CN103080483B

CN103080483B - 用于控制涡轮机组的方法

Info

Publication number: CN103080483B
Application number: CN201180041716.0A
Authority: CN
Inventors: 马丁·本瑙尔; 黑里贝特·韦尔特斯
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2031-08-18
Also published as: EP2609301A1; CN103080483A; PL2609301T3; WO2012025447A1; EP2423464A1; EP2609301B1

Abstract

根据本发明的用于对具有涡轮机（3）和发电机（2）的涡轮机组进行控制的方法，该方法包括以下步骤：提供第一信号（S1），所述第一信号表明发电机（2）的实际功率（PEL，4）的降低；依据第一信号（S1）产生第二信号（KU，10），所述第二信号表明短路中断；在预设的第一时间间隔（TKU）之后重置第二信号（KU，10），并且在预设的第二时间间隔（TSPKU）期间阻断第二信号（KU，10）；依据第二信号（KU，10）使涡轮机（3）制动并且随后使其加速；当由于发电机（2）的实际功率（PEL，4）下降到预设的负值（GPNEG）而提供第一信号（S1）以及发电机（2）的实际功率（PEL，4）变为小于二倍自需量（GP2EB）以及发电机（2）的额定功率（PSW，5）和实际功率（PEL，4）之间的差值变为大于涡轮机组的二倍自需量（GP2EB）时，在预设的第三时间间隔（TLAW）之后依据第一信号（S1）产生第三信号（LAW，8），所述第三信号表明涡轮机组的卸载；以及依据第三信号（LAW，8）卸载到涡轮机组的自需量。

Description

用于控制涡轮机组的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制涡轮机组的方法。

背景技术

尤其用在蒸汽发电站中的涡轮机组已经在正常的工作中以高转速运转。所述转速能够在故障情况下增大进而在不利的情况下导致涡轮机组的损坏。因此，涡轮机组的控制策略必须满足最高的要求。尤其在电网故障情况和快速的负载变化的情况下，所述控制策略是特别有意义的。例如属于涡轮机组的发电机的转速强烈地偏离额定值并且所属的轴处于滑脱的危险中时，整个涡轮机组必须目的明确地从所属的电网分离并且降到自需量，即所谓的卸载到自需量。在所述卸载之后，发电机的端子上的功率在短时间内降低到非常小的值。因此，所属的轴通过发电机的实际功率的这样的降低而没有过强地加速，涡轮机的阀必须快速地被关闭。在卸载之后，发电机的端子上的电功率通常在较长的时间内保持在低值上。

反之，在下文中称作“短路中断”的故障情况是在发电厂附近的通常为三极的电网短路，所述电网短路仅持续几百毫秒。发电机的端子上的功率在所述电网故障情况下由于所谓的电压扰动而暂时为零。只要能够在为至少150ms的故障查明时间内消除短路，发电机能够继续将有效功率和无功功率输入到电网中。那么当短路存在150ms或更短时，轴既没有滑脱并且涡轮机也没有停机。在许多蒸汽发电厂中，可能的故障查明时间明显更短。

对涡轮机组的控制必须对两种故障情况作出反应，其中问题在于，卸载和短路中断在各自开始时不能区分，因为在两种情况下，发电机的端子上的功率都下降。尤其在几秒内出现两次短路中断的情况下，也就是在所谓的二重故障的情况下，能够在短路中断之后卸载到自需量上。在短路中断不久之后的电负载的卸载又能够导致非常高的过转速，所述过转速导致所属的保护装置的响应进而导致涡轮机组的停机。随后，涡轮机组从停机状态中的起动在极端情况下需要直至几天。

发明内容

本发明基于下述目的，提供一种用于控制涡轮机组的方法，其中尽可能地避免上述问题，并且尤其地，涡轮机组的转速没有超过预设的最大值。

所述目的根据本发明借助于一种根据本发明所述的用于控制涡轮机组的方法来实现。此外，所述目的借助于一种根据本发明所述的用于控制涡轮机组的设备来实现。本发明的有利的改进形式在下文中描述。

