EP3055515B1 - Verfahren zum prüfen einer überdrehzahlschutzeinrichtung einer einwellenanlage - Google Patents

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EP3055515B1
EP3055515B1 EP14766940.2A EP14766940A EP3055515B1 EP 3055515 B1 EP3055515 B1 EP 3055515B1 EP 14766940 A EP14766940 A EP 14766940A EP 3055515 B1 EP3055515 B1 EP 3055515B1
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EP
European Patent Office
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speed
gas turbine
steam turbine
overspeed protection
steam
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP14766940.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3055515A2 (de
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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Publication date
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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
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for testing an overspeed protection device of a single-shaft system.
  • a single-shaft system for generating electrical energy 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 method according to the invention for testing an overspeed protection device of a single shaft turbine having a gas turbine and a steam turbine comprises the following steps: a) providing a first speed measuring device for measuring the rotational speed of the steam turbine, wherein the first rotational speed measuring device comprises at least one marking attached to the shaft of the single-shaft system and a stationary scanning device by means of which the at least one marking is detectable when the marking is moved past the scanning device; b) increasing the number of marks of the first speed measuring device, whereby the speed measured by the first speed measuring device is higher than the actual speed; c) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine and / or the fuel introduced into the gas turbine such that the measured speed of the steam turbine reaches a steam turbine limit speed, wherein the overspeed protection device is arranged such that a first overspeed protection is triggered as soon as the measured speed the steam turbine reaches the steam turbine limit speed; d) Check if the first overspeed protection is triggered.
  • the achievement of a critical speed can be advantageously avoided, whereby an excessive load of the single-shaft system is inhibited. Achieving the critical speed can be advantageously avoided even if during testing for the steam turbine limit speed the same steam turbine limit speed as in normal operation of the single-shaft system is used.
  • the method is easy to carry out, because starting from the normal operation for checking the overspeed protection device other than increasing the number of marks no further changes to the single-shaft system must be made.
  • the method comprises the steps of: e) coupling the steam turbine to the gas turbine such that the actual speed of the steam turbine corresponds to the actual speed of the gas turbine; f) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine and / or the fuel introduced into the gas turbine such that the measured speed of the gas turbine reaches a Gasurbinengrenzwertfitiere which is higher than the steam turbine limit speed, wherein the overspeed protection device is arranged such that a second overspeed protection is triggered when the measured speed of the gas turbine reaches the Gasurbinengrenzwertfitress; g) Check if the second overspeed protection is triggered.
  • the first overspeed protection and the second overspeed protection can be successively checked.
  • the method preferably comprises the steps of: a1) providing a second rotational speed measuring device for measuring the rotational speed of the gas turbine, the second rotational speed measuring device having at least one marking attached to the shaft of the single-shaft system and a stationary scanning device by means of which the at least one marking is detectable, when the marker is moved past the scanning device; b1) increasing the number of markings of the second speed measuring device, whereby the speed measured by the second speed measuring device becomes higher than the actual speed; e) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine and / or the fuel introduced into the gas turbine such that the measured speed of the gas turbine reaches a gas turbine limit speed which is higher than the steam turbine limit speed, wherein the overspeed protection device is set up such that a second overspeed protection is triggered as soon as the measured speed of the gas turbine reaches the gas turbine limit speed; f) Check if the second overspeed protection is triggered.
  • the first and the second overspeed protection can be checked irrespective of whether the steam turbine is coupled to the gas turbine or not. Due to the higher gas turbine limit speed compared to the steam turbine limit speed, the first and second overspeed protection can be checked sequentially and thus independently.
  • the steam turbine is coupled to the single-shaft system by means of a clutch, the clutch engaging as soon as the steam turbine would overtake the gas turbine and disengaging when the speed of the steam turbine is smaller than that of the gas turbine, step c) being performed is that the steam turbine is accelerated faster than the gas turbine, whereby the clutch remains engaged.
  • the gas turbine and the steam turbine thus rotate at the same speed, while the steam turbine accelerates to its steam turbine limit, and it is thus advantageously ensured that while the speed of the gas turbine does not reach a critical speed.
