EP2848771A1

EP2848771A1 - Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer Einwellenanlage

Info

Publication number: EP2848771A1
Application number: EP13184814.5A
Authority: EP
Inventors: Martin Ophey; Thorsten Engler; Susanne Haas; Andreas Pahl; Marian-Peter Pieczyk; Martin Stapper; David Veltmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-03-18
Also published as: WO2015039908A2; EP3022402B1; WO2015039908A3; KR101834098B1; EP3022402A2; KR20160042448A; PL3022402T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine (2) und eine Dampfturbine (3) aufweisenden Einwellenanlage (1) mit den Schritten: b) Betreiben der Einwellenanlage (1) derart, dass kein Dampf in die Dampfturbine (3) geleitet wird und die Gasturbine (2) die Dampfturbine (3) antreibt; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Gasturbine (2) eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die Drehzahl der Einwellenanlage (1) eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Einwellenanlage (1) die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer Einwellenanlage.
Bei einer Einwellenanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie sind eine Gasturbine, eine Dampfturbine und ein Generator auf einem gemeinsamen Strang angeordnet. Im Normalbetrieb der Einwellenanlage wird die elektrische Energie in ein elektrisches Netz eingespeist und der Strang rotiert mit einer Drehzahl, die der Nenndrehzahl der Einwellenanlage entspricht, wie beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz. Bei einem Störfall, insbesondere bei einem Abfall der an dem Generator angeschlossenen elektrischen Last, kann die Drehzahl auf Werte oberhalb der Nenndrehzahl ansteigen. Wenn die Drehzahl eine kritische Drehzahl erreicht, wird die Einwellenanlage mechanisch und thermisch übermäßig belastet, was in einer Verkürzung der Lebensdauer der Einwellenanlage resultiert.
Bei Erreichen einer Grenzwertdrehzahl greift eine Überdrehzahlschutzeinrichtung, die ein weiteres Ansteigen der Drehzahl des Strangs unterbindet, wobei die Grenzwertdrehzahl herkömmlich derart gewählt wird, dass sie zwischen der Nenndrehzahl und der kritischen Drehzahl liegt. Herkömmlich wird die Überdrehzahlschutzeinrichtung überprüft, indem die Einwellenanlage in einem Testbetrieb betrieben wird, bei dem die Grenzwertdrehzahl gegenüber der Grenzwertdrehzahl im Normalbetrieb abgesenkt wird, um dadurch während des Testbetriebs eine übermäßige Belastung der Einwellenanlage zu vermeiden.
Wünschenswert wäre es jedoch im Testbetrieb die gleiche Grenzwertdrehzahl wie im Normalbetrieb zu verwenden. Ein solcher Test ist zudem in einigen Ländern, wie beispielsweise in Südkorea, zwingend vorgeschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer Einwellenanlage zu schaffen, wobei das Verfahren nicht zu einer übermäßigen Belastung der Einwellenanlage führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine und eine Dampfturbine aufweisenden Einwellenanlage weist die Schritte auf: b) Betreiben der Einwellenanlage derart, dass kein Dampf in die Dampfturbine geleitet wird und die Gasturbine die Dampfturbine antreibt; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Gasturbine eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die Drehzahl der Einwellenanlage eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Einwellenanlage die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Indem kein Dampf in die Dampfturbine geleitet wird, ist die thermische Belastung der Dampfturbine während des Prüfens der Überdrehzahlschutzeinrichtung gering, wodurch die Einwellenanlage eine lange Lebensdauer hat. Zudem ist das Verfahren einfach durchführbar, weil zum Erreichen der Dampfturbinengrenzwertdrehzahl lediglich der Massenstrom des in die Gasturbine eingeleiteten Brennstoffs geregelt wird.
Bevorzugt wird das Verfahren mit den Schritten durchgeführt: e) Erhöhen des Massenstroms des in die Gasturbine eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die Drehzahl der Einwellenanlage eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Einwellenanlage die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Indem die Gasturbinengrenzwertdrehzahl höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, kann somit das Prüfen des zweiten Überdrehzahlschutzes nach erfolgter Prüfung des ersten Überdrehzahlschutzes und unabhängig von dieser Prüfung durchgeführt werden.
Das Verfahren weist bevorzugt den Schritt auf: a) Evakuieren der Dampfturbine. Befindet sich während des Prüfens der Überdrehzahlschutzeinrichtung ein Gas in Dampfturbine, so wird dieses von dem Rotor der Dampfturbine in Bewegung gesetzt, was in einer Freisetzung einer sogenannten Ventilationswärme resultiert. Die Ventilationswärme kann zu einer starken thermischen Belastung der Dampfturbine führen, wobei die starke thermische Belastung zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Dampfturbine führt. Indem die Dampfturbine evakuiert wird, wird die Bildung der Ventilationswärme vorteilhaft unterbunden, wodurch die Lebensdauer der Dampfturbine der Einwellenanlage lang ist.
Die Einwellenanlage weist bevorzugt einen Generator auf, an dem keine elektrische Last angeschlossen ist. Indem die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl und die Gasturbinengrenzwertdrehzahl durch Erhöhen des Massenstroms des Brennstoffs und/oder des Dampfs erreicht wird und nicht etwa durch ein Abwerfen der elektrischen Last, können die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl und die Gasturbinengrenzwertdrehzahl vorteilhaft langsam angefahren werden und eine kritische Drehzahl der Einwellenanlage vorteilhaft vermieden werden. Dadurch kann eine übermäßige mechanische und thermische Belastung der Einwellenanlage während des Prüfens der Überdrehzahlschutzeinrichtung vermieden werden, wodurch die Lebensdauer der Einwellenanlage lang ist. Die übermäßige Belastung kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren selbst dann vermieden werden, wenn für die Gasturbinengrenzwertdrehzahl und die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl die gleichen Grenzwertdrehzahlen wie im Normalbetrieb der Einwellenanlage eingesetzt werden.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnung das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Ansicht einer Einwellenanlage.
