EP2848775A1 - Method for testing an overspeed protection system of a single-shaft system - Google Patents

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EP2848775A1
EP2848775A1 EP13184828.5A EP13184828A EP2848775A1 EP 2848775 A1 EP2848775 A1 EP 2848775A1 EP 13184828 A EP13184828 A EP 13184828A EP 2848775 A1 EP2848775 A1 EP 2848775A1
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EP
European Patent Office
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speed
steam turbine
gas turbine
overspeed protection
turbine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13184828.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Ophey
Thorsten Engler
Susanne Haas
Andreas Pahl
Marian-Peter Pieczyk
Martin Stapper
David Veltmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to PL14766939T priority patent/PL3022401T3/en
Priority to PCT/EP2014/069067 priority patent/WO2015039907A2/en
Priority to EP14766939.4A priority patent/EP3022401B1/en
Priority to KR1020167009642A priority patent/KR101849864B1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/02—Shutting-down responsive to overspeed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring

Definitions

  • the invention relates to a method for testing an overspeed protection device of a single-shaft system.
  • a gas turbine, a steam turbine and a generator are arranged on a common strand.
  • the electrical energy is fed into an electrical network and the strand rotates at a speed corresponding to the rated speed of the single-shaft system, such as 50 Hz or 60 Hz.
  • the speed may increase to levels above the rated speed.
  • the single-shaft system is mechanically and thermally loaded excessively, resulting in a shortening of the life of the single-shaft system.
  • an overspeed protection device prevents further increase in the speed of the train, the limit speed being conventionally selected to be between the rated speed and the critical speed.
  • the overspeed protection device is checked by operating the single-shaft system in a test mode in which the threshold speed is lowered from the threshold speed during normal operation to thereby avoid excessive load on the single-shaft system during test operation.
  • test mode it would be desirable in test mode to use the same limit speed as in normal operation.
  • testing is compulsory in some countries, such as South Korea.
  • the object of the invention is to provide a method for testing an overspeed protection device of a single-shaft system, wherein the method does not lead to an excessive load on the single-shaft system.
  • the inventive method for testing an overspeed protection device of a gas turbine and a steam turbine having Einwellenstrom having a coupling, by means of which the steam turbine can be coupled to the single-shaft system comprises the steps of: a) disengagement of the clutch; b) operating the gas turbine and the steam turbine at their rated speed; c) increasing the mass flow of steam introduced into the steam turbine such that the speed of the steam turbine reaches a steam turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged to initiate a first overspeed protection when the speed of the steam turbine reaches the steam turbine limit speed; d) Check if the first overspeed protection is triggered.
  • the disengagement of the clutch can be done by the clutch mechanically rebuilt or removed at standstill of the single-shaft system.
  • the coupling is hydraulically or electrically disengaged.
  • the steam turbine can advantageously rotate at a higher speed than the gas turbine.
  • the gas turbine can rotate at such a low rotational speed that the gas turbine is not excessively loaded, as a result of which a long service life of the gas turbine can be achieved with the method according to the invention.
  • the steam turbine is not coupled to the generator, so that any possible discharge of an electrical load connected to the generator will not result in an increase in the speed of the steam turbine.
  • the steam turbine limit speed is achieved by increasing the mass flow of steam introduced into the steam turbine can the steam turbine limit speed are approached slowly, whereby a critical speed, which would lead to an excessive load on the steam turbine, can be advantageously avoided.
