CN107075974A - 具有热应力控制器作为主控制器的涡轮机控制单元 - Google Patents

具有热应力控制器作为主控制器的涡轮机控制单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制涡轮机(6，8，10)、尤其用于控制涡轮机(6，8，10)的启动的涡轮机控制单元(1)，所述涡轮机控制单元构成为具有主控制器(2)和内部控制器(3)的级联控制器，其中主控制器是用于承受热应力的构件的温度的热应力控制器(2)。本发明同样涉及一种相关的方法。

Description

具有热应力控制器作为主控制器的涡轮机控制单元
背景技术
在涡轮机、尤其蒸汽轮机启动时，为了避免构件损坏而避免过快的温度升高。因此，监控承受热应力的构件的温度。如果温度或温度升高超过设定值，那么以对涡轮机功率的控制器产生影响的方式停止功率提升。由此有时在涡轮机启动时出现延迟。
在GB 2 074 757 A中示出用于在加速、停机和负荷变化的其他时期期间在最大负荷和甩负荷速度下控制蒸汽轮机的组成部分的热应力的方法和装置。从监控的和推导出的变量中，为多个预先选择的涡轮机组成部分中的每个涡轮机组成部分计算负荷率，并且选择用于控制的最低速度。同时，涡轮机的蒸汽加载运行方式根据减小应力的必要性自动地按照部分弧运行方式(Teilbogenbetriebsart)或者按照全弧运行方式(Vollbogenbetriebsart)进行。
在US 4,208,060 A中示出用于蒸汽轮机发电机的监视控制系统，所述监控控制系统具有微电脑子系统的分级系统，所述微电脑子系统与传统的模拟的电动液压的控制系统交互地共同工作，以便能够在涡轮机发电机的所有运行阶段期间实现控制和监控。
US 2006/233637 A1示出涡轮机启动控制器，所述涡轮机启动控制器具有用于预告热负荷的优化启动控制单元，所述热负荷在涡轮机转子中在从当前时间开始到未来的预告周期期间确定，其中将涡轮机加速率和负荷增长率用作为控制变量。
US 5,044,152 A示出用于运行具有燃气轮机系统和蒸发器的组合的发电厂的方法，其中从涡轮机废气的热量中生成蒸汽并且输送给蒸汽轮机，所述蒸汽轮机通过这样产生的蒸汽运行。基于蒸发器的或蒸汽轮机的状态控制通到燃气轮机系统中的入口。
发明内容
本发明的目的是，尽可能避免、至少减少所述延迟并且同时克服构件的损坏。所述目的尤其通过独立权利要求来实现。从属权利要求给出有利的改进方案。
根据本发明，提出一种用于控制涡轮机、尤其用于控制涡轮机的启动的涡轮机控制单元，所述涡轮机控制单元构成为级联控制器。
如本领域常见的，将级联控制器理解为下述控制器：在所述控制器中，至少两个控制回路交错互连。在此，存在外部的控制回路、所谓的主控制器。所述主控制器具有的目的是：为内部控制回路、即设置在下游的控制回路预设或至少影响设定值。
在此，作为主控制器存在用于承受热应力的构件的温度的热应力控制器。因此，主控制器具有如下目的：预设或影响用于内部控制回路的设定值，使得避免过高的热应力。至今为止，在涡轮机启动时如通常那样借助用于涡轮机功率的控制器对功率、更准确地说对功率提升进行控制。为了避免过高的热应力，测量温度并且在热应力过高时停止启动。因此中断功率提升。为了避免构件的过高的热应力，当然接受时间消耗，直至涡轮机能够达到期望的功率。
如果相反地根据本发明提出，将用于承受热应力的构件的温度的热应力控制器设为主控制器，那么能够实现：尽可能充分利用允许的热应力，即例如在启动时将涡轮机的功率提升尽可能高地选择，而不超过构件的允许的热应力。因此能够更快地提高功率并且更快地达到期望的涡轮机功率。
除了构成为主控制器的热应力控制器以外，始终还存在内部控制器。热应力控制器将适当的设定值传送给内部控制器，以便实现：控制涡轮机，使得不超过允许的热应力。
本发明尤其适应于蒸汽轮机，在所述蒸汽轮机中，热应力、尤其在启动时的热应力是重要的问题。但是不应排除：例如本发明也使用在燃气轮机中。
在一个重要的实施方式中，内部控制器是涡轮机控制器、尤其是涡轮机功率的控制器。这种涡轮机控制器在现有技术中是已知的并且非常好地适合于尤其在涡轮机启动时控制涡轮机。在此情况下，热应力控制器将用于涡轮机的功率的设定值传送给内部控制器。如之后还更详细讨论的那样，在此也能够为用于功率提升的设定值。
主要应用情况当然是涡轮机的启动。但是也能够考虑例如在全负荷运行中通过构成为主控制器的热应力控制器避免过热。
通常存在热应力计算单元，以便为热应力控制器预设至少一个设定值。热应力计算单元通常从在数据库中存储的数据中计算：温度提高是否是允许的。
