EP1319117A1

EP1319117A1 - Verfahren zur regelung einer dampfturbine und dampfturbine

Info

Publication number: EP1319117A1
Application number: EP01983470A
Authority: EP
Inventors: Heinrich Oeynhausen; Richard Steinborn; Heribert Werthes
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP2004518050A; DE50115502D1; EP1319117B1; CN100335751C; EP1191190A1; ES2344591T3; JP4695822B2; WO2002025067A1; CN1461374A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine (1), bei dem Dampf der Dampfturbine (1) über mindestens drei Ventile zugeführt wird, wobei eines der Ventile als ein Regelventil (9, 11) geregelt und mindestens zwei Ventile als Steuerventile (13, 15) gesteuert werden.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine und Dampfturbine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine, bei dem Dampf der Dampfturbine über mindestens drei Ventile zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Dampfturbine mit einer Ventilgruppe zur Regelung des Dampfeinlasses .

Ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine geht hervor aus dem Artikel "Praxisgerechte Auslegung von Drehzahl und Leistungsreglern für Dampfturbinen" von Johannes Dastych und Heinz Unbehauen, Martin Bennauer und Heribert Werthes, ATP 41(1999), Heft 5. Eine Dampfturbine wird nach Drehzahl oder Leistung geregelt. Der Regelkreis für Drehzahl und Leistung gemäß Bild 2 besteht aus Funktionsblöcken wie Drehzahl- / Leistungsregler (D-/LR) , Frischdampf-Stellventil (FD-STV) , Abfangstellventil (AF-STV) , Dampferzeuger (DE) und Turbine (T) sowie elementaren Blocken, wie z.B. Konstante, Rampe und

Sprungfunktion für die Eingangssignale. Zur Bereitstellung elektrischer Leistung wird der Turbosatz mit Dampf aus einem Dampferzeuger versorgt, wobei die Dampfzufuhr über Stellventile so geregelt wird, dass die notwendige Leistung zur Ver- fügung steht. Die Regelung der Drehzahl und der Leistung erfolgt über einen gemeinsamen Drehzahl-/Leistungsregler sowohl für den Lastbetrieb mit wählbarer Statik als auch zur Regelung der Drehzahl bei Leerlauf. Das Ausgangssignal des Drehzahl-/Leistungsreglers wirkt auf die Frischdampf- und Abfang- stellventile. Eine solche Regelung einer Dampfturbine erfordert einen sehr komplexen Regelkreis sowie Stellventile, die eine hinreichend schnelle Regelung gestatten. Bisher werden ausschließlich hydraulisch angetriebene Stellventeile zur Dampfeinlassregelung verwendet, da nur über einen solchen hydraulischen Antrieb eine hinreichend schnelle Einstellung des Ventilhubs möglich ist. ω ω r-υ r H¹

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einen bestimmten Wert ihres Ventilhubs eingestellt. Die Beibehaltung eines Regeldifferenzwertes von etwa Null wird von einem, gegebenenfalls auch mehreren, Regelventilen übernommen. Somit können mindestens zwei Regelventile durch sehr viel einfachere Steuerventile ersetzt werden, wodurch der Regelkreis erheblich vereinfacht wird.

A) Bevorzugt werden die Steuerventile elektromotorisch angetrieben. Ein elektromotorischer Antrieb bietet gegenüber ei- nem etwa elektrohydraulischen Antrieb erhebliche Kostenvorteile. Darüber hinaus verringert sich das Brandrisiko durch den Wegfall von Hydrauliköl. Durch die Übernahme der Feinregelung mittels des Regelventils genügt auch die geringere Stelldynamik bei dem elektromotorischen Antrieb für den Ein- satz im Regelprozess .

B) Bevorzugt werden zwei Regelventile und zwei Steuerventile verwendet. Üblicherweise kommen bei Regelprozessen in der Dampfturbine vier Ventile zum Einsatz. Grundsätzlich genügt nach dem neuen Regelkonzept ein Regelventil, das mit drei

Steuerventilen zusammenarbeitet. Hinsichtlich einer verbesserten Verfügbarkeit ist es jedoch vorteilhaft, zwei Regelventile und zwei Steuerventile zu verwenden.

