DE2647136A1 - Steuerungssystem fuer turbinenkraftwerk - Google Patents

Description

DipWng. Peter-C. Sroka Dr.-ing, Eriut Stratmann - ·

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 18. Okt. 1976

46,145
7688

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh/ FaY/ V.' Sf/ A.

Steuerungssystem; ■far Turbinenkraftwerk

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für die automatische Steuerung des Betriebs eines Turbinenkraftwerks, das eine Dampfturbine mit einem Hochdruckabschnitt und einem Rückheizabschnitt, einen an der Turbine angekoppelten elektrischen Generator, der bei Anschluß an eine Last elektrische Leistung erzeugt, und Dampfeinlaß-Ventileinrichtungen umfaßt, die den Dampfstrom zur Turbine steuern.

Insbesondere handelt es sich um ein verbessertes System zur automatischen Steuerung eines Turbinenkraftwerks basierend auf den thermischen Belastungen des Hochdruck-Turbinenrotors und des Rückheiz-Turbinenrotors.

Turbinen-Leistungssysteme umfassen typischerweise einen Hochdruck-Turbinenabschnitt, in den der Dampf direkt von dem Dampfgenerator eingeführt wird. Der Dampf von dem Hochdruck-Turbi-

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Telefon (O211) 320eca Telegramme Custopat

nenabschnitt (abgekürzt HP = high pressure) wird nach Rückerhitzung in einen Rückheiz-Turbinenabschnitt eingeleitet, der im Falle von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Dampferzeugungssystemen im allgemeinen als IP-Turbinenabschnitt (IP = intermediate pressure = Mitteldruck) bezeichnet wird. Von dort gelangt der Dampf in einen Niederdruck-Turbinenabschnitt (LP = low pressure), bevor er an den Kondensator abgegeben wird. Ein mit einer axialen Bohrung versehener Rotor erstreckt sich zentral durch die Turbinengehäuse. Der Rotor wird dadurch in Drehung versetzt, daß Dampf über Schaufeln geleitet wird, die alternierend am Rotor und am Gehäuse befestigt sind. Der Generator, der an dem Rotor angebracht ist, kann durch Wasserstoff gas (Ik₂) gekühlt werden.

Der Rotor des Hochdruck-Turbinenabschnittes kann beispielsweise einen typischen Durchmesser in der Größenordnung von 60 cm besitzen, und der Mitteldruck-Turbinenabschnitt kann einen Rotor umfassen, dessen Durchmesser in der Größenordnung von 100 cm liegt. Die Rotor-Oberfläche des Mitteldruck-Turbinenabschnitts ist mit Nuten und anderen Unregelmäßigkeiten bedeckt, insbesondere dort, wo die Turbinenschaufeln angebracht sind.

Es ist bekannt, daß immer dann, wenn die Turbine einer Drehzahländerung ausgesetzt werden und der Generator einer Laständerung unterliegen soll, vorsichtig vorgegangen werden muß, damit weder durch thermische Belastungen, noch durch thermische Ausdehnung von angrenzenden Teilen mit unterschiedlichen Raten oder durch Überschreitung der Leistungsgrenze des

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Generators Schäden auftreten. Eine Turbine, die einer thermischen Belastung aufgrund von ungleichförmiger Wärmeverteilung in den Rotoren ausgesetzt ist, neigt zur Erzeugung von Rissen an den Stellen auf dem Rotor, die am meisten und den größten und häufigsten Dampf-Temperaturänderungen ausgesetzt sind. Derartige Risse werden auch auftreten, wenn die Turbine zu schnell beschleunigt wird, falls die Turbinenrotoren sich nicht auf gleichförmigen Temperaturen befinden.

Es wurden bereits verschiedene automatische Steuerungssysteme für Turbinenkraftwerke beschrieben, beispielsweise in der Britischen Patentschrift 1 433 612.

Diese GB-Patentschrift beschreibt ein automatisches Anlaufsystem für ein Dampfturbinenkraftwerk, das die Turbine unter den thermischen Belastungen des Hochdruck-Rotorstresses von der Getriebe-Abwurf-Drehzahl bis zur Synchron-Drehzahl sowie das Anlegen der Anfangslast steuert. Das System überwacht die Kraftwerksbedingungen, um das Auftreten von gefährlichen Zuständen nach Anlegen der Anfangslast zu melden. Dieses bekannte Anlaufsystem läßt erkennen, daß der Mitteldruckrotor als am kritischsten für Drehzahlen oberhalb der Wärmeausgleichs-Drehzahl von angenähert zwei Dritteln der Synchron-Drehzahl angesehen wird, wenn die Temperatur des Rotors unterhalb von 121° C liegt. Das Rotormetall befindet sich in einem spröden Zustand unterhalb von 121° C, was zum Aufvon übermäßigen Drehzahlen führt.

unterhalb von 121° C, was zum Auftreten von Rissen im Falle

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Bei diesem System wird die Turbine am Erreichen der Wärmeausgleichs-Drehzahl für eine Zeitperiode gehindert, die auf einer Kurve Zeit über Temperatur basiert, die mit ausreichendem Sicher heitsSpielraum geschätzt werden muß, um die Turbine zu schützen. Genauer gesagt, die Berechnung dieser Wärmeausgleichszeit, bzw. der Kurve Zeit über Temperatur, ist mit Sicherheitszugabe auf die niedrigste der vier berechneten Temperaturen abgestellt. Ein Vergleich wird zwischen (1) der berechneten Rotor-Volumen-Durchschnittstemperatur, die vor der öffnung der Dampfeinlaßventile vorhanden war, (2) der Rotor-Volumen-Durchschnittstemperatur bei 2.2OO Umdrehungen pro Minute, (3) der Turbinen-Metalltemperatür der ersten Stufe vor öffnung der Dampfeinlaßventile und (4) der Metalltemperatur der ersten Stufe bei 2.200 Umdrehungen/min gemacht. Wenn die Wärmeausgleichs-Drehzahl erreicht ist, wird die Größe der Wärmeausgleichszeit bestimmt, basierend auf der niedrigsten Temperatur, die aus dem obigen für eine Rückheiz-Dampftemperatür von 260° C ausgewählt ist. Nachdem die Ausgleichszeit abgelaufen ist, wird eine endgültige überprüfung der Hochdruck-Rotor-Volumen-Durchschnittstemperatur vorgenommen, bevor festgelegt wird, daß der Wärmeausgleich stattgefunden hat und der Turbine die weitere Beschleunigung erlaubt wird. In dem Falle, daß die niedrigste dieser Temperaturen oberhalb von 121 C liegt, wird der Wärmeausgleich als nicht notwendig angesehen.

Nachdem die vorbestimmte Wärmeausgleichszeit abgelaufen ist, beschleunigt das System die Turbine auf ungefähr 3.300 Umdrehungen/min mit einer Beschleunigung, die von einer berechneten

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"^r"

Hochdruck-Rotor-Belastung festgelegt wird, die verglichen wird mit einer ausgewählten Rotor-Belastungsgrenze. Nach automatischer übertragung des Systembetriebs von der Drosselventil-Steuerung zur Regelventil-Steuerung bei 3.300 Umdrehungen/min wird die Turbine auf Synchrongeschwindigkeit beschleunigt. Nach Anlegen einer Minimallast wird das System nur noch überwacht, d. h., verschiedene Parameter werden aufgezeichnet und entsprechende Mitteilungen ausgedruckt, um der Bedienung bei der Turbinensteuerung bis hinauf zur Soll-Last zu helfen.

Bei dem oben angeführten Britischen Patent ist die thermische Belastung der Hochdruck-Rotor-Oberfläche proportional zur Oberflächen zu Volumen-Durchschnitts-Temperatur-Differenz und legt die Beschleunigung der Turbine fest. Ein Vergleich des Ist-Wertes der thermischen Belastung mit vorhergehenden thermischen Belastungswerten bestimmt die Art des thermischen Überganges, dem der Rotor unterliegt, und bestimmt den zu befolgenden geeigneten Beschleunigungsverlauf. Die Rotor-Oberflächen-Temperatur wird berechnet als eine Funktion der Dampftemperatür der ersten Hochdruckstufe, des Ist-Wertes des Wärmeübergangs-Koeffizienten sowie der bisherigen Temperaturen des Rotormetalls. Die Größe der Rotorbelastung wird dann durch die Oberflächen zur Volumen-Durchschnitts-Rotor-Temperatur festgelegt, die verwendet wird, um die Rotor-Oberflächen-Belastung zu berechnen, basierend auf gegenwärtigen und vergangenen Zuständen. Der Wärmeübergangs-Koeffizient wird als Funktion der Drehzahl berechnet, die ihren höheren Wert in dem Drehzahlbetrieb Soll-Drehzahl erreicht.

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Das System der US-Anmeldung 408 962, die eine CIP-Anmeldung der ÜS-Anmeläung 247 887 darstellt, ist insofern vorteilhaft, als sie ein System beschreibt, das bis zum Anlauf der Turbine durch das Anlegen von Anfangslast rotiert. Jedoch wird der Wärmeausgleich des kritischen Mitteldruck-Turbinenrotors auf einer Kurve Zeit über Temperatur basiert, was zum Vergehen von unnötig langer Zeit führen kann. Bei derartig aufeinanderfolgend berechneten und verfließenden Wärmeausgleichszeiten liefern die Hochdruck-Rotor-Belastungs-Kalkulationen ausreichenden thermischen Belastungsschutz für den automatischen Betrieb bis hinauf zur Synchrongeschwindigkeit.

Hinsichtlich der Berechnung der Hochdruck-Rotor-Belastung und verschiedener Einrichtungen zur Steuerung der Turbine gemäß dieser Belastung sei auf die US-Patentschrift 3 448 265 der Anmelderin verwiesen, in der in Einzelheiten die Wirkungen der thermischen Last auf den zulässigen Turbinenbetrieb erläutert werden. Diese Patentschrift offenbart ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der gegenwärtigen Rotorbelastung als Funktion der überwachten Dampftemperatur der Hochdruck-Turbinen-Impulskammer, wobei die gegenwärtige Belastung mit einer festgelegten Belastungsgrenze verglichen und ein Steuerungssignal aus diesem Vergleich abgeleitet wird, durch das der Einlaßdampf für die Hochdruckturbine gesteuert wird. Bei einem derartigen bekannten System kann der Dampfdruck der Impulskammer am Hochdruck-Turbinenabschnitt weiterhin durch Berücksichtigung der Rotor-Bohrungs-Belastung oder der Gehäuse-Belastung gesteuert werden. Die Effekte der thermischen Ausdehnung und

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. A.

Zusammenziehung in entsprechenden Bereichen der Turbine werden somit als Funktion der berechneten Belastung in diesen Bereichen gesteuert, wobei diese Berechnungen auf dem überwachten Zustand des Einlaßdampfes, auf den Zentrifugalkraft-Belastungen sowie auf anderen Eingangsvariablen basiert.

Das obige US-Patent 3 448 265 lehrt, daß Werte für die thermische Belastung der Bohrung für die Rückheiz-Turbine dadurch erhalten werden können, daß die Rotor-Oberflächen-Temperatur im Einlaßdampfbereich des Rückheiz-Druckabschnittes bestimmt wird, basierend auf der gemessenen Dampftemperatur der Rückheiz-Einlaßkammer und der variablen und niedrigeren Wärme-Übergangs-Konduktanz der Rückheiz-Rotor-Oberfläche in der gleichen Weise wie bei der Hochdruck-Turbine.

Das US-Patent legt nahe, daß laufende Rotorbohrungs-Lastbestimmungen in dem Fall beseitigt werden können, daß eine vorbestimmte Wärmeübergangszeit in dem Anlaufverfahren benutzt wird. Es wird erwähnt, daß die Wärme-Übergangs-Konduktanz der Mitteldruck-Turbine weiterhin als Soll-Funktion des Mitteldruck-Dampfstromes und der Mitteldruck-Dampfdichte oder des Dampfdruckes festgelegt wird, d. h.,

^K(is)_ip= <^ws^SF' ^pip),

wobei W_g die Turbinen-Ist-Drehzahl (s = speed) ist,

SF = Mitteldruck-Dampfstrom (SF = steam flow), P₁P der Dampfdruck des Mitteldruck-Abschnittes (IP = inter-

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mediate pressure) und K,_TClH die Wärme-Übergangs-Konduktanz

(IS)₁P

des Mitteldruck-Rotors bedeutet.

Ein anderes besonderes bekanntes Beispiel eines Turbinenbetriebes, der auf der Berücksichtigung von Rotorbelastungen beruht, wird in der US-Patentschrift 3 446 224 offenbart. Gemäß dieser Patentschrift wird die Belastung von Rotorbohrung und Rotoroberfläche mit Hilfe von Messungen der Temperatur und der Drehzahl berechnet. Es werden sichere Grenzen für die Belastung ermittelt und die unterste sichere Belastungsgrenze von Oberfläche oder Bohrung entweder als ein Beschleunigungs-Bezugssignal oder als ein Lastraten-Bezugssignal zur Steuerung der Beschleunigung und der Belastung der Turbine angewendet. Die Berechnungen von Bohrungsbelastung und Bohrungstemperatur werden durch periodisches Messen der inneren Gehäuse-Dampftemperatur zu drei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen und durch Multiplizieren mit vorbestimmten Konstanten ermittelt. Lediglich die Zeitintervalle werden gemäß dem Durchmesser des Rotors abgewandelt. In der US-Patentschrift 3 561 216 wird ein von der Rotorbelastung gesteuertes System offenbart, das die Rotorbelastung in der gleichen Weise berechnet, wie es bei dem US-Patent 3 446 224 der Fall war. Bei diesem Patent wird die Lastrate und der übergang der Ventile von Einzelsteuerung auf Folgesteuerung durch die höchste Belastung aller berechneten thermischen Belastungen bestimmt. Die US-Patentschrift 3 577 offenbart ein Verfahren der Lastaufschaltung einer Dampfturbine und des Überganges von einem Teilbogen- auf einen Vollbogen-Dampf-Zuführbetrieb während der Lastaufschaltung unter

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Aufrechterhaltung einer konstanten Erwärmungsrate.

Bei jedem der genannten bekannten Systeme sind unterschiedliche Vorkehrungen getroffen, um entweder zyklische Veränderungen der Temperatur der Turbinenrotoren zu verhindern oder um die Rotorbelastung zu berechnen und sicherzustellen, daß eine Turbine ohne übermäßige thermische Belastung betrieben wird. In diesen Patenten wird erkannt, daß die größten thermischen Unterschiede im Hochdruck-Rotor auftreten, und zwar wegen der Differenzen der Dampftemperatur und wegen des kleinen Durchmessers dieses Rotors. In den Patentschriften 3 448 265 und 3 446 226 wird offenbart, daß diese Belastung hinsichtlich des Rückheiz-Turbinenrotors wie auch hinsichtlich des Hochdruck-Turbinenrotors berechnet werden kann, indem eine längere Zeit für die Wärmekonduktanz gewählt wird.

Ein automatisch arbeitendes Turbinen-Steuerungssystem, das die Turbine ohne Eingriff der Bedienung bis zum Anlegen einer von der Bedienung angegebenen Soll-Last steuert, muß beim Betrieb einen guten Wirkungsgrad besitzen und irgendwelche ungewünschten Betriebszustände berücksichtigen, die die Lebensdauer der Bauteile des Kraftwerks vermindern könnten. Bei Ausführung dieser Steuerung sollte das System anpassungsfähig sein, so daß die ungewünschten Betriebszustände verhindert oder korrigiert werden können, ohne daß der Turbinenbetrieb unterbrochen wird. Um dies zu unterstützen, ist es wünschenswert, daß das System die Rate der Lastaufschaltung gemäß diesen Betriebsbedingungen erhöhen oder erniedrigen kann, bis hinauf zu einem

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vom Bediener angegebenen Wert.

Die thermische Belastung der Rotoren, sowohl im Hochdruckais auch im Mitteldruck-Abschnitt sollten für ein derartiges System in Erwägung gezogen werden, wie auch die Einschränkungen hinsichtlich des elektrischen Generators. Außerdem sollte ein derartiges System die Steuerung in Echtzeit während aller Betriebsphasen vornehmen, mit geeigneten Vorhersagen der Vorgänge, die auftreten, wenn das System das Kraftwerk bei einer bestimmten erhöhten Lastrate steuert.

Bei der Bestimmung der thermischen Belastungen des Mitteldruck-Turbinenrotors sollte ein derartiges System die kritischen Belastungspunkte berücksichtigen, die längs der Rotorachse auftreten, wie auch die unterschiedlichen Belastungen, die bei unterschiedlichen Schaufelmontierungen vorhanden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes System für die automatische Steuerung eines Turbinenkraftwerks zu schaffen, das auf den thermischen Belastungen des Hochdruck-Turbinenrotors und des Rückheiz-Turbinenrotors basiert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Die Erfindung besteht also in einem Steuerungssystem für die automatische Steuerung des Betriebs eines Turbinenkraftwerks, das eine Dampfturbine mit einem Hochdruck-Abschnitt und einem

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Rückheiz-Turbinenabschnitt, einen elektrischen Generator, der an der Turbine zur Erzeugung von elektrischer Leistung bei
Anschluß einer Last verbunden ist, und Dampfeinlaß-Ventileinrichtungen zur Steuerung des Dampfstromes zur Turbine umfaßt, wobei erfindungswesentlich ist, daß erste Meßeinrichtungen
vorgesehen sind, um die Temperatur des Dampfes an vorbestimmten Stellen innerhalb der Dampfturbine zu messen, weiterhin
zweite Meßeinrichtungen zur Messung der Temperatur von stationären Turbinen-Metallteilen an vorbestimmten Stellen innerhalb der Dampfturbine sowie Recheneinrichtungen, die die folgenden Komponenten aufweisen: Von den ersten und zweiten Meßeinrichtungen gesteuerte Generatoreinrichtungen zur Erzeugung von
Daten, die sich auf die thermischen Belastungen von Hochdruck-Turbinenrotor und Rückheiz-Turbinenrotor beziehen, Generatoreinrichtungen zur Erzeugung von Signalen, die die Beschleunigung der Turbine gemäß den hinsichtlich der thermischen Belastungen erzeugten Daten regeln, und Einrichtungen, die von
dem Beschleunigungs-Ratensignal beherrscht werden, um die Dampfeinlaßventile so zu steuern, daß der Dampfstrom zu der Turbine geregelt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung steuert das System den Betrieb des Turbinenkraftwerks vom kalten oder heißen Anlauf bis zum Anlegen der vollen Megawatt-Last ohne
die Notwendigkeit des Eingriffs einer Bedienung. Das System
sorgt für die Beschleunigung der Turbine von der Drehzahl Null über die Wärmeausgleichs-Drehzahl bis zur Synchron-Drehzahl
gemäß den thermischen Echtzeit-Belastungen sowohl in dem

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Hochdruck- als auch in dem Mitteldruck-Rotor. Während dieser Steuerung kann das System die Rate der Beschleunigung dadurch verändern, daß entweder überhaupt keine Beschleunigung mehr erfolgt, daß die Beschleunigung konstant gehalten wird oder daß die Beschleunigung erhöht oder erniedrigt wird. Nach Anlegen des Generators an das Netz verändert das System die Lastzuschaltungsrate entweder durch vollständiges Anhalten der weiteren Aufschaltung von Last oder durch Konstanthalten, Erhöhen oder Erniedrigen der Lastzuschaltungsrate gemäß der Generatorfähigkeiten wie auch gemäß der thermischen Grenzen von Hochdruck- und Mitteldruck-Abschnitt.