  • the method comprises the step of: d1) interrupting the mass flow of the steam introduced into the steam turbine in the event that the first overspeed protection is triggered.
  • d1 interrupting the mass flow of the steam introduced into the steam turbine in the event that the first overspeed protection is triggered.
  • it is also conceivable only to lower the mass flow of the steam so as to keep the speed of the steam turbine below a critical speed. Breaking or lowering the mass flow of the steam will cause the clutch to disengage and the gas turbine thus rotated independently of the steam turbine.
  • the second overspeed protection thus only the gas turbine is accelerated, whereby the load of the steam turbine is low.
  • the single-shaft system preferably has a generator to which no electrical load is connected.
  • the mechanical and thermal load of the single-shaft system during testing of the overspeed protection device is low.
  • this critical speeds can be avoided because a drop of the load can not be done, which would result in a sharp increase in the speed of the single-shaft system.
  • the method preferably comprises the step of: h) removing the markers added in steps b) and / or b1). Should this step be forgotten before the single-shaft system is operated again in normal operation after checking the overspeed protection device, this poses no safety risk, because the actual speed of the single-shaft system can not reach a critical speed.
  • 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, which is coupled by means of a coupling to the gas turbine shaft 5.
  • an electrical load 10 is connected by means of a switch 9 to an electrical terminal 8 of the generator 4.
  • the switch 9 is opened to test the overspeed protection device, so that no electrical load acts on the generator 4.
  • the steam turbine shaft 6 is connected to the gas turbine shaft 5 by means of a clutch 7.
  • the clutch 7 is arranged to engage when the steam turbine 3 overhauls the gas turbine 2, which means that the rotational speed of the steam turbine 3 is higher than the rotational speed of the gas turbine 2. Once the clutch 7 is engaged, the gas turbine 2 and the steam turbine 3 rotate at the same speed.
  • the clutch 7 is further arranged to disengage when the steam turbine 3 rotates slower than the gas turbine 2.
  • the clutch 7 may be, for example, an SSS clutch.
  • the gas turbine 2 When starting the one-shaft system 1, the gas turbine 2 is first accelerated, the clutch 7 is disengaged. The waste heat of the gas turbine 2 is used to drive the steam turbine 3. Once the steam turbine 3 is also accelerated, couples the clutch 7 a.
  • the single-shaft system has a first rotational speed measuring device for measuring the rotational speed of the steam turbine 3.
  • the first speed measuring device has at least one mark attached to the steam turbine shaft 6 and a fixed first scanning device by means of which the mark attached to the steam turbine shaft 6 is detectable when the mark is moved past the first scanning device.
  • the markings attached to the steam turbine shaft 6 are arranged such that their number can easily be increased or decreased. If the number of markings attached to the steam turbine shaft 6 is increased, but it is assumed that the number of markings applied to the steam turbine shaft 6 has remained the same when determining the rotational speed, the rotational speed measured by means of the first rotational speed measuring device is greater than the actual rotational speed.
  • the steam turbine shaft 6 may, for example, have a grooved wheel and the teeth or the grooves of the grooved wheel may be the markings.
  • the steam turbine shaft 6 may have ten strips.
  • two more strips are added, but in determining the speed it is assumed that there are only ten strips. If the first scanning device measures 600 strips per second and passes it, the result is a measured speed of 60 revolutions per second (60 Hz), with the actual speed being 50 revolutions per second (50 Hz).
  • the single-shaft system has a second rotational speed measuring device for measuring the rotational speed of the gas turbine 3.
  • the second speed measuring device has at least one marking attached to the gas turbine shaft 5 and a fixed second scanning device by means of which the marking attached to the gas turbine shaft 5 is detectable when it is moved past the second scanning device.
  • the second speed measuring device is set up analogously to the first speed measuring device.
  • 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 first overspeed protection for example, the mass flow of the steam can be interrupted.
  • the second overspeed protection the mass flow of the fuel can be interrupted.