  • the critical speed of the steam turbine can be avoided even if, when testing the overspeed protection device, the same steam turbine limit speed as in normal operation of the single-shaft system is used.
  • the method is preferably performed with the step: d1) interrupting the mass flow of steam introduced into the steam turbine in the event that the first overspeed protection is triggered. Because the clutch is disengaged, interrupting the mass flow does not affect the gas turbine, which thus operates independently of the steam turbine during testing of the overspeed protection device.
  • the method comprises the steps of: e) increasing the speed of the gas turbine such that the speed of the gas turbine reaches a gas turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged to initiate a second overspeed protection when the speed of the gas turbine reaches the gas turbine limit speed; f) Check if the second overspeed protection is triggered.
  • the first and second overspeed protection can be independently tested.
  • the gas turbine limit speed and the steam turbine limit speed may be independently selected. Thus, it is possible to select the gas turbine limit speed greater than, equal to or less than the steam turbine limit speed.
  • the single-shaft system has a generator to which an electrical load is connected and step e) is carried out by dropping the electrical load.
  • step e) is preferably carried out by increasing the mass flow of the fuel introduced in the gas turbine.
  • an electrical load is connected to the generator, which is selected so low that after a drop in the load, the speed of the gas turbine increases so that it remains below the Gasturbinengrenzwertfitiere, and step e) by increasing the mass flow of in Gas turbine introduced fuel takes place. If the gas turbine limit value is reached by increasing the mass flow of the fuel, then the gas turbine limit value can be approached slowly, whereby the achievement of a critical speed, which would lead to an excessive load on the gas turbine, is advantageously prevented. The critical speed of the gas turbine can be avoided even if the same Gasurbinengrenzwertfitiere is used as in normal operation of the single-shaft system when testing the overspeed protection device.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a single-shaft system.
  • a single-shaft system 1 has a gas turbine 2, a steam turbine 3 and an electric generator 4.
  • the gas turbine 2 and the steam turbine 3 are used to generate rotational energy, wherein the rotational energy is converted in the generator 4 into electrical energy.
  • the generator 4 is arranged between the gas turbine 2 and the steam turbine 3.
  • the gas turbine 2 has a gas turbine shaft 5 and the steam turbine 3 has a steam turbine shaft 6.
  • the generator 4 and the gas turbine 2 are arranged together on the steam turbine shaft 5.
  • a separate generator shaft is provided for the generator 4, which is coupled by means of a coupling to the gas turbine shaft 5.
  • the single-shaft system 1 also has a coupling 7, by means of which the steam turbine shaft 6 can be coupled to the gas turbine shaft 5.
  • the single-shaft system 1 has an overspeed protection device.
  • the overspeed protection device is configured such that a first overspeed protection is triggered when the speed of the steam turbine 3 reaches a steam turbine limit speed, and a second overspeed protection is triggered when the speed of the gas turbine 2 reaches a Gasurbinengrenzwertfitiere.
  • the gas turbine limit speed may be less than, equal to, or greater than the steam turbine limit speed.
  • the clutch 7 is disengaged so that the gas turbine 2 and the steam turbine 3 can rotate independently of each other.
  • the disengagement of the clutch 7 can be done by a mechanical conversion or removal of the clutch 7.
  • the disengagement of the clutch 7 can take place by means of an electric motor or hydraulically.
  • an electrical load 10 can be connected to an electrical terminal 8 of the generator 4.
