DE2330776A1

DE2330776A1 - Schaltung zur zuruecknahme einer belastung mit variabler geschwindigkeit

Info

Publication number: DE2330776A1
Application number: DE2330776A
Authority: DE
Inventors: Charles James Barrigher; Charles Louis Devlin; Paul Edward Malone
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-16
Publication date: 1974-01-10
Also published as: US3748491A; DE2330776B2; JPS4956006A; JPS5840002B2; CH559855A5; CA975076A; GB1431384A

Description

Schaltung für Zurücknahme einer Belastung mit variabler

Geschwindigkeit

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für ein Turbinensystem und ist besonders anwendbar auf die Steuerung von Dampfturbinensystemen .

Bei dem Betrieb von Dampfturbinensystemen ist es wichtig, die mechanische Ausgangsleistung der Turbine bei einem Ausfall von kritischen Bestandteilen in der Kraftanlage allmählich und nicht plötzlich zurückzunehmen, wie sie beispielsweise

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durch Gebläse, Kohlezerkleinerungseinrichtungen, Speisewasserpumpen oder ähnliche Bauteile dargestellt werden. Wenn ein solcher Ausfall auftritt, ist es unbedingt erforderlich, den Dampfzufluß und daher die mechanische Ausgangsleistung der Turbine zu verringern. Die Geschwindigkeit der Verminderung des Dampfzustroms zur Turbine sollte jedoch in einer Beziehung zu der Bedeutung des ausgefallenen Bauteiles sowie zu der Lastverminderung stehen, welche zum fortgesetzten Betrieb ohne das ausgefallene Bauteil erforderlich ist, und sollte auch berücksichtigen, ob mehrere Bauteile gleichzeitig oder nacheinander ausgefallen sind.

Beispiele für bekannte Schaltungen zur Zurücknahme der Last sind gegeben durch die US-Patente 3 56l 216 und 3 3^0 883. Die dort beschriebenen Anordnungen erfüllen die Aufgabe der Erzeugung eines Last- oder Belastungsbezugssignals zur Ansteuerung des Dampfsteuerventils zur Verminderung des Dampfzustroms proportional zu der Bedeutung oder dem kritischen Gewicht des ausgefallenen Bestandteils und der Anzahl der Ausfälle. Die gegenwärtig verfügbaren Schaltungen zur Lastzurücknähme besitzen jedoch keine Einrichtung zur Nachstellung des Dampfeinstellventils zur Kompensation der Geschwindigkeit der Dampfminderung oder des Dampf-Verlustes.

Dieses Problem wurde bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung im wesentlichen dadurch beseitigt, daß eine neuartige Schaltung zur Belastungszurücknahme mit variabler Geschwindigkeit vorgesehen ist, die in der Lage ist, den Dampfzustrom auf jeden gewünschten Wert zu vermindern, welcher durch den Bedienenden für die Anlage festgelegt wird. Wenn eine Kompensation für die Geschwindigkeit des DampfVerlustes erwünscht ist, wird ein Schalter betätigt, der eine vorgewählte Vorspannung am Eingang eines ersten Operatorverstärkers in einer Integrationsschaltung zuschaltet, um das gewählte Belastungsbezugssignal mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zu vermindern zur Bildung eines Bezugssignals für die Lastminderung zur Ansteuerung des Dampfeinstellventils. In ähnlicher Weise wird eine vorgewählte Vorspannung dem Eingang eines zweiten Operatorverstärkers in einer Begren-