Gemäß weiteren Ausführungsformen umfaßt das System die Bestimmung der Wärmeverteilung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung beim Mitteldruck-Rotor, um die ungleichförmige Wärmeübertragung innerhalb von Rotorbereichen zu berücksichtigen, die einer stationären oder rotierenden Schaufel gegenüber liegen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäß betriebenen typischen Turbinenkraftwerks;

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Fig. 2 ein schematisches Blockdiagrainm einer typischen Steuerungssystem-Struktur für das in Fig. 1 dargestellte Turbinenkraftwerk;

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines automatischen Turbinen-Steuerungssystems zur Erläuterung der Gesamtorganisation eines Systems zur automatischen Steuerung des Turbinenanlaufs und der Lastzuschaltungsrate;

Fig. 4A und 4B

Flußdiagramme des automatischen Turbinen-Steuerungs-Programms POO des in Fig. 3 dargestellten Systems;

Fig. 5A und 5B

Flußdiagramme des HP-Rotor-Belastungs-Programms P01 des in Fig. 3 dargestellten Systems;

Fig. 6A und 6B

Flußdiagramme des Rückheiz- oder IP-Rotor-Belastungs-Programms P16 des in Fig. 3 dargestellten Systems;

Fig. 7A, 7B und 7C

Flußdiagramme des Rotor-Belastungs-Steuerungs-Programms P04 des in Fig. 3 dargestellten Systems;

Fig. 8A und 8B

Flußdiagramme des Wärmeausgleichs-Programms P14

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des in Fig. 3 dargestellten Systems;

Fig. 9A, 9B und 9C

Flußdiagramme des Generator-Überwachungs-Programms P09 des in Fig. 3 dargestellten Systems;

Fig. 1OA und 10B

Flußdiagramme des Steuerungs-Programms P07 für den Drehzahlbedarf und die Beschleunigungslastrate des in Fig. 3 dargestellten Systems;

Fig. 11 Kurven zur Erläuterung der Generator-Reaktivitäts-Eigenschaften ;

Fig. 12A, 12B, 12C und 12D

Diagramme zur Erläuterung der Generator-Reaktivitäts-Eigenschaft skurven;

Fig. 13 eine Längsschnittansicht eines typischen IP-Turbinenrotors mit Schaufeln und Gehäuse; und

Fig. 14 den Teil des IP-Rotors, der in Fig. 11 innerhalb der gestrichelten Linien 14-14 dargestellt ist und die Rotor-Wärmestrom-Festlegung erläutert, die bei dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem benutzt wird.

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Elektrizitätskräftwerk und Dampfturbinehsystem

In den Fig. 1 und 2 ist eine große einzelne Rückheiz-Dampfturbine 10 (Fig. 1) dargestellt, die in bekannter Weise konstruiert und durch ein Steuerungssystem 11 (Fig. 2) in einem mit fossilen Brennstoffen arbeitenden Elektrizitätskraftwerk gemäß der Erfindung betrieben wird. Wie durch die nachfolgende Beschreibung noch deutlicher werden wird, können auch andere Arten von Dampfturbinen und Elektrizitätskraftwerken gemäß den Erfindungsprinzipien betrieben werden. Die Turbine 10 und ihr Steuerungssystem 11 sowie das Elektrizitätskraftwerk 12 entsprechen dem der GB-PS 1 433 612.

Die Turbine 10 ist mit einer einzigen Ausgangswelle 14 versehen, die einen herkömmlichen großen Wechselstromgenerator 16 antreibt, um von einem Leistungsmesser 18 gemessene dreiphasige elektrische Leistung zu erzeugen. Typischerweise ist der Generator 16 über einen oder mehreren Trennern pro Phase an ein großes elektrisches Leistungs-Netzwerk angeschlossen, wodurch im Falle der elektrischen Verbindung die Turbinen-Generatoranordnung veranlaßt wird, unter Ruhebedingungen mit Synchrondrehzahl zu arbeiten. Bei sich ändernden elektrischen Lastzuständen kann die Systemfreguenz beeinflußt werden und zu entsprechenden Drehzahländerungen des Turbo-Generators führen,

Nach der Synchronisierung wird die Leistungszufuhr des Generators 16 zum Netzwerk normalerweise durch den Turbinen-Dampfstrom bestimmt, der in diesem Augenblick der Turbine 10 bei

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im wesentlichen konstanten Drosseldruck zugeführt wird. Der konstante Drossel-Dampfdruck zum Antrieb der Turbine 10 wird von einem Dampferzeugungssystem 17 erzeugt, das in der Form eines herkömmlichen Trommelboilers oder Einmal-Durchlauf-Boilers vorliegen kann, der mittels fossiler Brennstoffe beheizt wird, beispielsweise mit pulverisierter Kohle, Erdgas oder öl.

In diesem Falle ist die Turbine 10 von mehrstufiger Axial-Durchfluß-Bauart und umfaßt einen Hochdruck-Abschnitt 20, einen Mitteldruck-Abschnitt oder Rückheiz-Turbinen-Abschnitt 21 und einen Niederdruck-Abschnitt 22. Jeder Turbinen-Abschnitt kann mehrere Expansxonsstufen umfassen, die mit stationären Schaufeln und einer damit zusammenarbeitenden mit Schaufeln ausgestattetem -Rotor versehen sind, der mit der Welle 14 verbunden ist.

Die Turbine 10 verwendet in diesem Falle Dampfkästen der doppelendigen Bauart und der Dampfstrom wird den Turbinen-Dampfkästen (die nicht besonders bezeichnet sind) mittels vier Haupt-Einlaßventilen oder Drossel-Einlaßventilen TV1-TV4 (TV = throttle valve) zugeführt. Von den Zuführungs-Dampfkästen wird Dampf der ersten Hochdruck-Abschnitts-Expansionsstufe durch acht Regel-Einlaßventile GV1-GV8 (GV = governor valve) zugeführt, die so angeordnet sind, daß sie den Dampf zu Einlassen führen, die mit einem Bogenabstand um das Turbinen-Hochdruck-Gehäuse herum angeordnet sind, um eine in gewisser Weise typische Regelventilanordnung für große Fossil-Brennstoff-Turbinen zu bilden.

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ORiGlNAL INSPECTED

Bei Anwendungen, bei denen die Drosselventile die Fähigkeit besitzen, die Durchströmung zu steuern, sind die Ventile GV1-GV8 während des gesamten Anlaufprozesses oder während Teilen dieses Prozesses typischerweise alle voll geöffnet, wobei dann der Dampfstrom durch Vollbogen-Drosselventil-Steuerung verändert wird. An einem bestimmten Punkt des Anlauf- und Belastungs-Verfahrens wird normalerweise und vorzugsweise der Übergang von der Vollbogen-Drosselventil-Steuerung zur VoIlbogen-Regelventil-Steuerung automatisch vorgenommen, und zwar wegen der Drosselungs-Energieverluste und/oder der verminderten Drosselungs-Steuerungsfähigkeit.

Bei dem Teilbogenbetrieb werden die Regelventile in vorbestimmter Aufeinanderfolge betrieben, die üblicherweise so gerichtet ist, daß eine thermische Ausgewogenheit auf dem Rotor sowie relativ verminderte Rotor-Schaufel-Beanspruchung erreicht wird, während die gewünschte Turbinen-Drehzahl und/oder die gewünschte Betriebslasthöhe erreicht wird. Z. B. werden bei einem typischen Regelventil-Steuerungsbetrieb die Ventile GV5-GV8 von Zeit zu Zeit um bestimmte Stellungen gemeinsam betätigt, um den gewünschten Gesamt-Dampfstrom zu erzeugen. Nachdem die Regelventile GV1-GV4 das Ende ihres Steuerungsbereiches erreicht haben, d. h., nachdem sie voll geöffnet sind, oder auch bei irgendeinem Überlappungspunkt vor Erreichen der voll geöffneten Stellungen werden die Regelventile GV5-GV8 aufeinanderfolgend in numerischer Reihenfolge in Stellung gebracht, um eine fortgesetzte Dampfstrom-Steuerung bei höheren Dampfstrom-Pegeln zu erzeugen. Diese Regelventil-Betriebsaufeinanderfolge beruht

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auf der Annahme, daß die gesteuerten Regelventileinlässe um die 36O°-Peripherie des Turbinen-Hochdruckgehäuses herum in bestimmten Winkelabständen zueinander angeordnet sind.

Bei der dargestellten Anordnung mit Drosselventil-Steuerungsfähigkeit ist das vorzugsweise Turbinenanlauf- und Belastungsverfahren das, die Turbinen-Drehzahl von der Getriebe-Umschaltgeschwindigkeit von etwa zwei Umdrehungen pro Minute auf ungefähr 80 % der Synchron-Drehzahl unter Drosselventil-Steuerung anzuheben und dann auf Vollbogen-Regelventil-Steuerung überzugehen und die Turbinengeschwindigkeit auf die Synchron-Drehzahl zu erhöhen und dann die Leistungssystem-Trenner zu schließen und den Leistungsanforderungen mit voller oder teilweiser Bogen-Regelungsventil-Steuerung zu genügen.

Nachdem der Dampf an der Impulsbeschaufelung der ersten Stufe vorbei zur Reaktionsbeschaufelung der ersten Stufe des Hochdruck-Abschnittes geflossen ist, wird er einem Rückheizsystern zugeführt, das in Wärmeübergangs-Beziehung zu dem Dampferzeugungssys'tem 17 steht, wie es durch die gestrichelte Linie 24 angedeutet wird. Mit einem erhöhten Enthalpie-Pegel fließt der rückerhitzte Dampf von dem Rückheizsystem 23 durch den Mitteldruck-Turbinenabschnitt 21 und den Niederdruck-Turbinenabschnitt 22. Von dem letzten Abschnitt wird der verbrauchte Dampf an einen Kondensator 25 abgegeben, von dem Wasser (in nicht angegebener Weise) zum Dampferzeugungssystem 17 zurückgeführt wird.

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-**-- 26Λ7136

Um den Rückheiz-Dampfstrom zu steuern, sind ein oder mehrere Rückheiz-Unterbrechungs-Ventile SV (SV = stop valve) vorgesehen, die normalerweise offen und nur dann geschlossen sind, wenn die Turbine ausgelöst ist. ünterbrechungsventxle IV (nur eines ist in der Zeichnung angedeutet) (IV = interceptor valve) wird ebenfalls in dem Rückheiz-Dampfstromweg vorgesehen.

Bei dem typischen mit fossilem Brennstoff arbeitenden trommelartigen Boiler-Dampfgeneratorsystem betreibt das Boiler-Steuerungssystem den Boiler in der Weise, daß der Dampf-Drosseldruck so geregelt wird, daß er im wesentlichen konstant oder innerhalb eines vorbestimmten Wertebereiches liegt. Ein Drosseldruckmesser 26 von geeigneter herkömmlicher Konstruktion mißt den Dampf-Drosseldruck für Daten-tiberwachungs- und/oder Turbinenoder Kraftwerks-Steuerungszwecke. Wenn es bei Nuklear- oder anderen Kraftwerk-Anwendungen günstig ist, kann die Turbinen-Steuerungswirkung sowohl auf die Drosseldruck-Steuerung als auch oder stattdessen auf die Drehzahl- und/oder Last-Steuerung gerichtet werden.

Im allgemeinen ist die Ruheleistung oder die Ruhelast, die von der Dampfturbine bei im wesentlichen konstantem Drossel-Dampfdruck entwickelt wird, proportional zum Verhältnis des Impulsdruckes der ersten Stufe zum Drosseldruck. Wenn der Drosseldruck durch externe Steuerung im wesentlichen konstant gehalten wird, ist die Turbinenlast proportional zum Impulsdruck der ersten Stufe. Ein herkömmlicher Druckmesser 27 wird verwendet, um den Impulsdruck der ersten Stufe für die zugewiesene

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Steuerungsbenutzung in der Turbinensteuerung 11 zu messen.

Ein Drehzahl-Meßsystem 28 ist vorgesehen, um die Drehzahl der Turbinenwelle zum Zwecke der Drehzahl-Steuerung und für Frequenzbeteiligungs-Steuerungszwecke zu messen. Das Drehzahl-Meßsystem 28 kann beispielsweise einen Reluktanzaufnehmer (nicht dargestellt) umfassen, der mit einer (nicht dargestellten) genuteten Welle auf der Turbo-Generatorwelle 14 magnetisch verkoppelt ist. Im vorliegenden Fall werden mehrere Meßgeräte für die Drehzahlmessung verwendet.

Entsprechende hydraulisch betätigte Drosselventil-Betätiger und Regelventil-Betätiger 31 sind für die vier Drosselventile TV1-TV4 und die acht Regelventile GV1-GV8 vorgesehen. Hydraulisch betätigte Betätiger 32 und 33 sind auch für Rückheiz-Stopventile und Unterbrechungsventile SV und IV vorgesehen. Eine Quelle 34 für unter Hochdruck stehende hydraulische Flüssigkeit liefert die Steuerungsflussigkeit für den Betätigerbetrieb der Ventile TV1-TV4, GV1-GV8, SV und IV. Ein Schmierölsystem (nicht dargestellt) ist getrennt vorgesehen, um das Turbinenkraftwerk in ausreichender Weise zu schmieren.

Die Einlaßventil-Betätiger 30 und 31 werden durch entsprechende elektrohydraulische Stellungs-Steuerungen 35 und 36 betätigt, die Teil des Steuerungssystems 11 sind. Wenn gewünscht, können die Unterbrecherventil-Betätiger 33 ebenfalls durch eine (nicht dargestellte) Positions-Steuerung betrieben werden. Entsprechende Ventilstellungs-Meßgeräte PDT1-PDT4 und PDG1-PDG8

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-at-

(PD = position detector) sind vorgesehen, um entsprechende Ventilpositions-Rückfuhrsignale zu erzeugen, die mit entsprechenden Ventilpositions-Einstellpunktsignalen SP (SP = set point) kombiniert werden, um Positions-Fehlersignale zu liefern, aus denen die Ausgangs-Steuerungssignale erzeugt werden.

Die Ventilpositions-Einstellpunktsignale SP werden von einer Steuerung erzeugt, die auch Teil des Steuerungssystems 11 ist. Die Positionsmesser sind in geeigneter herkömmlicher Form vorgesehen, z. B. kann es sich um lineare variable Differential-Transformatoren handeln, die negative Positions-Rückfuhrsignale erzeugen, die mit den Ventilpositions-Einstellpunktsignalen SP algebraisch summiert werden.

Die Kombination aus einem Verstärker, Umsetzer und hydraulischem Betätiger 30 oder 31 und der zugehörige Ventilpositionsmesser und andere verschiedene Einrichtungen bilden eine örtliche analoge elektrohydraulische Ventilpositions-Regelschleife für jedes Drossel- oder Regeleinlaß-Dampfventil, wie es in der vorgenannten GB-Patentschrift beschrieben ist.

In Fig. 2 betreibt das programmierte digitale Computer-Steuerungssystem 11 die Turbine 10 mit verbesserten dynamischen Betriebs-Kennlinien. Das System kann herkömmliche Hardware in der Form eines zentralen Rechners 40 und zugehörigen Eingabe/Ausgabe-Interface-Ausrüstung umfassen, wie es beispielsweise von der Westinghouse Electric Corporation vertrieben und in Einzelheiten in "Westinghouse Engineer", Mai 1970,

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• η-

Band 30, Nr. 3, Seite 88-93 beschrieben wird. Wie noch aus der folgenden Beschreibung deutlich werden wird, kann das Steuerungssystem gemäß der Erfindung zur Durchführung der angedeuteten Berechnungen jeden programmierbaren Allzweck-Computer, für spezielle Zwecke geeignete Computer oder auch Mikrorechner mit Echtzeitfähigkeit in Verbindung mit dem in Fig. 1 dargestellten Steuerungsgerät und der erforderlichen Interface-Ausrüstung benutzen, oder auch äquivalente Geräte, wie in Fig. 2 dargestellt. Selbstverständlich können auch für spezielle Zwecke ausgelegte Analog-Computergeräte zur Berechnung der besonderen Kalkulationen benutzt werden, die zur Ausführung der erfindungsgemäßen Steuerung des Betriebs irgendeiner besonderen Turbine erforderlich sind.

Die Interface-Ausrüstung für den Zentralrechner 40 umfaßt ein herkömmliches Kontakt-Schließ-Eingangssystem 41, das Kontaktoder andere ähnliche Signale abtastet, die den Zustand der verschiedenen Kraftwerks- und Ausrüstungs-Betriebsbedingungen repräsentieren. Derartige Kontakte werden im allgemeinen durch die Bezugszahl 42 angedeutet und können typischerweise aus Kontakten von Quecksilberrelais (nicht dargestellt) bestehen, die von Erregerschaltungen (nicht dargestellt) betrieben werden, die in der Lage sind, die festgelegten Zustände zu messen, die mit den verschiedenen Systemeinrichtungen in Verbindung stehen. Status-Kontakt-Daten werden in synchronisierter Weise in Steuerungs- oder anderen Programmen verwendet, außerdem zum Betrieb von Schutz- und Alarmsystemen, für die programmierte überwachung und Aufzeichnung und für die Bedarfsauf-

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zeichnung, zum Betrieb einer vom Rechner betriebenen überwachungs-Manual-Steuerung 43 usw.

Das Kontakt-Schließ-Eingangssystem 41 akzeptiert auch digitale Last-Bezugssignale, wie durch die Bezugszahl 44 angedeutet wird. Der Lastbezug 44 kann von Hand so eingestellt werden, daß die gewünschte Megawatt-Generatorleistung definiert wird und das Computer-Steuerungssystem 11 gemäß der Erfindung steuert die Turbine 10 in der Weise, daß die Last bis zur Lieferung der angeforderten Generatorleistung erhöht wird.

Ein Eingangs-Interface ist ebenfalls vorgesehen, und zwar durch ein herkömmliches Analog-Eingangssystem 44, das Analogsignale des Kraftwerks 12 mit einer vorbestimmten Abtastrate abtastet, wie beispielsweise an 15 Punkten pro Sekunde für jeden Analog-Kanaleingang, woraufhin die Signalabtastungen für die Computereingabe in Digitalwerte umgesetzt werden. Erzeugt werden die Analogsignale von dem Leistungsmesser 18, dem Impulsdruckmesser 27, den Ventilstellungsmessern PDIV und PDRV, den Temperaturmessern 46 und 37, sowie verschiedenen Analog-Meßgeräten 48, verschiedenen DampfStrommessern, anderen Dampftemperaturmesserη, Betriebstemperaturmesser für verschiedene andere Ausrüstungen, Meßgeräten für Druck und Temperatur des Generator-Wasserstoff-Kühlmittels usw. Ein herkömmliches Impuls-Eingangssystem 49 liefert für den impulsartigen Computereingang Detektorsignale wie die, die von dem Drehzahlmesser erzeugt werden. Die den analogen und Impuls-Eingangssignalen entsprechenden Computergegenstücke werden für die Ausführung

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des Steuerungsprogramms, für die Arbeitsweise des Schutz- und Alarmsystems benutzt und programmiert, weiterhin für die Aufzeichnung der Anforderungen usw.

Für den codierten und nicht codierten Computer-Informations-Eingang und -Ausgang sorgen Informations-Eingangs- und Ausgangseinrichtungen. Diese Einrichtungen umfassen einen herkömmlichen Magnetbandleser und Ausdruckssystem 50, das für
verschiedene Zwecke benutzt wird, einschließlich beispielsweise für die Programmeingabe in den Kernspeicher des Zentralrechners. Ein herkömmliches Fernschreibersystem 51 ist ebenfalls vorgesehen und wird für bestimmte Zwecke benutzt, einschließlich beispielsweise für Logging-Ausdrucke, wie durch die Bezugszahl 52 angedeutet wird. Alphanumerische und/oder andere Darstellungsarten 53, 54 und 55 werden verwendet, um die Rotorbeanspruchung sowie andere Informationen weiterzugeben, wie im folgenden noch beschrieben wird.

Ein herkömmliches Unterbrechungssystern 56 ist mit geeigneter Hardware und mit Schaltungen zur Steuerung der Eingangs- und Ausgangsübertragung von Informationen zwischen dem Zentralrechner 40 und langsamer arbeitenden Eingangs-ZAusgangseinrichtungen vorgesehen. Somit wird ein Aussetzsignal dem Rechner 40 zugeführt, wenn ein Eingang zur Eingabe bereit ist oder wenn eine Ausgangsübertragung beendet wurde. Im allgemeinen arbeitet der Zentralrechner 40 aufgrund von Unterbrechungen gemäß einem herkömmlichen Ausführungsprogramm. In einigen Fällen werden besondere Unterbrechungen anerkannt und bearbeitet,

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ohne daß Ausführungs-Prioritäts-Begrenzungen berücksichtigt würden.