  • the power consumption of the consumer 10 corresponds to an electrical load connected to the generator 4. If now the load connected to the generator 4 drops without the mass flow of the fuel introduced into the gas turbine 2 being lowered, this leads to an increase in the rotational speed of the gas turbine 2. In order to accelerate the gas turbine 2 to the gas turbine limit value, it can be opened by opening the gas turbine Switch 9 the electrical load to be dropped.
  • the method for testing an overspeed protection device of a gas turbine 2, a generator 4, to which no electric load is connected, and a steam turbine 3 having single-shaft system 1, which has a clutch 7, by means of the steam turbine 3 to the single-shaft system 1 can be coupled, with the steps carried out: a) disengagement of the clutch 7 by an expansion of the clutch 7; b) operating the gas turbine 2 and the steam turbine 3 at their rated speed; c) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine 3 such that the speed of the steam turbine 3 reaches a steam turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged to initiate a first overspeed protection as soon as the speed of the steam turbine 3 reaches the steam turbine limit speed; d) Check if the first overspeed protection is triggered; d1) interrupting the mass flow of the steam introduced into the steam turbine 3 in the event that the first overspeed protection is triggered; e) increasing the speed of the gas turbine 2 such that the speed of the gas turbine 2 reaches a gas turbine limit speed equal
  • the method for testing an overspeed protection device of a gas turbine 2, a generator 4 to which an electrical load is connected, and a single-shaft system 1 having a steam turbine 3, which has a clutch 7, by means of the steam turbine 3 to the single-shaft system 1 can be coupled, carried out with the steps: a) disengaging the clutch 7; b) operating the gas turbine 2 at its rated speed and with the generator 4 connected electrical load and the steam turbine 3 at their rated speed; c) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine 3 such that the speed of the steam turbine 3 reaches a steam turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged to initiate a first overspeed protection as soon as the speed of the steam turbine 3 reaches the steam turbine limit speed; d) Check if the first overspeed protection is triggered; d1) interrupting the mass flow of the steam introduced into the steam turbine 3 in the event that the first overspeed protection is triggered; e) increasing the speed of the gas turbine 2 by dropping the electrical load by opening the switch 9
  • the steam turbine limit speed may be 104% to 107% of the rated speed and the gas turbine limit speed may be equal to the steam turbine limit speed.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine (2), einen Generator (4) und eine Dampfturbine (3) aufweisenden Einwellenanlage (1), die eine Kupplung (7) aufweist, mittels der die Dampfturbine (3) an die Einwellenanlage (1) kuppelbar ist, mit den Schritten: a) Ausrücken der Kupplung (7); b) Betreiben der Gasturbine (2) und der Dampfturbine (3) bei deren Nenndrehzahl; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine (3) eingeleiteten Dampfs derart, dass die Drehzahl der Dampfturbine (3) eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass einer erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Dampfturbine (3) die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.The invention relates to a method for testing an overspeed protection device of a gas turbine (2), a generator (4) and a steam turbine (3) having a single shaft system (1) having a coupling (7) by means of which the steam turbine (3) to the Single-shaft system (1) can be coupled, with the steps: a) disengagement of the clutch (7); b) operating the gas turbine (2) and the steam turbine (3) at their rated speed; c) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine (3) such that the speed of the steam turbine (3) reaches a steam turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged such that a first overspeed protection is triggered as soon as the speed of the steam turbine (3) reaches the steam turbine limit speed; d) Check if the first overspeed protection is triggered.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer Einwellenanlage.The invention relates to a method for testing an overspeed protection device of a single-shaft system.