  • the method for testing an overspeed protection device of a single shaft installation 1 having a gas turbine 2, a steam turbine 3 and a generator 4 to which no electrical load is connected is carried out with the following steps: a) providing a first speed measuring device for measuring the Speed of the steam turbine 3, wherein the first speed measuring device has at least one attached to the shaft 6 of the single-shaft system 1 marking in the form of teeth of a Nutrads the shaft 6 and a stationary scanning device by means of which the at least one tooth is detectable when the tooth on the scanning device is moved past; a1) coupling the steam turbine 3 to the gas turbine 2 such that the actual speed of the steam turbine 3 corresponds to the actual speed of the gas turbine 2; b) increasing the number of teeth of the first speed measuring device whereby the speed measured by the first speed measuring device becomes higher than the actual speed; c) increasing the mass flow of the steam introduced into the steam turbine 3 and / or the fuel introduced into the gas turbine 2 in such a way that the measured speed of the steam turbine 3 reaches a
  • the method for testing an overspeed protection device of a single shaft turbine 1 having a gas turbine 2, a steam turbine 3 and a generator 4 to which no electrical load is connected is coupled to the steam turbine shaft 6 by means of a clutch 7 to the gas turbine shaft wherein the clutch 7 engages as soon as the steam turbine 3 overhauls the gas turbine 2, and disengages, when the speed of the steam turbine 3 is smaller than that of the gas turbine 2, with the following steps: a) providing a first speed measuring device for measuring the speed of the Steam turbine 3, wherein the first speed measuring device has at least one attached to the steam turbine shaft 6 of the single-shaft system 1 marker and a fixed first scanning, by means of which the at least one mark is detectable when the attached to the steam turbine shaft 6 mark on the first scanning vorb is moved; a1) providing a second speed measuring device for measuring the rotational speed of the gas turbine 2, wherein the second speed measuring device at least one attached to the gas turbine shaft 5 of the single-shaft system 1 marker and a fixed second scanning device, by means of which
  • the steam turbine limit speed may be 106% to 108% of the rated speed and the gas turbine limit speed may be 0.1% to 0.5% greater than the steam turbine limit speed.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer Einwellenanlage. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der US-A-5 199 256 bekannt. 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 folgende Schritte auf: a) Bereitstellen einer ersten Drehzahlmesseinrichtung zum Messen der Drehzahl der Dampfturbine, wobei die erste Drehzahlmesseinrichtung mindestens eine an der Welle der Einwellenanlage angebrachte Markierung und eine ortsfeste Abtastvorrichtung aufweist, mittels der die mindestens eine Markierung detektierbar ist, wenn die Markierung an der Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird; b) Erhöhen der Anzahl der Markierungen der ersten Drehzahlmesseinrichtung, wodurch die mittels der ersten Drehzahlmesseinrichtung gemessene Drehzahl höher als die tatsächliche Drehzahl wird; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine eingeleiteten Dampfs und/oder des in die Gasturbine eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Dampfturbine eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Dampfturbine die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Dadurch, dass die tatsächliche Drehzahl der Dampfturbine niedriger als deren gemessene Drehzahl ist, kann während des Prüfens der Überdrehzahlschutzeinrichtung das Erreichen einer kritischen Drehzahl vorteilhaft vermieden werden, wodurch eine übermäßige Belastung der Einwellenanlage unterbunden wird. Das Erreichen der kritischen Drehzahl kann vorteilhaft selbst dann vermieden werden, wenn während des Prüfens für die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl die gleiche Dampfturbinengrenzwertdrehzahl wie im Normalbetrieb der Einwellenanlage eingesetzt wird. Zudem ist das Verfahren einfach durchführbar, weil ausgehend vom Normalbetrieb für das Prüfen der Überdrehzahlschutzeinrichtung außer dem Erhöhen der Anzahl der Markierungen keine weiteren Änderungen an der Einwellenanlage vorgenommen werden müssen.
  • Bevorzugt weist das Verfahren die Schritte auf: e) Kuppeln der Dampfturbine mit der Gasturbine derart, dass die tatsächliche Drehzahl der Dampfturbine der tatsächlichen Drehzahl der Gasturbine entspricht; f) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine eingeleiteten Dampfs und/oder des in die Gasturbine eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Gasturbine eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Gasturbine die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; g) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Damit können vorteilhaft der erste Überdrehzahlschutz und der zweite Überdrehzahlschutz nacheinander überprüft werden.
