CN102252845B - 用于测试动力装置的过速保护系统的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例具有自动测试与动力装置(100)的多个动力装置机器关联的过速保护系统的技术效果。本发明的一个实施例可在动力装置机器的至少一个处于停机过程的同时自动测试过速保护系统(300)。本发明的另一个实施例可在动力装置机器(105，106)的至少一个工作在全速空载的同时通过调整轴(137)的速度自动测试过速保护系统。

Description

用于测试动力装置的过速保护系统的方法和系统
技术领域
本申请涉及2006年10月10日提交的共同受让的美国专利申请11/584095[GEDocket213935]以及2006年10月30日提交的美国专利申请11/589579[GEDocket219837]。
本发明涉及动力装置(powerplant)的保护系统，更具体来说，涉及用于对于包括由至少一个轴所集成的多个动力装置机器的动力装置的自动过速保护的方法和系统。
背景技术
一些动力装置配置有具有转轴的多个动力装置机器，例如但不限于涡轮机等等。动力装置配置可包括但不限于通过单轴所集成的蒸汽轮机和燃气轮机(通常称作单轴STAG)或者经由多个轴所集成的多个涡轮机。
过速状况在动力装置机器上的轴的速度超过指定范围之后发生。在过速状况期间，动力装置机器通常遇到会导致灾难性故障的严重机械和热应力。
一般来说，动力装置机器配备有保护系统，它们尝试降低过程状况的影响。调节器系统一般用作主要保护线。在检测到过速状况时，调节器尝试降低轴的速度。还可存在辅助或独立保护线-过速保护系统。过速保护系统通常结合机械、电和软件组件(component)来保护动力装置机器。过速保护系统通过在过速事件期间发起紧急停机(通常称作跳闸(trip))来保护动力装置机器。
动力装置运行员定期测试过速保护系统，以便确定该系统是否正常起作用。在测试过速保护系统之前，动力装置机器通常工作在全速空载(FSNL)状况下。FSNL是当动力装置机器处于正常运行速度并且没有向负载输出能量的状况。过速测试通常涉及将轴的速度人工提升到高于正常运行范围。非限制性地例如，在过速测试期间，操作员可将轴的速度提升到正常运行速度的110％；此后过速保护系统应当使动力装置机器跳闸。
当前的过速测试方法存在几个问题。人工调整轴速可引入高热瞬变。在接近或高于正常运行速度的速度时的跳闸能够对动力装置机器的组件引起大机械、电和热应力。这些应力降低维护间隔。此外，在跳闸之后，要求动力装置机器的重启，这使能量的输出延迟。另外，当前过速测试方法通常要求动力装置机器工作在FSNL。这不会产生收益但消耗燃料和电力。这些问题驱使动力装置机器操作员避免人工速度调整、跳闸、FSNL运行和过速测试。
由于上述原因，需要一种降低跳闸机会的测试过速保护系统的方法。该方法应当可适合大量动力装置，例如但不限于单轴STAG。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种测试动力装置的过速保护系统的方法，该方法包括：提供一种动力装置，它包括在运行上由轴所集成的多个动力装置机器，该轴在多个动力装置机器的运行期间旋转；提供一种过速保护系统，其配置用于检测与轴关联的过速事件；选择用于测试过速保护系统的方法学；其中，该方法学确定多个动力装置机器是工作在停机模式还是运行模式；如果多个动力装置机器处于停机模式，则确定轴的速度是否超过表示过速事件的停机值；如果多个动力装置机器处于运行模式，则确定轴的速度是否超过表示过速事件的过速跳闸值；改变过速跳闸值；以及确定过速保护系统是否进行运行成使多个动力装置机器跳闸；其中该方法降低在过速保护系统的测试期间发生的跳闸的可能性。
在该方法中，多个动力装置机器包括燃气轮机和蒸汽轮机，并且其中轴集成燃气轮机和蒸汽轮机，从而形成蒸汽和燃气动力系(STAG)。该方法学包括配置用于停机模式的停机模式过程以及配置用于运行模式的运行模式过程。
停机模式过程执行下列步骤：确定是否满足测试许可；发起点火停机过速测试(firedshutdownoverspeedtest)；如果轴的速度没有超过熄火速度(flameoutspeed)，则中止点火停机过速测试；以及将过速跳闸设定点改变为点火停机跳闸设定点。
在该方法中，紧急保护系统控制与燃气轮机和蒸汽轮机关联的调节器系统，其中调节器系统部分控制轴的速度和加速度。
该方法还包括在没有保持测试许可时中止点火停机过速测试的步骤。
该方法还包括确定紧急保护系统是否控制燃气轮机和蒸汽轮机的运行的步骤。
运行模式过程执行下列步骤：将轴的速度自动调整到接近过速跳闸值；确定轴的速度是否接近过速跳闸值；以及在确定轴的速度是否接近过速跳闸值之后将轴的速度自动调整到接近运行速度。
该方法还包括以下步骤：发起过速测试；确定是否满足稳定性许可，否则在不满足稳定性许可时中止过速测试；自动调整轴的速度；确定轴的速度是否超过过速跳闸值；确定轴速度参考是否超过过速跳闸值；当轴的速度低于过速跳闸值时，如果轴速度参考超过过速跳闸值，则中止过速测试；以及自动禁用轴的速度的自动调整。在这里，中止过速测试的步骤将轴的速度调整到接近运行速度。