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.In a single-shaft system for generating electrical energy, a gas turbine, a steam turbine and a generator are arranged on a common strand. In normal operation of the single-shaft system, the electrical energy is fed into an electrical network and the strand rotates at a speed corresponding to the rated speed of the single-shaft system, such as 50 Hz or 60 Hz. In an accident, especially in a drop in the generator connected to the electrical Load, the speed may increase to levels above the rated speed. When the speed reaches a critical speed, the single-shaft system is mechanically and thermally loaded excessively, resulting in a shortening of the life of the single-shaft system.

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.When a limit speed is reached, an overspeed protection device prevents further increase in the speed of the train, the limit speed being conventionally selected to be between the rated speed and the critical speed. Conventionally, the overspeed protection device is checked by operating the single-shaft system in a test mode in which the threshold speed is lowered from the threshold speed during normal operation to thereby avoid excessive load on the single-shaft system during test operation.

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.However, it would be desirable in test mode to use the same limit speed as in normal operation. Such a In addition, testing is compulsory in some countries, such as South Korea.

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.The object of the invention is to provide a method for testing an overspeed protection device of a single-shaft system, wherein the method does not lead to an excessive load on the single-shaft system.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine und eine Dampfturbine aufweisenden Einwellenanlage, die eine Kupplung aufweist, mittels der die Dampfturbine an die Einwellenanlage kuppelbar ist, weist die Schritte auf: a) Ausrücken der Kupplung; b) Betreiben der Gasturbine und der Dampfturbine bei deren Nenndrehzahl; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine eingeleiteten Dampfs derart, dass die Drehzahl der Dampfturbine eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass einer erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Dampfturbine die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Das Ausrücken der Kupplung kann erfolgen, indem im Stillstand der Einwellenanlage die Kupplung mechanisch umgebaut oder ausgebaut wird. Alternativ ist denkbar, dass die Kupplung hydraulisch oder elektrisch ausgerückt wird. Indem die Kupplung ausgerückt wird, kann die Dampfturbine vorteilhaft mit einer höheren Drehzahl als die Gasturbine rotieren. Dadurch kann beim Prüfen des ersten Überdrehzahlschutzes die Gasturbine mit einer derart geringen Drehzahl rotieren, dass die Gasturbine nicht übermäßig belastet wird, wodurch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine lange Lebensdauer der Gasturbine erreichbar ist. Des Weiteren ist durch das Ausrücken der Kupplung die Dampfturbine nicht mit dem Generator gekuppelt, so dass ein möglicher Abwurf einer an den Generator angeschlossenen elektrischen Last nicht zu einer Erhöhung der Drehzahl der Dampfturbine führen wird. Dadurch und indem die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl durch Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine eingeleiteten Dampfs erfolgt, kann die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl langsam angefahren werden, wodurch eine kritische Drehzahl, die zu einer übermäßigen Belastung der Dampfturbine führen würde, vorteilhaft vermieden werden kann. Die kritische Drehzahl der Dampfturbine kann selbst dann vermieden werden, wenn beim Prüfen der Überdrehzahlschutzeinrichtung die gleiche Dampfturbinengrenzwertdrehzahl wie im Normalbetrieb der Einwellenanlage eingesetzt wird.The inventive method for testing an overspeed protection device of a gas turbine and a steam turbine having Einwellenanlage having a coupling, by means of which the steam turbine can be coupled to the single-shaft system comprises the steps of: a) disengagement of the clutch; b) operating the gas turbine and the steam turbine at their rated speed; c) increasing the mass flow of steam introduced into the steam turbine such that the speed of the steam turbine reaches a steam turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged to initiate a first overspeed protection when the speed of the steam turbine reaches the steam turbine limit speed; d) Check if the first overspeed protection is triggered. The disengagement of the clutch can be done by the clutch mechanically rebuilt or removed at standstill of the single-shaft system. Alternatively, it is conceivable that the coupling is hydraulically or electrically disengaged. By disengaging the clutch, the steam turbine can advantageously rotate at a higher speed than the gas turbine. As a result, during testing of the first overspeed protection, the gas turbine can rotate at such a low rotational speed that the gas turbine is not excessively loaded, as a result of which a long service life of the gas turbine can be achieved with the method according to the invention. Furthermore, by disengaging the clutch, the steam turbine is not coupled to the generator, so that any possible discharge of an electrical load connected to the generator will not result in an increase in the speed of the steam turbine. As a result, and by the steam turbine limit speed is achieved by increasing the mass flow of steam introduced into the steam turbine can the steam turbine limit speed are approached slowly, whereby a critical speed, which would lead to an excessive load on the steam turbine, can be advantageously avoided. The critical speed of the steam turbine can be avoided even if, when testing the overspeed protection device, the same steam turbine limit speed as in normal operation of the single-shaft system is used.

Das Verfahren wird bevorzugt mit dem Schritt durchgeführt: d1) Unterbrechen des Massenstroms des in die Dampfturbine eingeleiteten Dampfs in dem Fall, dass der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Weil die Kupplung ausgerückt ist, führt das Unterbrechen des Massenstroms zu keinerlei Beeinflussung der Gasturbine, die somit während des Prüfens der Überdrehzahlschutzeinrichtung unabhängig von der Dampfturbine betrieben werden kann.The method is preferably performed with the step: d1) interrupting the mass flow of steam introduced into the steam turbine in the event that the first overspeed protection is triggered. Because the clutch is disengaged, interrupting the mass flow does not affect the gas turbine, which thus operates independently of the steam turbine during testing of the overspeed protection device.