  • Alternativ bevorzugt weist das Verfahren die Schritte auf: a1) Bereitstellen einer zweiten Drehzahlmesseinrichtung zum Messen der Drehzahl der Gasturbine, wobei die zweite Drehzahlmesseinrichtung mindestens eine an der Welle der Einwellenanlage angebrachte Markierung und eine ortsfeste Abtastvorrichtung aufweist, mittels der die mindestens eine Markierung detektierbar ist, wenn die Markierung an der Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird; b1) Erhöhen der Anzahl der Markierungen der zweiten Drehzahlmesseinrichtung, wodurch die mittels der zweiten Drehzahlmesseinrichtung gemessene Drehzahl höher als die tatsächliche Drehzahl wird; e) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine eingeleiteten Dampfs und/oder des in die Gasturbine eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Gasturbine eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Gasturbine die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Dadurch, dass die tatsächliche Drehzahl der Gasturbine niedriger als deren gemessene Drehzahl ist, kann ein Erreichen einer kritischen Drehzahl der Gasturbine vorteilhaft vermieden werden. Indem zwei verschiedene Drehzahlmesseinrichtungen zum Messen der Drehzahlen der Dampfturbine und der Gasturbine vorgesehen sind, können der erste und der zweite Überdrehzahlschutz unabhängig davon geprüft werden, ob die Dampfturbine mit der Gasturbine gekuppelt ist oder nicht. Durch die höhere Gasturbinengrenzwertdrehzahl im Vergleich mit der Dampfturbinengrenzwertdrehzahl können der erste und der zweite Überdrehzahlschutz nacheinander und damit unabhängig voneinander geprüft werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die Dampfturbine mittels einer Kupplung an die Einwellenanlage gekuppelt ist, wobei die Kupplung einkuppelt, sobald die Dampfturbine die Gasturbine überholen würde, und auskuppelt, wenn die Drehzahl der Dampfturbine kleiner als die der Gasturbine ist, wobei Schritt c) derart durchgeführt wird, dass die Dampfturbine schneller als die Gasturbine beschleunigt wird, wodurch die Kupplung eingekuppelt bleibt. Die Gasturbine und die Dampfturbine rotieren somit mit der gleichen Drehzahl, während die Dampfturbine auf ihren Dampfturbinengrenzwert beschleunigt, und es ist somit vorteilhaft sichergestellt, dass dabei die Drehzahl der Gasturbine eine kritische Drehzahl nicht erreicht.
  • Bevorzugt weist das Verfahren den Schritt auf: d1) Unterbrechen des Massenstroms des in die Dampfturbine eingeleiteten Dampfs in dem Fall, dass der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird. Alternativ ist auch denkbar, den Massenstrom des Dampfs lediglich abzusenken, um damit die Drehzahl der Dampfturbine unterhalb einer kritischen Drehzahl zu halten. Das Unterbrechen oder Absenken des Massenstroms des Dampfs wird dazu führen, dass die Kupplung auskuppelt und die Gasturbine somit unabhängig von der Dampfturbine rotiert. Beim Prüfen des zweiten Überdrehzahlschutzes wird somit lediglich die Gasturbine beschleunigt, wodurch die Belastung der Dampfturbine gering ist.
  • Bevorzugtermaßen weist die Einwellenanlage einen Generator auf, an dem keine elektrische Last angeschlossen ist. Dadurch ist die mechanische und thermische Belastung der Einwellenanlage während des Prüfens der Überdrehzahlschutzeinrichtung gering. Zudem können dadurch kritische Drehzahlen vermieden werden, weil auch ein Abwerfen der Last nicht erfolgen kann, was in einem starken Ansteigen der Drehzahl der Einwellenanlage resultieren würde.
  • Das Verfahren weist bevorzugt den Schritt auf: h) Entfernen der in Schritten b) und/oder b1) hinzugefügten Markierungen. Sollte dieser Schritt vergessen werden, bevor die Einwellenanlage nach dem Prüfen der Überdrehzahlschutzeinrichtung wieder im Normalbetrieb betrieben wird, so stellt dies kein Sicherheitsrisiko dar, weil die tatsächliche Drehzahl der Einwellenanlage eine kritische Drehzahl nicht erreichen kann.