Für den Rechner sind Ausgangs-Interface-Einrichtungen vorgesehen, die aus einem herkömmlichen Kontakt-Schließ-Ausgangssystem 57 bestehen, das in· Verbindung mit einem herkömmlichen Analog-Ausgangssystem 58 und mit einem Ventileinstell-Steuerungs-Ausgangssystem 90 arbeitet. Ein Steuermanual 59 ist mit dem Ventilpositions-Steuerungs-Ausgangssystem verbunden und mit dem Manual in der Weise betreibbar, daß eine Handturbinen-Steuerung während des Rechnerabschaltens und während anderer gewünschter Zeitperioden zur Verfügung steht.

Bestimmte Rechner-Digitalausgänge werden direkt zugeführt, um ein festgelegtes Programm sowie gesteuerte Kontakt-Steuer-Wirkungen der Ausrüstung zu beeinflussen, einschließlich des Hochdruck—Ventilfluidums und des Schmiersystems, wie es durch Bezugszahleri 60 angedeutet wird, der Alarmeinrichtungen 61, wie Summer und Darstellungen, festgelegte Kraftwerks-Hilfseinrichtungen und Systeme 62, wie beispielsweise das Generator-Wasser stoff -Kühlsystem. Digitalausgänge von Computerinformationen werden in gleicher Weise direkt dem Banddrucker und dem Fernschreibersystem 51 und den Darstellungseinrichtungen 53,54 und 55 zugeführt.

Andere digitale Computer-Ausgangssignale werden zunächst durch Arbeiten des Analog-Ausgangssystems 58 und der Ventilpositions-Steuerungs-Ausgangssysteme in Analogsignale umgewandelt. Die

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Analogsignale werden dann den Hilfseinrichtungen und Systemen 62, den Fluidum- und Schmiersystem 60 sowie den Ventilsteuerungen 50 bei Ausführung von festgelegten Programmsteuer-Wirkungen zugeführt. Die entsprechenden den Dampfventil-Steuerungen 35, 36 und 37 zugeführten Signale sind die bereits angeführten Ventilpositions-Einstellpunktsignale SP.

Allgemeine Organisation

In Fig. 3 ist das automatische Turbinen-Steuerungssystem in ein bei 70 bezeichnetes digitales elektrohydraulisches (DEH) Steuerungssystem eingeschlossen und Teil davon, wobei eine Ausführungsform dieses Systems in der anfangs erwähnten GB-Patentschrift beschrieben ist. Diese Britische Patentschrift umfaßt auch die Beschreibung eines automatischen Turbinenanlaufsystems (ATS), wie es eingangs bereits beschrieben wurde. Bestimmte Einzelheiten des aus der britischen Patentschrift bekannten ATS-Systems sind auch Teil der vorliegenden Erfindung oder werden in ihr benutzt, so daß Einzelheiten hier nur insoweit beschrieben werden, als es zum Verständnis des erfindungsgemäßen Systems erforderlich ist.

Ein Programm POO, das bei 71 bezeichnet ist, wird von dem Hilfs-Synchronisier-Programm des grundlegenden DEH-Systems 70 gesteuert. Dieses Programm erhält logische Sätze von dem Basis-DEH und steuert den Betrieb eines jeden der verschiedenen Unterprogramme des automatischen Turbinen-Steuerungssystems (ATC), und zwar periodisch, wie es in Verbindung mit den Fig. 4A und 4B

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beschrieben werden wird. Ein mit 72 bezeichnetes Programm P07 liefert einen Eingang für das Basis-DEH-System 70 zur Steuerung der Drehzahlanforderung der Turbine und zur Beschleunigung und zur Lastaufschaltung des Generators. Das Basis-DEH-System liefert einen Eingang für das Programm P07 entsprechend der Lastanforderung des Turbinengenerators durch die Bedienung. Das Programm P07 liefert somit Drehzahl, Beschleunigung und Lastrate unter den Einschränkungen der verschiedenen Unterprogramme P01 bis P06 und P08 bis P16, wie beschrieben.

In den zugehörigen Flußdiagrammen sind dreieckige Blöcke vorhanden, die eine Legende mit einer Vorzahl aufweisen, die eine bestimmte Programmbestimmung angeben, wie beispielsweise P01 gefolgt durch den Buchstaben M und eine Zahl. Jeder dreieckige Block repräsentiert eine Nachricht, die der Bedienung des Systems entweder durch eine Schreibmaschine oder durch ein Anzeigelicht gegeben wird. Bei der Beschreibung der Programme wird der Bezug auf die Anzeigeblöcke weggelassen, wobei die letzte Anzeige nachfolgend nach der Beschreibung des jeweiligen Programms angegeben wird.

Ein mit 73 bezeichnetes Programm P01 berechnet die sich auf den Hochdruckrotor beziehende Information. Derartige Berechnungen umfassen die Hochdruckrotor-Oberflächentemperatur und die Volumen-Durchschnittstemperatur des Rotors sowie die effektive Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur von Rotoroberfläche und der Rotor-Volumen-Durchschnittstemperatur. Das Programm berechnet auch die Beanspruchungsgrenzen für die

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Belastung und die Beanspruchungsgrenzen während der Weitbereichs-Drehzahlsteuerung. Ein mit 74 bezeichnetes Programm P16 berechnet die Rotor-Oberflächentemperatur des Mitteldruck-Abschnitts (IP), die Bohrungstemperatur, die Volumen-Durchschnittstemperatur und die effektive Temperaturdifferenz zwischen der IP-Rotor-Oberflächentemperatur und der Volumen-Durchschnittstemperatur. Dieses Programm P16 setzt auch die IP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenzgrenze fest.

Ein Programm P04, das für die Rotor-Beanspruchungs-Steuerung sorgt, ist mit 75 bezeichnet und liefert einen Eingang für das mit 72 bezeichnete Programm P07 zur Steuerung der am Generator anliegenden Last in Übereinstimmung mit der HP-Rotor-Beanspruchung und der IP-Rotor-Beanspruchung von den Programmen POl und Pl6.

Ein mit 77 bezeichnetes Programm P14, das die Zeitdauer bestimmt, in der die Turbine mit einer konstanten Wärmeausgleichs-Drehzahl läuft, wird von dem IP-Rotor-Beanspruchungsprogramm P16 des Blocks 74 und dem HP-Rotor-Beanspruchungsprogramm P01 des Blocks 73 gesteuert. Ein im Block 78 dargestelltes Programm P09 berechnet und bestimmt die verschiedenen Generatorparameter, die für die Belastungsraten-Steuerung des Turbinengenerators benutzt werden.

Die verbleibenden Teile des Systems werden lediglich hinsichtlich ihrer allgemeinen Punktion hinsichtlich des effektiven Betriebs des automatischen Turbinen-Steuerungssystems gemäß

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der Erfindung erwähnt, während die Einzelheiten des verbleibenden Programms nicht Bestandteil der Erfindung sind. Z. B. prüft ein mit 79 bezeichnetes Programm PO3 alle Zustände, die die Turbineneinheit vom Abrollen aus dem Getriebe abhalten. Ein mit 80 bezeichnetes Programm P08 analysiert die vorhandenen Vibrationseingänge der Turbine und leitet Maßnahmen gemäß dem vorher bestimmten Vibrations-Trend ein.

Ein mit 81 bezeichnetes Programm P02 überprüft die Temperaturdifferenzen über der Dampfkastenwand und steuert die Turbine, um dadurch verursachte extreme Beanspruchungen zu vermeiden. Ein mit 82 bezeichnetes Programm P12 steuert die Turbine gemäß der Differenz zwischen dem LP-Auslaßdruck und der Rückheiz-Dampftemperatur. Ein mit 83 bezeichnetes Programm P06 steuert die Turbine gemäß irgendwelchen Wassermessungen und Abzugs-Ventil-Möglichkeiten. Ein mit 84 bezeichnetes Programm P11 prüft die Rotorstellung in Längsrichtung innerhalb des Gehäuses sowie die differentielle Expansion zur Steuerung der Turbine bei automatischer Turbinensteuerung. Ein mit 85 bezeichnetes Programm P10 prüft den Dichtungsdampf, den LP-Auslaßdampf und das Kondensatorvakuum bei dem automatischen Turbinen-Steuerungssystem. Ein mit 86 bezeichnetes Programm P08 prüft das Lagermetall und die öltemperatur hinsichtlich der automatischen Steuerung der Turbine. Ein mit 87 bezeichnetes Programm P13 tastet die Analogmesser ab, die zur Bestimmung von HP-Rotor-und IP-Rotor-Beanspruchung vorgesehen sind und stellen fest, ob ein Meßgeräte-Versagen vorliegt, das den richtigen Betrieb des ATC-Systems in Frage scellen könnte. Schließ-

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lieh bewirkt das Programm P15 auch die Steuerung der Folge der Operationen des ATC-Systems von der Getriebeumschaltung über die Wärmeausgleichsperxode bis zur Synchronisation und zur Steuerung der Belastung des Generators. Z. B. überprüft das Programm aufgrund des Drehzahlsignals des Basis-DEH die tatsächliche Drehzahl, und aus dem Programm P14 bestimmt es, ob der Wärmeausgleich beendet ist und stellt entsprechend die Ziel-Drehzahl auf den nächsten Wert mit einer Rate ein, die von der Rotor-Beanspruchung festgelegt wird. Es sorgt auch für eine automatische Synchronisation bei 3.600 Umdrehungen pro Minute, und zwar nachdem eine bestimmte Drehzahl erreicht wurde. Wenn der Trenner anfänglich geschlossen ist, wird der Ratenindex auf eine bestimmte Lastrate eingestellt, abhängig von der vorhandenen Rotor-Beanspruchung.

Bezüglich des in den Fig. 4A und 4B dargestellten Programms POO, das jede Sekunde durch den Synchronisierer des DEH-Systems betrieben wird, sei erwähnt, daß dieses Programm den Betrieb eines jeden anderen Programms P01 bis P16, dargestellt in Blockform in Fig. 3, einleitet. Bevor das automatische Turbinen-Steuerungssystem in Betrieb gesetzt wird, wird der Computer für eine Zeitperiode von zwei Stunden betrieben, um alle durchgeführten Berechnungen verifizieren zu können. Während dieser Zeit werden die verschiedenen Meßgeräte auf Gültigkeit überprüft und entsprechende Mitteilungen ausgedruckt oder Anzeigelampen in Betrieb gesetzt, wodurch der Bedienung der Zustand des Systems mitgeteilt wird. In dem Falle, daß irgendwelche mit der HP-Beanspruchung im Zusammenhang stehenden Kalkulationen

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ungültig sind, daß jedoch die mit der IP-Beanspruchung verbundenen Berechnungen Gültigkeit haben, wird die automatische Turbinen-Steuerung die Turbine nicht regeln, sondern lediglich sich in einem überwachungszustand befinden, so daß die Bedienung die Turbine anlaufen lassen kann, jedoch irgendwelche Informationen hinsichtlich des Zustands der HP-Turbine ignorieren kann. Obwohl die Flußdiagramme der Fig. 4A und 4B zusammen mit ihren entsprechenden Bezeichnungen sich in vielen Einzelheiten selbst erläutern, sollte hervorgehoben werden, daß anfänglich, wenn der Computer eingeschaltet wird, das Programm bei 90 beginnt, um die 2-Stunden-Zeitzählung des Computers einzuleiten. Ein mit 91 bezeichnetes Kennzeichen, das von dem Basis-DEH-System gesetzt wird, um den Beginn der Zeitperiode anzuzeigen, wird von dem Programm erkannt. Wenn das Kennzeichen gesetzt ist, wird das "Computerablauf"-Kennzeichen gelöscht, wie bei 92 wiedergegeben, was dem Basis-DEH-System mitgeteilt wird. Dann wird das Kennzeichen "Bedienung automatisch" gesetzt und ein 2-Minuten-Zähler auf Null eingestellt, um eine 2-Minuten-Zählung vor der 2-Stunden-Zählung zu beginnen, wie sie bereits erwähnt wurde, um sicherzustellen, daß verschiedene Nachrichtenschreiber und andere periphere Ausrüstungen sich im Betrieb befinden. Dann wird jedesmal, wenn das Programm zum erstenmal für zwei Minuten läuft, der 2-Minuten-Zähler um eine Sekunde erhöht^, wie bei 93 dargestellt, und das Programm tritt bei 94 aus. Am Ende der 2-Minuten-Periode wird der HP-2-Stunden-Zähler und der IP-2-Stunden-Zähler auf Null gesetzt, siehe 95. Während der 2-Minuten-Periode wird das Programm bei 96 jede Sekunde gestartet. Während dieser

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Periode werden verschiedene Werte in dem System gelöscht und verschiedene Kennzeichen gesetzt. Wie z. B. bei 97 dargestellt ist, werden die Kennzeichen "HPBeanspruchung ungültig" und "IP-Beanspruchung ungültig" gesetzt. Wie bei 98 gezeigt ist, werden Metall-Temperatur-Zählungen, die in dem Computer gespeichert sein mögen, sowie Differential-Expansionszählungen auf Null gesetzt, siehe 98. Außerdem werden alle automatischen Turbinen-Steuerungs-Kennzeichen "Zustandslicht" sowie auch die Kennzeichen "vorhergesehene Differential-Expansion und "vorgesehene Metalltemperatur" gelöscht, siehe 99. Am Ende der 2-Minuten-Periode beginnt das Programm jede Sekunde bei Block 100 und umgeht die vorgehend beschriebenen Blöcke, um direkt bei 101 festzustellen, ob der DEH die automatische Steuerung aufgefordert hat, den Betrieb der Turbine am Ende der 2-Stunden-Periode aufzunehmen. Das Programm prüft dann bei 102 bis 105 verschiedene Kennzeichen, die sich auf die Integrität und den Zustand des Systems beziehen. Im Falle, daß Kennzeichen gesetzt sind, werden entsprechende Nachrichten ausgedruckt, wie durch die mit Bezeichnungen versehenen Dreiecke P00M01 bis P00M06 angegeben ist. Wenn beispielsweise das Kennzeichen bei 102 gesetzt ist, weist die ausgedruckte Nachricht die Bedienung an, daß ein wichtiges Meßgerät ausgefallen ist. Wenn das Kennzeichen bei 103 gesetzt ist, wird die Bedienung angewiesen, daß ein Turbinen-Abschaltzustand existiert. Wenn das Kennzeichen bei 104 gesetzt ist, wird der Bedienung mitgeteilt, daß die Rotor-Beanspruchungs-Berechnungen ungültig sind, und wenn das Kennzeichen bei 105 gesetzt ist, wird der Bedienung mitgeteilt, daß sich das ATC-System nicht

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"*" 2647138

ι3Ρ·

in der Sxeuerung befindet, weil die Bedienung solch eine Wirkung hervorgerufen hat, indem die tatsächliche Lastanforderung logisch zur Last gemacht hat. In dem Falle, daß die Bedienung den Knopf nicht gedrückt hat, der die ATC zur Steuerung bringt, wie bei 101 gezeigt, prüft das Programm, ob sich die Turbine unter Überwachung befindet. Wenn die Bedienung eine Steuerung betätigt hat, wie bei 106 gezeigt, prüft das Programm andere Zustände, wie in den Blöcken 107, 108, 109 und 110 wiedergegeben. Entsprechende Mitteilungen werden ausgedruckt, wie sie durch die dreieckigen Blöcke P00M07 und P00M08 angezeigt werden. Somit ermöglicht während der ersten zwei Stunden des Computerbetriebs das ATC-Systern der Bedienung, das System unter einem automatischen Bedienungszustand anlaufen zu lassen, wobei dieses System lediglich die verschiedenen Werte für Überwachungszwecke, nicht jedoch zur Steuerung der Turbine ausdruckt. Hinsichtlich der Fig. 4B betreibt der Programmweg bei 111 am Ausgang der Blöcke 109 und 112 (Fig. 4A) die Unterprogramme P01 bis P16 periodisch, wie in den entsprechenden mit Bezeichnungen versehenen Blöcken angegeben ist.

Hinsichtlich der Fig. 5A und 5B ist zu sagen, daß das HP-Rotor-Beanspruchungs-Programm P01, das alle 5 Sekunden durch das Programm POO aufgerufen wird, in seinen Berechnungen verschiedene gemessene Eingänge benutzt, die mit der Hochdruck-Turbine in Verbindung stehen. Diese Eingänge umfassen die Metalltemperatur der ersten Stufe, die Dampftemperatur der ersten Stufe, sowie die Drossel-Dampftemperatur. Nach überprüfung der seit dem Anlauf vergangenen Zeit und der ve: . hiedenen Ungültigkeits-

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•33-

Kennzeichen, was durch die Entscheidungsblöcke innerhalb der gestrichelten Linie 113 erfolgt, prüft das Programm P01 den Betriebszustand des Turbinengenerators bei 114, 115 und 116, um festzustellen, ob es sich auf Getriebeumschaltung oder weitem Drehzahl-Steuerungsbereich befindet, oder ob die Wärmeübergangszeit abgelaufen ist. Zu Beginn der schon erwähnten 2-Stunden-Zählperiode wird die Hochdruck-Rotor-Temperatur ausgelöst, mit dem Wert der Metalltemperatur der ersten Stufe gemäß der Darstellung bei 117. Wenn außerdem die Metalltemperatur der ersten Stufe geringer als 250° ist, siehe den Entscheidungsblock 118, wird die HP-Rotor-Effektivtemperatur-Differenzgrenze gleich der kalten HP-Temperaturgrenze gesetzt oder in anderen Worten, es wird dem System angezeigt, daß dies ein "kalter" Start ist. Für den Fall, daß die Metalltemperatur der ersten Stufe höher als 250° liegt, wird die Temperatur-Differenzgrenze gleich einer heißen HP-Temperaturgrenze gesetzt, wodurch ein "heißer" Start angedeutet wird. In dem Fall, daß 115 anzeigt, daß der Haupttrenner geöffnet ist und daß die Wärmeübergangszeit bei 116 beendet ist, wird die "Heiß"-Startgrenze bei 120 gesetzt.

Das System berücksichtigt auch eine hohe Lastaufschaltungsrate und eine normale Lastaufschaltungsrate. Eine effektive Temperatur-Differenzgrenze für eine hohe Lastaufschaltungsrate ist unterschiedlich gegenüber einer Grenze für die normale Last-.aufschaltungsrate, wodurch der Bedienung ermöglicht wird, bei bestimmten Situationen die Last des Generators schneller als .üblich zu erhöhen. Diese Fähigkeit ist bei 121 und 122 darge-

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stellt, wobei diese Fähigkeit von einem "hohe Lastaufschaltungsrate"-Kennzeichen bei 123 gesteuert wird. Ein 5-Minuten-Zähler ist bei 125 vorgesehen, der einen Wärmeübergangs-Koeffizienten bei 126 berechnet. Wenn einmal der Zähler die 5-Minuten-Periode durchlaufen hat, wird der berechnete Wärmeübergangs-Koeffizient auf seinem gegenwärtigen Wert gehalten, siehe 127. In dem Fall, daß der Haupttrenner offen sein sollte, wird der Wärmeübergangs-Koeffizient für die 5-Minuten-Periode neu berechnet. Am Ausgang der Blöcke 119 und 120, die die effektive Temperatur-Differenzgrenze gleich entweder der heißen HP-Temperaturgrenze oder gleich einer kalten HP-Temperaturgrenze setzen, wird ein als Block 128 bezeichneter Zähler auf Null zurückgestellt und der Wärmeübergangs-Koeffizient berechnet, wie bei 130 dargestellt. Der Block 130 berechnet den Wärmeübergangs-Koeffizient für die weite Drehzahlbereichs-Steuerung, während der Block 126 den Wärmeübergangs-Koeffizienten für die Laststeuerung berechnet, wie vorstehend beschrieben.