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zungsschaltung zugeführt und hierdurch wird das Bezugssignal für die Lastrücknahme auf den vorgewählten Pegel verklammert.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neuartige und verbesserte Schaltung für die Lastminderung mit variabler Geschwindigkeit zu schaffen, welche automatisch die Geschwindigkeit der Leistungsminderung nachstellt zur Kompensation der Geschwindigkeit des DampfVerlustes in einem Turbinensystem, und zwar durch Ansteuerung des Dampfeinstellventils mit einem Bezugssignal für die Lastminderung.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine neuartige Schaltung für die Lastminderung zu erhalten, bei der ein Bedienender für die Anlage nach seinem Willen die Zuflußgeschwindigkeit des Dampfes ändern kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine neuartige und verbesserte Schaltung mit variabler Lastminderung für eine Dampfturbine zu schaffen, die automatisch mit der schnellsten erwünschten Geschwindigkeit und dem niedrigsten erwünschten Pegel anspricht.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden diese vorstehenden Aufgaben erreicht durch eine neuartige und verbesserte Schaltung für die Lastminderung mit variabler Geschwindigkeit, die einen Integrationsteil und einen Begrenzerteil umfaßt. Wenn ein Verstärker in dem Integrationsteil'und ein Verstärker im Begrenzerteil individuell mit einem Vorspannungswert beschaltet werden, der durch den Bedienenden bestimmt wird, dann wird das Lastbezugssignal von seinem Betriebswert mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vermindert und auf einem vorgegebenen Pegel verklammert, um auf diese Weise ein Bezugssignal für die Lastminderung oder Lastrücknahme zu bilden. Dieses Bezugssignal für die Lastminderung ergibt die Möglichkeit der Einstellung der Geschwindigkeit der Leistungsrücknahme durch Ansteuerung des Dampfeinstellventils und ermöglicht daher eine Kompensation bezüglich der Geschwindigkeit des DampfVerlustes in einem Turbinensystem, bei dem ein ausge-

fallenes Bauteil in der Schleife zur Dampferzeugung vorhanden ist.

Die Abbildung zeigt eine Schaltzeichnung mit den Grundkomponenten einer Schaltung für eine Lastrücknahme mit variabler Geschwindigkeit als Ausführungsform der Erfindung.

Der Eingangsanschluß 11 liefert eine Verbindung zur Zuführung eines Lastbezugssignals oder einer entsprechenden Spannung von einem Verstärker, der im Stand der Technik zur Ansteuerung eines Dampfeinstellventils oder Dampfregelventils verwendet wird. Die Belastung auf der Turbine ist proportional diesem Lastbezugssignal. Der Eingangsanschluß 11 ist über die Diode 12 mit einem Punkt A verbunden. Die Spannung am Punkt A wird auf einem Wert gehalten, welcher dem Lastbezugssignal entspricht. Der Punkt A bezüglich Masse bildet auch den Ausgang der Schaltung für Lastrücknahme mit variabler Geschwindigkeit und-dieser Ausgang steuert letztendlich ein nicht gezeigtes Dampfregelventil, über die Widerstände 13 und 14 wird eine Spannung angelegt, um eine positive Vorspannung für die Diode 12 zu erhalten.

Die Diode 15 erhält ebenfalls eine positive Vorspannung über die Widerstände 13 und 14 und ist in einer ersten Rückkopplungsschleife des Integrators 17 und in einer zweiten Rückkopplungsschleife des Begrenzers 18 schaltungsmäßig verbunden. Ein Stromverstärker 16 umfaßt die Widerstände 19 und 20, welche einen Spannungsabfall erzeugen, der eine Ausführung der normalen Strom-.Verstärkungsfunktion durch einen Transistor 21 gestattet. Die Widerstände sind mit dem Kollektor bzw. dem Emitter des Transistors 21 verbunden. Der Emitter des Transistors 21 ist weiterhin über eine Diode 15 mit dem Punkt A verbunden. Es ist zu beachten, daß die Diode 15 ein Gatter oder eine Torschaltung für niedrige Werte zwischen dem Integrator 17, dem Begrenzer 18 und dem Lastbezugssignal bildet, welches an dem Eingangsanschluß 11 zugeführt wird.