根据本发明的用于控制涡轮机组的方法包括以下步骤：提供第一信号S1，所述第一信号表明发电机的实际功率PEL的降低；依据第一信号S1产生第二信号KU，所述第二信号表明短路中断；在预设的第一时间间隔TKU之后重置第二信号KU，并且在预设的第二时间间隔TSPKU期间阻断第二信号；依据第二信号KU制动并且随后加速涡轮机；将实际功率信号传输到开关元件；将所述开关元件的结果连接到另一个开关元件中；将所述另一个开关元件的结果直接传输到如下机构上，当通过发电机的实际功率PEL下降到预设的负值GPNEG而提供第一信号S1以及发电机的实际功率PEL变为小于二倍自需量GP2EB以及发电机的额定功率PSW和实际功率PEL之间的差值变为大于涡轮机组的二倍自需量GP2EB时，所述机构用于在预设的第三时间间隔TLAW之后依据第一信号S1产生第三信号LAW，所述第三信号表明涡轮机组的卸载；以及依据第三信号LAW卸载到涡轮机组的自需量上。

为了识别出短路中断，根据本发明使用由发电机的实际功率突然降低了预设值和逻辑与(UND)连接而产生的耦合的信号。逻辑与连接包括由于发电机的实际功率下降到预设的负值以及发电机的实际功率变为小于二倍自需量以及发电机的额定功率和实际功率之间的差值变为大于二倍自需量而产生的信号。然而因为仅由于功率跌落到二倍自需量之下后实现卸载到涡轮机组的自需量上，所以根据本发明将逻辑与连接的信号直接地连接在时间测量组件上持续了第三时间间隔。通过根据本发明的所述开关逻辑，在根据本发明的用于控制涡轮机组的方法中没有在逻辑与连接和时间测量组件之间连接滤波电路，由此第三时间间隔能够保持为是小的。因此，能够通过滤波电路有利地避免例如由于在短路中断之后的过大的滤波时间而造成的延时。

在根据本发明的解决方案中，在所述两个故障情况下，也就是不仅在短路中断而且在卸载的情况下产生信号，所述信号首先导致涡轮机的制动。所述信号是第二信号，所述第二信号依据第一信号并且尤其与第一信号同时地生成，所述第一信号表明发电机的实际功率的降低。换言之，只要相关联的信号表明发电机的实际功率的显著的降低，借助于通常通过阀快速动作而降低根据本发明的涡轮机组的涡轮机的功率的方式来制动所述涡轮机。此外，在根据本发明的方法中，在制动涡轮机后紧接着再次加速所述涡轮机。在所述制动和加速期间，借助于根据本发明的涡轮机组的控制器来检验是否对卸载存在其他标准。如果识别出卸载并且产生相关联的第三信号，那么才依据第三信号引起持久地停止涡轮机。在根据本发明的方法中，不仅在短路中断而且在卸载的情况下首先原则上先制动涡轮机，并且在另一时间进程中才检查是否能够在短路中断和卸载之间进行区分。只要识别出短路中断并且刚好没有识别出卸载状态，那么在所述时间进程期间，有准备地使涡轮机再次处于起动模式中，从而所述涡轮机能够运转。

此外，在根据本发明的方法中表明短路中断的第二信号被重置并且随后被阻断。因此保证了，尤其当在随后的时间进程中发电机有效功率在零点附近摆动时，所述第二信号不能够重新表明短路中断。当发电机功率以突变的形式降低时，生成表明发电机的实际功率的降低的第一信号，其中所述以突变的形式的降低尤其为至少70％。为了对功率突变进行检验，优选地，首先通过DT1组件对功率信号进行滤波。以上阐明的逻辑与连接以逻辑或(ODER)连接的形式与该条件耦合。两个结果中的一个的出现产生第二信号，由此始终引起所关联的涡轮机的暂时的制动。

重要的是，此外，当通过发电机的实际功率下降到预设的负值而提供第一信号以及发电机的实际功率变为小于二倍自需量以及发电机的额定功率和实际功率之间的差值变为大于二倍自需量时，也就是满足逻辑与连接的这些条件时，没有被DT1组件滤波的功率信号与时间测量组件直接地连接持续了预设的第三时间间隔。如果逻辑与连接的信号存在于时间测量组件上持续了第三时间间隔的持续时间，那么产生第三信号，由此将涡轮机持久地制动到涡轮机的自需量上。

优选地，预设的第一时间间隔在100ms和200ms之间，尤其为150ms。预设的第一时间间隔用于确定第二信号保持多久进而表明短路中断。有利地，所述预设的第二时间间隔被确定为，使得所关联的涡轮机能够制动并且其阀能够快速地关闭，也就是说能够引起快速动作。同时，所述预设的第一时间间隔选择成使得涡轮机足够快地再次置于起动模式中，以便通过借助于发电机输入有效功率和无功功率来对电网中的频率稳定性和电压稳定性进行支持。