在一个重要的实施方式中，热应力控制器构成用于涡轮机的这种控制，使得不超过期望的时间上的温度升高、即每单位时间的特定的温度升高。尤其在涡轮机启动时决定性的是，在通常情况下不超过绝对温度。在此，应考虑到的是：当然存在不可超过的温度。但是，在启动期间，对于避免不允许的材料应力决定性的是:不过快地升高温度。因此，热应力控制器通常必须确保温度不过快地升高。
返回已经提到的热应力计算单元，这相应地表示：热应力计算单元从检测到的温度值和其时间顺序中能够推断出温度升高。此外，能够对所述温度升高与存储的数据进行比较。这允许确定：温度升高是否能够提高、是否必须降低或是否应保持不变。这些信息能够传送给热应力控制器。从这些信息中，热应力控制器能够生成用于内部控制器的适合的设定值。
在一个实施方式中，热应力控制器构成为用于避免通过温差引起的热应力。有时也从一个构件之内的不同温度或从不同构件的不同温度中得出热应力。因此，这例如在下述情况下能够是成问题的：涡轮机的叶片由于变热而膨胀并且涡轮机的壳体由于更慢地变热而更慢地膨胀。因此，有时需要识别引起热应力的温差并且通过控制来避免。
在一个实施方式中，涡轮机功率的控制器构成为用于为位置控制器生成设定值，所述位置控制器控制调节阀的位置。调节阀主要影响涡轮机的分别穿流的蒸汽量进而功率或功率变化。因此，在本实施方式中，涡轮机控制单元两级地级联。首先，存在热应力控制器作为在上级设置的主控制器，所述主控制器生成用于涡轮机功率的控制器的设定值。涡轮机功率的控制器还生成用于位置控制器的设定值。
在一个实施方式中，涡轮机控制单元构成为分开地控制子涡轮机、尤其高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机。因此，考虑如下情况：尤其由于不同的热应力能够不同地提升功率。当然，通常不能实现完全分开的控制。虽然提供不同的蒸汽路径，但是能够从边界条件中得出各个子涡轮机的功率的一定的相关性，所述边界条件是：蒸汽从高压涡轮机流动到中压涡轮机中并且从那里流动到低压涡轮机中。尽管如此，有利的是，原则上能够分开地控制各个子涡轮机。这允许例如能够较快地提高一个子涡轮机的功率，同时为了避免不期望的热应力而较慢地提高另一子涡轮机的功率。
在一个实施方式中，在涡轮机的不同部位处、尤其在高压涡轮机处和/或在中压涡轮机处安置温度传感器。高压涡轮机和中压涡轮机是更强地承受热应力的构件，使得尤其在那里需要温度传感器。在多种情况下，当然有意义地也在低压涡轮机中安置温度传感器。
本发明也涉及一种用于借助级联控制器来控制涡轮机的方法，所述级联控制器包括主控制器和内部控制器，其中主控制器检测涡轮机的热应力并且将如下设定值传送给内部控制器，所述设定值使得避免涡轮机的不期望的热应力。在此不对方法进行进一步阐述。参照对在上文中描述的涡轮机控制单元的阐述，所述涡轮机控制单元能够用于执行所述方法。
在方法的一个实施方式中提出，主控制器通过时间上的温度升高、即通过每单位时间的温度升高来检测涡轮机的热应力，并且确定由此引起的热应力，其中在热应力过高时将降低涡轮机的功率升高的设定值传送给内部控制器；在热应力在期望的范围之内时，传送能够保持功率升高的设定值，和在热应力低于阈值时，传送能够提高功率升高的设定值。清楚的是，过高的热应力在此并非必须表示：热应力已经高至不被允许。过高的热应力仅表示：超过用于控制的极限值。通过控制应刚好避免高至不被允许的热应力。所述控制允许涡轮机的快速启动，而热应力不会是不允许地高的。
附图说明
应根据示意地示出涡轮机控制单元的附图阐述其他的细节。
具体实施方式
可见涡轮机控制单元1。热应力控制器2用作为主控制器并且将设定值传送给内部控制器3，所述内部控制器构成为涡轮机功率的控制器。在热应力控制器2的上游接入热应力计算单元4。所述热应力计算单元评估下述信号，所述信号出自用于高压涡轮机6的温度传感器5和用于中压涡轮机8的温度传感器7。尽管在附图中分别示意地示出仅一个温度传感器，但是实际上有意义的是多个温度传感器。从温度传感器5和7的信号中，热应力计算单元4借助于存储的数据确定高压涡轮机6的、中压涡轮机8的和低压涡轮机10的热应力。在此，尤其观察时间上的温度升高，为了避免过高的热应力，所述温度升高不允许过高。
热应力计算单元4传达给热应力控制器2：热应力是能够提升，应保持不变，还是应降低。与其相关地，热应力控制器2根据如下情况将适合的设定值传送给涡轮机功率的控制器3：涡轮机的功率升高是否应降低、提高或保持恒定。这对于高压涡轮机6、中压涡轮机8和低压涡轮机10分别分开地进行。
涡轮机功率的控制器3将相应的设定值传送给位置控制器11。位置控制器11基于传送的设定值控制：新鲜蒸汽调节阀12的位置，所述新鲜蒸汽调节阀影响对高压涡轮机6的蒸汽输送；截止调节阀13的位置，所述截止调节阀影响对中压涡轮机8的蒸汽输送；和蒸汽输送活门14的位置，所述蒸汽输送活门影响对低压涡轮机10的蒸汽输送。
