CN1668829A - 用于对借助于发电机与供电网连接的透平进行转速调节的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

按照本发明的方法规定，在透平(3)运行期间检测过大的负荷改变速度(10)，对透平(3)的至少一个透平阀(15)短时节流，以及最后在负荷变化后根据新的运行负荷调节透平(5)的转速。一按本发明的装置(1)用于实施该方法，该装置包括用于短时节流所述至少一个透平阀(15)的调节单元(11)，以及用于按照负荷改变调节转速的计算单元(17)，借助该计算单元可产生至少两个调节透平阀(15)用的调节信号(19、21)。在这里，第一个调节信号(19)用于朝其开启方向操纵该透平阀(15)，以及第二个调节信号(21)用于朝其关闭方向操纵该透平阀(15)。

Description

用于对借助于发电机与供电网连接的透平进行 转速调节的方法及装置
本发明涉及一种对一透平进行转速调节的方法和装置。
本发明属于非电参量调节的技术领域，尤其属于用于透平转速调节的装置，以及为此规定，要预防供电系统中危险状况的扩大。
一用于向较大地域供给电能的供电网大多通过联接一定数量的电厂构成，所以即使在与此供电网连接的用户有高功率需求的情况下也能保证电能的供应，不会由于过载而使供电网崩溃。
此外，这种供电网例如由于在供电网的一个或多个区段内发生的短路也可能被破坏，因为尤其在发生此类短路时产生的大的短路电流可能使连接在供电网上的电厂承受过负荷。
在发生这种故障时通常要求将至少部分用户和/或供电网的部分供电线路断开，以防止供电网全面崩溃。
在许多故障情况下，在供电网的一个或多个电厂内出于安全方面的原因通常自动将透平与供电网分离并由此避免同步化，尤其是为了防止在突然甩掉部分负荷后产生的以及可能是不逐渐减退的超转速(＝透平失控)。每次分离透平都意味着损失可由供电网提供使用的电功率。
联接成一个供电网的电厂越多和功率越强，该供电网的供电安全性越高，因为单项故障几乎不会导致透平与供电网脱离。
反之，对于只由极少量的电厂联接而成的联合闭合电网，上述故障往往导致此类供电网或至少其一部分损坏。
已知一种用于在危险状况下稳定涡轮发电机运行的方法(专利PF Nr.2016460，Klasse H02J 3/24，1991)，该方法基于测量透平与发电机的功率差来产生影响透平功率改变的信号。
此方法不保证足够的调节精度。
最接近所建议的方法是用于危险状况下的汽轮机保护方法，其包括测量要控制的参数，将这些参数与事先规定的额定值作比较并产生一个作用于一调节单元的信号，以及一个保护系统，它包括一测量装置、一比较装置和一调节单元(专利RF Nr.2062330，Klasse F01D 21/02，1996)。
这种方法和这种系统对于本发明可看作是最近的现有技术。
已知的汽轮机保护方法以及已知的保护系统具有有限的工作可能性，因为它们没有考虑用于改变待控制的参数的速度，其结果是可以会导致降低安全可靠性。
因此本发明所要解决的技术问题，是提供一种用于对借助发电机与供电网连接的透平进行转速调节的方法和装置，该方法和装置提供一特别高的供电安全性。
上述有关方法的技术问题通过一种用于对借助发电机与供电网连接的透平进行转速调节的方法得以解决，该方法包括下列步骤：
1.在透平运行期间连续地检测，是否发生透平的负荷变化，
2.若确定发生负荷变化，则测定其负荷改变速度，
3.若负荷改变速度在数量上大于一预定的最大负荷改变速度以及负荷变化朝降低负荷的方向进行，则借助一个调节作用短时地朝其关闭位置的方向操纵至少一个透平阀，以及
4.透平的转速针对负荷变化后产生的实时运行负荷借助在至少一个透平阀上的调节作用来调节。
借助按照本发明的方法应尤其防止在透平运行期间甩负荷，尤其是由于供电网故障而突然甩部分负荷，导致非同步化并因而导致透平甩全负荷和快速关闭。
因此，在按照本发明的方法中规定，在透平运行期间检测可能发生的负荷变化和在这种情况下产生的负荷改变速度，以及在负荷改变速度过高和甩部分负荷时迅速对透平阀作用并使之短时节流，必要时短时完全关闭该透平阀。