C) Vorzugsweise wird das Verfahren bei einer Leistungsaufnahme der Dampfturbine so gestaltet, dass zunächst das Regelventil öffnet und bei Überschreiten eines festgelegten ersten Wertes eines für die Regelung des Regelventils verwendeten Reglerausgangssignals und bei Vorliegen einer positiven Re- geldifferenz eines der Steuerventile öffnet. Weiter bevorzugt liegt der erste Wert etwa bei einem Viertel des maximalen Reglerausgangssignals. Die positive Regeldifferenz zeigt an, dass der gewünschte Wert für die Leistung oder auch die Drehzahl noch nicht erreicht ist.

D) Weiter bevorzugt öffnet beim Überschreiten eines zweiten Wertes des Reglerausgangssignals und bei Vorliegen einer po- sitiven Regeldifferenz das zweite Regelventil. Der zweite Wert des Reglerausgangssignals ist dabei größer als der erste Wert des Reglerausgangssignals. Es wird somit eine weitere Stufe bei der Leistungsaufnahme erreicht, bei der das dritte Ventil, und zwar das zweite Regelventil, zugeschaltet wird. Der zweite Wert des Reglerausgangssignals liegt dabei weiter bevorzugt bei etwa der Hälfte des maximalen Werts des Reglerausgangssignals .

E) Vorzugsweise öffnet bei Überschreiten eines dritten Wertes des Reglerausgangssignals und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz das zweite Steuerventil. Der dritte Wert des Reglerausgangssignals liegt dabei über dem Wert des zweiten Wertes des Reglerausgangssignals. Es wird somit eine weitere Stufe bei der Leistungsaufnahme der Dampfturbine erreicht, bei der das zweite Steuerventil zugeschaltet wird. Bei einem Reglerausgangssignal von 100% sind alle Ventile vollständig geöffnet.

F) Vorzugsweise wird eine Schließgeschwindigkeit jedes der

Steuerventile abhängig von der jeweils vorliegenden Größe der Regeldifferenz eingestellt. Die Regeldifferenz gibt, wie ausgeführt, den Unterschied zwischen dem Soll- und dem Istwert der Drehzahl oder der Leistung der Dampfturbine an. Bei einer großen Regeldifferenz werden die Steuerventile mit einer großen Geschwindigkeit in ihre Sollstellung gefahren. Bei einer kleineren Regeldifferenz genügt eine kleinere Stellgeschwindigkeit. Für die elektromotorischen Antriebe kann insbesondere ein Frequenzumrichter abhängig vom Vorzeichen der Regeldifferenz die Stellrichtung für die Regelventile vorgeben.

Die Ausgestaltungen nach den Punkten A bis F können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.

Die auf eine Dampfturbine gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Angabe einer Dampfturbine mit einer Ven- tilgruppe zur Regelung des Dampfeinlasses, welche Ventilgruppe ein Regelventil und mindestens zwei Steuerventile umfaßt.

Die Vorteile einer solchen Dampfturbine ergeben sich entsprechend den obigen Ausführungen zu den Vorteilen des Verfahrens zur Regelung einer Dampfturbine .

Vorzugsweise weisen die Steuerventile einen elektromotori- sehen Antrieb auf.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:

FIG 1 eine Dampfturbinenanlage,

FIG 2 einen Satz von Dampfeinlaßventilen mit zugehöriger Regelungsbeschaltung und

FIG 3 eine Kennliniendarstellung für die DampfeinlaßVentile.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.

Figur 1 zeigt schematisch eine Dampfturbinenanlage. Einer Dampfturbine 1 wird Dampf aus einem Dampferzeuger 3 über die Zufuhrleitung 5 zugeführt. In die Zufuhrleitung 5 ist eine Ventilgruppe 7 eingebaut. Die Ventilgruppe 7 umfaßt ein ers- tes Regelventil 9 und ein zweites Regelventil 11. Die Ventilgruppe 7 umfaßt weiter ein erstes Steuerventil 13 und ein zweites Steuerventil 15. Über die Ventilgruppe 7 wird die in die Dampfturbine 1 eingeleitete Dampfmenge geregelt. Dies geschieht in Abhängigkeit von der für die Dampfturbine 1 ge- wünschte Leistung oder Drehzahl. Dies wird näher anhand der Figuren 2 und 3 erläutert. Figur 2 zeigt die Ventilgruppe 7 aus Figur 1 mit der zugehörigen Regelungsbeschaltung. Ein Regler 21 erzeugt abhängig vom Istwert der Drehzahl oder Leistung und dem Sollwert der Drehzahl oder Leistung ein Reglerausgangssignal kennzeichnend für eine Regeldifferenz. Das Reglerausgangssignal wird einem ersten Servoverstärker 23 des ersten Regelventils 9 zugeleitet. Das Reglerausgangssignal wird auch einem zweiten Servoverstärker 27 des zweiten Regelventils 11 zugeleitet. Das Reglerausgangssignal wird auch einem ersten Frequenzumrichter 25 des ersten Steuerventils 13 zugeleitet. Das Reglerausgangssignal wird auch einem zweiten Frequenzumrichter 29 des zweiten Steuerventils 15 zugeleitet. Das Regelungsverfahren wird näher anhand von Figur 3 beschrieben.