Die HP-Rotor-Oberflächentemperatur und die Rotor-Volumen-Durchschnittstemperatur sowie die effektive Temperaturdifferenz werden bei 131 berechnet. Die letzten 15 Werte der HP-Rotor-Effekt iv-Temperaturdifferenz, die von dem Block 131 berechnet werden, werden jede Minute, siehe 133, auf neuesten Stand gebracht, siehe 132. Ebenfalls jede Minute wird die auf neuesten Stand gebrachte Tabelle benutzt, um einen vorhergesehenen Wert für die HP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz auf 15 min im voraus zu extrapolieren, wie bei 134 dargestellt ist. Das Programm prüft dann die gegenwärtige Effektiv-Temperaturdifferenz

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hinsichtlich des Grenzwertes des Systems bei 135, vorausgesetzt, daß das Kennzeichen "HP-Beanspruchung ungültig" nicht bei 136 gesetzt ist und daß eine entsprechende Mitteilung ausgedruckt ist.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung gibt es vier unterschiedliche Drossel-Dampftemperaturmesser an unterschiedlichen Stellen. Die Differenz zwischen diesen verschiedenen Eingangstemperaturen wird bei 137 geprüft, um festzustellen, ob eine derartige Differenz größer als 45 C ist. Dann wird der Haupttrenner geprüft. Wenn er offen ist, kehrt das Programm zurück. Wenn er geschlossen ist, wird die Last am Generator 138 geprüft und wenn diese geringer als 20 % ist, wird keines der Drosseltemperaturen gespeichert und die 5-Minuten-Zählung in dem System auf 300 Sekunden neu eingestellt. Ein Block 140 prüft, ob irgendwelche der gespeicherten Drossel-Dampftemperaturen einen gegenwärtigen Wert von größer als 65° C besitzen. Das System prüft dann bei 141 die Anzahl der gespeicherten Drosseltemperaturen. Wenn die Anzahl der gespeicherten Temperaturen gleich oder größer als sechs ist, werden die Werte auf neuesten Stand gebracht, was in 5-Minuten-Intervallen für die vier Drossel-Dampfmesser in dem System geschieht.

Die zur Berechnung des Wärmeübergangs-Koeffizienten durch die entsprechenden Blöcke 126 und 130 benutzte Formel ist die folgende:

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Dampf-Rotor-Oberflächen-Wärmeübergangs-Koeffizient bei der ersten HP-Stufe:

Geschwindigkeits-Steuerungs-Betrieb!

H = C₁P+C₂N+C₃P²+C₄N²+C₃P · N+C_g;

Last-Steuerungs-Betrieb
für T < 300 Sekunden:

H = C₇+C₈ · T;

für T> 300 Sekunden
H = C₉.

In den Gleichungen bedeuten:

C₁_g = Wärmeübergangs-Konstanten, N = die Umdrehungszahl in Umdrehungen pro Minute,

P = das höchste Ventil des Kondensatordruckes (Nr.1,2 und 3), und

T = die verflossene Zeit in Sekunden, nachdem der Haupttrenner geschlossen wurde.

Die HP-Rotor-Oberflächentemperatur wird so ausgerechnet, daß sie die Temperatur der ersten Dampfstufe bei vorhandener Drossel-Dampftemperatur und Druck ist, und die Volumen-Durchschnitts-Temperatur T _VG (t) für den HP-Rotor wird gemäß der folgenden Formel berechnet (RTR = Rotor):

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HP-RTR-Temperatur, 1. Stufe:

RTR-Oberflachen-Temperatur:

T₁Ct) = _C1/1.h.t_imp + c_2f1.T₂(t-i) + <C_3#1-C_1#1.H)-T₁Ct-D, Zwischensegment-Temperatur (i = 2 bis (L-1)):

+c_2fi.T_(i+1)(t-D

RTR-Bohrungs-Temperatur:

RTR-Volumen-Durchschnittstemperatur:

L L

(t) = Σ Ti(t)* (Vi)/(SlVi).

Als nächstes wird die effektive Temperaturdifferenz zwischen der Rotor-Oberflächentemperatur T.. (t) und der Volumen-Durchschnittstemperatur T ___G(t) gemäß der folgenden Formel berechnet :

RTR-Effektiv-Temperaturdifferenz
für T-Wurzelnuten:

^TDIF^(t) =^C10^#T1^(t)

für Seiten-Eingangsnuten:

^TDIF^(t) * ^TAVG^(t)-^T1^(t)

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In diesen Formeln bedeuten:

T.(t) = die gegenwärtige Temperatur des iten Segments T.(t-1) = vorhergehende Temperatur des iten Segments

C. . = Wärmeleitkonstanten des iten Segments (i = 1 bis 3) H = Wärmeübergangs-Koeffizient (Dampf zur Rotoroberfläche)

T_ - = Dampftemperatur der ersten Stufe (höherer Wert von zwei Meßgeräten)

V. = Volumen des iten Segments

L = Zahl der Segmente (bis zu 24)

Cj_ .... = Beanspruchungs-Konstanten

T_u(t) = hängt von der Tiefe der Nuten ab N = gegenwärtige Drehzahl in Umdrehungen pro Minute.

Zur Extrapolation des vorhergesehenen 15-Minuten-Wertes ^TANTICIP ^{der OT}~^Rotor~^Effektiv~^TemP^eraturäifferenz, ^TDIF' wird die folgende Formel verwendet:

¹ANTICIP

= [<3-154.1).T_DIF(t)-2 · jE^tt-i)] / (15+1)

15 = 2,875 T_DIp(t) - 0,125 Σ1 T_DIF(t-i) .

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Dabei bedeuten T_DIF(t) = der gegenwärtige Wert der

RTR-Effektiv-Temperaturdifferenz,

T (t-i) = der gespeicherte vorhergehende ite Wert der RTR-Effektiv-Temperaturdifferenz.

Die Bedienungsanzeigen, die von dem Programm P01 ausgelöst werden, umfassen "HP-Rotor-Beanspruchung ungültig - Vidar außer Betrieb", "Dampf-Temperaturdifferenz überschreitet 45° C" und "ungültige HP-Beanspruchungs-Berechnung weniger als 2 Stunden".

In den Fig. 6A und 6B wird das IP-Rotor-Beanspruchungs-Programm P16 jeweils alle 5 Sekunden durch das Programm POO in Tätigkeit gesetzt. Dieser Programmteil innerhalb der gestrichelten Linien 145 liefert einen 2-stündigen Countdown ähnlich dem vorher beschriebenen HP-Rotor-Beanspruchungs-Programm P01. Das Programm P16 benutzt die Temperatur des IP-Schaufelringes, die IP-Einlaß-Dampftemperatur und die IP-Auslaß-Dampftemperatur für seine Berechnungen. Das Programm überprüft zunächst den Zustand des Kraftwerks, d. h., ob sich die Turbine auf Getriebe-Umschaltgeschwindigkeit befindet, oder nicht, siehe 146, den Zustand des Haupttrenners, siehe 147, und ob die Wärmeübergangszeit der Turbine abgeschlossen ist oder nicht, siehe 148. Dann wird die IP-Rotor-Umgebungs-Dampftemperatur bei 150 und 151 und die ümgebungs-Dampftemperatur und die IP-Schaufelring-Temperatur bei 152 berechnet, während sich die Turbine immer noch auf Getriebe-Umschaltgeschwindigkeit befindet. Wenn der Haupttrenner offen ist, wird der Wärmeübergangs-Koeffizient von Dampf zu IP-Rotor-Oberfläche bei 153 berechnet. Die

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Metalltemperatur des IP-Schaufelringes wird überprüft, um festzustellen, ob diese größer als 121° C minus einer vorbestimmten Grenze ist, siehe 154. Wenn die Temperatur geringer als 121° C ist, wird die effektive IP-Rotor-Temperatur-Differenzgrenze gleich, einer kalten IP-Rotor-Temperaturgrenze gesetzt, wie bei 155 gezeigt. Wenn die Temperatur den Wert von 121 C überschreitet, wird die effektive IP-Rotor-Temperatur-Differenzgrenze gleich der heißen IP-Rotor-Temperaturgrenze gesetzt, siehe 156. Das Programm P16 berechnet dann die IP-Rotor-Oberflächentemperatur und die effektive IP-Temperaturdifferenz, wie durch den Wirkungsblock 157 wiedergegeben wird. Während jeder Betriebsminute wird der vorhergesehene Wert der effektiven IP-Rotor-Tempera'turdif ferenz bei 158 extrapoliert und die letzten 15 gespeicherten Werte der effektiven IP-Rotor-Temperaturdif ferenz bei 160 auf neuesten Stand gebracht. Nach Überprüfung der Gültigkeit der IP-Beanspruchung bei 161 wird der Wert der gegenwärtigen effektiven IP-Rotor-Temperaturdifferenz bei 162 bezüglich des Grenzwertes überprüft, der vorher entweder bei 155 oder bei 156 eingestellt wurde. Das Programm prüft dann bei 163, ob sich die IP-Einlaß-Dampftemperatur zwischen den Rückheiz-Stopventilen um mehr als 45° C unterscheidet.

Wenn der Haupttrenner geschlossen ist wie bei 147 angegeben, wird nach der Berechnung der IP-Rotor-ümgebungs-Dampftempera tur bei 150 der IP-Rotor-Wärmeübergangs-Koeffizient als eine Funktion des Dampfstromes bei 164 berechnet. Dann wird das Kennzeichen hinsichtlich hoher oder niedriger Lastaufschal-

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tungsrate geprüft und abhängig davon, welches Kennzeichen gesetzt ist, wird die effektive IP-Rotor-Temperaturdifferenzgrenze gleich der "hohen Lastraten"-IP-Temperaturgrenze oder gleich der "normalen Lastraten"-Temperaturgrenze gesetzt. Wenn der Haupttrenner geschlossen ist, wie bei 165 angedeutet, wird die Last daraufhin überprüft, ob sie größer als 20 % ist. Wenn die Last weniger als 20 % beträgt, wird die Anzahl der gespeicherten Einlaßdampf—Temperaturwerte auf Null gesetzt. Wenn er größer als 20 % ist, wird alle 5 Minuten die Einlaßdampf-Temperatur gespeichert und dann für die wichtigen Meßfühler (FRS) die Differenz zwischen der Einlaßdampf-Temperatur und jedem der gespeicherten Werte überprüft, um festzustelen, ob der Wert von 83° C überschritten wird. Dann wird die Anzahl der gespeicherten Einlaßdampf-Temperaturen bei 167 auf neuesten Stand gebracht.

Die IP-Rotor-Umgebungs-Dampftemperatur für die verschiedenen Turbinenzustände wird gemäß der folgenden Formel berechnet:

IP-RTR-Umgebungs-Dampftemperatur:
Turbine bei Getriebeumschaltung:

T_A1 (t) = T_A2(t) = ^Τ _Α3^) = ^T _IP schaufelring

Abrollen des Turbinengenerators bis zur Synchron-Drehzahl: ^TA0^{(t) = C}9 ^T heißer Rückheizdampf ^{+ C}10'^TIP EXH

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_{(t) =} .{C_uG0._t5K_KV)-?._A0Xt). -h

= O_f5(T_AO(t) + T_A2(t))

T (i-) = Γ ·φ + C ·Φ

A3^lt; ^12 ^x heißer Rückheizdampf H3 IP EXH

Turbinen an Last (Generator an Netz)

¹AI^{lr; x}A2^lt; ^14 ^xheißer Rückheizdampf

A3^{V ;} 15 heißer Rückheizdampf

Dabei ist T_A (t) = gegenwärtige Temperatur des in die Abdichtstreifen (siehe Fig. 14) eindringenden Dampfes,

^TA1 ^ ' ^TA2 ^ ^unc^ ^A3 ^ ⁼ 9^e?^enw^^rti9^e Umgebungstemperatur bei entsprechenden Teilen der Fig. 14,

Cg bis C₁₇ = Eichungs-Konstanten

^TIP Schaufelring ⁼ IP-Schaufelring-Metalltemperatur,

^Theißer Rückheizdampf ⁼ ^e Temperatur des heißen

^ Ruckheizdampfes (Durchschnittswert von zwei Meßfühlern) ,

^TIP EXH ^{= IP}~^AuslaßdamP^f~^TemP^eratur

T_;-₁(t-1) = vorhergehende Iteration der Gitter ' punkt-Temperatur (1,1) (Fig. 14),

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K-^ = Wärmekonduktanz des Gitterpunktes (1,1) (Fig. 14) zum Umgebungsdampf,

G = Dampf-Durchflußrate.

Die IP-Rotor-Temperatur einschließlich der Oberflächen-Temperatur, der Zwischensegment-Temperatur (siehe Fig. 14), der Rotor-Bohrungs-Temperatür, der Rotor-Volumen-Durchschnittstemperatur T _VG(t), und der effektiven Rotor-Temperaturdifferenz T __F(t) für die verschiedenen Arten von Nuten in dem Turbinenrotor werden bei 157 gemäß der folgenden Formeln berechnet:

IP-RTR-Temperatur;

RTR-Oberflächen-Temperatur (i=1)
Für j = 1 bis 3 und N = (j-1)«5:

^T2,j^(t> ^=α2,(Ν₊1)·^Τ1^^¹> ^{+ C}2, (N₊₂)

^C2,(N₊3)'^T2_rj^(t-^{1) +C}2,(N₊₄)

^C2,(N₊S)

709818/0309

Mittelsegment-Temperatur (i=2 bis 7) Für i=2, j=1 bis 3 und N = (j-1)*5:

^C2, (N₊₂) ·^Τ2, (1-1)

^C2,(N+3)^#T2,1^(t~^{1) + C}2,(N+4)'^T2,(1+1)

Für i=3:

^T3^(t) =^C3_fr^T2J^(t-^{1) +C}3_f2^!T _2/2^(t-^{1) +}

Für i = 4 bis L-1

^Tj^(t) = ⁰X

RTR-Bohrungs-Temperatur (i=L):

(4-\ — C ·φ (¥ — Λ \ + C «Τ¹ Ii--1 )

RTR-Voliimen-Durchschnitts-Temperatur

2 3

(Z Στ, ^(t)-v. ,J +

AVG^vw 2 3 S^

(Σ ZV. .) + (Z^

i=1 -ί=1 'J ΤΓ="ί

70981 δ/0309

RTR-Effektiv-Temperatur-Differenz Für Seiten-Eingangsnuten:

^TDIP^{(t) =T}AVG^(t) ~^T1,2^(t)

Dabei gilt: C. . = Wärmeleitungs-Konstanten,

T. .(t) = Gegenwärtige Temperatur des iten

'·* Segments und des j ten Unterabschnitts,

T. .(t-1) = Vorausgegangene Temperatur der '^ vorgenannten Teile,

V. . = Volumen des iten Segments und jten Unter- ^fl abschnitts,

V„ = Volumen des kten Segments, C₁₉ = Streß-Konstante, L = Anzahl der Segmente, N = Gegenwärtige Drehzahl in Umdrehungen pro Minute,

Der Wärmeübergangs-Koeffizient H für Dampf zu IP-Rotor-Oberfläche wird gemäß der folgenden Formel berechnet:

IF-RTR-STMHJberflächen-Wärmeübergangs-Koeffizient 7

= C₁^G'

^H2 ^{= H}3 ^{= C}2*^G

709818/03Q9

In diesen Gleichungen bedeuten EL , H₂ und H₃ Wärmeübergangs-Koeffizienten (siehe Fig. 14):

G = Dampfstromrate (in % der Nennrate)

G = Eichungsergebnis aus dem Basis-DEH, wenn im Laststeuerungsbetrieb.

G = C₃P + C₄N + C₅-P² + Cg'N² + C₇'P*N + Cg, wenn unter dem Drehzahl-Staeuerungsbetrieb.

C. bis Cg = Eichkonstanten;

P = höchster Wert des Kondensatordruckes (Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3);

N = Turbinen-Drehzahl in Umdrehungen pro Minute.

Die IP-Rotor-Wärmekonduktanz gegenüber Umgebungsdampf-Temperatur K^, K_A2 und K_A3 werden gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

TP-RTR-Wärmekondüktanz gegenüber· Umgebungsdampf;

^{A1 D}18^/H1 ^{+ C}19

Ά.£ Ά,ό Ό "/"ν · · ■ ·

LOG_E(1+C₂₁-H₂) ^{+ C}22

wobei K- -, Κ.,, und K₂.-= Wärmekonduktanz am Gitterpunkt

^{Al Ά}* ^AJ (1,1), (1,2) und (1,3) der Fig. 14,

709818/03Q9

H₁, H₉ = Wärmeübertragungs-Koeffizient, 1 9-22

Die Extrapolation der effektiven IP-Rotor-Temperaturdifferenz wie bei 158 berechnet, wird gemäß der folgenden Formel ermittelt:

- [3Ί5 + 1-T_DIF(t) - 2.J T_DIF(t-i)] /(154-1

15

2,875-T_DIF(t) - 0,125 ^

^TDIF ^ ~ Gegenwärtiger Wert der effektiven Rotor-Temperaturdifferenz ,

^TDIF (t-i.) — Gespeicherter vorhergehender iter Wert der obigen Differenz.

Die Bedienungsanzeigen, die von dem Programm P16 ausgelöst werden, sind die folgenden:

P16M01 = IP-Rotor-Beanspruchung GT gegenwärtige Zyklus-Lebensdauer-Grenze
Wert (% = Grenze) = XXX

P16MO2 = heißer Rückheizdampf-Temperaturabfall 83° C mit einer 167 C pro Stunde überschreitenden Rate

P16MO3 = Dampf-Temperaturdifferenz zwischen RS-Ventilen überschreitet 14 C

P16MO4 = IP-Beanspruchung ungültig - Eichung geringer als 2 Stunden.

709818/0309

In den Fig. 7A, 7B, 7 C ist das Programm PO4 dargestellt, das als das Rotor-Beanspruchungs-Steuerungsprogramm bezeichnet wird. Dieses Programm wird alle 30 s eingeleitet und bewirkt, daß das Geschwindigkeits-Anforderungs- und Beschleunigungs-Lastaufschaltungsraten-Steuerungsprogramm P07 gemäß den vorstehend beschriebenen Berechnungen und logischen Verknüpfungen der HP-Rotor-Beanspruchungs- und IP-Rotor-Beanspruchungs-Programme POl bzw. Pl6 durchgeführt wird, edesmal, wenn das Programm P04 ausgeführt wird, löscht es zunächst die verschiedenen Kennzeichen, siehe bei 170; dann wird der Betriebsstatus der Turbine geprüft, wie durch die Blöcke 171 und 172 angedeutet wird. In dem Falle, daß die HP-Beanspruchung ungültig oder die Kennzeichnung für die Ungültigkeit der IP-Beanspruchung gesetzt ist, prüft das Programm P04, ob die vorher beschriebene 2-Stunden-Zählung ihren Countdown beendet hat; siehe 173. Wenn dies der Fall ist, wird die Änderungsrate der Dampftemperatur der ersten Stufe gemessen, um festzustellen, ob diese Änderung größer als 167° C pro Stunde ist. Wenn die Änderungsrate größer als dieser Wert ist, ermittelt der Block 175, ob die Turbinen-Drehzahl größer als 600 Umdrehungen pro Minute ist. Der Block 176 ermittelt, ob die Drehzahl geringer als 3.200 Umdrehungen pro Minute ist. Wenn die Drehzahl geringer als 3.200 Umdrehungen pro Minute ist, prüft der Block 177 den Zustand des Haupttrenners. Zusätzlich wird ein Kennzeichen gesetzt, um die Temperatur der ersten Stufe festzuhalten, siehe 178, und das Programm P14 legt dann den zulässigen Anstieg oder Abfall der Laständerung auf Null fest, wie bei 180 gezeigt.