根据本发明的一个备选实施例，一种测试动力装置的过速保护系统的方法，该方法包括：提供一种动力装置，它包括燃气轮机和蒸汽轮机，并且其中轴集成燃气轮机和蒸汽轮机，从而形成蒸汽和燃气动力系(STAG)；提供一种过速保护系统，配置用于检测与轴关联的过速事件；选择用于测试过速保护系统的方法学；其中，该方法学确定STAG是工作在停机模式还是运行模式；如果STAG处于停机模式，则确定轴的速度是否超过表示过速事件的停机值；如果STAG处于运行模式，则确定轴的速度是否超过表示过速事件的过速跳闸值；改变过速跳闸值；以及确定过速保护系统是否运行成使STAG跳闸；其中该方法降低在过速保护系统的测试期间的STAG跳闸的可能性。
根据本发明的另一个备选实施例，一种配置用于测试动力装置的过速保护系统的系统，该方法包括：动力装置，其包括燃气轮机、蒸汽轮机和轴，其中轴包括多个组件，并且集成燃气轮机和蒸汽轮机，从而形成蒸汽和燃气动力系(STAG)；控制系统，包括过速保护系统，其中控制系统配置用于检测与轴关联的过速事件；以及执行下列步骤：a)选择用于测试过速保护系统的方法学，其中，该方法学确定STAG是工作在停机模式还是运行模式，并且该方法学包括配置用于停机模式的停机模式过程和配置用于运行模式的运行模式过程；b)如果STAG处于停机模式，则确定轴的速度是否超过表示过速事件的停机值；c)如果STAG处于运行模式，则确定轴的速度是否超过表示过速事件的过速跳闸值；d)改变过速跳闸值；以及e)确定过速保护系统是否运行成使STAG跳闸；其中该方法降低在过速保护系统的测试期间的STAG跳闸的可能性。
附图说明
图1是示出其中本发明的一个实施例运行的环境的示意图。
图2是示出根据本发明的一个实施例、测试过速保护系统的方法的示意图。
图3A-3B(统称为图3)是示出根据本发明的一个实施例、图2的停机序列期间测试过速保护系统的方法的示例的流程图。
图4A-4C(统称为图4)是示出根据本发明的一个实施例的使用中的图2和图3的方法的示意图。
图5A和图5B(统称为图5)是示出根据本发明的一个实施例、图2的测试过速保护系统的第二方法的示例的流程图。
图6A-6E(统称为图6)是示出根据本发明的一个实施例的使用中的图2和图5的方法的示意图。
图7是根据本发明的实施例、用于测试过速保护系统的示范系统的框图。
具体实施方式
本发明具有自动测试与动力装置的多个动力装置机器关联的过速保护系统的技术效果。本发明的一个实施例可在动力装置机器的至少一个停机的同时自动测试过速保护系统。本发明的另一个实施例可在动力装置机器的至少一个工作在FSNL的同时通过调整轴的速度来自动测试过速保护系统。
本文公开详细示例实施例。但是，本文所公开的具体结构和功能细节只是代表性的，以用于描述示例实施例。但是，示例实施例可通过许多备选形式来实施，而不应当被认为仅局限于本文所述的实施例。
相应地，虽然示例实施例能够采取各种修改和备选形式，但通过示例在附图中示出其实施例，并且将在本文中详细描述。但是应当理解，不是要将示例实施例局限于所公开的具体形式，相反，示例实施例将涵盖落入示例实施例的范围之内的所有修改、等效和备选方案。
大家会理解，虽然“第一”、“第二”等术语可在本文中用来描述各个元件，但是这些元件不应当受到这些术语限制。这些术语仅用来区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可称作第二元件，而第二元件类似地可称作第一元件，而没有背离示例实施例的范围。本文所使用的术语“和/或”包括关联列示项的一个或多个的任意以及全部组合。
本文所使用的术语仅用于描述具体实施例，而不是要限制示例实施例。本文所使用的单数形式“一个”和“该”意在也包含复数形式，除非上下文另加明确说明。大家还会理解，在本文中使用时，术语“包括”和/或“包含”表示存在所述特征、整数、步骤、运行、元件和/或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、运行、元件、组件和/或上述各项的组。
还应当注意，在一些备选实现中，所示的功能/动作可不按照图中所示的顺序进行。例如，两个连续附图可基本同时执行，或者有时可按照相反顺序执行，这取决于所涉及的功能性/运行。
本发明可适用于许多形式的动力装置机器，它们可被认为是部分通过使轴旋转来传递能量的机器。轴集成多个动力装置机器，从而允许各动力装置机器有助于使轴旋转的转矩。
本发明的实施例可适用于具有非限制性地例如开放和/或闭合系统中的径向、轴向、离心机器等旋转机器形式的大量动力装置机器。这可包括但并不局限于以下方面：轴流涡轮、轴流压缩机、离心压缩机、螺杆压缩机、向心式涡轮、转矩转换器、泵、风扇、吹风机、水轮机、船用螺旋桨、风轮机或者它们的组合。
动力装置机器还可具有配置用于产生功率(power)和/或消耗功率的涡轮机的形式。这些涡轮机可包括但不限于燃气轮机和蒸汽轮机。这些涡轮机主要可用于增加工作流体的压力。工作流体的非限制性示例包括：空气、水、气体、物质(physicalmatter)或者它们的组合。这些涡轮机可消耗大量能源，例如但不限于气体、液体燃料、空气、水、水蒸汽、风、电、热、蒸汽或者它们的组合。
本发明的实施例可适用于在大量应用中运行的动力装置机器，包括但并不局限于以下方面：航空、机动车、制冷、加热、工业、发电(powergeneration)、海上事业、化学、农业、石化、机械驱动器、泵、风扇、鼓风机、压缩机等等。