Figur 3 zeigt in einem Diagramm beispielhaft den Ventilhub jedes der Ventile 9, 11, 13, 15 in Abhängigkeit vom Reglerausgangssignal. Die Angaben sind in Prozent vom jeweiligen Maximalwert dargestellt. Die Kennlinie 9K gibt den Verlauf des Ventilhubs 33 des ersten Reglerventils 9 in Abhängigkeit vom Reglerausgangssignal 31 an. Die Kennlinie 13K gibt die entsprechende Kennlinie für das erste Steuerventil 13 an. Die Kennlinie 11K gibt die entsprechende Kennlinie für das zweite Regelventil 11 an. Die Kennlinie 15K gibt die entsprechende Kennlinie für das zweite Steuerventil 15 an. Das erste Regel- ventil 9 öffnet proportional zur Größe des Reglerausgangssignals 31. Bei einem Wert von 22,5% des Reglerausgangssignals 31 öffnet das erste Steuerventil 13. Bei einem Wert von 47,5% des Reglerausgangssignals 31 ist der Ventilhub 33 für das erste Regelventil 9 und für das erste Steuerventil 13 bei 100%. Ab diesem Punkt öffnet sich das zweite Regelventil 11. Bei einem Wert von 72,5% wird schließlich das zweite Steuerventil 15 zugeschaltet. Bei einem Wert von 100% des Reglerausgangssignals 31 sind alle Ventile 9, 11, 13, 15 vollständig geöffnet. Das Anfahren, Hochfahren auf Nenndrehzahl und die Synchronisierung erfolgt mit dem ersten Regelventil 9. Die Größe der Regeldifferenz bestimmt die Öffnungsgeschwindigkeit der Steuerventile 13, 15. Bei Lastabwürfen kommt es zu einer negativen Regeldifferenz. Die Größe der Negativ-Regeldifferenz bestimmt die Schließgeschwindigkeit der Steuerventile. Aufgrund der geringeren Stelldynamik der Steuerventile, die im gezeigten Beispiel elektromotorisch angetrieben werden, kann der Ansprechwert für einen Schaltvorgang "Schließen" bei Lastabwurf für die Regelventile 9, 11 und die Steuerventile 13, 15 unterschiedlich sein.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine (1), bei dem Dampf der Dampfturbine (1) über mindestens drei Ven- tile (9, 11, 13, 15) zugeführt wird, wobei eines der Ventile (9, 11) als ein Regelventil geregelt und mindestens zwei Ventile (13, 15) als Steuerventile gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Steuerventile (13, 15) elektromotorisch angetrieben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwei Regelventile (9, 11) und zwei Steuerventile (13, 15) verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für eine Leistungsaufnahme der Dampfturbine (1) zunächst das Regelventil (9, 11) öffnet und bei Überschreiten eines festgelegten ersten Wertes eines für die Regelung des Regelventils (9,11) verwendeten Reglerausgangssignals (31) und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz eines der Steuerventile (13,15) öffnet.

5. Verfahren nach Anspruch 4 und 3, bei dem bei Überschreiten eines zweiten Wertes des Reglerausgangssignals (31) und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz das zweite Regelventil (11) öffnet.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 3, bei dem bei Überschreiten eines dritten Wertes des Reglerausgangssignals (31) und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz das zweite Steuerventil (15) öffnet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Schliessgeschwindigkeit jedes der Steuerventile (13, 15) abhängig von der jeweils vorliegenden Größe der Regeldifferenz eingestellt wird.

8. Dampfturbine (1) mit einer Ventilgruppe (7) zur Regelung des Dampfeinlasses, welche Ventilgruppe (7) ein Regelventil

(9, 11) und mindestens zwei Steuerventile (13, 15) umfasst.

9. Dampfturbine (1) nach Anspruch 8, bei der die Steuerventile (13, 15) einen elektromotorischen Antrieb aufweisen.