Bevorzugt weist das Verfahren die Schritte auf: e) Erhöhen der Drehzahl der Gasturbine derart, dass die Drehzahl der Gasturbine eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Gasturbine die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Indem die Kupplung ausgerückt wird, können der erste und der zweite Überdrehzahlschutz vorteilhaft unabhängig voneinander geprüft werden. Auch können die Gasturbinengrenzwertdrehzahl und die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl unabhängig voneinander gewählt werden. So ist es möglich, die Gasturbinengrenzwertdrehzahl größer, gleich oder kleiner der Dampfturbinengrenzwertdrehzahl zu wählen.Preferably, the method comprises the steps of: e) increasing the speed of the gas turbine such that the speed of the gas turbine reaches a gas turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged to initiate a second overspeed protection when the speed of the gas turbine reaches the gas turbine limit speed; f) Check if the second overspeed protection is triggered. Advantageously, by disengaging the clutch, the first and second overspeed protection can be independently tested. Also, the gas turbine limit speed and the steam turbine limit speed may be independently selected. Thus, it is possible to select the gas turbine limit speed greater than, equal to or less than the steam turbine limit speed.

Es ist bevorzugt, dass die Einwellenanlage einen Generator aufweist, an dem eine elektrische Last angeschlossen ist und Schritt e) durch Abwerfen der elektrischen Last erfolgt. Alternativ erfolgt Schritt e) bevorzugt durch Erhöhen des Massenstroms des in Gasturbine eingeleiteten Brennstoffs. Bevorzugt ist es, dass an dem Generator eine elektrische Last angeschlossen ist, die derart gering gewählt ist, dass nach einem Abwurf der Last die Drehzahl der Gasturbine derart ansteigt, dass sie unterhalb der Gasturbinengrenzwertdrehzahl bleibt, und Schritt e) durch Erhöhen des Massenstroms des in Gasturbine eingeleiteten Brennstoffs erfolgt. Wird der Gasturbinengrenzwert durch Erhöhen des Massenstroms des Brennstoffs erreicht, so kann der Gasturbinengrenzwert langsam angefahren werden, wodurch das Erreichen einer kritischen Drehzahl, die zu einer übermäßigen Belastung der Gasturbine führen würde, vorteilhaft unterbunden wird. Die kritische Drehzahl der Gasturbine kann selbst dann vermieden werden, wenn beim Prüfen der Überdrehzahlschutzeinrichtung die gleiche Gasturbinengrenzwertdrehzahl wie im Normalbetrieb der Einwellenanlage eingesetzt wird.It is preferred that the single-shaft system has a generator to which an electrical load is connected and step e) is carried out by dropping the electrical load. Alternatively, step e) is preferably carried out by increasing the mass flow of the fuel introduced in the gas turbine. It is preferred that an electrical load is connected to the generator, which is selected so low that after a drop in the load, the speed of the gas turbine increases so that it remains below the Gasturbinengrenzwertdrehzahl, and step e) by increasing the mass flow of in Gas turbine introduced fuel takes place. If the gas turbine limit value is reached by increasing the mass flow of the fuel, then the gas turbine limit value can be approached slowly, whereby the achievement of a critical speed, which would lead to an excessive load on the gas turbine, is advantageously prevented. The critical speed of the gas turbine can be avoided even if the same Gasurbinengrenzwertdrehzahl is used as in normal operation of the single-shaft system when testing the overspeed protection device.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnung das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Ansicht einer Einwellenanlage.In the following, the method according to the invention is explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawing. The figure shows a schematic view of a single-shaft system.