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Der Integrator 17 liefert am Punkt A eine vom Lastbezugssignal aus linear abnehmende Spannung, wobei sein Betrieb durch ein Einstellorgan bestimmt wird, das durch den Bedienenden betätigt wird. Der Integrator 17 ist.in eine Rückkopplungsschleife eingefügt, die vom Ausgang eines Operatorverstärkers 23 über eine Diode 24 zur Basis des Transistors 21 im Stromverstärker 16 verläuft, und ist in Reihe über den Emitter des Transistors 21 und die Diode 15 mit dem Eingang des Integrators 17 über den Kondensator 22 verbunden. Die Eingangswiderstände 25 und 26 bilden einen Spannungsteiler und führen zusammen mit dem Ruhekontakt 27 des Relais eine feste positive Vorspannung dem Operatorverstärker 23 zu und halten dadurch diesen Operatorverstärker 23 in negativer Sättigung. Am Eingang des Operatorverstärkers 23 ist noch ein Widerstand 28 angeschlossen, dessen anderes Ende mit Masse verbunden ist. Der Widerstand 28 wird verwendet, um die-Eingangsimpedanz des Operatorverstärkers 23 zu vermindern,,um dadurch die äußerst hohe Impedanz des Verstärkers 23 zu überwinden, welche sonst jeweils bei Betrieb des Integrators 17 eine langsame weitere Aufladung des Kondensators 22 und damit die Erzeugung großer Stufen oder Sprünge verursachen würde. Der Widerstand 29 wird dazu verwendet, die als voreingestellte Vorspannung vorhandene Eingangsspannung bezüglich ihrer Amplitude zu steuern, welche einem Eingang des Operatorverstärkers 23 durch einen Eingangswiderstand 31 zugeführt werden soll, wenn der Arbeitskontakt 30 geschlossen ist.

Der Begrenzer 18 verklammert das Bezugssignal für die Lastrücknahme auf einem voreingestellten Wert, der durch den Bedienenden gesteuert oder eingestellt wird. Er ist mit einem Punkt A in einer zweiten Rückkopplungsschleife über einen Widerstand 32 mit einem Eingang eines Operatorverstärkers 33 verbunden. Der Ausgang des Operatorverstärkers 33 wird der Basis des Transistors 21 im Stromverstärker 16 über ein Gatter für große Werte in Form einer Diode 34 zugeführt und vom Emitter des Transistors 21 über die Diode 15 dem Punkt A. Der Widerstand 35 führt eine negative Spannung durch den Eingangswiderstand 36 einem Eingang des Operatorverstärkers 33 zu, um diesen Operatorverstärker 33 in positi-

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ver Sättigung zu halten. Der Widerstand 37 steuert die Spannung oder die vorgegebene"Vorspannung, welche am Eingang des Operatorverstärkers 33 durch das Schließen des Arbeitskontaktes 38 und den in Reihe geschalteten Eingangswiderstand 39 zugeführt wird.

Wenn eine Betätigung der Schaltung für Lastrücknahme mit variabler Geschwindigkeit erwünscht ist, dann wird der normalerweise geschlossene Kontakt 27 geöffnet und der normalerweise unterbrochene Kontakt 30 im Integrator 17 und der Kontakt 38 im Begrenzer 18 werden eingestellt oder geschlossen. Dies erfolgt in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Zuschalten einer Spule oder eines Relais, welches seinerseits die Kontakte 30 und 38 schließt und den Kontakt 27 öffnet.

In der Abbildung ist zur Vereinfachung nur ein Eingangsanschlußll vom Turbinensystem dargestellt und nur ein Eingang für die,Lastrücknahme mit variabler Geschwindigkeit. In der Praxis werden jedoch mehrere solcher Eingänge parallelgeschaltet und das von irgendeinem Ausgang verfügbare kleinste Signal steuert letztendlich das Lastsignal.

Beim Betrieb wird die Spannung am Punkt A ursprünglich auf irgendeinem Wert gehalten, welcher dem Lastbezugssignal entspricht, das am Eingangsanschluß 11 zugeführt wird.

Vor der Betätigung der Rückstellschaltung durch den Bedienenden wird dem Operatorverstärker 23 im Integrator 17 an seinem Eingang eine positive Vorspannung zugeführt, um den Verstärker 23 negativ gesättigt zu halten und dabei lädt sich der Kondensator 22 auf den Spannungswert am Punkt A auf. Die Zuführung einer positiven Vorspannung am Verstärker 23 gestattet eine sehr schnelle Integrationsgeschwindigkeit. Daher kann der Kondensator den Änderungen der Spannung am Punkt A schnell folgen.

