点火停机超速测试的装置；

用于如果至少一个轴的速度没有超过熄火速度则中断点火停机超速测试的装置。

8.如权利要求7所述的系统(300)，其中超速保护系统控制至少一个燃气涡轮燃料系统(150)。

9.如权利要求8所述的系统(300)，还包括：用于如果至少一个测试许可没有被维持则中断点火停机超速测试的装置。

10.如权利要求9所述的系统(300)，还包括：用于确定超速保护系统是否控制燃气涡轮的操作的装置。

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