由此防止使透平面临危险的去同步化，这种去同步化尤其在突然甩部分负荷后由于调整为超速运行因而具有危险性。透平阀的短时节流，由于削减了向透平供入的工质，防止了透平有危险的失控。透平阀可以例如是透平的一个主汽阀，借助它向透平供给由蒸汽发生器产生的工作蒸汽。
在透平阀短时节流后，可以按照在甩负荷后形成的新运行状况、例如借助一个作用在所述至少一个透平阀上的透平调节器来调节透平的转速。
按本发明的一种优选的实施方式，借助一个调节作用短时关闭所述至少一个透平阀。
在此实施方式中，透平阀短时最大地节流并因此尤其有效地防止以非常大的改变速度甩部分负荷。因此借助此实施形式可以特别良好地控制透平发生非常迅速和数量上很大的甩部分负荷的运行情况。
在按本发明的一种特别优选的实施方式中，在至少一个透平阀上的调节作用借助至少两个调节信号进行，其中，借助至少两个调节信号的第一个调节信号可达到朝透平阀开启位置的方向操纵，以及借助至少两个调节信号的第二个调节信号可达到朝透平阀关闭位置的方向操纵。
采用两个分开的调节信号操纵所述至少一个透平阀的优点是提高了调节精度。以此方式，例如借助一透平调节器进行的透平转速的调节能特别准确地完成。
优选地，所述调节信号在这里分别涉及尤其电流强度在0mA与20mA之间的电流输出，其中，各实时输出的电流强度是一个用于表示透平阀开启度或关闭度的度量。
按此实施方式，透平阀借助两个电流信号作为调节信号来控制，其中，透平阀总的开启或关闭范围分别在0与20mA之间的电流强度范围的基础上构成。
为了输出这种电流信号可以设一系列适用的部件。通常，将电流强度信号分别输入一个信号放大部件，然后由信号放大部件提供用于操纵透平阀所需的功率信号。
按照本发明的方法优选地借助一个循环工作的数字计算装置、尤其是一个可存储程序的控制装置实施。
此类计算装置可以以多种的设计结构实现，并由于其大多为模块式结构因而可以用简单的方式实施按照本发明的方法。
本发明的技术问题同样通过另一种按照本发明的方法得以解决。
为此，在用于对借助发电机与一供电网连接的透平轴进行转速调节的方法中，此方法基于转速测量和将此转速与额定转速比较，来测量所测得的转速偏离额定转速的值和方向，以及连续计算出透平轴转速的改变速度，与此同时实施与额定值的比较，在超过关于转速改变速度而预定的极限值时，产生一个用于改变透平阀位置的控制信号；在这种情况下由控制信号来改变至少一个透平阀的位置。按照本发明可为每个透平阀产生两个控制信号，其中一个信号朝“开启”方向改变透平阀位置，而另一个信号朝“关闭”方向改变透平阀的位置，在这里，所产生的控制信号和透平轴转速改变的速度互成比例，以及涉及一个强度为0至20mA的电流，它确定透平阀的开启或关闭程度。可以产生一个数字式控制信号，该控制信号保证借助数字式计算设备正常运行。
本发明有关装置方面的技术问题通过一种用于对借助一发电机与一供电网连接的透平进行转速调节的装置得以解决，该装置包括下列组成部分：
-一个传感器单元，借助该传感器单元可检测透平的负荷变化，
-一个计算单元，借助该计算单元可计算出所检测的负荷变化的负荷改变速度，
-一个调节单元，在负荷改变速度在数量上大于预定的最大负荷改变速度以及借助该调节单元朝减小负荷的方向变化时可短时地操纵至少一个透平阀朝其关闭位置的方向作用，以及
-一个计算单元，借助该计算单元可产生至少两个用于调节至少一个透平阀的调节信号，其中，借助所述至少两个调节信号的第一个调节信号可达到朝所述透平阀开启位置的方向操纵该透平阀，以及借助至少两个调节信号的第二个调节信号可达到朝该透平阀关闭位置的方向操纵该透平阀。
在一按照本发明的装置中，在例如由于突然甩部分负荷导致过大的负荷改变速度的情况下，借助调节部件直接使所述至少一个透平阀节流，必要时甚至短时关闭它，从而防止透平有危险性的去同步化和/或快速关闭。
为了能在负荷变化后可靠地调节透平转速，借助计算单元提供两个用于操纵至少一个透平阀的调节信号，至少两个调节信号中的第一个调节信号只是朝透平阀开启位置的方向作用，以及至少两个调节信号的第二个调节信号只是朝透平阀关闭位置的方向作用。以此方式可以在透平运行期间特别好地调节透平阀的位置。为了产生上述调节信号，可以在计算单元内例如安装一个透平调节程序，其中，借助调节信号将透平转速调节为期望的转速值。