Im Begrenzungsteil oder Begrenzer 18 wird über die Widerstände und 36 dem Operatorverstärker 33 eine negative Vorspannung zugeführt. Diese hält den Verstärker 33 in einer positiven Sättigung,

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da die Diode 15 der Torschaltung oder Gatterschaltung für niedrige Werte die Rückkopplungsspannung in der zweiten Rückkopplungsschleife des Begrenzers 18 absperrt. Der Spannungswert für die negative Vorspannung, welche am Operatorverstärker 33 zugeführt wird, wird um einen geringen Betrag oberhalb der größten positiven Spannung am Punkt A gehalten, welcher jemals auftreten kann, um auf diese Weise einen Stromdurchgang oder ein Einschalten der Diode 15 zu vermindern. Der Stromdurchlaß der Diode 15 wird verhindert aufgrund der Polaritätsumkehr des Operatorverstärkers 33, welche bei einem solchen Verstärker inhärent ist.

Wenn sich die automatisch betätigten Relaiskontakte 30 und 38 schließen und der Kontakt 27 geöffnet wird, dann wird die Rücknahme der Last ausgelös_t. Das öffnen des Kontaktes 27 nimmt die schnelle Integrationsgeschwindigkeit vom Integrator 17 weg und das Schließen des Kontaktes 30 führt eine positive Geschwindigkeitsspannung am Operatorverstärker 33 zu. Gleichzeitig wird durch das Schließen des Kontaktes 38 dem Begrenzer 18 eine vorgegebene positive Spannung zugeführt. Diese neue vorgegebene Spannung am Begrenzer 18 ist positiv. Sie besitzt jedoch einen kleineren Absolutwert als die normale negative Vorspannung des Verstärkers und erzeugt daher im Endergebnis eine Spannungssubtraktion am Eingang des Operatorverstärkers 23 und damit eine verminderte positive Spannung an der Anode der Diode 3^·

Wenn die Anodenspannung der Diode 3k auf einen positiven Wert verringert wird, der kleiner ist als der Wert am Punkt A, dann wird die Diode 15 durch diese Vorspannung eingeschaltet und bewirkt den Beginn des Absinkens der Spannung am Punkt A. Dieser Spannungsabfall wird vom Kondensator 22 im Integrator 17 erfaßt und der Kondensator 22 beginnt mit einer Entladung in den Eingang des Operatorverstärkers 23. Diese Entladung ändert die Eingangsspannung am Operatorverstärker 23 in einer negativen Richtung und treibt den Verstärker 23 in Richtung einer positiven Sättigung. Der Verstärker 23 erreicht jedoch die positive Sättigung nicht, da die Diode 2k Strom durchläßt, wenn die Anode der Diode 2k einen Spannungswert geringfügig oberhalb des Spannungswertes

ihrer Kathode erreicht und begrenzt dadurch den Anstieg der Spannung auf den Wert, welcher am Punkt A vorhanden ist. Der Integrator 17 übernimmt die Steuerung des Betriebs der Schaltung und erzwingt eine Verminderung der Ausgangsspannung am Punkt A mit derjenigen Rücknahmegeschwindigkeit, welche durch den ohmschen Widerstandswert des Widerstandes 31, den Voreingestellten Wert der Spannung am Widerstand 29 und den Kapazitätswert des Kondensators 22 bestimmt ist.

Wenn die Spannung an der Anode der Diode J>k im Begrenzer 18 infolge des Schließens des Kontaktes 38 absinkt, dann wird eine Verminderung der Spannung dadurch ausgelöst, daß bezüglich des Begrenzers 18 eine Torschaltung für niedrige Werte zum Punkt A mittels der Diode 15 vorhanden ist. Ebenso wird jedoch auch der Begrenzer mittels der Diode 24 einer Torschaltung für hohe Werte bezüglich des Verstärkers 23 unterworfen. Wenn die Diode 24 gemäß der vorstehenden Beschreibung Strom durchläßt, dann wird der Operatorverstärker 33 infolge der positiven Rückkopplungsspannung am Eingang des Verstärkers 33 über den Widerstand 32 in eine negative Sättigung gezwungen. Diese Spannung verringert sich in dem Maße, wie sich die Spannung am Punkt A verringert.