  • 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 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.
  • In der Figur ist dargestellt, dass ein elektrischer Verbraucher 10 mittels eines Schalters 9 an einen elektrischen Anschluss 8 des Generators 4 angeschlossen ist. Vor dem Anfahren der Einwellenanlage wird zum Prüfen der Überdrehzahlschutzeinrichtung der Schalter 9 geöffnet, so dass keine elektrische Last auf den Generator 4 wirkt.
  • Die Dampfturbinenwelle 6 ist mittels einer Kupplung 7 mit der Gasturbinenwelle 5 verbunden. Die Kupplung 7 ist derart eingerichtet, dass sie einkuppelt, wenn die Dampfturbine 3 die Gasturbine 2 überholt, was bedeutet, dass die Drehzahl der Dampfturbine 3 höher als die Drehzahl der Gasturbine 2 ist. Sobald die Kupplung 7 eingekuppelt ist, rotieren die Gasturbine 2 und die Dampfturbine 3 mit der gleichen Drehzahl. Die Kupplung 7 ist weiterhin eingerichtet, dass sie auskuppelt, wenn die Dampfturbine 3 langsamer als die Gasturbine 2 dreht. Die Kupplung 7 kann beispielsweise eine SSS-Kupplung sein.
  • Beim Anfahren der einen Einwellenanlage 1 wird zunächst die Gasturbine 2 beschleunigt, wobei die Kupplung 7 ausgekuppelt ist. Die Abwärme der Gasturbine 2 wird benutzt, um die Dampfturbine 3 anzutreiben. Sobald die Dampfturbine 3 ebenfalls beschleunigt ist, kuppelt die Kupplung 7 ein.
  • Die Einwellenanlage weist eine erste Drehzahlmesseinrichtung zum Messen der Drehzahl der Dampfturbine 3 auf. Die erste Drehzahlmesseinrichtung weist mindestens eine an der Dampfturbinenwelle 6 angebrachte Markierung und eine ortsfeste erste Abtastvorrichtung auf, mittels der die an der Dampfturbinenwelle 6 angebrachte Markierung detektierbar ist, wenn die Markierung an der ersten Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird. Indem nun mittels der ersten Abtastvorrichtung in einem vorgegeben Zeitintervall gemessen wird, wie oft die mindestens eine an der Dampfturbinenwelle 6 angebrachte Markierung an der Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird, kann bei Kenntnis der Anzahl der an der an der Dampfturbinenwelle 6 angebrachten Markierungen die Drehzahl der Dampfturbinenwelle bestimmt werden.
  • Die an der Dampfturbinenwelle 6 angebrachten Markierungen sind derart eingerichtet, dass deren Anzahl ohne weiteres erhöhbar oder erniedrigbar ist. Wird nun die Anzahl der an der Dampfturbinenwelle 6 angebrachten Markierungen erhöht, jedoch beim Bestimmen der Drehzahl angenommen, dass die Anzahl der an die Dampfturbinenwelle 6 angebrachten Markierungen gleich geblieben ist, so ist die mittels der ersten Drehzahlmesseinrichtung gemessene Drehzahl größer als die tatsächliche Drehzahl.
  • Die Dampfturbinenwelle 6 kann beispielsweise ein Nutrad aufweisen und die Zähne oder die Nuten des Nutrads können die Markierungen sein.
  • Beispielsweise kann die Dampfturbinenwelle 6 zehn Streifen aufweisen. In dem Verfahren zum Prüfen der Überdrehzahleinrichtung werden zwei weitere Streifen hinzugefügt, beim Bestimmen der Drehzahl wird jedoch angenommen, dass lediglich zehn Streifen vorliegen. Misst nun die erste Abtastvorrichtung, dass 600 Streifen pro Sekunde an ihr vorbei bewegt werden, so ergibt sich eine gemessene Drehzahl von 60 Umdrehungen/s (60 Hz), wobei die tatsächliche Drehzahl 50 Umdrehungen/s (50 Hz) beträgt.