现在参照附图，其中各种标号在若干视图中通篇表示相似元件，图1是示出其中本发明的一个实施例可运行的环境的示意图。图1示出组合循环配置的动力装置100，其中具有燃气轮机105和蒸汽轮机160。轴137集成燃气轮机和蒸汽轮机105、160。这种配置被认为是单轴STAG动力系。虽然本文参照单轴STAG应用来描述本发明的实施例，但是本发明可适用于具有可以或者可以不通过单轴137来集成的多个动力装置机器的其它动力装置配置。
如上所述，过速保护系统用作过速事件期间的第二防护线，并且结合机械、电和软件组件来保护动力装置机器。过速保护系统可包括截止/速度配量阀(stop/speedrationvalve)152和蒸汽阀162，它们用作第二防护线。
燃气轮机105一般包括压缩机部分110、燃烧系统120、涡轮机部分125和排气部分130。一般来说，压缩机110吸入和压缩进入空气，由图1中的箭头表示。压缩空气可向下游流动到燃烧系统120，其中压缩空气与从气体燃料系统150所接收的非限制性地例如天然气等燃料混合，并且然后燃烧。在燃烧过程期间所释放的能量向下游流动，并且驱动涡轮机部分125。非限制性地例如发电机167等负载可经由轴137耦合到燃气轮机105。这里，在涡轮机部分125中生成的机械转矩驱动发电机167。
在燃气轮机105的运行期间生成的排气135可通过排气部分130向下游流动，并且可由热回收蒸汽发生器(HRSG)140接收。HRSG140利用热交换过程将排气135中的一部分热量传递到冷凝液(condensate)或给水147，从而产生蒸汽145。蒸汽145可通过蒸汽阀162向下游流动到蒸汽轮机160，其中蒸汽轮机160经由轴137耦合到燃气轮机105。在流经蒸汽阀162和蒸汽轮机160之后，蒸汽145可在冷凝器165中冷凝，从而形成冷凝液147。冷凝液或给水泵(未示出)则可将冷凝液或给水147驱动到HRSG140中，其中上述过程可重复进行。在流经HRSG140之后，排气135可流动到烟囱(未示出)。当蒸汽145流经蒸汽轮机160时，蒸汽145的能量转换成驱动轴137的机械转矩。
控制系统170可监测和控制动力装置100的运行。根据本发明的实施例，控制系统170可实现下面所述的过速测试系统。
大家会理解，本发明可作为方法、系统或计算机程序产品来实施。相应地，本发明可采取全硬件实施例、全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，它们在本文一般称作“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明可采取计算机可用存储介质上的计算机程序产品的形式，介质中包含计算机可用程序代码。本文所使用的术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储器中存储供处理器运行的任何计算机程序，其中存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型只是示范性的，因而并不是限制可用于存储计算机程序的存储器的类型。可使用任何适当的计算机可读介质。
计算机可用或计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外线或半导体系统、设备、装置或者传播介质。计算机可读介质的更具体示例(非详尽列表)包括下列各项：具有一条或多条导线的电连接，便携式计算机磁盘，硬盘，随机存取存储器(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，便携压缩光盘只读存储器(CD-ROM)，光存储装置，例如支持因特网或内联网的那些传输介质，或者磁存储装置。注意，计算机可用或计算机可读介质甚至可以是纸张或者可在其上打印程序的另一种适当介质，因为程序可经由例如对纸张或其它介质进行光学扫描来以电子方式进行捕捉、再进行编辑、解释或根据需要以适当方式进行处理、然后再存储在计算机存储器中。在本文档的上下文中，“计算机可用或计算机可读介质”可以是能够包含、存储、传递、传播或传送由指令执行系统、设备或装置使用的或者与其结合使用的程序的任何介质。
本文所使用的术语“处理器”指的是中央处理单元、微处理器、微控制器、简化指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路以及能够执行本文所述功能的任何其它电路或处理器。
用于执行本发明的操作的计算机程序代码可通过例如Java7、Smalltalk或C++等面向对象的编程语言来编写。但是，用于执行本发明的操作的计算机程序代码也可通过例如“C”编程语言或类似语言等常规面向过程的编程语言来编写。程序代码可完全在用户计算机上、部分在用户计算机上作为独立软件包运行，部分在用户计算机以及部分在远程计算机上或者完全在远程计算机上运行。在后一种情况下，远程计算机可通过局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者可进行到外部计算机的连接(例如通过使用因特网服务提供商的因特网)。
下面参照根据本发明的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本发明。大家会理解，流程图图示和/或框图的各框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可通过计算机程序指令来实现。可将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以便产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器运行的指令创建用于实现流程图和/或框图的框中指定的功能/动作的部件。