在一种优选的实施方式，调节信号分别涉及尤其电流强度为0mA与20mA之间的电流输出，其中，各实时输出的电流强度是一个用于表示透平阀开启度或关闭度的度量。
特别有利的是，本装置是一个可存储程序的控制装置。
本发明有关装置方面的技术问题通过另一种装置得以解决。
这种用于对一借助一发电机与一供电网连接的透平进行转速调节的装置，其包括一个用于接收一个与发电机功率成正比的信号和透平轴转速极限值信号的单元，该单元的出口与产生控制信号的单元连接，该产生控制信号的单元有两个出口：用于实际转速的输出以及用于其值处于预定的转速范围内的实际转速的输出，在所述装置中集成组合有一个处理机，该处理机在所述出口处当转速额定值暂时改变时产生一个信号以及在最大暂时的转速变化超过额定值时产生一个信号，这些出口与用于产生控制作用的单元的进口连接，该产生控制信号的单元的第二个进口与用于透平轴转速的允许速度改变的额定值确定器连接，以及它的出口与透平阀的控制进口连接，其中一个出口朝“开启”的方向影响该透平阀，而另一个出口朝“关闭”方向影响该透平阀，所述用于产生控制作用的单元设计有一个电流输出口，在这里电流值与透平轴转速的改变速度互成比例，或者设计为可编程的控制仪。
下面详细说明本发明的两种实施方式。附图中：
图1表示一按照本发明的用于透平转速调节的装置；以及
图2表示另一种按照本发明的装置。
图1表示一按照本发明的装置1，该装置用于对借助一发电机5与一供电网连接的透平3进行转速调节。
按照本发明的装置1包括一个传感器单元7，该传感器单元为了检测透平的负荷变化例如与透平的一个控制技术装置25连接，从此装置得到透平的实时运行数据。
在检测到透平负荷变化的情况下，计算单元9用于计算出所检测到的负荷变化的实时负荷改变速度10。若借助计算单元9算出的负荷改变速度在数量上大于一预定的最大负荷改变速度13，则借助一调节单元11短时地节流关闭透平3的透平阀15，尤其短时地将其关闭。
因为通过短时消减向透平3输送工质(例如蒸汽)而防止了透平3超速失控，由此防止导致过大的负荷改变速度，尤其在突然甩掉部分负荷后导致透平3非同步化和/或快速关闭。。
在甩掉部分负荷后快速拦截透平后，透平3的转速按照甩掉部分负荷后新的负荷状况借助一计算单元17调整。为此，在透平3运行期间该计算单元17在需要时连续地借助两个调节信号19、21操纵透平阀15，其中借助第一个调节信号19可达到朝其开启位置的方向操纵该透平阀15，以及借助第二个调节信号21可达到朝其关闭位置的方向操纵该透平阀15。
在调整转速过程中通过使用两个独立的调节信号19、21来调节透平阀15，提高了透平阀15的调节精度，因为无论是开启还是关闭透平阀15都分别有调节信号19或21的整个信号带宽可供使用。
如图中举例所示，调节单元11和计算单元17可以共同地例如借助一个电子线路实现。
此外，用于朝其关闭位置的方向操纵透平阀15的第二个调节信号21，还可以应用于按照本发明的借助调节单元11短时节流透平阀15；但也可以为此提供单独的信号。
一按照本发明的装置1优选地借助一个可存储程序的控制装置实现。在这里，模拟信号的处理优选地通过约13ms的循环时间实现。在确定超过最大负荷改变速度13后，透平阀15的短时节流有利地进行约6.5ms。
图2表示用于调节透平转速的装置简图。
调节透平转速的装置包括用于预定透平32负荷变化的单元30、用于透平轴转速的极限值信号的发送器34、给透平32的阀38产生控制信号的单元36、产生负荷改变速度的信号并连接在透平轴极限值信号发送器34与给阀38产生控制信号的单元36之间的处理机40，一用于规定允许的负荷改变速度并连接在给阀38产生控制信号的单元36的第二个进口上的单元42，其中，单元36有两个与用于控制透平阀38位置的进口连接的出口，其中一个进口朝“关闭”方向影响所述至少一个阀38以及另一个朝“开启”方向影响阀38。
本方法的本质在于，在透平运行期间持续地检查透平的负荷改变。若确认负荷改变，则确定负荷改变的速度并将它与最大允许值比较，与此同时检查负荷改变的方向。若负荷改变朝减小的方向进行，则借助控制作用朝“关闭”的方向控制至少一个透平阀，此时按额定负荷规定透平转速。