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 3 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 5 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 Einwellenanlage 1 weist weiterhin eine Kupplung 7 auf, mittels der die Dampfturbinenwelle 6 mit der Gasturbinenwelle 5 kuppelbar ist.As can be seen from the figure, a single-shaft system 1 has a gas turbine 2, a steam turbine 3 and an electric generator 4. The gas turbine 2 and the steam turbine 3 are used to generate rotational energy, wherein the rotational energy is converted in the generator 4 into electrical energy. The generator 4 is arranged between the gas turbine 2 and the steam turbine 3. The gas turbine 2 has a gas turbine shaft 5 and the steam turbine 3 has a steam turbine shaft 6. In the figure, it is shown that the generator 4 and the gas turbine 2 are arranged together on the steam turbine shaft 5. However, it is also conceivable that a separate generator shaft is provided for the generator 4, which is coupled by means of a coupling to the gas turbine shaft 5. The single-shaft system 1 also has a coupling 7, by means of which the steam turbine shaft 6 can be coupled to the gas turbine shaft 5.

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. Die Gasturbinengrenzwertdrehzahl kann kleiner, gleich oder größer als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl sein. Bei einem Auslösen des ersten Überdrehzahlschutzes kann beispielsweise der Massenstrom des Dampfs unterbrochen werden. Bei einem Auslösen des zweiten Überdrehzahlschutzes kann der Massenstrom des Brennstoffs unterbrochen werden.In order to avoid an increase in the speed of the single-shaft system 1 to a critical value, the single-shaft system 1 has an overspeed protection device. The overspeed protection device is configured such that a first overspeed protection is triggered when the speed of the steam turbine 3 reaches a steam turbine limit speed, and a second overspeed protection is triggered when the speed of the gas turbine 2 reaches a Gasurbinengrenzwertdrehzahl. The gas turbine limit speed may be less than, equal to, or greater than the steam turbine limit speed. When triggering the first overspeed protection, for example, the mass flow of the steam can be interrupted. When triggering the second overspeed protection, the mass flow of the fuel can be interrupted.

Zum Prüfen der Überdrehzahlschutzeinrichtung wird die Kupplung 7 ausgerückt, so dass die Gasturbine 2 und die Dampfturbine 3 unabhängig voneinander rotieren können. Das Ausrücken der Kupplung 7 kann durch einen mechanischen Umbau oder einen Ausbau der Kupplung 7 erfolgen. Alternativ kann das Ausrücken der Kupplung 7 mittels eines Elektromotors oder hydraulisch erfolgen.To check the overspeed protection device, the clutch 7 is disengaged so that the gas turbine 2 and the steam turbine 3 can rotate independently of each other. The disengagement of the clutch 7 can be done by a mechanical conversion or removal of the clutch 7. Alternatively, the disengagement of the clutch 7 can take place by means of an electric motor or hydraulically.

Wenn die Gasturbine 2 bei ihrer Nenndrehzahl rotiert, 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. Fällt nun die an den Generator 4 angeschlossene Last ab, ohne dass der Massenstrom des in die Gasturbine 2 eingeleiteten Brennstoffs abgesenkt wird, so führt dies zu einem Ansteigen der Drehzahl der Gasturbine 2. Um die Gasturbine 2 auf den Gasturbinengrenzwert zu beschleunigen kann durch Öffnen des Schalters 9 die elektrische Last abgeworfen werden.When the gas turbine 2 rotates at its rated speed, by closing a switch 9, an electrical load 10 can be connected to an electrical terminal 8 of the generator 4. The power consumption of the consumer 10 corresponds to an electrical load connected to the generator 4. If now the load connected to the generator 4 drops without the mass flow of the fuel introduced into the gas turbine 2 being lowered, this leads to an increase in the rotational speed of the gas turbine 2. In order to accelerate the gas turbine 2 to the gas turbine limit value, it can be opened by opening the gas turbine Switch 9 the electrical load to be dropped.

Anhand von zwei Beispielen wird im Folgenden das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.The method according to the invention will be explained in more detail below on the basis of two examples.