这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中。这些指令能够指导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式起作用。这使得计算机可读存储器中存储的指令产生一种制造产品，其中包括实现流程图和/或框图的框中指定的功能/动作的指令部件。计算机程序指令还可加载到计算机或其它可编程数据处理设备上。这些指令可使一系列运行步骤在计算机或其它可编程设备上执行，以便产生计算机实现的过程。在这里，运行于计算机或其它可编程设备上的指令提供用于实现流程图和/或框图的框中指定的功能/动作的步骤。
又参照附图，图2是示出根据本发明的一个实施例、测试过速保护系统的方法200的示意图。在本发明的一个实施例中，操作员可经由图形用户界面(GUI)等、使用控制系统170来监测和/或控制方法200的操作。
在步骤205，动力装置100处于运行模式。在这里，动力装置100可以处于FSNL、输出电力或者处于类似运行模式。
在步骤210，方法200可确定是否需要过速保护系统的测试。在这里，操作员可使用GUI来指示需要过速保护系统的测试。如果需要过速保护系统的测试，则方法200可进入步骤215，否则方法200可回到步骤205。
在步骤215，方法200可选择动力装置过速测试方法学。本发明的一个显著有益效果是经由两种方法学来测试过速保护系统的能力。停机方法学允许用户在动力装置机器处于停机过程中的同时来测试过速保护系统。运行方法学允许用户在动力装置运行在FSNL的同时来测试过速保护系统。下面论述各方法学的特征和优点。如果动力装置正停机，则方法200可进入步骤220。如果动力装置的轴的速度大约为正常运行速度，则方法200可进入步骤230。
在步骤220，方法200可确定动力装置可能将要开始并且发起停机过程。
在步骤225，方法200可在动力装置正停机的同时发起过速保护系统的测试。图3和图4描述和示出与在动力装置正停机的同时测试过速保护系统关联的步骤。
在步骤230，方法200可确定动力装置的轴速可在正常速度范围之内运行。
在步骤235，方法200可在动力装置可处于FSNL的同时发起过速保护系统的测试。图5和图6描述和示出与在动力装置可运行在FSNL的同时测试过速保护系统关联的步骤。
现在参照图3A和图3B(统称为图3)，它们是示出根据本发明的一个实施例、在停机序列期间测试过速保护系统的方法300的流程图。在步骤305，发起燃气轮机105的点火停机。点火停机可由操作员人工发起或者由具有必要特权的控制系统自动发起。
在步骤310，方法300确定是否满足至少一个点火停机过速测试许可。用户可配置作为测试的先决条件的多个许可。这些许可可以用于在测试之前确保特定运行状态。非限制性地例如，用户可优选在开始测试之前燃气轮机105运行在FSNL状态或其附近。如果不满足所需测试许可，则方法300可进入步骤335，否则方法300可进入步骤315。
在步骤315，选择点火停机过速测试。用户可将方法300配置成在满足步骤310之后自动选择测试。如果燃气轮机105的运行远程地进行，则用户可希望这个选项。在备选方案中，用户可优选人工选择测试，这在涡轮机的运行在本地进行时可以是合乎需要的。
然后，方法300可进入步骤320，其中可确定轴137的实际速度是否超过燃烧室熄火速度。如果实际速度超过熄火速度，则方法300可进入步骤325，否则方法300可进入步骤335。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，用户可将燃烧室熄火速度设置为控制常数。备选地，本发明允许燃烧室熄火速度为测试期间自动确定的变量。
方法300在步骤325确定是否保持步骤310的测试许可。运行事件可使测试许可改变状态。例如，燃料系统问题可导致过早熄火和测试许可的丢失。如果没有保持测试许可，则方法300可进入步骤335，否则方法300可进入步骤330。
在步骤330，用户可人工中止测试。用户可发现中止测试的运行或其它方面的原因。例如，用户可发现火焰检测器没有提供火焰状态的可靠指示，并且火焰状态可以是重要测试要求。如果用户中止测试，则方法300可进入步骤335，否则方法300可进入步骤340。
在步骤335，方法300中止测试。在测试被中止之后，燃气轮机105的运行回到前一个点火停机序列。用户可将方法300配置成提供关于测试被中止的通知。通知可以是具有变化形式的告警，例如但不限于音频信号、图形或者文本消息。
在图3B所示的步骤340，将过速跳闸设定点改变为点火停机跳闸设定点。点火停机跳闸设定点的值可受到各种机械、运行和可靠性因素影响。这些因素可在动力装置机器类型、燃烧系统、运行条件、燃料类型等之中改变。该值通常设置成接近特定燃烧系统的自然熄火速度，由此使关联跳闸的热瞬变为最小。本发明的一个实施例允许用户输入点火停机跳闸设定点值，由此提供对于特定状况的调整手段。备选地，本发明可配置成自动生成并且输入点火停机跳闸设定点的值。
在过速跳闸设定点改变之后，方法300可进入步骤345。在这里，燃气轮机105可能遇到点火停机过速跳闸。跳闸可在燃气轮机105的实际速度接近点火停机过速设定点之后发生。