预设的第二时间间隔优选地在4s和10s之间，尤其为7s。预设的第二时间间隔用于阻断和阻碍第二信号，使得在识别出短路中断之后通过发电机有效功率在零点附近摆动而多次相继地对短路中断识别进行响应。预设的第二时间间隔在此有利地选择成使得发电机的机械力矩、进而电功率与所述选出的第二时间间隔相比更快地再次重置。

预设的第三时间间隔在此优选地在0.1s和0.7s之间，尤其为0.3s。在所述时间间隔期间，没有通过在卸载之后由于电网短路而出现的超额转速来引起保护。优选地依据发电机的负载开关实现表明卸载的第三信号的产生。发电机的负载开关示出，发电机究竟是否将电功率输入到电网中。当然，所述负载开关没有在每次卸载时都可靠地共同操作，使得出于所述原因附加地考虑上述条件，以便可靠地识别出卸载。在3s和7s之间的、尤其为5s的预设的第四时间间隔内，依据第三信号卸载到涡轮机组的自需量上。

附图说明

在下文中根据示意附图进一步地阐明根据本发明的解决方案的实施例。附图示出：

图1示出根据本发明的用于控制涡轮机组的设备的图解，

图2示出按照根据本发明的解决方案的在双重故障的情况下的涡轮机组的不同参数的变化，

图3示出根据现有技术的用于控制涡轮机组的设备的图解，并且

图4示出根据现有技术的在双重故障的情况下的涡轮机组的不同参数的变化。

具体实施方式

在图1中示出根据本发明的用于对没有进一步示出的具有发电机2和涡轮机3的涡轮机组进行控制的电路装置或设备1。设备1包括作为主要元件的PEL信号导线4以及PSW信号导线5，所述PEL信号导线和所述PSW信号导线从发电机2通向用于提供第一信号的机构6。所述机构6设计成控制装置，在所述机构中总计构成六个开关元件6a、6b、6c、6d、6e和6f。在此，经由PEL信号导线4将发电机2的实际功率PEL传送到开关元件6a上，所述开关元件检验，实际功率PEL是否突然下降了预设的数值GPLSP。在此，尤其检验大于70％的以突变的形式的下降。为了检验这种功率突变，首先通过DT1组件33对功率信号PEL进行滤波。

在开关元件6b中，从输入信号PEL推导出，发电机2的实际功率PEL是否大于确定的负值GPNEG。目前，在此尤其将发电机功率与值GPNEG＝-2％进行比较。因此检验，发电机2是否处于具有比额定功率大-2％的功率的马达运行中。

在开关元件6c中检验，发电机2的实际功率PEL是否变为小于二倍自需量GP2EB。因此，识别出实际功率PEL下降到小于二倍的自需量上。

通过开关元件6d，借助于发电机2的输入信号“实际功率PEL”和“额定功率PSW”测定功率额定值和功率实际值之间的差值并且将所述差值与值2×自需量进行比较。因此，检测出实际功率的下降。

开关元件6b、6c和6d的结果经由开关元件6e相互逻辑连接，其中这形成逻辑与连接。

因为通过电路装置仅由于功率跌落到二倍的自需量之下能够识别出卸载信号，根据本发明，所述逻辑与连接的结果直接传输到用于产生第三信号LAW的机构7上。因此，当第一信号S1存在超过在此为0.3s的预设的第三时间间隔TLAW时，形成第三信号LAW。信号LAW在此经由LAW信号导线8传输到涡轮机3上，在此设有没有示出的用于根据LAW信号8持久地停止涡轮机的机构。

为了识别出短路中断，根据本发明使用耦合的信号。对此，逻辑与连接的结果借助于开关元件6f与开关元件6a的结果逻辑连接，其中开关元件6f中的该连接是逻辑或连接。以所述方式，借助于用于提供第一信号的机构6生成信号S1，所述信号表明，是否存在发电机2的实际功率PEL的降低。

所述信号S1被输送到用于产生第二信号KU的机构9。所述信号KU被视为原则上表明短路中断的信号，更确切地说根据第一信号S1。所产生的第二信号KU在为150ms的预设的第一时间间隔TKU之后被重置并且随后被阻断了7s的预设的第二时间间隔TSPKU。这借助于用于重置和阻断第二信号KU的机构7发生，其中所述机构构造有RS触发器和相关的设置信号。将所述信号保持了时间间隔TSPKU并且将所述信号提供到触发器的重置输入端上。所述电路连接引起，KU信号最多存在150ms并且随后在最早7s之后才能够再次存在。KU信号经由KU信号导线10传送给涡轮机3，在此设有没有示出的具有用于停止和起动涡轮机3的控制器形式的机构。所述控制器基于短暂的KU信号引起涡轮机3的功率额定值PSW的暂时下降。