In einem ersten Beispiel wird das Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine 2, einen Generator 4, an dem keine elektrische Last angeschlossen ist, und eine Dampfturbine 3 aufweisenden Einwellenanlage 1, die eine Kupplung 7 aufweist, mittels der die Dampfturbine 3 an die Einwellenanlage 1 kuppelbar ist, mit den Schritten durchgeführt: a) Ausrücken der Kupplung 7 durch einen Ausbau der Kupplung 7; b) Betreiben der Gasturbine 2 und der Dampfturbine 3 bei deren Nenndrehzahl; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine 3 eingeleiteten Dampfs derart, dass die Drehzahl der Dampfturbine 3 eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass einer erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Dampfturbine 3 die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird; d1) Unterbrechen des Massenstroms des in die Dampfturbine 3 eingeleiteten Dampfs in dem Fall, dass der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird; e) Erhöhen der Drehzahl der Gasturbine 2 derart, dass die Drehzahl der Gasturbine 2 eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die gleich der Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist und wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Gasturbine 2 die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.In a first example, the method for testing an overspeed protection device of a gas turbine 2, a generator 4, to which no electric load is connected, and a steam turbine 3 having single-shaft system 1, which has a clutch 7, by means of the steam turbine 3 to the single-shaft system 1 can be coupled, with the steps carried out: a) disengagement of the clutch 7 by an expansion of the clutch 7; b) operating the gas turbine 2 and the steam turbine 3 at their rated speed; c) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine 3 such that the speed of the steam turbine 3 reaches a steam turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged to initiate a first overspeed protection as soon as the speed of the steam turbine 3 reaches the steam turbine limit speed; d) Check if the first overspeed protection is triggered; d1) interrupting the mass flow of the steam introduced into the steam turbine 3 in the event that the first overspeed protection is triggered; e) increasing the speed of the gas turbine 2 such that the speed of the gas turbine 2 reaches a gas turbine limit speed equal to the steam turbine limit speed and wherein the overspeed protection device is arranged to initiate a second overspeed protection when the speed of the gas turbine 2 reaches the gas turbine limit speed; f) Check if the second overspeed protection is triggered.

In einem zweiten Beispiel wird das Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine 2, einen Generator 4, an dem eine elektrische Last angeschlossen ist, und eine Dampfturbine 3 aufweisenden Einwellenanlage 1, die eine Kupplung 7 aufweist, mittels der die Dampfturbine 3 an die Einwellenanlage 1 kuppelbar ist, mit den Schritten durchgeführt: a) Ausrücken der Kupplung 7; b) Betreiben der Gasturbine 2 bei deren Nenndrehzahl und mit der an dem Generator 4 angeschlossenen elektrischen Last und der Dampfturbine 3 bei deren Nenndrehzahl; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine 3 eingeleiteten Dampfs derart, dass die Drehzahl der Dampfturbine 3 eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass einer erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Dampfturbine 3 die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird; d1) Unterbrechen des Massenstroms des in die Dampfturbine 3 eingeleiteten Dampfs in dem Fall, dass der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird; e) Erhöhen der Drehzahl der Gasturbine 2 durch Abwerfen der elektrischen Last durch Öffnen des Schalters 9 derart, dass die Drehzahl der Gasturbine 2 eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Gasturbine 2 die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.In a second example, the method for testing an overspeed protection device of a gas turbine 2, a generator 4 to which an electrical load is connected, and a single-shaft system 1 having a steam turbine 3, which has a clutch 7, by means of the steam turbine 3 to the single-shaft system 1 can be coupled, carried out with the steps: a) disengaging the clutch 7; b) operating the gas turbine 2 at its rated speed and with the generator 4 connected electrical load and the steam turbine 3 at their rated speed; c) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine 3 such that the speed of the steam turbine 3 reaches a steam turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged to initiate a first overspeed protection as soon as the speed of the steam turbine 3 reaches the steam turbine limit speed; d) Check if the first overspeed protection is triggered; d1) interrupting the mass flow of the steam introduced into the steam turbine 3 in the event that the first overspeed protection is triggered; e) increasing the speed of the gas turbine 2 by dropping the electrical load by opening the switch 9 such that the speed of the gas turbine 2 reaches a Gasurbinengrenzwertdrehzahl, the overspeed protection device is set up such that a second overspeed protection is triggered when the speed of the gas turbine. 2 reaches the gas turbine limit speed; f) Check if the second overspeed protection is triggered.