方法300在步骤350则可确定紧急保护系统是否正确起作用。在燃气轮机105中，紧急保护系统一般运行成迅速停止对燃烧系统的燃料流，由此熄灭燃烧。在蒸汽轮机160中，紧急保护系统一般运行成通过闭合蒸汽阀162来迅速停止蒸汽流。这使蒸汽轮机160对轴137所产生的转矩量为最小。数据记录部件通常用于检验紧急保护系统的组件正确运行。如果紧急保护系统正确起作用，则方法300可进入步骤355，其中点火停机测试成功；否则方法300可进入步骤360，其中点火停机测试不成功。本发明可与告警系统集成，告警系统通知用户关于紧急保护系统是否正确起作用。
图4A-4C(统称为图4)是示出根据本发明的一个实施例的使用中的图2和图3的方法的示意图。图4示出图1所示动力装置100的燃气轮机105和蒸汽轮机160。图4还示出燃气轮机105和蒸汽轮机160的有关运行参数。这些参数包括实际涡轮速度410(作为正常运行速度的百分比)、过速跳闸设定点(作为正常运行速度的百分比)420以及燃烧系统120的火焰检测器。图4还示出气体燃料系统150，其中具有截止/速度配量阀152、多个气体控制阀154和蒸汽阀162。
具体参照图4A，示出实际涡轮速度410为100％，过速跳闸设定点420为110％，以及火焰检测器指示火焰。这些参数表明涡轮机100正运行在FSNL状况。
在发起点火停机并且满足测试许可之后，用户可开始点火停机过速测试。图4B示出遇到点火停机的燃气轮机105，其中实际涡轮速度410在50％并且火焰检测器指示火焰。本发明允许用户人工中止测试，由此恢复对燃气轮机105的点火停机。
点火停机过速测试将过速跳闸设定点420自动调整到接近涡轮机100的熄火速度的值。在这里，设定点420降低到48％。
在设定点420改变之后不久，过速保护系统应当使燃气轮机105和蒸汽轮机160跳闸，如图4C所示。燃气轮机105和蒸汽轮机160的跳闸迅速使对轴137的转矩传递为最小。在这里，燃烧火焰熄灭，并且蒸汽阀162闭合。图4C示出燃烧系统120的火焰检测器没有指示火焰存在。在燃气轮机105和蒸汽轮机160跳闸之后，过速跳闸设定点420可自动重置为缺省值。
现在参照图5A和图5B(统称为图5)，它们是示出在燃气轮机105最初运行在FSNL的同时测试涡轮机的过速保护系统的方法500的步骤的流程图。在本发明的一个实施例中，操作员可经由图形用户界面(GUI)等、使用控制系统170来监测和/或控制方法500的操作。
方法500可包括偏置系统(biasingsystem)等，它调整过速保护系统跳闸和紧急保护系统跳闸的缺省设定点。偏置系统可允许轴137的速度增加到过速跳闸设定点的缺省设置，而没有使STAG跳闸。这可确保以过速跳闸设定点的缺省设置来测试过速保护系统。此外，方法500的一个实施例可以不禁用过速保护系统或紧急保护系统。非限制性地例如，在测试期间，偏置系统可将紧急跳闸设定点从110％增加到111％，并且将保护跳闸设定点从113％增加到114％。因此，如果本发明将要失灵，则独立保护线可保护STAG。
本发明可要求在过速测试开始之前至少一个测试许可被满足，并且由燃气轮机105和蒸汽轮机160保持。这些许可可以包括主保护跳闸状态、发电机(generator)/被驱动负载状态、运行许可、进气导叶位置和稳定性许可。此外，各许可在过速测试的不同时段可被要求。例如，在测试开始之前可要求运行许可，而在测试期间可要求稳定性许可。
在步骤505，燃气轮机105和蒸汽轮机160可运行在FSNL，它可以是过速测试的优选起始条件。通常，燃气轮机105和蒸汽轮机160在没有向外部负载输出能量时工作在FSNL。例如，在使发电机167同步到公用电网之前，燃气轮机105和蒸汽轮机160运行在FSNL。
在步骤510，方法500确定是否满足运行许可。本发明的一个实施例可允许用户配置至少一个运行许可。运行许可可以包括以FSNL的连续运行、吸收时间等要求。例如，许可对于新轴可要求更长的运行时段。如果满足运行许可，则方法500可进入步骤515，否则方法500可回到步骤505。
在步骤515，方法500确定是否满足至少一个过速测试许可。与步骤510相似，本发明的一个实施例可允许用户定义过速测试许可或者定义多个过速测试许可。非限制性地例如，过速测试许可可以包括：进气导叶位置、压缩机保护系统状态以及进气系统状态、进气加热(inletbleedheating)等等。如果不满足过速测试许可，则方法500可进入步骤530，否则方法500可进入步骤520。
在步骤530，方法500可自动中止过速测试。在测试被中止之后，燃气轮机105和蒸汽轮机160的运行自动回到FSNL。用户可将方法500配置成提供关于测试被中止的通知。通知可以是具有变化形式的告警，例如但不限于音频信号、图形或者文本消息。
方法500可进入步骤520，其中发起过速测试。用户可将方法500预先配置成在满足步骤515之后自动发起过速测试。如果例如燃气轮机105和蒸汽轮机160的运行远程地进行，则用户可希望这个选项。备选地，方法500可预先配置成要求用户动作来发起过速测试。用户动作非限制性地可以是在本地控制涡轮机105、160的显示器上选择“过速测试发起”按钮等。
在步骤525，方法500可确定是否满足稳定性许可。稳定性许可可以确保燃气轮机105以最小热瞬变在热稳态附近运行。稳定性许可可以采取定时器等的形式，它对燃气轮机105运行时间进行计数。与步骤510和515相似，本发明的一个实施例可允许用户定义稳定性许可或者多个稳定性许可。此外，稳定性许可可以在燃气轮机105的类型和/或类别之中改变。如果不满足稳定性测试许可，则方法500可进入步骤530，否则方法500可进入步骤535。