在新鲜蒸汽调节阀12处存在位置测量仪15，在截止调节阀13处存在位置测量仪16，并且在蒸汽输送活门14处存在位置测量仪17。位置测量仪15、16和17将值传送给位置控制器11。借此，位置控制器11获得如下信息：新鲜蒸汽调节阀11、截止调节阀13和蒸汽输送活门14的位置是否采用分别期望的值或者是否需要打开或关闭。
在此简短地讨论简化的蒸汽循环回路。源自低压涡轮机10的湿蒸汽在冷凝器18中冷凝。在此产生的水借助给水泵19引导到蒸汽发生器20中。从那里蒸汽穿过新鲜蒸汽调节阀12到达高压涡轮机6。源自高压涡轮机的蒸汽在再热器26中加热。蒸汽从再热器26中穿过截止调节阀13流动到中压涡轮机8中。在中压涡轮机8中减压之后，蒸汽流动到低压涡轮机10中。在此，能够根据蒸汽输送活门14的打开程度添加源自蒸汽发生器20的蒸汽。
高压涡轮机6、中压涡轮机8和低压涡轮机10共同地驱动发电机21。所述发电机的功率借助功率测量仪22确定并且传送给涡轮机功率的控制器3。此外，设有转速测量仪23，所述转速测量仪为涡轮机功率的控制器3提供涡轮机和发电机21的转速。
沿流动方向在新鲜蒸汽调节阀12的下游存在压力测量仪24，在截止调节阀13的下游存在压力测量仪25并且在蒸汽输送活门14的下游存在压力测量仪27。将分别检测到的压力值传送给涡轮机功率的控制器3。
尽管本发明的细节通过优选的实施例详细地说明和描述，但是本发明不受公开的实例限制，并且能够由本领域技术人员从中推导出其他变型方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于控制涡轮机(6，8，10)的涡轮机控制单元(1)，
所述涡轮机控制单元尤其用于控制涡轮机(6，8，10)的启动，
所述涡轮机控制单元构成为具有主控制器(2)和内部控制器(3)的级联控制器，
其中所述主控制器是用于承受热应力的构件的温度的热应力控制器(2)。
2.根据权利要求1所述的涡轮机控制单元，
其特征在于，
存在涡轮机控制器，尤其涡轮机功率的控制器(3)作为内部控制器。
3.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮机控制单元，
其特征在于，
存在热应力计算单元(4)，以便为所述热应力控制器(2)预设至少一个设定值。
4.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮机控制单元，
其特征在于，
所述热应力控制器(2)构成为用于确保对所述涡轮机(6，8，10)的控制，使得不超过期望的时间上的温度升高。
5.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮机控制单元，
其特征在于，
所述热应力控制器(2)构成为用于避免由温差引起的热应力。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的涡轮机控制单元，
其特征在于，
所述涡轮机功率的控制器(3)构成为用于为位置控制器(11)生成设定值，所述位置控制器能够控制调节阀(12，13，14)的位置。
7.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮机控制单元，
其特征在于，
所述涡轮机控制单元(1)构成为用于分开地控制子涡轮机，尤其高压涡轮机(6)、中压涡轮机(8)和低压涡轮机(10)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮机控制单元，
其特征在于，
在所述涡轮机(6，8，10)的不同部位处，尤其在高压涡轮机(6)处和/或在中压涡轮机(8)处安置温度传感器(5，7)。
9.一种用于借助级联控制器来控制涡轮机(6，8，10)的方法，所述级联控制器包括主控制器(2)和内部控制器(3)，
其中所述主控制器检测所述涡轮机(6，8，10)的热应力，和将避免所述涡轮机(6，8，10)的不期望的热应力的设定值传送给所述内部控制器(3)。
10.根据上一项权利要求所述的方法，
其特征在于，
所述主控制器(3)通过时间上的温度升高来检测所述涡轮机(6，8，10)的热应力，和确定由此引起的热应力，
其中在热应力过高时，将降低所述涡轮机(6，8，10)的功率升高的设定值传送给所述内部控制器(3)，
在热应力在期望的范围之内时，传送能够保持功率升高的设定值，以及
在热应力低于阈值时，传送能够提高功率升高的设定值。
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