因此，在根据本发明的用于控制涡轮机组的电路装置或设备1中，在非常短的预设的第三时间间隔TLAW之后借助于退耦的信号实现涡轮机的停止，而短路中断借助于由负载突变识别和逻辑与连接的信号而构成的耦合信号被识别和处理。

在图3中示出用于对没有进一步示出的根据现有技术的具有发电机2和涡轮机3的涡轮机组进行控制的电路装置或设备11。设备11同样也包括PEL信号导线以及PSW信号导线，这些导线从发电机2通向用于提供第一信号的机构12。所述机构12设计成控制装置，在所述控制装置中总计构成六个开关元件12a、12b、12c、12d、12e和12f。开关元件12b、12c和12d经由开关元件12e相互连接，其中该开关元件形成逻辑与连接。开关元件12e与开关元件12a连接成逻辑或连接。

由于设置在开关元件12a和逻辑或连接12f之间的DT1组件13中的大的延时，尤其在短的TLAW时间间隔的情况下，能够在短路中断之后发生不期望的卸载识别。因此，在这种类型的电路中，强制性地必须设有足够长的TLAW时间间隔。因此，这样构造的开关逻辑不可能对两个相隔短暂的相继的网络干扰情况做出快速响应。这能够在不利的情况下导致触发保护进而切断涡轮机组。

图4示出涡轮机组的信号和测量值关于时间的不同变化曲线，所述涡轮机组借助于已知的电路装置或设备11控制。在此，以用于对根据现有技术的涡轮机组进行控制的方法作为基础。第一特性曲线14示出发电机2的有效功率的变化曲线。有效功率相应于发电机的实际功率PEL。要识别的是，有效功率在短路中断之后如何下降，以及虽然在弄清故障之后重置，然而在其他的曲线变化中多次摆动过零点，直到发生第二次短路中断，此后出现卸载识别。在有效功率再次增大和第二次短路中断之间存在TV＝2.6s的时间间隔。在第二次故障之后，在TLAW＝2s的时间间隔之后进行卸载。特性曲线15示出相关联的涡轮机控制器的特性，所述涡轮机控制器对在特性曲线16中示出的涡轮机组的中压阀的位置和对在特性曲线17中示出的相关联的新鲜蒸汽阀进行控制。特性曲线18示出短暂中断的信号KU。在时间间隔TV+TLAW＝4.6s之后，特性曲线19示出卸载信号LAW。特性曲线18在此相应于从现有技术中得出的第一信号S1。特性曲线20示出以°为单位的相关联的磁极转子角。特性曲线21示出涡轮机的机械力矩。要识别的是，力矩如何通过发电机的实际功率的突然降低而下降。在此，在特性曲线22中示出的相关联的轴的转速的偏差在零点周围摆动。随着中压阀的位置升高，涡轮机的机械力矩也增大，直到所述转矩由于卸载信号LAW重新下降。特性曲线22在该区域中清楚地示出轴的明显超过标准值10％的过转速。这样高的过转速能够导致涡轮机组的损坏。

图2示出根据本发明的方法的特性曲线。第一特性曲线23示出在双重故障的情况下的发电机的有效功率，其中TV＝2.6s并且时间间隔TLAW＝0.7s。特性曲线24示出相关联的涡轮机控制器的特性，所述涡轮机控制器对在特性曲线25中示出的涡轮机组的中压阀的位置和对在特性曲线26中示出的相关联的新鲜蒸汽阀进行控制。在特性曲线27和28中示出信号KU和LAW。特性曲线29示出以°为单位的相关联的磁极转子角。特性曲线30示出涡轮机的机械力矩。要识别的是，力矩通过发电机的实际功率的突然降低而如何下降。随着中压阀的位置升高，涡轮机的机械力矩也增大。因为虽然根据本发明能够将第三时间间隔TLAW保持为是短暂的，即目前为0.7s，所以涡轮机的中压、进而机械力矩仅短暂地增大。这在特性曲线30的区域31中明显地识别出，所述区域与根据现有技术的方法中的该区域相比不再具有高地区域。因此，在此也得出相关联的轴的明显较小的转速偏差，仅大约为8％至9％。转速偏差在特性曲线32中示出。