在步骤535，方法500可选择自动速度增加。本发明的一个实施例可通知用户关于方法500为自动增加作好准备。这个通知非限制性地可以是要求用户动作来继续进行自动速度增加的告警和/或提示。备选地，本发明的一个实施例可预先配置成自动选择自动速度增加。
在步骤540，方法500可自动增加集成燃气轮机105和蒸汽轮机160的轴137的速度。本发明的一个实施例可改变增加速度的速率，由此允许用户使通常关联速度增加的热瞬变为最小。速率可根据涡轮机类别和运行环境来改变。例如，本发明的一个实施例还可允许用户在过速测试期间改变速率，以便考虑与轴和其它机械组件关联的动量。此外，较快速率可在较低速度期间使用，而较慢速率在涡轮机接近过速跳闸设定点时使用。
在自动速度增加开始之后，方法500在步骤545可确定用户是否决定人工中止过速测试。中止过速测试的一个原因可包括但不限于运行问题。例如，较高轴速度可能引起扰动问题，从而要求用户中止测试。如果用户中止过速测试，则方法500可进入步骤550，否则方法500可进入步骤555。
在步骤550，方法500中止测试。与步骤530相似，在过速测试被中止之后，燃气轮机105和蒸汽轮机160的运行可回到FSNL。用户可将方法500配置成提供关于过速测试在步骤545期间中止的通知。通知可以是具有变化形式的告警，例如但不限于音频信号、图形或者文本消息。
本发明可结合运行涡轮机105、160的控制系统、涡轮控制器等等。涡轮控制器可包括通常称作核心的至少一个处理系统，它登记涡轮机105、160的速度。本发明的一个实施例可包括涡轮控制器，其中具有至少两个核心，即一个运行核心和一个保护核心等。方法500在步骤555允许用户将各核心预先配置成登记燃气轮机105和蒸汽轮机160的速度。这用于检验燃气轮机105和蒸汽轮机各遇到过速状况。
燃气轮机105可包括保护系统，它一般运行成迅速停止对燃烧系统的燃料流，由此熄灭燃烧。在蒸汽轮机160中，紧急保护系统一般运行成通过闭合蒸汽阀162来迅速停止蒸汽流。这使蒸汽轮机160对轴137所产生的转矩量为最小。数据记录部件通常用于检验保护系统组件在过速测试期间正确运行。本发明可与告警系统集成，告警系统通知用户关于保护系统在实际过速状况的情况下是否正确运行。
在步骤555，方法500可确定轴速是否超过过速跳闸设定点。在本发明的一个实施例中，如果运行核心和保护核心没有登记轴速超过过速跳闸设定点，则方法500可进入步骤560，否则方法500可进入步骤570。
本发明的一个实施例可通过首先增加速度参考来增加轴的速度。将速度参考转换成燃料行程参考等，它最终增加轴的速度。在步骤560，方法500确定涡轮控制器是否正发起大于过速跳闸设定点的速度参考。如果速度参考不大于过速跳闸设定点，则方法500可回到步骤540。备选地，如果速度参考大于过速跳闸设定点，则方法500可进入步骤565。
在步骤565，中止过速测试，以便避免跳闸或者可由各种原因而引起的灾难性故障。灾难性故障的一个原因涉及热增长率，它在旋转与固定涡轮机组件之间改变。一般来说，随着轴速增加，存在组件的热膨胀的增加。此外，较紧密的间隙存在于常常由不同材料制成的旋转与固定涡轮机组件之间。这些间隙可随着旋转和固定组件在过速测试期间增长而进一步减小。因此，为了避免产生于旋转与固定涡轮机组件之间的接触的灾难性故障，如果速度参考超过过速跳闸设定点，则方法500在步骤565可中止过速速度测试(即使涡轮机速度登记为低于过速跳闸设定点)。
在步骤570，方法500自动减小轴速。与步骤540相似，本发明的一个实施例可改变减小速度的速率，由此允许用户使通常关联速度减小的热瞬变为最小。非限制性地例如，速率可根据涡轮机类别和运行环境来改变。本发明的一个实施例还可允许用户改变速度减小的速率。例如，较快速率可在较高轴速期间使用，而较慢速率在轴速接近正常运行速度时使用。
本发明的过速测试可在轴速返回到大约正常运行速度时被认为完成。在步骤575，方法500可在轴速返回到大约FSNL之后禁用自动速度变化。
现在参照图6A-6E(统称为图6)，它们是示出其中方法500的一个实施例可运行的环境的示意图。图6示出根据本发明的一个实施例、经受过速保护系统的测试的燃气轮机105和蒸汽轮机160。图6还示出燃气轮机105和蒸汽轮机160的运行参数。这些参数包括实际涡轮速度610(作为正常运行速度的百分比)、过速跳闸设定点(作为正常运行速度的设定点)620以及燃烧系统120的火焰检测器。图6还示出气体燃料系统150，其中具有截止/速度配量阀152、多个气体控制阀154和蒸汽阀162。
具体参照图6A，示出实际涡轮速度610为100％，过速跳闸设定点620为110％，以及火焰检测器指示火焰。这些参数表明燃气轮机105和蒸汽轮机160可运行在FSNL状况。在满足测试许可之后，用户可开始过速测试。
图6B示出，在过速测试已经开始之后，实际涡轮速度610增加到103％，并且过速跳闸设定点620偏置到111％。本发明在过速测试期间自动调整轴137的速度。