Wie es aus der Figur ersichtlich ist, weist eine Einwellenanlage 1 eine Gasturbine 2, eine Dampfturbine 3 und einen elektrischen Generator 4 auf. Die Gasturbine 2 und die Dampfturbine 4 dienen zur Erzeugung von Rotationsenergie, wobei die Rotationsenergie in dem Generator 4 in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Generator 4 ist zwischen der Gasturbine 2 und der Dampfturbine 3 angeordnet. Die Gasturbine 2 weist eine Gasturbinenwelle 5 und die Dampfturbine 3 weist eine Dampfturbinenwelle 6 auf. In der Figur ist dargestellt, dass der Generator 4 und die Gasturbine 2 zusammen auf der Dampfturbinenwelle 6 angeordnet sind. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass für den Generator 4 eine separate Generatorwelle vorgesehen wird, die mittels einer Kupplung an die Gasturbinenwelle 5 gekuppelt ist.
Die Figur zeigt, dass die Dampfturbinenwelle 6 mittels einer Kupplung 7 mit der Gasturbinenwelle 5 verbunden. Für den Normalbetrieb ist die Kupplung 7 derart eingerichtet, dass die Kupplung 7 einkuppelt, sobald die Dampfturbine 3 die Gasturbine 2 überholt, und auskuppelt, wenn die Drehzahl der Dampfturbine 3 kleiner als die der Gasturbine 2 ist. Die Kupplung 7 kann beispielsweise eine SSS-Kupplung sein. Ausgehend davon wird in einem Testbetrieb zum Prüfen der Überdrehzahleinrichtung die Kupplung 7 derart verändert, dass die Gasturbine 2 die Dampfturbine 3 antreiben kann, so dass die Gasturbine 2 und die Dampfturbine 3 mit der gleichen Drehzahl drehen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kupplung 7 mechanisch blockiert wird. Alternativ ist denkbar, dass für den Testbetrieb die Kupplung 7 ausgebaut wird und durch eine Zwischenwelle ersetzt wird, mittels der die Gasturbinenwelle 5 und die Dampfturbinenwelle 6 fest miteinander verbunden werden.
Um ein Ansteigen der Drehzahl der Einwellenanlage 1 auf einen kritischen Wert zu vermeiden, weist die Einwellenanlage 1 eine Überdrehzahlschutzeinrichtung auf. Die Überdrehzahlschutzeinrichtung ist dabei derart eingerichtet, dass ein erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Dampfturbine 3 eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, und ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Gasturbine 2 eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht. Bei einem Auslösen des zweiten Überdrehzahlschutzes kann der Massenstrom des Brennstoffs und/oder der Massenstrom des Dampfs unterbrochen werden.
Wenn die Gasturbine 2 und die Dampfturbine 3 bei ihrer Nenndrehzahl rotieren, kann durch Schließen eines Schalters 9 ein elektrischer Verbraucher 10 an einen elektrischen Anschluss 8 des Generators 4 angeschlossen werden. Der Stromverbrauch des Verbrauchers 10 entspricht einer an den Generator 4 angeschlossenen elektrischen Last. Durch Öffnen des Schalters 9 wird sichergestellt, dass während des Prüfens der Überdrehzahlschutzeinrichtung keine elektrische Last an dem Generator 4 angeschlossen ist.
Anhand eines Beispiels wird im Folgenden das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Beispielhaft wird das Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine 2, eine Dampfturbine 3 und einen Generator 4, an dem keine elektrische Last angeschlossen ist, aufweisenden Einwellenanlage 1 mit den Schritten durchgeführt: a) Evakuieren der Dampfturbine 3; a1) Einrücken der Kupplung; b) Betreiben der Einwellenanlage 1 derart, dass kein Dampf in die Dampfturbine 3 geleitet wird und das Vakuum in der Dampfturbine 3 aufrecht erhalten wird sowie die Gasturbine 2 die Dampfturbine 3 antreibt, so dass die Gasturbine 2 und die Dampfturbine 3 mit der gleichen Drehzahl rotieren; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Gasturbine 2 eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die Drehzahl der Einwellenanlage 1 eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Einwellenanlage 1 die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. e) Erhöhen des Massenstroms des in die Gasturbine 2 eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die Drehzahl der Einwellenanlage 1 eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Einwellenanlage 1 die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.
Dabei kann die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl 106 bis 108 % der Nenndrehzahl betragen und die Gasturbinengrenzwertdrehzahl 0,1 bis 0,5 % größer als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl sein.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine (2) und eine Dampfturbine (3) aufweisenden Einwellenanlage (1) mit den Schritten:
b) Betreiben der Einwellenanlage (1) derart, dass kein Dampf in die Dampfturbine (3) geleitet wird und die Gasturbine (2) die Dampfturbine (3) antreibt;

c) Erhöhen des Massenstroms des in die Gasturbine (2) eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die Drehzahl der Einwellenanlage (1) eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Einwellenanlage (1) die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht;

d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1,
mit den Schritten:
e) Erhöhen des Massenstroms des in die Gasturbine (2) eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die Drehzahl der Einwellenanlage (1) eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Einwellenanlage (1) die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht;

f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2,
mit dem Schritt:
a) Evakuieren der Dampfturbine (3).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Einwellenanlage (1) einen Generator (4) aufweist, an dem keine elektrische Last angeschlossen ist.