  • In einer Ausführungsform weist die Einwellenanlage eine zweite Drehzahlmesseinrichtung zum Messen der Drehzahl der Gasturbine 3 auf. Die zweite Drehzahlmesseinrichtung weist mindestens eine an der Gasturbinenwelle 5 angebrachte Markierung und eine ortsfeste zweite Abtastvorrichtung auf, mittels der die an der Gasturbinenwelle 5 angebrachte Markierung detektierbar ist, wenn sie an der zweiten Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird. Darüber hinaus ist die zweite Drehzahlmesseinrichtung analog zu der ersten Drehzahlmesseinrichtung eingerichtet.
  • 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 ersten Überdrehzahlschutzes kann beispielsweise der Massenstrom des Dampfs unterbrochen werden. Bei einem Auslösen des zweiten Überdrehzahlschutzes kann der Massenstrom des Brennstoffs unterbrochen werden.
  • Anhand von zwei Beispielen wird im Folgenden das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
  • In einem ersten Beispiel 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 folgenden Schritten durchgeführt: a) Bereitstellen einer ersten Drehzahlmesseinrichtung zum Messen der Drehzahl der Dampfturbine 3, wobei die erste Drehzahlmesseinrichtung mindestens eine an der Welle 6 der Einwellenanlage 1 angebrachte Markierung in Form von Zähnen eines Nutrads der Welle 6 und eine ortsfeste Abtastvorrichtung aufweist, mittels der der mindestens eine Zahn detektierbar ist, wenn der Zahn an der Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird; a1) Kuppeln der Dampfturbine 3 mit der Gasturbine 2 derart, dass die tatsächliche Drehzahl der Dampfturbine 3 der tatsächlichen Drehzahl der Gasturbine 2 entspricht; b) Erhöhen der Anzahl der Zähne der ersten Drehzahlmesseinrichtung, wodurch die mittels der ersten Drehzahlmesseinrichtung gemessene Drehzahl höher als die tatsächliche Drehzahl wird; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine 3 eingeleiteten Dampfs und/oder des in die Gasturbine 2 eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Dampfturbine 3 eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Dampfturbine 3 die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird; f) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine 3 eingeleiteten Dampfs und/oder des in die Gasturbine 2 eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Gasturbine 2 eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Gasturbine 2 die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; g) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.
  • In einem zweiten Beispiel 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, wobei die die Dampfturbinenwelle 6 mittels einer Kupplung 7 an die Gasturbinenwelle gekuppelt ist, wobei die Kupplung 7 einkuppelt, sobald die Dampfturbine 3 die Gasturbine überholt 2, und auskuppelt, wenn die Drehzahl der Dampfturbine 3 kleiner als die der Gasturbine 2 ist, mit den folgenden Schritten durchgeführt: a) Bereitstellen einer ersten Drehzahlmesseinrichtung zum Messen der Drehzahl der Dampfturbine 3, wobei die erste Drehzahlmesseinrichtung mindestens eine an der Dampfturbinenwelle 6 der Einwellenanlage 1 angebrachte Markierung und eine ortsfeste erste Abtastvorrichtung aufweist, mittels der die mindestens eine Markierung detektierbar ist, wenn die an der Dampfturbinenwelle 6 angebrachte Markierung an der ersten Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird; a1) Bereitstellen einer zweiten Drehzahlmesseinrichtung zum Messen der Drehzahl der Gasturbine 2, wobei die zweite Drehzahlmesseinrichtung mindestens eine an der Gasturbinenwelle 5 der Einwellenanlage 1 angebrachte Markierung und eine ortsfeste zweite Abtastvorrichtung aufweist, mittels der die mindestens eine Markierung detektierbar ist, wenn die an der Gasturbinenwelle 5 angebrachte Markierung an der zweiten Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird; b) Erhöhen der Anzahl der Markierungen der ersten Drehzahlmesseinrichtung, wodurch die mittels der ersten Drehzahlmesseinrichtung gemessene Drehzahl höher als die tatsächliche Drehzahl wird; b1) Erhöhen der Anzahl der Markierungen der zweiten Drehzahlmesseinrichtung, wodurch die mittels der zweiten Drehzahlmesseinrichtung gemessene Drehzahl höher als die tatsächliche Drehzahl wird, wobei die erste Drehzahlmesseinrichtung und die zweite Drehzahlmesseinrichtung jeweils die gleiche Anzahl an Markierungen sowohl vor als nach dem Erhöhen der jeweiligen Anzahl aufweisen; c) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine 3 eingeleiteten Dampfs und/oder des in die Gasturbine 2 eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Dampfturbine 3 eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Dampfturbine 3 die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei das Erhöhen der Massenströme derart durchgeführt wird, dass die Dampfturbine 3 schneller als die Gasturbine 2 beschleunigt wird, wodurch die Kupplung 7 eingekuppelt bleibt; 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, wodurch die Kupplung 7 auskuppelt; e) Erhöhen des Massenstroms des in die Gasturbine 2 eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Gasturbine 2 eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Gasturbine 2 die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht; f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.