调节透平转速的装置按下述方式运行。
此装置在一处理机40的基础上设计的，该处理机按照一个在其存储器内储存的程序来工作以及通过将透平转速控制为额定值，保证按透平负荷的改变来调节透平转速。
负荷改变由预定负荷改变的单元30确定，处理机40根据单元30有关透平负荷改变的信号计算出负荷改变速度，在超越最大允许值时，用于产生控制信号的单元36产生给透平32的阀38的其中一个控制信号。在来自单元30的信号是有关朝减小方向的负荷改变时，此时产生一个导致阀38开启的作用，而当来自单元30的信号涉及朝增大方向的负荷改变时，则给阀38产生控制信号的单元30产生一个导致关闭阀38的信号。
透平阀38可例如安装在透平的供汽通道内，以及借助此阀蒸汽可从蒸汽发生器导入透平内。
在短时改变阀位置后，透平转速可以按照新建立的运行状况调节。
在装置的这种设计中，至少一个透平阀基于控制作用改变其状态。
透平阀38的短时变动保证了：在透平变化速度很大时防止部分地甩掉负荷，由此改善了透平的运行特性，因为透平负荷可得到有效的控制。
使用两个分开的控制信号来控制至少一个透平阀38，提高了控制精度。
控制信号可以按电流信号的形式存在，尤其具有0至20mA电流强度的电流信号，这取决于调节偏差信号的值。
为了输出电流信号使用一些部件。
透平轴转速的调节可以借助循环运行的数字设备进行。
按照图2所示的本发明装置以及一种相应的方法可归纳如下：
本发明的目的在于：借助检测所述速度(利用该速度在调节转速时改变要控制的值)来扩大功能的可能性，从而达到提高在危险状况下的安全可靠性。
借助发电机与供电网连接的透平轴的转速调节方法的基础是，测量转速和将它与额定转速作比较，监控所测得的转速偏离额定转速的值和方向，连续计算透平轴转速改变的速度，以及将它与额定值比较，在这种情况下由控制信号来改变至少一个透平阀的位置。其中，所产生的控制信号与透平轴转速改变的速度互成比例，以及控制信号涉及一强度为0至20mA的电流或涉及一个数字控制信号，它通过数字计算设备保证正常运行。
所述调节透平转速的装置包括所述用于预定透平32负荷变化的单元30、用于发出透平轴转速的极限值信号的发送器34、给透平32的阀38产生控制信号的单元36、用于计算出负荷改变速度并连接在透平轴极限值信号发送器34与给阀38产生控制信号的单元36之间的处理机40、一用于规定允许的负荷改变速度并连接在给阀38产生控制信号的单元36的第二个进口上的单元42，其中，给阀38产生控制信号的单元36有两个出口，这两个出口与控制透平阀38位置的进口连接，其中一个进口朝“关闭”方向影响透平阀，以及另一个朝“开启”方向影响透平阀。

Claims (16)

1.一种用于对借助一发电机(5)与一供电网连接的透平(3)进行转速调节的方法，其特征在于，包括下列步骤：
a)在所述透平(3)运行期间连续地检测，是否发生透平(3)的负荷变化，
b)若确定发生负荷变化，则测定其负荷改变速度(10)，
c)若负荷改变速度(10)在数量上大于一预定的最大负荷改变速度(13)以及负荷变化朝降低负荷的方向进行，则借助一个调节作用短时地操纵至少一个透平阀(15)朝其关闭位置的方向作用，以及
d)所述透平(5)的转速针对负荷变化后产生的实时运行负荷借助一在至少一个透平阀(15)上的调节作用来调节。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述调节作用短时地关闭所述至少一个透平阀(15)。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述至少一个透平阀(15)上的调节作用借助至少两个调节信号(19、21)进行，其中，借助至少两个调节信号中的第一个调节信号(19)可达到朝所述透平阀(15)的开启位置方向操纵该透平阀，以及借助至少两个调节信号中的第二个调节信号(21)可达到朝该透平阀(15)关闭位置的方向操纵该透平阀。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调节信号(19、21)分别涉及输出一电流，尤其是电流强度界于0mA与20mA之间的电流，其中，实时输出的各电流强度是一个用于表示透平阀(15)开启度或关闭度的度量。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，该方法借助一个循环工作的数字计算装置实施。