Bei beiden Ausführungsbeispielen kann die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl 104% bis 107% der Nenndrehzahl betragen und die Gasturbinengrenzwertdrehzahl gleich der Dampfturbinengrenzwertdrehzahl sein.In both embodiments, the steam turbine limit speed may be 104% to 107% of the rated speed and the gas turbine limit speed may be equal to the steam turbine limit speed.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele 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.While the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (6)

Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine (2), einen Generator (4) und eine Dampfturbine (3) aufweisenden Einwellenanlage (1), die eine Kupplung (7) aufweist, mittels der die Dampfturbine (3) an die Einwellenanlage (1) kuppelbar ist, mit den Schritten: a) Ausrücken der Kupplung (7); b) Betreiben der Gasturbine (2) und der Dampfturbine (3) bei deren Nenndrehzahl; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine (3) eingeleiteten Dampfs derart, dass die Drehzahl der Dampfturbine (3) eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass einer erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Dampfturbine (3) die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Method for testing an overspeed protection device of a single-shaft system (1) having a gas turbine (2), a generator (4) and a steam turbine (3), which has a coupling (7) by means of which the steam turbine (3) is connected to the single-shaft system (1) is detachable, with the steps: a) disengaging the clutch (7); b) operating the gas turbine (2) and the steam turbine (3) at their rated speed; c) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine (3) such that the speed of the steam turbine (3) reaches a steam turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged such that a first overspeed protection is triggered as soon as the speed of the steam turbine (3) reaches the steam turbine limit speed; d) Check if the first overspeed protection is triggered. Verfahren gemäß Anspruch 1,
mit dem Schritt: d1) Unterbrechen des Massenstroms des in die Dampfturbine (3) eingeleiteten Dampfs in dem Fall, dass der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Method according to claim 1,
with the step: d1) interrupting the mass flow of the steam introduced into the steam turbine (3) in the event that the first overspeed protection is triggered. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2,
mit den Schritten: e) Erhöhen der Drehzahl der Gasturbine (2) derart, dass die Drehzahl der Gasturbine (2) eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die Drehzahl der Gasturbine (2) die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Method according to claim 1 or 2,
with the steps: e) increasing the speed of the gas turbine (2) such that the speed of the gas turbine (2) reaches a gas turbine limit speed, the overspeed protection device being arranged to initiate a second overspeed protection as soon as the speed of the gas turbine (2) reaches the gas turbine limit speed; f) Check if the second overspeed protection is triggered. Verfahren gemäß Anspruch 3,
wobei die Einwellenanlage einen Generator (4) aufweist, an dem eine elektrische Last angeschlossen ist und Schritt e) durch Abwerfen der elektrischen Last erfolgt.Method according to claim 3,
wherein the single-shaft system comprises a generator (4) to which an electrical load is connected and step e) takes place by dropping the electrical load. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4,
wobei Schritt e) durch Erhöhen des Massenstroms des in Gasturbine (2) eingeleiteten Brennstoffs erfolgt.Method according to claim 3 or 4,
wherein step e) takes place by increasing the mass flow of the fuel introduced into the gas turbine (2). Verfahren gemäß Anspruch 3,
wobei die Einwellenanlage einen Generator (4) aufweist, an dem eine elektrische Last angeschlossen ist, die derart gering gewählt ist, dass nach einem Abwurf der Last die Drehzahl der Gasturbine (2) derart ansteigt, dass sie unterhalb der Gasturbinengrenzwertdrehzahl bleibt, und Schritt e) durch Erhöhen des Massenstroms des in Gasturbine (2) eingeleiteten Brennstoffs erfolgt.Method according to claim 3,
wherein the single-shaft system comprises a generator (4) to which an electrical load is connected, which is chosen so low that after a drop of the load, the speed of the gas turbine (2) increases so that it remains below the Gasturbinengrenzwertdrehzahl, and step e ) by increasing the mass flow of the introduced in gas turbine (2) fuel.
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