709818/0309

Wenn alle Bedingungen erfüllt sind, so daß die Turbine von dem ATC-System gesteuert werden kann, prüft das Programm bei 181 den Zustand des Hauptschaltkreistrenners. Wenn der Schaltkreistrenner offen ist und anzeigt, daß das System sich auf Weitbereich-Drehzahlsteuerung befindet, wird der absolute Wert der gegenwärtigen HP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz mit dem HP-Grenzwert bei 182 verglichen. Wenn die Temperaturdifferenz größer als der HP-Grenzwert ist, wird bei 183 das Kennzeichen "Haite-Rotor-Beanspruchung" gesetzt. Das Programm prüft dann bei 184 den Zustand des Kennzeichens "Halte-Rotor-Beanspruchung" sowie den Zustand des Haupttrenners bei 185. Dann wird der absolute Wert der gegenwärtigen IP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz mit dem IP-Grenzwert bei 186 verglichen und wenn diese Temperaturdifferenz gleich oder größer als der IP-Grenzwert ist, bei 187 ein Kennzeichen "Halte Rotor-Beanspruchung" gesetzt. Nach erneuter Prüfung des Zustandes des Haupttrenners bei 188 wird die zulässige Erhöhung oder Verminderung einer jeden Laständerung bei 180 gleich Null gesetzt. Somit wird unter diesen Bedingungen das System der Turbine ermöglichen, bei der gegenwärtigen Drehzahl oder Belastung gesteuert zu werden, bei der sie arbeitet, aber es ermöglicht keine Drehzahl oder Belastungsraten-Erhöhung. Für andere Bedingungen, wobei zunächst der Zustand des HP-Rotors in Betracht gezogen wird, wo der Block 182 ermittelt, daß die gegenwärtige Temperaturdifferenz geringer als der HP-Grenzwert ist, bestimmt Block 190, ob der absolute Wert der vorhergesehenen HP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz gleich oder größer als der HP-Grenzwert ist oder nicht. Nimmt man an, daß diese vorweg-

709818/0303

genommene Temperaturdifferenz gleich dem Grenzwert ist, wird der absolute Wert der gegenwärtigen HP-Rotor-Temperatur bei 191 geprüft, um festzustellen, ob die Differenz größer als 85 % des HP-Grenzwertes ist. Wenn dies der Fall ist, setzt sich das Programm über dem Block 183 fort und das Kennzeichen "Halte-Rotor-Beanspruchung" wird wie bei dem vorhergehenden Beispiel gesetzt. Nimmt man an, daß die gegenwärtige Temperaturdifferenz geringer als 85 % des HP-Grenzwertes ist, wird das Kennzeichen "Vermindere die Rotor-Beanspruchungsrate" im Block 192 gesetzt und das Programm schreitet längs dem gleichen Weg fort, wie es bei dem vorhergehenden Beispiel beschrieben wurde.

Nimmt man an, daß die vorweggenommene HP-Rotor-Temperaturdifferenz geringer als der HP-Grenzwert ist, wird bei 193 geprüft, ob der absolute Wert der vorweggenommenen Temperaturdifferenz größer als 75 % des HP-Grenzwertes ist. Wenn dies der Fall ist, wird bei 192 das Kennzeichen zur Verminderung der Beanspruchungsrate wie bei dem vorhergehenden Beispiel gesetzt. Nimmt man an, daß diese Temperaturdifferenz geringer als 75 % des HP-Grenzwertes ist, wird die vorweggenommene HP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz dann bei 194 geprüft, um festzustellen, ob sie größer als 50 % des HP-Grenzwertes ist. Wenn also die vorweggenommene Temperaturdifferenz zwischen 50 und 75 % des HP-Grenzwertes liegt, wird ein Kennzeichen zur Aufrechterhaltung der gleichen Rate bei 195 gesetzt und das Programm schreitet wie beim vorhergehenden Beispiel fort. Sollte der Wert der vorweggenommenen HP-Rotor-Temperaturdifferenz

709818/0309

■ Λ-

geringer als 55 % des HP-Grenzwertes betragen, prüft das System bei 196, ob die gegenwärtige HP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz größer als 90 % von dem HP-Grenzwert ausmacht. Wenn dies der Fall ist, wird das Kennzeichen zur Aufrechterhaltung der gleichen Rate bei 195 gesetzt. Falls der Wert der gegenwärtigen HP-Rotor-Temperaturdifferenz geringer als 90 % des HP-Grenzwertes ist, wird das Kennzeichen "Erhöhe Rotor-Beanspruchungsrate" bei 197 gesetzt, um die Drehzahlrate der Turbine zu erhöhen. Der Zustand von Rückheiz- oder IP-Rotor überspielt jedoch die vorstehend gegebenen Beispiele des Zustandes der gegenwärtigen oder vorweggenommenen HP-Rotor-Beanspruchung. Somit läuft das Programm durch einen einzigen Weg und läuft dabei in den Block 184, um den Zustand von Rückheiz- oder IP-Rotor auf Weitbereich-Drehzahlsteuerung zu prüfen.

Hinsichtlich der IP-Rotor-Beanspruchung prüft das System, nachdem die entsprechenden Kennzeichen wie in Verbindung mit der HP-Rotor-Beanspruchung beschrieben, gesetzt worden sind, bei 184 den Zustand des Kennzeichens "Halte-Rotor-Beanspruchung". In dem Fall, daß das Kennzeichen gesetzt ist und der Block 188 anzeigt, daß der Haupttrenner offen ist, wird der zulässige Anstieg oder Abfall der Laständerung bei 180 auf Null gesetzt, ohne daß der Zustand der IP-Rotor-Beanspruchung geprüft werden müßte. Wenn jedoch das Kennzeichen "Halte-Rotor-Beanspruchung" nicht gesetzt ist, prüft der Block 185 den Zustand des Haupttrenners, der für diese Situation offen ist, und die IP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz wird mit ihrem Grenzwert verglichen. Falls die gegenwärtige IP-Rotor-Temperaturdifferenz

709818/0309

gleich oder größer als dieser Grenzwert ist, wird das Kennzeichen "Halte-Rotor-Beanspruchung" bei 187 gesetzt und das Programm tritt in der gleichen Weise aus, wie bereits erwähnt. Wenn jedoch die IP-Effektiv-Temperaturdifferenz geringer als der Grenzwert ist, wird die vorweggenommene effektive Temperaturdifferenz geprüft, um festzustellen, ob sie gleich oder größer als der Grenzwert ist, siehe 200. Wenn dies der Fall ist, wird die gegenwärtige IP-Rotor-Temperaturdifferenz bei 201 geprüft, um festzustellen, ob sie gleich oder größer als 85 % des Grenzwertes ist, und wenn dies der Fall ist, wird das Kennzeichen "Halte-Rotor-Beanspruchung" bei 187 gesetzt. Falls die gegenwärtige IP-Rotor-Temperaturdifferenz weniger als 85 % des IP-Grenzwertes ausmacht, wird bei 202 das Kennzeichen "Vermindere die Rotor-Beanspruchungsrate" gesetzt. Falls der Block 186 negativ ist, wodurch angezeigt wird, daß die IP-Rotor-Temperaturdifferenz geringer als der IP-Grenzwert ist, und der Block 203 feststellt, daß der absolute Wert der vorweggenommenen IP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz gleich oder größer als 75 % des IP-Grenzwertes ist, setzt der Entscheidungsblock 202 das Kennzeichen "Vermindere die Rotor-Beanspruchungsrate". Sollte diese vorweggenommene IP-Rotor-Temperaturdifferenz geringer als 75 % des IP-Grenzwertes, aber größer als 50 % des IP-Grenzwertes sein, siehe 204, wird bei 205 das Kennzeichen "Erhöhe Rotor-Beanspruchungsrate" gesetzt. Wenn diese vorweggenommene Temperaturdifferenz geringer als 50 % von dem IP-Grenzwert ausmacht, aber der absolute Wert der gegenwärtigen IP-Rotor-Temperaturdifferenz gleich oder größer als 90 % des IP-Grenzwertes bei 2o ist, wird bei

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-si.

das Kennzeichen "Erhöhe Rotor-Beanspruchungsrate" gelöscht. Falls die gegenwärtige IP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz geringer als 90 % des Grenzwertes für den IP-Rotor ist, und falls das Kennzeichen "Verbleibe bei der gleichen Rate" von dem HP-Beanspruchungs-Vergleich nicht gesetzt worden ist, wie bereits erwähnt, was bei 207 geprüft wird, wird bei 208 das Kennzeichen "Erhöhe die Rotor-Beanspruchungsrate" gesetzt.

Zur Laststeuerung der Turbine bestimmt ein Entscheidungsblock 181, daß der Haupttrenner geschlossen ist. Dann wird beim Entscheidungsblock 210 ermittelt, ob die Last sich erhöht und der HP-Rotor sich erhitzt oder ob die Last sich vermindert und der HP-Rotor sich abkühlt. Wenn einer dieser beiden Zustände auftritt, wird der für den HP-Rotor in Verbindung mit der weiten Bereichs-Drehzahlsteuerung beschriebenen Logik gefolgt, um die entsprechenden Kennzeichen zu setzen, um entweder die Rotor-Beanspruchung zu halten, die Rotor-Beanspruchungsrate zu vermindern, der Rate zu ermöglichen, gleich zu bleiben, oder die Rotor-Beanspruchungsrate zu erhöhen. Wenn jedoch sich der HP-Rotor nicht erhitzt oder abkühlt, wie bei 210 entschieden wird, prüft das Programm die gegenwärtige HP-Rotor-Effektiv-Temperaturdifferenz bei 196, um festzustellen, ob das Kennzeichen bei 195 gesetzt ist, um die Lastrate zu veranlassen, gleich zu bleiben, oder um das Kennzeichen zur Erhöhung der Rotor-Beanspruchungsrate bei 197 zu setzen. Für die IP-Beanspruchung bei geschlossenem Haupttrenner bei 185 wird das Aufheizen oder Abkühlen des IP-Rotors bei Lastanstieg oder Lastabfall bei 211 geprüft. Falls die Last ansteigt und der

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IP-Rotor sich erwärmt oder falls die Last abfällt und der IP-Rotor sich abkühlt, werden die gleichen Werte geprüft, wie vorher in Verbindung mit der IP-Beanspruchung für weite Bereichs-Drehzahlsteuerung beschrieben. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, wird der Wert der gegenwärtigen IP-Rotor-Temperaturdifferenz bei 206 verglichen, um entweder bei 205 die Rotor-Beanspruchungs-Erhöhungsrate zu löschen, wenn die Differenz gleich oder größer als 90 % des IP-Grenzwertes ist, oder die Rotor-Beanspruchungs-Erhöhungsrate bei 208 zu setzen, wenn das Kennzeichen, daß die Rate gleich bleiben soll, nicht vorher vom HP-Beanspruchungs-Vergleich bei 207 gesetzt worden ist.

Nachdem die Kennzeichen in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Logik oder Laststeuerung gesetzt sind, veranlaßt die Anzeige durch den Entscheidungsblock 188, daß der Haupttrenner geschlossen ist, eine Berechnung der zulässigen Dampftemperaturänderungen der ersten Stufe an der gegenwärtigen HP-Rotor-Beanspruchungsgrenze, wie vom Entscheidungsblock 212 angedeutet wird. Dann ermittelt das System aufgrund des Basis-DEH-Systems (Fig. 2) den Ventilbetrieb bei 213. Wenn das Kennzeichen für Einzelventilbetrieb gesetzt ist, wodurch angezeigt wird, daß das System mit Vollbogen-Zuführung arbeitet, wird der zulässige Anstieg oder Abfall der Laständerungen berechnet aufgrund der Einzelventil-Charakteristik, wie bei 214 angedeutet. Falls das System sich in dem Folge- oder Teilbogenbetrieb befindet, wird der zulässige Anstieg und Abfall der Laständerung aufgrund der Folgeventil-Charakteristik bei 215 berechnet. Falls das Kennzeichen "Halte den Betrieb" von dem

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Programm P07, das noch beschrieben wird, bei 216 gesetzt ist, prüft das Programm, ob der gespeicherte Zielbedarf größer als der Lastbezug ist, siehe 217. Wenn dies der Fall ist, wird die zulässige Lasterhöhung auf Null gesetzt, 218. Wenn die Zählanforderung geringer als der Lastbezugswert ist, wird die zulässige Lastverminderung bei 219 auf Null gesetzt.

Bei der Festlegung, ob die Last sich erhöht und der HP-Rotor sich erwärmt, oder ob die Last sich vermindert und der HP-Rotor sich abkühlt, wird die Dampftemperatür der ersten Stufe mit der berechneten Rotor-Oberflächentemperatur verglichen. Wenn die Dampftemperatur der ersten Stufe größer als die berechnete Rotor-Oberflächentemperatur ist, erhitzt sich der HP-Rotor. Wenn die Dampftemperatur der ersten Stufe nicht größer ist als die berechnete Rotor-Oberflächentemperatur, kühlt sich der Rotor ab. Hinsichtlich der Ermittlungen für den IP-Rotor bei 211 kann gesagt werden, daß der IP-Rotor sich erhitzt, wenn die berechnete Umgebungs-Dampftemperatur größer als die berechnete Rotor-Oberflächentemperatur am Gitterpunkt (1,2) (Fig. 14) ist. Wenn die berechnete Umgebungs-Dampftemperatur nicht größer als die berechnete Rotor-Oberflächentemperatur bei diesem Gitterpunkt ist, kühlt sich der IP-Rotor ab.

Die zulässigen Dampftemperatur-Änderungen der ersten Stufe an der gegenwärtigen HP-Rotor-Beanspruchungsgrenze, die bei 212 berechnet werden, ergeben sich gemäß der folgenden Gleichung:

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Für Rotor mit T-Wurze!nuten: (INCR = increase = Erhöhung;

DECR = decrease = Erniedrigung; AVG = average = Durchschnitt)

_ T_AVG(.t).-(.i-c._1o). .T._u.(.t). .+. T._g._renz

INCR C₁₀

Für Rotor mit Seiten-Eingangsnuten:

^TINCR^=TAVG^(t)+Cu*^N2+Tgrenz

¹DECR ¹AVG^m u ^{N X}grenz

Darin bedeuten T _c - die zulässige Erhöhung der Dampf-

temperatur der ersten Stufe,

- die zulässige Erniedrigung der Dampftemperatur der ersten Stufe,

T_AVG(t) - die gegenwärtige HP-Rotor-Volumen-Durchschnittstemperatur ,

_n(t) - die gegenwärtige HP-Rotor-T Temperatur,

C₁₀ - Beanspruchungs-Konstanten,

T - den gegenwärtigen HP-Rotor-Effektiv^y Temperatur-Differenz-Grenzwert.

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Bei 214 wird der zulässige Anstieg und Abfall der Last gemäß der folgenden Formel berechnet, basierend auf Einzelventil-Charakteristik :

Einzelventil-Betrieb: (RATED = Sollwert)

= ^TTNCR" ^TTMP . INCR M- RATED *

MW = ""^v" . MW

DECR M₁ RATED

Wenn MW_INCR <0, setze MW_INCR = 0 .

Wenn MW_DECR <0, setze MW_DECR = 0 .

Dabei bedeutet M₁ - die Steigung der Dampftemperatur der ersten

Stufe über der MW-Kurve bei Drossel-Soll-Zuständen;

MW - Leistung in Megawatt.

Die zulässige Erhöhung oder Erniedrigung der Laständerung basierend auf der sequentiellen Ventil-Charakteristik, berechnet bei Block 215, ergibt sich gemäß der folgenden Formel: (Present = Ist-Wert)

¹P = T — (T R —T ^ ·Μ

R1 RATED ^v RATED Present' 3

^(für Present

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T=T +(T, — T.V, I'M

R1 RATED ^v Present RATED'

^(für Present > ¹¹³RATED*

TO \

tr = tr \ Present

Present ' BATED ^ T_Orated /

^TR2 ^TRATED " ^(LBEATED ~ ^LBPresent⁾*^M3

^(fÜr Present ~

TR = T - ^LP. - LP- ) ·Μ

¹ 2 RATED ^RATED ^Present^

^(fÜr Present > ¹¹³RATED*

T =r T — (T — T ^

BP R2 ^v R1 IMP'

V7e>nn T ^T

^{VGnn 1}DECR — BP

= ^TlNCR " ™ - MW INCR M₀ ^WRATED

MW β ^£ ^pECR . MW

DECR Μ_Λ RATED

(ii) Wenn T_INCR < T_ßp

^TIMP

INCR M, ^UWRATED

70901 0/0303

MW_n = IMP DECR .

DIlCR M„ ^liWRATED

(iii) Wenn T_INCR > T_Ep > t_decr

" ¹DECR)

lT = +

'DECR M₂ M₃ RATED

für T ^ ^rf

= (^TINCP. ^TBP ^TBP " ^TIMP) _.

M₂^ ⁺ M₃^ * ^MWRATED

MW - IMP " ^TDECR ._TrT ^MWDECR M~ ' ^MWRATED

Wenn MW_INCR <0 von (i) , (ii) oder (iii),

setze MW_INCR = O.

Wenn MW_DECR <0 von (i) , (ii) oder (iii),

setze MW_DECR = O.

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Darin bedeutet:

LB - Prozentlast air Trennpunkt der Dampf temper a tür der ersten Stufe über der MS-Kurve unter Drossel-Soll-Eedingungen,

T - Temperatur der ersten Stufe bei obigem Trennpunkt (EP = break point),

LB . - Prozentlast am Trennpunkt der Dampftemperatür

der ersten Stufe über der MW-Kurve unter gegenwärtigen Drosselbedingungen,

Tp - Dampftemperatur der ersten Stufe bei obigem Trennpunkt, L - Gegenwärtiger Last-Prczent-Bezugswert,

T_R1 - Dampftemperatür der ersten Stufe entsprechend der
gegenwärtigen Last-Prozent-Zahl,

T ₂ - Dampftemperatur der ersten Stufe entsprechend LB_p Prozent-Last bei Drossel-Zustands-Soll-Kurve,

- Steigung des oberen Sektors der Dampftemperatur-Kurve der ersten Stufe über der MW-Kurve bei Drossel-Soll-Bedingungen ,

M - Steigung des unteren Sektors der Dampftemperatur der ersten Stufe über der MW-Kurve bei Soll-Drossel-Bedingungen ,

- Gegenwärtige Dampftemperatur der ersten Stufe,
^TINCR' ^TDECR - ^er^^{ibt Sich aUS PO4}·²'

^MWRATED " ^{Sollwert in MW} (Last),

™™ - Zulässiger Anstieg der Last in MW,

A. JN LJK.

- Zulässige Verminderung der La- In MW.

70981 8/0309

Die Einstellung der verschiedenen Kennzeichen für entweder das Beibehalten der Rotor-Beanspruchung, für die Verminderung der Rotor-Beanspruchungsrate, für die Erhöhung der Rotor-Beanspruchungsrate oder für die Regelung der Rate, so daß diese gleich bleibt, wird von dem Programm P07 zur Steuerung der Drehzahl-Anforderung und der Belastungsrate benutzt, wie im folgenden noch beschrieben.

Die Bedienungsanzeigen, die von dem Programm P04 ausgelöst werden, sind etdie folgenden:

P04M01 = Halte Last fest, verändere die Dampftemperatur der

ersten Stufe, Grenze = YYY° C, Veränderung = XXX° C.

PO4MO2 = Halte die Drehzahl fest, ändere die Dampftemperatur

der ersten Stufe, Grenze = YYY° C, Änderung = XXX° C.

In den Fig. 8A und 8B wird das Wärmeausgleichs-Programm P14 von dem Programm POO alle 60 s aktiviert. Das Programm stellt zunächst fest, ob das Kennzeichen "Wärmeausgleich beendet" bei 230 gesetzt ist oder nicht, wobei dieses Kennzeichen von dem Programm P16 jedesmal gelöscht wird, wenn es läuft und die Turbine sich auf Getriebeumschaltung befindet. Falls die Kennzeichnung "Wärmeausgleich vollständig" gesetzt ist, kehrt das Programm ohne weitere Aktion zurück. Falls das Kennzeichen "Wärmeausgleich vollständig" nicht gesetzt ist, prüft das Programm die Gültigkeit des IP-Beanspruchungs-Signals bei 231 Wenn das System ein ungültiges Signal zeigt, löscht Block 232 das Kennzeichen "Wärmeausgleich fortschreitend" und das Programm läuft zum Ausgang. Wenn die Beanspruchungssignale gültig sind,

709K 13/0309

• ς*.

prüft der Entscheidungsblock 233, ob das Kennzeichen "Wärmeausgleich im Fortschreiten" gesetzt ist. Wenn dieses Kennzeichen nicht gesetzt ist, stellt der Entscheidungsblock 234 fest, ob die tatsächliche Drehzahl geringer als die Wärmeausgleichs-Drehzahl ist, wodurch das System darüber informiert wird, daß die Drehzahl der Turbine noch nicht ungefähr 2.200 Umdrehungen pro Minute erreicht hat. Wenn die tatsächliche Drehzahl nicht geringer als die Wärmeausgleich-Drehzahl ist, wird die Kennzeichnung "Wärmeausgleich im Fortschreiten" gesetzt, wie durch den Block 235 angedeutet wird. Dieser gleiche Anzeiger 235 wird auch benutzt, um das ATC-Zustandslicht ein- oder auszuschalten, wordurch angezeigt wird, daß ein "Wärmeausgleich" vor sich geht.