6.一种用于对一借助一发电机与一供电网连接的透平轴进行转速调节的方法，该方法基于转速测量、与额定转速比较以及一个根据比较结果产生的控制信号，其特征在于，控制被测量的转速偏离额定转速的值和方向以及连续计算出透平轴转速的改变速度，与此同时实施与额定值的比较；在超过相对于转速改变速度而预定的极限值时，产生一个用于改变透平阀位置的控制信号。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，通过控制信号改变至少一个透平阀的位置。
8.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于，为每个透平阀产生两个控制信号，其中一个控制信号朝“开启”方向改变透平阀位置，而另一个控制信号朝“关闭”方向改变透平阀位置。
9.按照权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，与透平轴转速的改变速度成正比地产生一个强度为0至20mA的电流形式的控制信号，该控制信号确定至少一个透平阀的开启或关闭程度，为的是将透平转速置于名义负荷时的转速。
10.按照权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，产生一个数字控制信号，它保证借助数字式计算设备正常运行。
11.一种用于对借助一发电机(5)与一供电网连接的透平(3)进行转速调节的装置(1)，其特征在于，
-一个传感器单元(7)，借助该传感器单元可检测透平的负荷变化，
-一个计算单元(9)，借助该计算单元可计算出所检测的负荷变化的负荷改变速度(10)，
-一个调节单元(11)，在负荷改变速度(10)在数量上大于预定的最大负荷改变速度(13)以及借助该调节单元朝减小负荷的方向变化时可短时地操纵至少一个透平阀(15)朝其关闭位置的方向作用，以及
-一个计算单元(17)，借助该计算单元可产生至少两个用于调节至少一个透平阀(15)的调节信号(19、21)，其中，借助所述至少两个调节信号的第一个调节信号(19)可达到朝所述透平阀(15)开启位置的方向操纵该透平阀，以及借助至少两个调节信号的第二个调节信号(21)可达到朝该透平阀(15)关闭位置的方向操纵该透平阀。
12.按照权利要求11所述的装置(1)，其特征在于，所述调节信号(19、21)分别涉及一电流的输出，尤其电流强度界于0mA与20mA之间电流，其中，各实时输出的电流强度是一个用于表示所述透平阀(15)开启度或关闭度的度量。
13.按照权利要求11或12所述的装置(1)，其特征在于，该装置(1)是一个可存储程序的控制装置。
14.一种用于对一借助一发电机与一供电网连接的透平(32)进行转速调节的装置，其包括一个用于接收一个与发电机功率成正比的信号和透平轴转速极限值信号的单元，该单元的出口与产生控制信号的单元(36)连接，该单元(36)有两个出口：用于实际转速的输出以及用于其值处于预定的转速范围内的实际转速的输出，其特征在于，所述装置包含一个处理机(40)，该处理机在所述出口处当转速额定值暂时改变时产生一个信号以及在最大暂时的转速变化超过额定值时产生一个信号，这些出口与用于产生控制作用的单元(36)的进口连接，该单元(36)的第二个进口与用于透平轴转速的允许速度改变的额定值确定器连接，以及它的出口与透平阀(38)的控制进口连接，其中一个出口朝“开启”的方向影响该透平阀(38)，以及另一个出口朝“关闭”方向影响该透平阀(38)。
15.按照权利要求14所述的装置，其特征在于，用于产生控制作用的单元(36)设计有一个电流输出口，在这里电流值与透平轴转速的改变速度互成比例。
16.按照权利要求14或15所述的装置，其特征在于，所述控制信号变换器(36)设计为可编程的控制仪。
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