DE2330776B2

DE2330776B2 - Turbinensteuerschaltung

Info

Publication number: DE2330776B2
Application number: DE2330776A
Authority: DE
Inventors: Charles James Schenectady Barrigher; Charles Louis Ballston Lake Devlin; Paul Edward Schenectady Malone
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-16
Publication date: 1980-03-06
Also published as: CA975076A; JPS4956006A; JPS5840002B2; GB1431384A; DE2330776A1; CH559855A5; US3748491A

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinensteuerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Steuerschaltung ist in der DE-OS 14 26 802 beschrieben.

Bei dem Betrieb von Dampfturbinensystemen ist es wichtig, die mechanische Ausgangsleistung der Turbine bei einem Ausfall von kritischen Bestandteilen in dem Kraftwerk allmählich und nicht plötzlich zurückzunehmen. Derartige kritische Bestandteile sind beispielsweise Gebläse, Kohlezerkleinerungseinrichtungen, Speisewasserpumpen oder ähnliches. 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 Dampfzustromes zur Turbine sollte jedoch in einer Beziehung zu der Bedeutung des ausgefallenen Bauteiles sowie zu der Lastabsenkung 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 Lastabsenkung sind in den US-Patentschriften 35 61216 und 33 40 883 beschrieben. Die dort beschriebenen Schaltungen erfüllen zwar die Aufgabe der Erzeugung eines Lastbezugssignals zur Ansteuerung des Dampfsteuerventils zur Verminderung der Dampfströmung proportional zu der Bedeutung des ausgefallenen Bestandteils und der Anzahl der Ausfälle. Die gegenwärtig verfügbaren Schaltungen zur Lastrücknahme besitzen jedoch keine Einrichtung zum Einstellen des Dampfsteuerventils zur Kompensation der Geschwindigkeit des Dampfverlustes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinensteuerschaltung zu schaffen, die bei einem Dampfverlust für eine gesteuerte Verzögerung der Turbine sorgt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

τ crtciiiiaitc r-iusgcsiaiiüngcn u£f Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei einem einen Dampfverlust verursachenden Fehler nicht eine Schnellabschaltung ausgelöst wird, bei der gewaltige Belastungsstöße auf die Turbine und insbesondere auf deren Welle ausgeübt würden, sondern daß die Last mit variabler Geschwindigkeit zurückgeführt wird, die durch eine Bedienungsperson festgelegt werden kann. Wenn eine Kompensation für die Geschwindigkeit des Dampfverlustes erwünscht ist, kann eine vorgewählte Vorspannung an den Eingang des Integrators gelegt werden, um das gewählte Lastbezugssignal mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zu senken und dabei ein Bezugssignal für die Lastabsenkung zu bilden, welches das Dampfventil steuert

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung mit den Grundkomponenten für eine Lastrücknahme mit variabler Geschwindigkeit als Ausführungsform der Erfindung.

Der Eingangsanschluß 11 liefert eine Verbindung zur Zuführung eines Lastbezugssignals oder einer entspre-

2Ί chenden Spannung von einem Verstärker, der im Stand der Technik zur Ansteuerung eines Dampfeinstellventils oder Dampfiegelventils verwendet wird. Die Belastung auf der Turbine ist proportional diesem Lastbezugssignal. Der Eingangsanschluß U ist über die Diode 12 mit

i» einem Punkt A verbunden. Die Spannung am Punkt A wird auf einen 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

)^r> 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

4^r> Spannungsabfall erzeugen, der eine Ausführung der normalen Stromverstärkungsfunktion 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

W 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

ί^Γ> zugeführt wird.

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

Mi 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

i/> Eingang des Integrators 17 über den Kondensator 22 verbunden. Die Eingangswiderstände 25 und 26 bilden einen Spannungsteiler und führen zusammen mit dem ivuiivivGuiai

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nung dem Operatorverstärker 23 zu und halten dadurch diesen Operatorverstärker 23 in negativer Sättigung. Am Eingang des Operatorverstärkers 23 ^:st 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, webhe 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 vorangestellte 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 diecan Operatorverstärker 33 in positiver 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 Eingangsanschluß 11 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.

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-~ n~ IO „,'.-A ,".U**- A '· λ Widerstände 35 und 36 dem Operatorverstarker 33 eine negative Vorspannung zugeführt Diese hält den Verstärker 33 in einer positiven Sättigung, 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, w eiche 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 ausgelöst Das öffnen des Kontaktes 27 nimmt die schnelle Integrationsgeschwindigkeit vom Integrator 17 weg und das Schließen des Kontaktes 30 führt eine positive Geschwindigkeitsspannung am Operatorverstarker 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 33 und erzeugt daher im Endergebnis eine Spannungssubtraktion am Eingang des Operatorverstärkers 23 und damit eine verminderte positive Spannung an der Anode der Diode 34.

Wenn die Anodenspannung der Diode 34 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 24 Strom durchläßt, wenn die Anode der Diode 24 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 34 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 Rückkopplungsspan-

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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 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 23 auf einen positiven Wert.

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 positive voreingestellten Spannung vom Widerstand 37 un zwingt die Anode der Diode 34 zu einer Spannungser höhung in Richtung einer positiven Polarität. Di Auswirkung der positiven Spannung, welche durch da! Schließen des Kontaktes 27 am Eingang des Operator Verstärkers 23 angelegt wird, und die Erhöhung dei Spannung am Punkt A bewirkt eine schnelle Aufladun, des Kondensators 22 und zwingt den Operatorverstär ker 23 im Integrator 17 in die negative Sättigung. Sobal der Operatorverstärker 33 die Kontrolle oder Steue rung an das Lastbezugssignal verliert, zwingt dei Verlust der Rückkopplungsspannung diesen Verstärke in die positive Sättigung und die Schaltung ist erneu bereitgestellt für die nächste Anforderung eine Lastrücknahme.

Es wurde vorstehend gezeigt, daß durch einer vorgesehenen Integrator, welcher eine von einerr Lastbezugssignal ausgehende linear abnehmende Span nung erzeugt, und einen Begrenzer zur Verklammerung des Lastbezugssignals auf einem vorgegebenen Wen ein normales Lastbezugssignal bezüglich der Geschwin digkeit des Dampfverlustes kompensiert werden kann um letztendlich die Geschwindigkeit der Leistungsmin derung der Ansteuerung eines Dampfeinstellventil nachzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Turbinensteuerschaltung mit einer Einrichtung zum Empfang eines der Turbinenlast proportionalen Lastbezugssignales, einem Integrator zum linearen Verändern des Lastbezugssignales mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zur Bildung eines Lastveränderungs-Bezugssignales, das zur Steuerung des Ventils für die Dampfströmung in die Turbine verwendet wird, und mit einer Schaltung zum Festhalten des Lastveränderungs-Bezugssignals auf einem im voraus festgesetzten Wert dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (17) das Lastbezugssignal von seinem Betriebswert mit variabler Geschwindigkeit linear absenkt

2. Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (17) einen Operatorverstärker (23) mit einer einen Kondensator (22) enthaltenden Rückkopplungsschleife und Mittel (25—31) zum Anlegen einer einstellbaren Vorspannung an einen Eingang des Operatorverstärkers enthält

3. Turbinensteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen der Vorspannung ferngesteuert ist.