Das System prüft dann bei 236, ob die IP-Rotor-Bohrungstemperatur größer als 121° C plus einem vorbestimmten Grenzwert ist. Wenn das Kennzeichen für das Versagen des IP-Metall-Temperaturmessers bei 237 nicht gesetzt ist, wird die Bedienung über diese Tatsache informiert. Wenn der Messer außer Betrieb ist, bestimmt der Entscheidungsblock 238, ob die Bedienung die ATC in Betrieb gesetzt hat. Wenn dies nicht der Fall ist, wird ein Kennzeichen, das bei 239 angedeutet ist, gelöscht, wodurch dem Bediener die Möglichkeit genommen wird, die ATC-Steuerung zu überspielen. Wenn das Turbinensystem sich in ATC-Steuerung befindet, wird eine Anzeige gesetzt, die den Bediener anweist, die Wärmeausgleichs-Kurve daraufhin zu überprüfen, ob die Wärmeausgleichszeit ausreichend ist, bevor versucht wird, das ATC-System zu überspielen. Falls die Bedienung den

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Überspielungs-Druckknopf betätigt hat, wie durch Block 240 angedeutet ist, wird eine Schalttafellampe eingeschaltet, wodurch die Bedienung darüber informiert wird, daß der Wärmeausgleich durch Bedienungs-tiber spie lung beendet wurde. Das Kennzeichen "Überspielung zulässig" wird bei 241 für das Basis-DEH-System gesetzt. Falls also die berechnete IP-Rotor-Bohrungstemperatur größer als 121° C plus einem Grenzwert ist und der Meßfühler für den IP-Schaufelring versagt hat, kann die Bedienung das ATC-System überspielen, nachdem die vorgenannten Warnungen gegeben wurden.

Wenn 237 anzeigt, daß der Meßfühler für die IP-Schaufelring-Temperatur nicht versagt hat, wird bei 242 festgestellt, ob die IP-Schaufelring-Metalltemperatur größer als 121° C plus einem vorbestimmten Wert ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Bedienung darüber informiert, daß der Wärmeausgleich vollständig ist und daß die berechnete Rotor-Bohrungstemperatur größer als eine vorbestimmte Temperatur ist und auch daß die IP-Schaufelring-Temperatur größer als ein vorbestimmter Temperaturwert ist. Der Block 243 setzt auch das Kennzeichen "Wärmeausgleich vollständig" für die anderen Unterprogramme des ATC-Systems und löscht bei 244 das Kennzeichen "Wärmeausgleich im Fortschreiten" für die entsprechenden ATC-Programme. Falls jedoch die Schaufelring-Metalltemperatur geringer als 121° C plus dem vorbestimmten Grenzwert ist, stellt der Block 245 fest, ob die verbleibende Wärmeausgleichszeit größer als Null ist. Wenn diese Zeit größer als Null ist, wird die verbleibende Wärmeausgleichszeit um eine Minute erhöht, wie bei 246 gezeigt.

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Wenn sie nicht größer als Null ist, wird ein 10-Minuten-Zähler "C" bei 247 geprüft, um festzustellen, ob er weniger als 10 Minuten anzeigt. Wenn der Zähler auf weniger als 10 Minuten steht, wird der Zähler bei 248 um eine Minute erhöht. Wenn er nicht weniger als 10 min anzeigt, wird der 10-Minuten-Zähler C bei 249 auf Null gesetzt.. Die Bedienung wird auch darüber informiert, daß zusätzliche Wärmeausgleichszeit erforderlich ist, weil die IP-Schaufelring-Temperatur geringer als eine vorbestimmte Temperatur ist. Der Zähler C ist vorgesehen, um die Bedienung alle 10 min von dieser Situation zu informieren.

Das Kennzeichen der IP-Rotor-Bohrungstemperatur, das anzeigt, daß die Temperatur geringer als 121° C plus einem Grenzwert ist, wird benutzt, um die Bedienung mit einem Schätzwert zu versorgen, der die möglicherweise notwendige Gesamt-Wärmeausgleichszeit darstellt. Dies wird dadurch erreicht, daß die erforderliche Wärmeausgleichszeit bei 250 geschätzt wird und die Bedienung von dieser geschätzten Zeit durch die im folgenden noch aufgeführten Anzeigen informiert wird. Wenn die IP-Rotor-Bohrungstemperatur geringer als 121 C plus dem Grenzwert ist, prüft das Programm bei 251 auch, ob das Kennzeichen "Wärmeausgleich zeiterneuert" gesetzt ist. Wenn die verbleibende Wärmeausgleichszeit nicht abgelaufen ist, wie bei 252 gezeigt, wird die verbleibende Wärmeausgleichszeit im Block 253 um eine Minute erhöht. Die Blöcke 254, 255 und 256 liefern die logischen Verknüpfungen zur Prüfung und zur Informierung der Bedienung mit Hilfe vor '"-eigneten Anzeigen alle 10 min, das zusätzliche Wärmeausgleicaszeit gemäß der

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erforderlichen berechneten Rotor-Bohrungstemperatur erforderlich ist.

Die Bedienungsanzeigen, die von dem Programm P14 ausgelöst werden, sind die folgenden:

P14M01 = Für Wärmeausgleich erforderliche berechnete Rotor-Bohrungstemperatur gleich XXX° C,

P14MO2 = Geschätzte Wärmeausgleichszeit = XXX min,

P14MO3 = Zusätzlicher Wärmeausgleich erforderlich, berechnete Rotor-Bohrungstemperatur-Grenze YYY° C, Temperatur = XXX° C,

P14MO4 = Zusätzlicher Wärmeausgleich erforderlich, IP-Schaufelring-Temperaturgrenze YYY° C, Temperatur = XXX° C,

P14MO5 = Berechnete Rotor-Bohrungstemperatur größer als YYY° C, IP-Sch<
außer Betrieb,

YYY° C, IP-Schaufelring-Temperatur-Meßfühler

P14MO6 = Prüfe Wärmeausgleichs-Kurve auf ausreichende Wärmeausgleichszeit vor Überspielung,

P14MO7 = Wärmeausgleich durch Bedienungsuberspxelung beendet,

P14MO8 = Wärmeausgleich beendet,

P14MO9 = Berechnete Rotor-Bohrungstemperatur größer als YYY° C, IP-Schaufelring-Temperatur größer als YYY° C.

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In den Fig. 9A, 9B, 9C ist dargestellt, daß für die automatische Steuerung der Lastaufschaltung des Generators PO9 nicht nur die Turbinenzustände, sondern auch die verschiedenen Betriebsparameter des elektrischen Generators selbst überprüft und gesteuert werden müssen. Das Programm für die überwachung des Zustandes des Generators wird alle 60 s von dem Programm POO ausgelöst. Das Programm beginnt bei 260 und löscht die
Anzeigen "Kühlgas-Temperatur hoch" und "Fehlerhaftes Wasserstoff system" (im folgenden wird Wasserstoff auch als H- bezeichnet) . Das System prüft dann bei 261, ob die H₂-Kühler-Ausgangstemperatur geringer als 48° C ist. In diesem Entscheidungsblock wird der höchste Wert von bis zu vier H„-Kühlertemperatur-Meßfühlern benutzt. Wenn die Temperatur gleich oder größer als 48° C ist, informiert eine Anzeige die Bedienung
darüber, daß sich die H„-Kühler-Ausgangstemperatur auf ihrem hohen Grenzwert befindet. Wenn die Temperatur weniger als 48 C ist, wird die Anzeige gelöscht. Das Programm stellt dann bei 262 fest, ob die EU-Kühler-Ausgangstemperatur größer als 25 C ist. Wenn die Temperatur nicht größer als 25 C ist, wird die Bedienung darüber informiert, daß die untere Grenze der
H₂-Kühler-Ausgangstemperatur gleich einem vorbestimmten Temperaturwert ist. Wenn diese Temperatur überschritten wird,
wird die Bedienungsanzeige gelöscht. Für den Entscheidungsblock 262 wird der niedrigste Wert von bis zu 4 H„-Kühler-Ausgangstemperatur-Meßfühlern benutzt. Bei 26 3 wird geprüft, ob die Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Wert der Generator-Stator-Spulen-Gasausgabe-Temperatur größer als 8° C ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Bedienung darüber

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informiert, daß die maximale Temperaturdifferenz zwischen den Gasausgabe-Temperaturen die Temperaturgrenze überschreitet. Wenn die Differenz geringer als die Maximalgrenze von 8 C ist, wird diese Anzeige gelöscht.

Als nächstes wird der E^-Druck im Block 264 daraufhin überprüft, ob er geringer als die Maximalgrenze ist. Wenn er nicht geringer als die Maximalgrenze ist, informiert eine Anzeige die Bedienung, daß ein Fehler im EU-System vorliegt und ein Kennzeichen "fehlerhaftes EU-System" wird bei 265 gesetzt, damit dieses von dem Programm P07, das im folgenden noch beschrieben wird, benutzt werden kann. Ein Kennzeichen "Kühlgas-Temperatur hoch" bei 266 wird zur Benutzung durch das Programm P07 zur Verfügung gestellt. Das Programm stellt dann bei fest, ob der EU-Druck größer als eine minimale Grenze ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird ein Kennzeichen bei 268 gesetzt, daß ein "fehlerhaftes EU-System" vorliegt, wobei dieses Kennzeichen durch das Programm P07 benutzt wird. Das Programm P09 prüft dann die Reinheit des Wasserstoffsystems. Wenn die Reinheit größer als 100 % ist, wie bei 169 angedeutet, prüft das Programm bei 270, ob die EL·-Seite der Dichtungsöl-Temperatur außerhalb seines Grenzwertes liegt. Wenn die Temperatur unterhalb von 27° C oder höher als 49° C ist, wird eine Anzeige von dieser Tatsache der Bedienung gegeben. Falls die EU-Reinheit geringer als 90 %, aber größer als 85 % ist, wird der Bedienung eine Anzeige geliefert, daß die EU-Reinheit niedrig ist. Wenn die EU-Reinheit geringer als 85 % ist, wird der Bedieung angezeigt, daß die E^-Reinheit sehr niedrig ist und

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ein Kennzeichen "fehlerhaftes H₂-System" für das Programm P07 bei 271 gesetzt.

Das Programm prüft dann die Luftseite der Öldichtungs-Temperatur am Block 272. Wenn die Temperatur unterhalb von 27° C oder oberhalb von 49 C liegt, wird der Bedienung angezeigt, daß die Luftseite der Öldichtungs-Temperatur außerhalb der Grenzwerte liegt. Wenn der Dichtungs-Öldruck minus dem H₂-Druck

2
nicht größer als 0,28 kg/cm ist, wie bei 273 angedeutet, wird die Bedienung darüber informiert, daß der Dichtungs-Differentialdruck niedrig ist und der Fehler sofort korrigiert werden muß oder daß abgeschaltet und das IL-System gespült werden muß. Infolgedessen wird ein Kennzeichen "fehlerhaftes KL-System" bei 274 für das Programm P07 gesetzt.

Auf der H₂~Tafel des Generators befinden sich eine Reihe von Anzeigen, die für entsprechende Alarmzustände geschlossen werden. Das Programm prüft bei 275, ob irgendwelche dieser Generator-Anzeigekontakte geschlossen sind. Wenn dies der Fall ist, wird eine entsprechende Anzeige gemacht und ein entsprechendes Kennzeichen bei 276 für das Programm P07 gesetzt. Der Teil des Programms innerhalb der gestrichelten Linien, siehe 277, ist für Generatoren vorgesehen, die wassergekühlt werden, wobei lediglich der Zustand der Wasserpumpe sowie der Wassereinlaß- und Auslaßtemperatur geprüft wird, um die Bedienung mittels verschiedener Anzeigen entsprechend zu informieren. Die Erreger-Lufttemperatur wird bei 278 geprüft. Wenn sie größer als 250° C ist, wird die Bedienung ert prechend informiert

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und ein Kennzeichen "Kühlgas-Temperatur hoch" für das Programm P07 gesetzt. Eine ähnliche Prüfung wird bei 280 gemacht, um festzustellen, ob die Erreger-Lufttemperatur geringer als 250° C in einem anderen Teil des Erregers ist und eine ähnliche Kennzeichnung bei 281 für das Programm P07 gesetzt. Wenn die Differenz zwischen der Temperatur der aus dem Erreger herausströmenden Luft und der in den Erreger einströmenden Luft nicht geringer als 27° C ist, siehe 282, wird die Bedienung entsprechend informiert. Im Block 283 wird jeder Kontakteingang von der Spannungsregler-Ausrüstung dahingehend überprüft, ob irgendeiner der Erreger-Steuerungskontakte geschlossen ist. Wenn dies der Fall ist, wird ein entsprechendes Kennzeichen "Erregermonitor" bei 284 gesetzt, um von dem Programm P07 verwendet zu werden. Wenn der Haupttrenner nicht geschlossen ist, wie bei 285 angedeutet, kehrt das Programm zurück. Wenn jedoch der Haupttrenner geschlossen ist, wodurch angezeigt wird, daß das System sich auf Lastraten-Steuerung befindet, berechnet das Programm bei 286 den voraussichtlichen Wert und den Grenzwert des Abgas-Temperaturanstiegs der Generator-Stator-Spule. Wenn der Generator wassergekühlt ist, würde die Berechnung für den H₂O-Temperaturanstieg gemacht werden. Das Programm prüft dann bei 287, ob die Gas-Abgabetemperatur der Generator-Stator-Spule minus der H₂-Kühler-Ausgangstemperatur geringer als der berechnete erwartete Anstieg des Blocks 286 ist. Wenn der Wert nicht geringer als der berechnete vorausgesehene Anstieg ist, wird die Bedienung informiert. Wenn dann die Generator-Stator-Spulen-Gas-Abgabetemperatur minus der H₂-Kühler-Ausgangstemperatur nicht geringer als der berechnete Grenz-

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anstieg, siehe 288, ist, wird die Bedienung ebenfalls unterrichtet.

Die erwartete Anstiegsgrenze oder der erwartete Anstieg der Temperatur von Generator-Stator-Spulen-Abgas oder H^O ist für verschiedene Generatorarten in der Tabelle der Fig. 10 unter der entsprechenden Überschrift wiedergegeben. Zur Bestimmung der Abgabegas-Temperatur der Generator-Stator-Spule wird der höchste Wert von bis zu 12 Temperatur-Meßfühlern für das Generator-Stator-Sulengas verwendet und der niedrigste Wert von bis zu vier Temperatur-Meßfühlern für die H₂-KUhIoI-Temperatur verwendet.

Die Reaktivitätsfähigkeit des Generators ist von großer Wichtigkeit bei der automatischen Lastaufschaltungs-Steuerung. Diese Generatorfähigkeit darf während der Lastaufschaltung des Generators nicht überschritten werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird der gegenwärtige H₃-Druck benutzt, um eine entsprechende Fähigkeitskurve auszuwählen, die von einem möglichen Maximum von vier Kurvensätzen festgelegt wird. Ein Kurvensatz besteht aus drei Kreisbogen (siehe Fig. 11) mit Zentren bei C1, C2 und C3 und Radiuslängen von R1, R2 bzw. R3. Die Kreisbögen teilen die positive MW-Seite des "Megavar (MVAR)" minus der Megawatt (MW)-Ebene in drei unterschiedliche Bereiche, nämlich in den Statorwicklungs-Grenzbereich, den Statorkern-Grenzbereich und den Rotorwicklungs-Grenzbereich.

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Das Programm löscht zunächst bei 290 ein Kennzeichen, das dem System anzeigt, daß die Generator-Reaktivitätsfähigkeit überschritten ist und daß auch die Mega-Volt-Ampere (MVA) über der Frequenzkurve überschritten sind. Dann wird bei 291 ein MVA-Leistungsfaktor (PF) berechnet und der zulässige maximale Wert von MVA bei der gegenwärtigen Frequenz berechnet. MVA, Leistungsfaktor und der zulässige Maximalwert von MVA bei der gegenwärtigen Frequenz werden gemäß der folgenden Formeln berechnet:

Generator-MVA und Leistungsfaktor:

MVA = \J (MVAR) ² + (MW) ²

PF = MW/MVA

PF eilt nach, wenn MVAR positiv ist

PF eilt vor, wenn MVAR negativ ist.

In diesen Formeln bedeutet:

MW = gegenwärtige Leistung in Megawatt (Wirkleistung)

MVAR = gegenwärtige Blindleistung (Reaktivitätsleistung) in MW

Zulässige' maximale- MVA bei' gegenwärtiger Frequenz

Für N > 3.600 UpM:

Zulässige maximale MVA = 100 % RMMVA = RMMVA;

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" **"' 26Λ7136

Für N <3.6OO UpM

Zulässige maximale MVA = (100-(tO-N/60)·12,5/5)%*RMMVA

= (100-0,04167(3.600-N)%·RMMVA = (0,4167 x lo""³·N-0,5)'RMMVA

Darin bedeutet RMMVA = die maximale Soll-MVA

N = die gegenwärtige Drehzahl in UpM.

Dann prüft der Entscheidungsblock 292, ob die gegenwärtige MVA geringer als die zulässige maximale MVA ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Bedienung darüber informiert, daß die Grenze der Generator-MVA über der Frequenz überschritten ist und die entsprechende Kennzeichnung bei 293 gesetzt. Das Programm prüft bei 294, ob der H^-Druck sich innerhalb der Betriebsgrenzen bewegt, was von dem Setzen der Kennzeichen 265 und 268 angezeigt wird. Wenn der !!„-Druck sich nicht innerhalb der Betriebsgrenzen befindet, kehrt das Programm zurück. Wenn sich der Betriebsdruck innerhalb der Betriebsgrenzen befindet, wird der entsprechende Generatorfähigkeits-Kurvensatz, basierend auf dem vorhandenen !!„-Druck, gemäß Fig. bei 295 ausgewählt. Wenn die MVAR größer als Null ist, wie bei 296 angedeutet, prüft 297, ob der berechnete nacheilende Leistungsfaktor größer als der Leistungsfaktorwert des ausgewählten Kurvensatzes ist. Wenn 297 negativ ist, wird der Rotor-Wicklungs-Grenz-Meßfühler und der Radius rar diesen Bereich bei 298 gesetzt. Dann wird die Entfernung zwischen dem

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Generator-Betriebspunkt zum Kreisbogenzentrum des ausgewählten Grenzbereiches der Fig. 11 bei 299 berechnet. Wenn der ausgewählte Grenzradius nicht größer als die berechnete Entfernung ist, wie vom Block 300 geprüft wird, wird bei 301 ein Kennzeichen "Generator-Reaktivitätsfähigkeit überschritten" gesetzt und der Bedienung eine entsprechende Anzeige geliefert.

Falls die MVAR nicht größer als Null ist, prüft Block 302, ob der berechnete vorauseilende Leistungsfaktor geringer als 95 % ist. Wenn der Leistungsfaktor geringer als 95 % ist, wird das Statorkern-Begrenzungszentrum und der Radius für diesen Bereich bei 303 gesetzt. Wenn MVA größer als Null ist und der berechnete nacheilende Leistungsfaktor größer als der Leistungsfaktorwert des ausgewählten Kurvensatzes ist, wird das Stator-Wicklungs-GrenzZentrum und der Radius für diesen Bereich bei 304 gesetzt. Die Entfernung von dem Generator-Betriebspunkt zu dem ausgewählten Bogenzentrum des entsprechenden Grenzbereiches auf der MV - MVAR-Ebene gemäß der folgenden Formel berechnet:

Entfernung = \J (MW-X)² + (MVAR + Y

Darin bedeuten X = Abszisse des Bogenzentrums auf der

MW-MVAR-Ebene,

Y = Ordinate des Bogenzentrums auf der MW-MVAR-Ebene.