Wenn die Ausgangsspannung des Operatorverstärkers 23 mit der voreingestellten Geschwindigkeit auf einen positiven Wert verringert worden ist, welcher kleiner ist als die Differenz zwischen der ■ Vorspannung am Widerstand 35 und am Widerstand 37, dann wird der Begrenzer 18 aus dem Bereich der negativen Sättigung herausgehen und die Steuerung übernehmen. Der Grund hierfür liegt darin, daß er einer Torschaltungswirkung für hohe Werte bezüglich des Operatorverstärkers 23 unterliegt und die Spannung am Eingang des Operatorverstärkers 23 bereits einen effektiven Wert 0 erreicht hat. Die Spannung am Punkt A wird sich auf dem voreingestellten Grenzwert stabilisieren. Andererseits wird der Operatorverstärker 23 in die Sättigung zurückgetrieben infolge des Verlustes der Rückkopplung über die Diode 15 und der Umkehrung der Effektivspannung am Eingang des Operatorverstärkers 2 3 auf einen positiven Wert.

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Um die Auswirkung der Schaltung für die Lastrücknahme mit variabler Geschwindigkeit aufzuheben, werden die normalerweise geöffneten Kontakte 30 und 38 oder Arbeitskontakte erneut geöffnet und der normalerweise geschlossene Kontakt 27 wird wieder geschlossen. Die negative Vorspannung am Operatorverstärker 33 ist nunmehr befreit von der positiven voreingestellten Spannung vom Widerstand und zwingt die Anode der Diode 3^ zu einer Spannungserhöhung in Richtung einer positiven Polarität. Die Auswirkung der positiven Spannung, welche durch das Schließen des Kontaktes 27 am Eingang des Operatorverstärkers 23 angelegt wird, und die Erhöhung der Spannung am Punkt A bewirkt eine schnelle Aufladung des Kondensators 22 und zwingt den Operatorverstärker 23 im Integrator 17 in die negative Sättigung. Sobald der Operatorverstärker 33 die Kontrolle oder Steuerung an das Lastbezugssignal verliert, zwingt der. Verlust der Rückkopplungsspannung diesen Verstärker in die positive Sättigung und die Schaltung ist erneut bereitgestellt für die nächste Anforderung einer Lastrücknahme.

Es wurde vorstehend gezeigt, daß durch einen vorgesehenen Integrator, welcher eine von einem Lastbezugssignal ausgehende linear abnehmende Spannung erzeugt', und einen Begrenzer zur Verklammerung des Lastbezugssignals auf einem vorgegebenen Wert ein normales Lastbezugssignal bezüglich der Geschwindigkeit des Dampfverlustes kompensiert werden kann, um letztendlich die Geschwindigkeit der Leistungsminderung der Ansteuerung eines Dampfeinstellventils nachzuführen.

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Claims

Patentansprüche

1. j Turbinenregelschaltung, dadurch gekenn-

zeichnet , daß» sie umfaßt: eine Einrichtung zum Empfang eines Lastbezugssignals, welches proportional der für eine Turbine erwünschten Last ist,

eine Einrichtung (17) zur linearen Verminderung dieses Lastbezugssignals mit vorgegebener Geschwindigkeit zur Bildung eines Bezugssignals für die Lastrücknahme und ■Einrichtungen (18) zur Verklammerung des Bezugssignals für die Lastrücknahme auf einem vorgegebenen Pegelwert.

2. Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur linearen Verminderung des Lastbezugssignals ein Integrator (17) ist.

3· Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Integrator (17) weiterhin einen ersten öperatorverstärker (23) mit einer ersten Rückkopplungsschleife, einen Kondensator (22) in Reihe mit der ersten Rückkopplungsschleife und Einrichtungen (25, 26, 27) zur Zuführung einer ersten voreingestellten Vorspannung zu einem Eingang des ersten Operatorverstärkers enthält.

4. Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß dieses erste voreingestellte Vorspannungssignal variabel ist.

5. Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Verklammerung des Bezugssignals für die Lastrücknahme ein Begrenzer (18) ist.

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6. Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Begrenzer (18) weiterhin einen zweiten Operatorverstärker (33) enthält mit einer zweiten Rückkopplungsschleife, einem Widerstand (32) in Reihe mit der zweiten Rückkopplungsschleife und einer Einrichtung (37, 38, 39) zur Verbindung einer zweiten voreingestellten Vorspannung mit einem Eingang des zweiten Operatorverstärkers.

7. Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite voreingestellte Vorspannung variabel ist.

8. Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung der ersten voreingestellten Vorspannung ferngesteuert ist.

9· Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung oder Zuführung der zweiten voreingestellten Vorspannung ferngesteuert ist.

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