图6C示出轴137的实际速度为110％，与过速跳闸设置的缺省值相等。如上所述，过速跳闸设定点620偏置到111％。当达到过速状况时，本发明在过速测试期间没有使燃气轮机105或蒸汽轮机160跳闸。本发明的一个实施例可通知用户关于过速状况。如图6D所示，本发明在达到过速状况之后自动降低轴137的速度。在这里，实际速度610已经自动降低到108％。此外，本发明可在实际速度达到过速跳闸设置的缺省值之后去除过速跳闸的偏置。在这里，过速跳闸设定点620返回到缺省值110％。如图6E所示，本发明的一个实施例可继续自动调整轴137的速度，直至达到FSNL，由此完成测试。此后，用户可恢复动力装置100的正常运行。
图7是根据本发明的实施例、自动测试过速保护系统的示范系统700的步骤图。方法300、500的单元可嵌入系统700中并且由其执行。系统700可包括一个或多个用户或客户机通信装置702或者类似系统或装置(图7中示出两个)。各通信装置702可以是计算机系统、个人数字助理、蜂窝电话或者能够发送和接收电子消息的类似装置。
通信装置702可包括系统存储器704或本地文件系统。系统存储器704可包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。ROM可包括基本输入/输出系统(BIOS)。BIOS可包含基本例程，它们有助于通信装置702的元件或组件之间传递信息。系统存储器704可包含操作系统706，以便控制通信装置702的整体操作。系统存储器704还可包括浏览器708或万维网浏览器。系统存储器704还可包括数据结构710或者计算机可执行代码，以便自动测试过速保护系统，它可与方法300、500的单元相似或者包括方法300、500的单元。系统存储器704还可包括模板高速缓冲存储器712，它可与方法300、500结合用于自动存储来自最近测试的数据。
通信装置702还可包括处理器或处理单元714，以便控制通信装置702的其它组件的操作。操作系统706、浏览器708、数据结构710可以是在处理器714上可操作的。处理器714可通过系统总线716耦合到通信装置702的存储器系统704和其它组件。
通信装置702还可包括多个输入装置、输出装置或者组合输入/输出装置718。各输入/输出装置718可通过输入/输出接口(图7中未示出)耦合到系统总线716。输入和输出装置或者组合I/O装置718准许用户操作通信装置702并且与其接口，以及控制浏览器708和数据结构710的操作，以便访问、操作和控制软件来自动测试过速保护系统。I/O装置718可包括键盘和计算机指针装置等，以便执行本文所述的操作。
I/O装置718还可包括磁盘驱动器、光、机械、磁或红外线输入/输出装置、调制解调器等等。I/O装置718可用于访问介质720。介质720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者其它信息，以供由例如通信装置702等系统使用或者与其结合使用。
通信装置702还可包括或者连接到例如显示器或监视器722等其它装置。监视器722可用于准许用户与通信装置702接口。监视器722提供图像、图形等，它们可由数据结构710来生成，用于自动测试过速保护系统。
通信装置702还可包括硬盘驱动器724。硬盘驱动器724可通过硬盘驱动器接口(图7中未示出)耦合到系统总线716。硬盘驱动器724还可形成本地文件系统或系统存储器704的一部分。程序、软件和数据可在系统存储器704与硬盘驱动器724之间传递或交换，用于操作通信装置702。
通信装置702可与远程服务器726通信，并且可经由网络728来访问与通信装置702相似的其它服务器或者其它通信装置。系统总线716可通过网络接口730耦合到网络728。网络接口730可以是调制解调器、以太网卡、路由器、网关等，用于耦合到网络728。耦合可以是有线连接或无线式的。网络728可以是因特网、专用网络、内联网等等。
服务器726还可包括系统存储器732，它可包括文件系统、ROM、RAM等等。系统存储器732可包括与通信装置702中的操作系统706相似的操作系统734。系统存储器732还可包括数据结构736，以便自动测试过速保护系统。数据结构736可包括与针对用于自动测试过速保护系统的方法300、500所述相似的操作。服务器系统存储器732还可包括其它文件738、应用程序、模块等等。
服务器726还可包括处理器742或处理单元，以便控制服务器726中的其它装置的操作。服务器726还可包括I/O装置744。I/O装置744可与通信装置702的I/O装置718相似。服务器726还可包括例如监视器等其它装置746，以便向服务器726提供接口连同I/O装置744。服务器726还可包括硬盘驱动器748。系统总线750可连接服务器726的不同组件。网络接口752可经由系统总线750将服务器726耦合到网络728。
附图中的流程图和步骤图示出根据本发明的各个实施例的系统、方法和计算机程序产品可能的实现的体系结构、功能性和操作。在这方面，流程图或步骤图中的各步骤可表示模块、代码段或代码部分，它包含用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意，在一些备选实现中，步骤中所示的功能可不按照图所示的顺序进行。例如，连续示出的两个步骤实际上可基本上同时执行，或者步骤有时可按照相反顺序执行，这取决于所涉及的功能性。还要注意，框图和/或流程图图示的各步骤以及框图和/或流程图图示的步骤的组合能够通过执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