Die X- und Y-Werte sollten initialisiert werden,

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Die von dem Programm PO9 ausgelösten Bedienungsanzeigen sind die folgenden:

PO9MO1 = H₂-Kühler-Auslaßtemperatur_/ hoher Grenzwert = YYY° C, Temperatur = XXX° C

PO9MO2 = H₂-Kühler-Auslaßtemperatur, untere Grenze = YYY° C_f Temperatur = XXX° C

PO9MO3 = Generator-Stator-Kühlwasser außerhalb der Grenzwerte, Temperatur = XX° C

PO9MO4 = Generator-Stator-Kühlwasser-Temperaturanstieg größer als 31° C, Anstieg = XX° C

PO9MO5 = Generator-Stator-Spulenabgabe-Temperaturanstieg größer als der berechnete und erwartete Anstieg Anstieg = XX° C

PO9MO6 = Maximale Temperaturdifferenz zwischen den Gasauslässen überschreitet die Temperaturgrenze von 8° C

PO9MO7 = Kalte Lufttemperatur hoch, Erreger-Kühler Nr. 1, Grenze = YYY° C, Temperatur = XXX° C

PO9MO8 = Kalte Lufttemperatur hoch, Erreger-Kühler Nr. 2, Grenze = YYY° C, Temperatur = XXX° C

PO9MO9 = Erreger-Temperaturanstieg hoch, Kühler Nr. 1, Grenze = YYY° C, Anstieg = XXX° C

PO9M1O = Erreger-Temperaturanstieg hoch, Kühler Nr. 2, Grenze = YYY° c, Anstieg = XXX° C

PO9M11 = H₉-Druck hoch, Grenze = YYY kg/cm²,

Druck = XXX kg/cm

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PO9M12 = H₂-Druck niedrig, Grenze = YYY kg/cm², Druck = XXX kg/cm²

PO9M13 = Generator-Stator-Wasserpumpen geändert

PO9M14 = Grenze der Generator-KVA über Frequenz überschritten

PO9M15 = H₂~Reinheit sehr niedrig, geringer als 85 %, Reinheit = XXX

PO9M16 = Temperatur der H₂-Seite der Öldichtung außerhalb des Grenzwertes, Grenzwert = YYY C, Temperatur = XXX° C

PO9M17 = Temperatur der Luftseite der öldichtung außerhalb des Grenzwertes, Grenzwert = YYY° C, Temperatur = XXX° C

PO9M18 = Dichtungsdifferenzdruck niedrig, korrigiere sofort Fehler oder schalte ab und spüle H₂

PO9M19 = H₂~Reinheit niedrig, geringer als 90 %

PO9M2O = Generator-Stator-Spulen-Abgabe-Temperaturanstieg hoch, Grenze = YYY° C, Anstieg = XXX° C

PO9M21 = Generator-Last übersteigt Leistungsfähigkeits-

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kurve XXX kg/cm .

In Fig. 12A und 12B ist dargestellt, wie das Programm P07 die Drehzahlanforderung und die Beschleunigung steuert, wenn das Turbinenkraftwerk sich in der Weitbereichs-Drehzahlsteuerung befindet und die Lastaufschaltungs-Steuerung, wenn der Kreistrenner geschlossen ist, gemäß Informationen, die die ver-

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- η.

schiedenen Kennzeichnungs-Bedingungen und die vorstehend beschriebenen Programme umfassen. Die Drehzahlanforderung und die Beschleunigung sowie das Lastaufschaltungs-Steuerungsprogramm P07 wird von dem Programm POO jede Sekunde in Betrieb gesetzt.

Das Programm prüft zuerst bei 310 die zahlreichen Zustände, die von den anderen Programmen gemessen werden, die eine Turbinen-Abschaltung bewirken sollen. Z. B. wird von dem Programm eine übermäßige Vibration gemessen, siehe Fig. 3, Wasser wird von dem Programm 83 festgestellt, usw. Falls ein derartiger Zustand vorhanden ist und die Turbinenabschaltungs-Kennzeichnung von 311 nicht gesetzt ist, wird das Kennzeichen "Turbinenabschaltung" gesetzt, um von dem Programm POO bei 312 verwendet zu werden und zu verhindern, daß die automatische Steuerung vom ATC zur Bedienung übergeht. Die Bedienung wird informiert, daß das ATC-System eine Turbinenabschaltung gefordert hat. Dann werden die verschiedenen Kontaktausgänge für die verschiedenen Alarm- und Abschalt-Schaltkreise ausgelöst. Falls kein Zustand vorhanden ist, der eine Turbinen-Abschaltung erforderlich macht, wird die Anzeige "Turbinen Abschaltung" bei 313 gelöscht und bei 314 die Kontaktausgänge für die Alarm- und Abschalt-Schaltkreise geöffnet.

Der Entscheidungsblock 315 prüft, ob das System sich in der Weitbereich-Drehzahl oder Laststeuerung befindet. Falls sich das System in der Weitbereich-Drehzahlsteu rung befindet, wird bei 316 und 317 geprüft, ob das Programm ί 2 (Fig. 3) irgend-

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welche Bedingungen gesetzt hat, die für die Turbinenschaufeln schädlich wären. Wenn dies der Fall ist, weist eine Anzeige die Bedienung darauf hin, daß die Drehzahl vermindert werden muß, um eine überhitzung der LT-Schaufeln zu verhindern.Nachdem bei 318 überprüft wurde, daß das ATC-System für die Steuerung verantwortlich ist, wird ein Kennzeichen "Stelle Zielanforderung zurück" gesetzt und die gespeicherte Zielanforderung gleich der ATC-Zielanforderung gemacht. Die Drehzahl-Zielanforderung wird von dem Programm P12 (Fig. 3) erhalten, und umfaßt eine Drehzahl von 605 UpM, auf die die Turbinen-Drehzahl zurückgebracht wird, wenn die tatsächliche Drehzahl höher als 2.150 UpM ist, falls die Dampfbedingungen gefährliche Überhitzungen der Schaufeln verursachen würden. Das Programm umfaßt die Wärmeausgleichs-Geschwindigkeit, auf die die Turbine zurücklaufen würde, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit größer als 3.550 UpM ist. Somit wird ein Verlangsamungszustand von dem Programm P12 angefordert, abhängig von der Drehzahl der Turbine, der Turbinenschaufel-Bezugswert wird im Block 320 gleich der ATC-Zielanforderung gesetzt, wie bereits beschrieben.

Der Haupttrenner wird wiederum bei 321 geprüft. Wenn er offen ist, prüft Block 322, ob die tatsächliche Drehzahl bei der DEH-Anforderungs-Drehzahl + 7 UpM liegt. Der Zustand "Halte die Drehzahl" wird während jeder Operation des Programms gespeichert. Wenn das Kennzeichen "Halte die Drehzahl" bei 337 gesetzt ist, wird die vorher gespeicherte "gehaltene Geschwindigkeit" bei 338 auf neuesten Stand gebracht. Wenn das Kenn-

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zeichen "Halte die Drehzahl" gesetzt ist, wird die Differenz zwischen diesem Kennzeichen und dem vorher gespeicherten Zustand bei 339 geprüft und bei 340 auf neuesten Stand gebracht. Die zu "überprüfende Drehzahl" wird dann bei 341 gleich der
tatsächlichen Drehzahl gesetzt und das Programm setzt bei sich fort, wie bereits beschrieben.

Nachdem die früher gespeicherte "gehaltene Drehzahl" bei 338 auf neuesten Stand gebracht wurde und die Gültigkeit der HP- und IP-Beanspruchungssignale bei 342 überprüft und als gegeben befunden wurde, werden die Rotor-Beanspruchungs-Programmeingänge überprüft, um die geeignete Rate der Beschleunigung oder Verlangsamung bei Weitbereichs-Drehzahlsteuerung -zu überprüfen sowie die geeignete Lastaufschaltungsrate in MW pro Minute
bei der Laststeuerung (im folgenden noch zu beschreiben). Im Rechnerspeicher ist ein Lastratenindex mit den folgenden Informationen gespeichert:

Raten-Tndex-Nr.	Beschleunxgungs- • rate' UpM/min' ' '	Lastrate • (%· MW/min)
1	50	0,5
2	100	1,0
3	150	1,5
4	200	2,0
5	250	2,5
6	300	3,0
7	350	3,5
8	400	4,0
9	450	4,5
10	500	5,0

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Das Programm PO7 überprüft dann, ob ein Kennzeichen zur Verminderung der Rotor-Beanspruchungsrate (siehe 343), oder zur Erhöhung der Rotor-Beanspruchung (siehe 344) gesetzt ist. Wenn Block 343 bejaht wird, wird der Ratenindex bei 345 überprüft, um festzustellen, ob er sich auf der niedrigsten Beschleunigungs- oder Lastaufschaltungsrate befindet. Falls das Programm P04 nicht anzeigt, daß die Rotor-Beanspruchung entweder vermindert oder erhöht werden sollte, wird ein 3-Minuten-Verminderungs-Zähler bei 346 auf Null gesetzt und ein 3-Minuten-Zeiterhöhungs-Zähler bei 347 ebenfalls auf Null gesetzt. Falls sich der Ratenindex auf der niedrigsten Rate befindet oder gleich 1 ist, wird das Kennzeichen zum Zurückstellen der Zielanforderung bei 348 überprüft. Wenn das Kennzeichen 348 gesetzt ist, wird es bei 349 gelöscht und die gespeicherte Zielanforderung gleich der DEH-Anforderung bei 350 gesetzt, da die Rate nicht niedriger als 1 werden kann. Wenn der Block 348 negativ ist, folgt das Programm bei der Weitbereichs-Drehzahlsteuerung dem bereits beschriebenen und durch die Blöcke 321 bis 326 laufenden Weg. Falls sich der Ratenindex nicht auf seinem niedrigsten Wert befindet, überprüft Block 351, ob der 3-Minuten-Verminderungs-Zeitzähler weniger als 180 s anzeigt. Wenn dies der Fall ist, wird der Zähler bei 352 um eine Sekunde erhöht und das Programm setzt sich durch die bereits beschriebenen Blöcke 348, 349 und 350 fort. Wenn sich der 3-Minuten-Zähler auf seiner maximalen Zeit befindet, wird er bei 353 gleich Null gesetzt. Ebenso wird der Ratenindex um eine "Eins" im Block 354 vermindert, wodurch die Beschleunigungsrate der Turbine bei der Weitbereichs-Drehzahlsteuerung vermindert wird.

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Entsprechend wird die Lastrate der Turbine vermindert, wenn sie sich in der Laststeuerung befindet.

Wenn von dem Programm P04 das Kennzeichen für eine "Rotor-Beanspruchungs-Ratenerhöhung" gesetzt ist, wird der Ratenindex bei 355 überprüft, um festzustellen, ob die Rate gleich der Maximalrate ist oder der Index auf 10 steht. Wenn dies der Fall ist, setzt sich das Programm bei 348 in der bereits beschriebenen Weise fort, weil die Beschleunigungsrate bzw. die Lastrate sich auf ihrem Maximum befindet. Wenn sich die Rate nicht auf ihrem Maximum befindet, wird der 3-Minuten-Zeitanstiegs-Zähler bei 356 geprüft, um festzustellen, ob die Zeit abgelaufen ist. Wenn ddie Zeit nicht abgelaufen ist, wird bei 357 der 3-Minuten-Anstiegs-Zeitzähler um 1 s erhöht. Wenn die Zeit abgelaufen ist, wird der Zähler bei 358 auf Null gesetzt und der Ratenindex um "Eins" bei 359 erhöht.

Somit steuert das Rotor-Beanspruchungs-Steuerungsprogramm P04 die Rate der Beschleunigung oder Verzögerung bei der Drehzahlsteuerung in 3-Minuten-Intervallen. Das Rotor-Beanspruchungs-Steuerungsprogramm P04 steuert die Lastrate der Turbine bei Laststeuerung ebenfalls in 3-Minuten-Intervallen. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist das System derartig strukturiert, daß der Ratenindex beim Index 4 beginnt.

Nachdem der Ratenindex in entsprechenden Blöcken 354 und 359 um eine Eins entweder erniedrigt oder erhöht wurde und nachdem der Zustand des Haupttrenners bei 360 überprüft wurde, wird

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die Beschleunxgungsrate der automatischen Turbinensteuerung bei 361 für Weitbereichs-Drehzahlsteuerung gleich dem Ratenindex gemacht und die Turbinen-Lastrate bei 362 gleich dem Last-Ratenindex gemacht. Wenn der Haupttrenner offen ist, setzt sich das Programm bei Block 348 fort, wie bereits beschrieben.

Wenn man annimmt, daß der Haupt-Schaltkreistrenner geschlossen ist, liefert das Programm eine automatische Erhöhung oder Verminderung oder auch ein automatisches Festhalten der Leistungserhöhung in MW/min der von dem Turbinengenerator erzeugten Leistung. Das Programm beginnt bei 310 und setzt sich bis 315 fort, wenn keine Turbinen-Abschalt-Zustände vorhanden sind und löscht dann bei 370 das Kennzeichen "Halte die Last". Falls irgendwelche» anderen Programme einen Turbinenzustand ermittelt haben, der bei 371 ein "Festhalten" der Last erfordert, wird bei 373 ein Kennzeichen 372 bestimmt. Wenn ein solcher Zustand vorhanden ist, wird ein Kennzeichen "Halte die Last" bei 374 gesetzt. Nachdem bei 375 der Zustand des "Halte den Überspielungs-Meßfühler" überprüft wurde und das zugehörige Kennzeichen bei 376 entweder gesetzt oder nicht gesetzt wurde, wird das Kennzeichen "Halte die Last" bei 377 überprüft. Wenn das Kennzeichen gesetzt ist, wird bei 378 geprüft, ob das Kennzeichen "Halte die Last" gegenüber dem Wert eines vorhergehenden Programmbetriebs gespeicherten Wertes unterschiedlich ist. Wenn das Kennzeichen nicht gesetzt ist, wird bei 379 der gegenwärtige Zustand "Halte die Last" auf neuesten Stand gebracht. Wenn das Kennzeichen "Halte die Last" gegenüber dem gespeicherten vorhergehenden Zustand unterschiedlich ist, wird bei 380

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der gespeicherte vorhergehende Zustand ebenfalls auf neuesten Stand gebracht. Wenn aufgrund des Basis-DEH-Systems das ATC für die Steuerung verantwortlich ist, wie es von 381 festgelegt wird, wird von dem Kennzeichen 382 bestimmt, ob das automatische Ausgabesystem eingeschaltet ist oder nicht. Wenn ATC nicht steuert, kehrt das System lediglich zurück. Wenn das automatische Abgabesystem (ADS) nicht steuert, wird die ge-, speicherte Zielanforderung gleich der ATC-Zielanforderung gesetzt und die Zielanforderungs-Kennzeichnung.für 383 zurückgestellt. Dann wird die ATC-Zielanforderung bei 384 gleich dem DEH-Lastbezug gesetzt. Wenn das Kennzeichen "Halte die Last" gegenüber dem gespeicherten vorhergehenden Wert nicht unterschiedlich ist, setzt sich das Programm bei 321 fort, das den Zustand des Haupttrenners prüft.

Da dieser Programmteil sich lediglich mit der Laststeuerung befaßt, ist der Haupttrenner geschlossen und das Programm prüft, ob das automatische Abgabesystem ADS sich bei 385 in Steuerung befindet. Wenn die Bedienung eine Lastanforderung eingeht, die gleich der DEH-Last ist, wie bei 386 angedeutet, setzt das System ein Kennzeichen 387 "Last ist gleich der Anforderung". Das Kennzeichen 388 "Hohe Belastungsrate" wird für das bereits beschriebene Programm POT gelöscht. Falls das ADS-System steuert,, wird ein Kennzeichen 389 gesetzt _f um die Kennzeichnung "Last gleich der Lastanforöerung" zu löschen.

Nimmt man an, daß kein Kennzeichen "Halte die Last¹¹" gesetzt wurde, überprüft der Block 342 die Gültigkeit der HP- oder

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IP-Beanspruchungsrechnung und die Kennzeichen für entweder die Verminderung oder die Erhöhung der Rotor-Beanspruchungs-Verminderungsrate 343 und 344, wie bereits beschrieben. Das Programm folgt dann den Wegen, die in Verbindung mit der Beschreibung der Blöcke 345 bis 347 und 351 bis 359 in Verbindung mit der Weitbereichs-Drehzahlsteuerung angegeben wurden. Das Programm prüft dann den Zustand des Haupttrenners und der Block 362 setzt die Turbinen-Lastrate gleich dem Lastratenindex, der bei 354 oder 359 entweder vermindert oder erhöht wurde. Die Lastrate der Turbine wird mit der Lastrate des Generators bei 390 verglichen. Wenn die Turbinen-Belastungsrate größer ist, wird die Lastrate der automatischen Turbinensteuerung gleich der Generator-Lastrate bei 391 gesetzt. Wenn die Generator-Lastrate nicht größer als die Turbinen-Lastrate ist, wird die Lastrate der automatischen Turbinensteuerung gleich der Turbinen-Lastrate bei 392 gesetzt. Das Programm setzt sich dann beim Entscheidungsblock 348 in der bereits beschriebenen Weise fort.

Die von dem Programm P07 ausgelösten Bedienungsanzeigen sind die folgenden:

P07M01 = Turbinen-Abschaltung von ATC gefordert

PO7MO2 = Vermindere die Drehzahl zur Verminderung der LP-Schaufel-Überhitzung

PO7MO3 = Halte die Drehzahl, hohe Vibration

PO7MO4 = Halte-Drehzahl verzögert bis auf Z1, Z2 oder Z3

vermindert, um Schaufel-Beschädigung zu vermeiden

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ΡΟ7ΜΟ5 = Rotor-Beanspruchung löst niedrige Verminderungsrate aus

PO7MO6 = Rotor-Beanspruchung löst beschleunigte Raten-Verminderung aus

PO7MO7 = Rotor-Beanspruchung löst niedrige Raten-Erhöhung aus

PO7MO8 = Rotor-Beanspruchung löst schnelle Raten-Erhöhung aus

PO7MO9 = Halte Geschwindigkeit, Meßfühler außer Betrieb, Überspielen erlaubt

PO7MlO = Halte Geschwindigkeit, Turbinen-Alarmzustand

P07M11 = Halte Geschwindigkeit, Generatorsystem-Alarmzustand

PO7M12 = Halte Last, Meßfühler außer Betrieb/ überspielen erlaubt

PO7M13 = Halte Last, Turbinen-Alarmzustand PO7M14 = Halte Last, Generatorsystem-Alarmzustand

In Fig. 13 ist gezeigt, daß ein IP-Turbinenabsehnitt 400 einen Rotor 401 umfaßt, der rotierende Schaufeln 402 besitzt, die so angebracht sind, daß sie relativ zu stationären Schaufeln 403 aufgrund der Antriebskraft von rückerhitztem Dampf sich drehen, der durch Einlasse 404 und eine Kammer 405 eintritt. Der Dampf tritt durch Kammern 406 und Leitungen 407 in Richtung zum Niederdruck-Turbinenabschnitt aus.

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Die stationären Schaufeln 403, die zwischen den rotierenden Schaufeln 402 angeordnet sind, sind an einem Schaufelring 408 befestigt. Die Temperatur des Schaufelringes 408 wird von einem Thermoelement 410 gemessen, das sein Meßende in den Schaufelring 406 erstreckt und dessen äußeres Ende durch das Gehäuse 411 reicht. Das äußere Ende des Thermoelementes 410 ist so ausgeführt, daß es mit dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem verbunden werden kann. Der Rotor 401 besitzt eine Bohrung 412, die sich axial durch ihn erstreckt. Der Teil des Rotors 401, der zwischen den gestrichelten Linien 14-14 liegt, erläutert den Teil des Rotors, für den die Beanspruchungs-Berechnungen gemäß dem erfindungsgemäßen System durchgeführt werden.