Claims

1.用于对具有涡轮机(3)和发电机(2)的涡轮机组进行控制的方法，所述方法具有以下步骤：

-提供第一信号(S1)，所述第一信号表明所述发电机(2)的实际功率(PEL，4)的降低；

-依据所述第一信号(S1)产生第二信号(KU，10)，所述第二信号表明短路中断；

-在预设的第一时间间隔(TKU)之后重置所述第二信号(KU，10)，并且在预设的第二时间间隔(TSPKU)期间阻断所述第二信号(KU，10)；

-依据所述第二信号(KU，10)使所述涡轮机(3)制动并且随后使其加速；

-将实际功率信号传输到开关元件(6b，6c，6d)；

-将所述开关元件(6b，6c，6d)的结果连接到另一个开关元件(6e)中；

-将所述另一个开关元件(6e)的结果直接传输到如下机构(7)上，当由于所述发电机(2)的实际功率(PEL，4)下降到预设的负值(GPNEG)而提供所述第一信号(S1)以及所述发电机(2)的实际功率(PEL，4)变为小于二倍自需量(GP2EB)以及所述发电机(2)的额定功率(PSW，5)和实际功率(PEL，4)之间的差值变为大于所述涡轮机组的二倍自需量(GP2EB)时，所述机构用于在预设的第三时间间隔(TLAW)之后依据第一信号(S1)产生第三信号(LAW，8)，所述第三信号表明所述涡轮机组的卸载；以及

-依据所述第三信号(LAW，8)卸载到所述涡轮机组的自需量。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中所述预设的第一时间间隔(TKU)在100ms和200ms之间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中所述预设的第二时间间隔(TSPKU)在4s和10s之间。

4.根据权利要求1或2所述的方法，

其中所述预设的第三时间间隔(TLAW)在0.1s和0.7s之间。

5.根据权利要求1或2所述的方法，

其中依据用于所述发电机(2)的负载开关(GLSE)产生了表明卸载的所述第三信号(LAW，8)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，

其中依据所述第三信号(LAW，8)以在3s和7s之间的预设的第四时间间隔卸载到所述涡轮机组的自需量。

7.根据权利要求2所述的方法，

其中所述预设的第一时间间隔(TKU)为150ms。

8.根据权利要求3所述的方法，

其中所述预设的第二时间间隔(TSPKU)为7s。

9.根据权利要求4所述的方法，

其中所述预设的第三时间间隔(TLAW)为0.3s。

10.根据权利要求6所述的方法，

其中依据所述第三信号(LAW，8)以为5s的预设的第四时间间隔卸载到所述涡轮机组的自需量。

11.用于对具有涡轮机(3)和发电机(2)的涡轮机组(1)进行控制的设备，所述设备具有：

-用于提供第一信号(S1)的机构，所述第一信号表明所述发电机(2)的实际功率(PEL，4)的降低；

-用于当由于所述发电机(2)的实际功率(PEL，4)突然降低了预设值(GPLSP)而提供所述第一信号(S1)时依据所述第一信号(S1)产生第二信号(KU，10)的机构，所述第二信号表明短路中断；

-用于在预设的第一时间间隔(TKU)之后重置所述第二信号(KU，10)并且在预设的第二时间间隔(TSPKU)期间阻断所述第二信号(KU，10)的机构；

-用于依据所述第二信号(KU，10)使所述涡轮机(3)制动并且随后使其加速的机构；

其中实际功率信号传输到开关元件(6b，6c，6d)，并且所述开关元件(6b，6c，6d)的结果连接到另一个开关元件(6e)中，所述另一个开关元件(6e)的结果直接传输到如下机构上，当由于所述发电机(2)的实际功率(PEL，4)下降到预设的负值(GPNEG)而提供所述第一信号(S1)以及所述发电机的实际功率(PEL，4)变为小于所述涡轮机组的二倍自需量(GP2EB)以及所述发电机(2)的额定功率(PSW，5)和实际功率(PEL，4)之间的差值变为大于所述二倍自需量(GP2EB)时，所述机构用于在预设的第三时间间隔(TLAW)之后依据所述第一信号(S1)产生第三信号(LAW，8)，所述第三信号表明卸载；以及

-用于实现依据所述第三信号(LAW，8)卸载到所述涡轮机组的自需量的机构。