本领域的技术人员会理解，以上相对于若干示范实施例所述的许多变化特征和配置还可选择性地应用于形成本发明的其它可能实施例。本领域的技术人员还理解，没有详细提供或论述本发明的所有可能迭代(iteration)，但以下若干权利要求或别的所包含的所有组合和可能实施例预计是本申请的一部分。另外，通过本发明的若干示范实施例的以上描述，本领域的技术人员会知道改进、变更和修改。本技术领域之内的这类改进、变更和修改也预计由所附权利要求书包含。此外，应当显而易见，以上所述仅涉及本申请的所述实施例，并且在其中可进行许多变更和修改，而没有背离以下权利要求书及其等同物所限定的本申请的精神和范围。
部件列表
100 动力装置 152 截止/速度配量阀
105 燃气涡轮机 154 多个气体控制阀
110 压缩机部分 160 蒸汽轮机
120 燃烧系统 162 蒸汽阀
125 涡轮机部分 165 冷凝器
130 排气部分 167 发电机
135 排气 170 控制系统
137 轴 410 实际涡轮速度
140 HRSG 420 过速跳闸设定点
145 蒸汽
147 冷凝液/给水
150 气体燃料系统

Claims (8)

1.一种测试动力装置的过速保护系统的方法，所述方法包括下列步骤：
提供动力装置，其包括在运行上由轴所集成的多个动力装置机器，所述轴在所述多个动力装置机器的运行期间旋转；
提供过速保护系统，其配置成用于检测与所述轴关联的过速事件；
选择用于测试所述过速保护系统的方法学，其中所述方法学确定所述多个动力装置机器是工作在停机模式还是运行模式；
如果所述多个动力装置机器处于所述停机模式，则确定所述轴的速度是否超过表示所述过速事件的停机值；
如果所述多个动力装置机器处于所述运行模式，则确定所述轴的速度是否超过表示所述过速事件的过速跳闸值；
改变所述过速跳闸值；以及
确定所述过速保护系统是否会运行成使所述多个动力装置机器跳闸；
其中所述方法降低在所述过速保护系统的测试期间发生的跳闸的可能性。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个动力装置机器包括燃气轮机和蒸汽轮机，并且其中所述轴集成所述燃气轮机和所述蒸汽轮机，从而形成蒸汽和燃气动力系(STAG)。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述方法学包括配置用于所述停机模式的停机模式过程以及配置用于所述运行模式的运行模式过程。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述运行模式过程执行下列步骤：
a.将所述轴的速度自动调整到接近所述过速跳闸值；
b.确定所述轴的速度是否接近所述过速跳闸值；以及
c.在确定所述轴的速度是否接近所述过速跳闸值之后，将所述轴的速度自动调整到接近运行速度。
5.如权利要求4所述的方法，还包括下列步骤：
a.发起过速测试；
b.确定是否满足稳定性许可，否则如果不满足所述稳定性许可，则中止所述过速测试；
c.自动调整所述轴的速度；
d.确定所述轴的速度是否超过过速跳闸值；
e.确定轴速参考是否超过所述过速跳闸值；
f.当所述轴的速度低于所述过速跳闸值的同时，如果轴速参考超过所述过速跳闸值，则中止所述过速测试；以及
g.自动禁用所述轴的速度的自动调整。
6.一种测试动力装置的过速保护系统的方法，所述方法包括下列步骤：
提供动力装置，其包括燃气轮机和蒸汽轮机，并且其中轴集成所述燃气轮机和所述蒸汽轮机，从而形成蒸汽和燃气动力系STAG；
提供过速保护系统，其配置成用于检测与所述轴关联的过速事件；
选择用于测试所述过速保护系统的方法学，其中所述方法学确定所述STAG是工作在停机模式还是运行模式；
如果所述STAG处于所述停机模式，则确定所述轴的速度是否超过表示所述过速事件的停机值；
如果所述STAG处于所述运行模式，则确定所述轴的速度是否超过表示所述过速事件的过速跳闸值；
改变所述过速跳闸值；以及
确定所述过速保护系统是否会运行成使所述STAG跳闸；
其中所述方法降低在所述过速保护系统的测试期间STAG跳闸的可能性。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述方法学包括配置用于所述停机模式的停机模式过程以及配置用于所述运行模式的运行模式过程。
8.一种配置成测试动力装置的过速保护系统的系统，所述系统包括：
动力装置，包括燃气轮机、蒸汽轮机以及轴，其中所述轴包括多个部件并且集成所述燃气轮机和所述蒸汽轮机，从而形成蒸汽和燃气动力系STAG；
控制系统，包括过速保护系统，其中所述控制系统配置成检测与所述轴关联的过速事件，并且执行以下步骤：
a.选择用于测试所述过速保护系统的方法学，其中所述方法学确定所述STAG是工作在停机模式还是运行模式，并且其中所述方法学包括配置用于所述停机模式的停机模式过程以及配置用于所述运行模式的运行模式过程；
b.如果所述STAG处于所述停机模式，则确定所述轴的速度是否超过表示所述过速事件的停机值；
c.如果所述STAG处于所述运行模式，则确定所述轴的速度是否超过表示所述过速事件的过速跳闸值；
d.改变所述过速跳闸值；以及
e.确定所述过速保护系统是否会运行成使所述STAG跳闸；
其中所述方法降低在所述过速保护系统的测试期间STAG跳闸的可能性。
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