In Fig. 14 ist der zwischen den gestrichelten Linien 14-14 der Fig. 13 dargestellte Teil der IP-Turbine in vergrößerter Weise gezeigt, wobei gleiche Teile gleiche Bezugszahlen aufweisen.

In der Teilansicht der Fig. 14 können die rotierenden Schaufeln 402 und 4O2* mit dem Rotor 401 in bekannter Weise befestigt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung werden die Beanspruchungs-Berechnungen für entweder herkömmliche "Seiteneingangs¹*- oder für T-Wurzelgenutete Schaufelbefest igungen beschrieben. Gegenüberliegend einer jeden rotierenden uncl stationären Schaufel 402* und 4O3 von dem IP-Rotor befindet sich ein Axialsegment P, das sich von der Oberfläche des Rotors 401 zur Bohrung 412 radial nach innen erstreckt, welches das Gebiet des Rotors zwischen den Linien 415 und 416

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darstellt, das unterschiedliche Wärmeübergangs-Koeffizienten und Wärmekonduktanzen besitzt/Obwohl nur eine derartige Fläche 415, 416 in Fig. 14 gezeigt ist, kann die gesamte Länge des Rotors in der Weise angesehen werden, daß er imaginär aneinandergrenzende Segmente besitzt, von denen jedes gleichartige Eigenschaften hinsichtlich verschiedener Punkte der Leitfähigkeit und des Wärmeübergangs-Koeffizienten in jedem Segment besitzt.

Zum Beispiel ist der Rotor für das Gebiet der Bohrung, das sich radial an gegenüberliegenden Kanten der Schaufel 402' und 403 nach innen erstreckt, der Wärme von dem Dampf ausgesetzt, der mit einer Rate G axial über die Schaufel 402, und 402' usw. fließt. Ein Teil des Dampfes fließt durch Durchs lasse 420, 421 und 422 um Dichtungsstreifen herum wie 423, die sich radial in engem Abstand zur Umfangsoberfläche 424 des Rotors 401 erstrecken, um eine ausgleichende Dampfdichtung zu bilden.

Aus der Teilansicht der Fig. 14 wird deutlich, daß die Ümfangsoberfläche des IP-Rotors mit Unregelmäßigkeiten bedeckt ist, die auch Nuten unter den Dichtstreifen 423 einschließen, wie auch periphere Erhebungen, die in die Basis der rotierenden Schaufeln 402 und 402' entweder mittels "Seiteneingangs"- oder mittels "TrWurzel"-Konfiguration passen. Wegen dieser Unregelmäßigkeiten, die sich aus dem unterschiedlichen Durchmesser des Rotors an eng aneinanäerliegenden axialen Intervallen ergeben, ist die Wärmekonduktanζ für verschiedene Teile

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'S3.

eines jeden der einzelnen Segmente unterschiedlich, wie z. B. für das, das in dem Gebiet zwischen den Linien 415 und 416 dargestellt ist. Ebenso wählt die Konduktanz K unterschiedliche Wege in den Rotor hinein in jedem der vorgenannten radialen Segmente. Z. B. läuft bei der Konduktanz K-... die Wärme im wesentlichen radial vom Gitterpunkt 1,1 zum Gitterpunkt 2,1 nach innen. Die Wärmekonduktanz K_A2 läuft in einem durch die bezeichnete gestrichelte Linie dargestellten Weg zu einem Punkt 1,2 innerhalb des Rotors 401, wobei dieser Punkt von dem Punkt 1,1 axial entfernt ist. Wärme wird auch längs einem Weg K_A3 in der Schaufel 402' zu einem Gitterpunkt 1,3 geleitet. Der Wärmeübertragungs-Koeffizient EL des zwischen den Dichtstreifen 423 befindlichen Raumes durch die Konduktanz K_A1 ist bis zu 10 mal größer als der Wärmeübertragungs-Koeffizient H₂ durch die Leitwege K_A2 und K_A3· Somit ergibt sich ein im wesentlichen axialer Wärmestrom im Rotor 401 wie auch ein Wärmestrom radial von der Oberfläche des Rotors zur Bohrung 412. Dieser Wärmestrom für jedes der radialen Gebiete 415, 416 des IP-Rotors läuft von dem Gitterpunkt 1,1 zum Gitterpunkt 2,1, wiel der Wärmeübertragungs-Koeffizient des Weges 2,1 am höchsten ist. T_A0 auf dem Weg 420 repräsentiert die tatsächliche Umgebungs-Dampftemperatür und ist eine Funktion des Rückheiz-Dampfeinlasses und des Rückheiz-Dampfaustrittes, nachdem der Dampf den IP-Turbinenabschnitt verläßt. Die Temperatur T_ft2 im Weg 421 gleicht der Temperatur am Gitterpunkt 1,1 und T_AQ. Daher kann die Temperatur T^ _aus ^ erhalten werden, und die Temperatur T_A1 zwischen dem Dichtstreifen 423 ist der Durchschnitt.

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Die zweidimensionale Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung liefert eine größere Genauigkeit bei der Bestimmung der VoIumen-Durchschnitts-Temperatur des Rotors. Es erwies sich als unnötig, die zweidimensionale Berechnung über die Gitterpunkte 2,1 und 2,2 und 2,3 hinaus nach innen fortzusetzen. Wenn der Leitweg tiefer in den Rotor eindringt, können die Berechnungen auf die einzelne radiale Dimension beschränkt werden, statt daß sowohl axial als auch radial gerechnet wird, wobei diese radiale Dimension an die äußeren radialen Teile des Rotors anschließen. Die Berechnungs-Einzelheiten für die verschiedenen Größen, die bei der Echtzeit-Bestimmung der Rotor-Beanspruchung benutzt werden, ergeben sich aus den in Verbindung mit dem Programm P16 verwendeten Formeln.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Betrieb des Turbinenkraftwerks automatisch gesteuert wird vom Abrollen des ümschaltgetriebes bis zum Anlegen der gewünschten Megawatt-Last gemäß dem Echtzeit-Leitungszustand des Kraftwerks, und zwar in der folgenden Weise:

Das Steuerungssystem sorgt für die Speicherung von mehreren Geschwindigkeits-Beschleunigungs- und Lastaufschaltungsraten in dem Rechner. Diese Raten reichen stufenweise von einem vorbestimmten Minimum zu einem vorbestimmten Maximum. Zu bestimmten periodischen Intervallen wählt das System diese Raten gemäß gegenwärtigen und vorhergesagten zukünftigen Kraftwerkszuständen aus. Z. B. kann das System entweder die Belastungsrate auf der gegenwärtigen ausgewählten Rate halten, diese

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Belastungsrate.erniedrigen, bis die gewünschte verminderte Rate ausgewählt ist und dann diese Belastungsrate auf dem verminderten Wert halten oder die Lastaufschaltungsfate auf eine gewünschte Rate erhöhen und diese Rate dann beibehalten.

Beim Anlauf der Turbine, nachdem diese vom Getriebe abgerollt ist, wählt das System eine vorbestimmte Rate aus mehreren gespeicherten Beschleunigungsraten aus, vorausgesetzt, daß die Kraftwerks-Betriebsbedingungen diese zulassen. Das System wählt dann.eine Beanspruchungsgrenze für die HP-Turbine und die IP-Turbine aus, welche Grenze sich für den HP-Rotor abhängig von der Temperatur der HP-Turbine ändern kann, wenn sie von dem Getriebe abgerollt ist und wenn sie sich unter Last befindet. Gleiches gilt für den IP-Rotor, abhängig davon, ob er sich erhitzt oder abkühlt. Die effektive Temperaturdifferenz sowohl für den HP-Rotor als auch für den IP-Rotor wird wiederholt mit entsprechend ausgewählten Grenzen verglichen. Zusätzlich wird die vorweggenommene effektive Temperaturdifferenz für eine vorbestimmte Zeit in der Zukunft zum Vergleich... herangezogen. Abhängig von den Vergleichen sowohl mit dem gegenwärtigen als auch dem dem zukünftigen liefert das System eine Steuerung, zum Halten der Beanspruchung, zur Erhöhung der Beanspruchung oder zur Verminderung der Beanspruchung. Dieser Befehl führt zu einer Rate der Beschleunigung oder Lastaufschaltung, um eine Änderung in der gewünschten Richtung stufenweise vorzunehmen oder um einen Gleichstand zu behalten.

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.te.

Vor der Synchronisierung und beim Erreichen der Wärmeausgleichs-Drehzahl wird die Turbine für eine Zeitperiode auf einer Drehzahl gehalten, die von der berechneten Rotor-Bohrungstemperatur und der tatsächlichen Schaufelring-Temperatur der IP-Turbine abhängt. Das System vergleicht diese Werte periodisch. Wenn beide Temperaturen einen vorbestimmten Wert erreichen, wird dem System ermöglicht, die Drehzahl der Turbine unter den bereits beschriebenen Einschränkungen der HP- und IP-Turbinen-Rotor-Zustände zu erhöhen.

Beim Schließen des Kreis-Trennschalters und nach Anlegen der Anfangslast ändert das System aufgrund der Forderung der Bedienung oder anderer Einrichtungen, die eine elektrische Ziellast fordern, die Lastaufschaltrate periodisch unter den Einschränkungen des HP- und IP-Turbinen-Rotors und der Fähigkeiten des elektrischen Generators.

Kurz gesagt, die Generatoreinschränkungen, die die Lastaufschaltungsrate steuern, umfassen die zulässige maximale Last in MVA sowie die Blindleistung des Generators. Die Leistungskurve des Generators basiert auf dem vorhandenen Wasserstoffdruck sowie der Feststellung, ob der berechnete nacheilende Leistungsfaktor größer als der Leistungsfaktor-Wert der ausgewählten Kurve ist.

Die IP-Rotor-Beanspruchungs-Bestimmung und die Bohrungstemperatur werden zur größe'eren Genauigkeit in zwei Dimensionen berechnet.

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-η.

Selbstverständlich kann statt des beschriebenen programmierten Digxtalcomputers, der eine Zentraleinheit besitzt, auch ein fest verdrahtetes digitales oder analoges System oder auch ein Mikrorechner verwendet werden, um die beschriebenen erfindungsgemäßen Funktionen auszuführen.

' Patentansprüche;

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Liste häufig vorkommender Abkürzungen 2647136

HP high pressure Hochdruck

IP intermediate pressure Mitteldruck

LP low pressure Niederdruck.

TV throttle valve Drosselventil

GV governor valve Regelventil

SV stop valve Stopventil

IV interceptor valve Unterbrechungsventil

PDT throttle valve position Drosselventilpositionsdetector ' messer

PDG governor valve position Regelventilpositionsdetector messer

SP valve position setpoint Ventilpositionseinstellsignal punktsignal

PDI interceptor valve Unterbrechungsventilposition detector positionsmesser

DEH digital electrohydraulic digitales elektrohydraulisches control system Steuerungssystem

ATS automatic turbine start- automatischer Turbinenanlauf up

automatic turbine control automatische Turbinensteuerung

Basisprogramm Unterprogramme Wärmeübergangskonstanten

Umdrehungszahl in Umdrehungen pro Minute

höchstes Ventil des Kondensatordruckes

Zeit in Sekunden-Temperatur Rotor-Nuttiefenfaktor Durchschnitt Differenz

Wärmeleitkonstante; Beanspruchungskonstante

Wärmeübergangskoeffizient Volumen

Segmentzahl

vorausgeschätzt Auslaß

Dampfdurchflußrate

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ATC	- P16
POO	■cg
P01
N

T	rotor
RTR	average
AVG	difference
DIF
C
H
V
L	anticipated
ANTICIP	exhaust
EXH
G

. it

INCR	increase
DECR	decrease
RATED
Present
BP	break point
PF	power factor
MVA

MVAR

RMMVA

PSIG

rated maximum MVA

automatic dispatch system

pounds per square inch gange

Erhöhung Erniedrigung Sollwert gegenwärtig, Ist-Wert Trennpunkt Leistungsfaktor

Megavoltampere (komplexe Leistung)

Megavoltampere reaktiv (Blindleistung) Megawatt (Wirkleistung) maximale Soll-MVA automatisches Abgabesystem

Pfund pro Quadratzoll Überdruck

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Claims (10)

1. a" f e· η f a" n" s ρ r ti' c h e¹ :

   Steuerungssystem zur automatischen Steuerung des Betriebs eines Turbinenkraftwerks, mit einer Dampfturbine mit einem Hochdruck-Turbinenabschnitt und einem Rückheiz-Turbinenabschnitt, einem an die Turbine angekoppelten elektrischen Generator zur Erzeugung von elektrischer Leistung, wenn der Generator an eine Last angeschlossen ist, und mit Dampfeinlaß-Ventileinrichtungen, um den Dampfzufluß zur Turbine zu regeln, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungssystem folgendes umfaßt: Erste Meßeinrichtungen zur Messung der Dampftemperatur an vorbestimmten Stellen innerhalb der Dampfturbine, zweiten Meßeinrichtungen zur Messung der Temperatur von stationären Turbinen-Metallteilen an vorbestimmten Stellen innerhalb der Dampfturbine sowie Recheneinrichtungen mit den folgenden Bauteilen: Von den ersten und zweiten Meßeinrichtungen gesteuerte Einrichtungen zur Erzeugung von Daten, die die thermische Beanspruchung des Hochdruck-Turbinenrotors (20) und des Rückheiz-Turbinenrotors (21) betreffen, Einrichtungen zur Erzeugung eines Signals, das die Beschleunigung der Turbine gemäß den erzeugten Daten hinsichtlich der thermischen Beanspruchung regelt, und Einrichtungen, die von dem Beschleunigungsraten-Signal gesteuert werden, um die Dampfeinlaß-Ventile so zu beeinflussen, daß der Dampfstrom zur Turbine geregelt wird.

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   -MT-
2. 2. System nach Anspruch 1, wobei die Recheneinrichtungen weiterhin gekennzeichnet sind durch Einrichtungen, die von der ersten und zweiten Meßeinrichtung gesteuert werden und Daten erzeugen, die sich auf die angrenzend zur Achse des Rückheiz-Turbinenrotors (21) beziehen und durch Einrichtungen, die von den erzeugten Daten, die sich auf die Temperatur des Rückheiz-Rotors beziehen, in der Weise gesteuert werden, daß ein Signal erzeugt wird, das die Turbine so regelt, daß deren Drehzahl auf einem vorbestimmten Wert zu solchen Zeiten gehalten wird, zu denen die erzeugten Raten auf eine Rückheiztemperatur hinweisen, die unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegen, unabhängig von den hinsichtlich der thermischen Beanspruchung erzeugten Daten, wobei die Halt-Signale der Dampf einlaß-Ventil-Steuerungseinrichtung zugeführt werden, um den Dampfstrom zur Turbine zu regeln.
3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Drehzahl die Wärmeausgleichs-Drehzahl der Turbine ist.
4. 4. System nach Anspruch 3, wobei die Recheneinrichtungen gekennzeichnet sind durch Einrichtungen, die von den zweiten Meßeinrichtungen gesteuert werden, um die Drehzahl der Turbine auf der Wärmeausgleichs-Drehzahl zu solchen Zeiten zu halten, zu denen die Temperatur an einer vorbestimmten Metalltemperaturstelle der Rückheiz-Turbine (21) sich unterhalb einer vorbestimmten Temperatur

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   -VS-

   befindet und durch Einrichtungen, die von der Temperatur der vorbestimmten Metalltemperatur und von der Rückheiz-Rotor-Temperatur gesteuert wird, um ein Signal zur Bes schleunigung der Turbine mit einer vorbestimmten Beschleunigungsrate gemäß den erzeugten Daten zu erzeugen, die sich auf die thermischen Beanspruchungen des Hochdruck-Turbinen-Rotors (20) und des Rückheiz-Turbinen-Rotors (21) beziehen.
5. 5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Temperaturdaten für den Rückheiz-Turbinen-Rotor (21) sich auf die Bohrung (412) des Rotors beziehen.
6. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Rückheiz-Metall-Temperatur die Temperatur des Metalls des Schaufelringes (408) ist.
7. 7. System nach Anspruch 1, wobei die Berechnungseinrichtungen weiterhin gekennzeichnet sind durch Einrichtungen zur Erzeugung von Daten, die sich auf die Leistungsfähigkeit des elektrischen Generators (16) beziehen, durch Einrichtungen zur Erzeugung eines Signals, das die Rate der elektrischen Lastaufschaltung auf den Generator gemäß den erzeugten Daten steuert, die sich auf die thermische Beanspruchung und auf die erzeugten Daten beziehen, die mit der Leistungsfähigkeit des elektrischen Generators

   (16) in Verbindung stehen, sowie durch Einrichtungen zur

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   Steuerung der Belastung des Generators (16) in Übereinstimmung mit dem Lastraten-Regelsignal.
8. 8. System nach Anspruch 5, wobei die die thermischen Beanspruchungsdaten erzeugenden Einrichtungen des Rückheiz-Turbinen-Rotors gekennzeichnet sind durch Einrichtungen zur Erzeugung eines Datenwertes, der sich auf die Volumen-Durchschnittstemperatur des Rückheiz-Rotors (21) beziehen, einschließlich Einrichtungen zur Berechnung der Datenwerte, die sich auf die Temperatur an mehreren, axial im Abstand zueinander im Rotor angeordneten Stellen beziehen, und durch Einrichtungen zur Berechnung der Datenwerte, die sich auf die Temperatur an mehreren radial im Abstand zueinander in der Bohrung (412) beziehen.
9. 9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßeinrichtung die Temperatur des in den Rückheiz-Turbinenabschnitt (21) eintretenden heißen Rückheizdampfes sowie die Temperatur des von diesem Rückheiz-Turbinenabschnitt (21) austretenden Dampfes mißt, und daß die Recheneinheiten folgendes umfassen: Einrichtungen zur Erzeugung von Daten, die sich auf die Temperatur des Umgebungsdampfes an in gegenüberliegenden Seiten von jeder Schaufel eines Paares von angrenzenden rotierenden (402) und stationären (403) Turbinenschaufeln gemäß der gemessenen Dampftemperatur, Einrichtungen zur Erzeugung von Daten, die sich auf die Temperatur des Umgebungsdampfes einer Stelle beziehen, die zwischen den Umgebungs-Dampf-

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   temperaturen liegt, die für einander gegenüberliegende Seiten der stationären Schaufeln zwischen den Dichtstreifen und der Oberfläche des Rotors (401) liegt, sowie Einrichtungen zur Erzeugung von Daten, die sich auf die Temperatur von mehreren Stellen innerhalb der Rotormasse beziehen, die axial zu zumindest zwei der Stellen liegen, die radial hinsichtlich angrenzenden stationären und rotierenden Schaufeln (403, 402) ausgerichtet sind.
10. 10. System nach Anspruch 7, wobei die Recheneinrichtungen gekennzeichnet sind durch Einrichtungen zur Steuerung der Generator-Lastaufschaltungs-Steuerungseinrichtungen, um die Last selektiv auf der gegenwärtigen Erzeugungsrate zu halten, die Erzeugungsrate zu erhöhen oder die Erzeugungsrate zu vermindern, durch Einrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Signales, um die Turbinen-Rotor-Beanspruchungsrate selektiv zu vermindern, zu erhöhen oder auf dem gegenwärtigen Wert zu halten, Einrichtungen zur Erzeugung von Datenwerten, die sich auf die gegenwärtige und die vorweggenommene thermische Beanspruchung des Hochdruck-Turbinen-Rotors (20) und des Rückheiz-Turbinen-Rotors (21) beziehen, durch Einrichtungen zur Erzeugung von Datenwerten, die sich auf die Reaktivitätsleistung des elektrischen Generators (16) beziehen, sowie durch Einrichtungen, die von den Daten der Reaktivitäts-Lastfähigkeit sowie den thermischen Beanspruchungsdaten beeinflußt werden, um die Generator-Lastaufschaltungs-Steuerungseinrichtungen zu beeinflussen.

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