  • Bei beiden Ausführungsbeispielen 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 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, wie er durch die angehängten Patentansprüche definiert ist.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Prüfen einer Überdrehzahlschutzeinrichtung einer eine Gasturbine (2) und eine Dampfturbine (3) aufweisenden Einwellenanlage (1) mit den Schritten:
    a) Bereitstellen einer ersten Drehzahlmesseinrichtung zum Messen der Drehzahl der Dampfturbine (3), wobei die erste Drehzahlmesseinrichtung mindestens eine an der Welle (6) der Einwellenanlage (1) angebrachte Markierung und eine ortsfeste Abtastvorrichtung aufweist, mittels der die mindestens eine Markierung detektierbar ist, wenn die Markierung an der Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird;
    b) Erhöhen der Anzahl der Markierungen der ersten Drehzahlmesseinrichtung, wodurch die mittels der ersten Drehzahlmesseinrichtung gemessene Drehzahl höher als die tatsächliche Drehzahl wird;
    c) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine (3) eingeleiteten Dampfs und/oder des in die Gasturbine (2) eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Dampfturbine (3) eine Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein erster Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Dampfturbine (3) die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl erreicht;
    d) Prüfen, ob der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1 mit den Schritten:
    e) Kuppeln der Dampfturbine (3) mit der Gasturbine (2) derart, dass die tatsächliche Drehzahl der Dampfturbine (3) der tatsächlichen Drehzahl der Gasturbine (2) entspricht;
    f) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine (3) eingeleiteten Dampfs und/oder des in die Gasturbine (2) eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Gasturbine (2) eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Gasturbine (2) die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht;
    g) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 mit den Schritten:
    a1) Bereitstellen einer zweiten Drehzahlmesseinrichtung zum Messen der Drehzahl der Gasturbine (2), wobei die zweite Drehzahlmesseinrichtung mindestens eine an der Welle (5) der Einwellenanlage (1) angebrachte Markierung und eine ortsfeste Abtastvorrichtung aufweist, mittels der die mindestens eine Markierung detektierbar ist, wenn die Markierung an der Abtastvorrichtung vorbei bewegt wird;
    b1) Erhöhen der Anzahl der Markierungen der zweiten Drehzahlmesseinrichtung, wodurch die mittels der zweiten Drehzahlmesseinrichtung gemessene Drehzahl höher als die tatsächliche Drehzahl wird;
    e) Erhöhen des Massenstroms des in die Dampfturbine (3) eingeleiteten Dampfs und/oder des in die Gasturbine (2) eingeleiteten Brennstoffs derart, dass die gemessene Drehzahl der Gasturbine (2) eine Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht, die höher als die Dampfturbinengrenzwertdrehzahl ist, wobei die Überdrehzahlschutzeinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zweiter Überdrehzahlschutz ausgelöst wird, sobald die gemessene Drehzahl der Gasturbine (2) die Gasturbinengrenzwertdrehzahl erreicht;
    f) Prüfen, ob der zweite Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3,
    wobei die Dampfturbine (3) mittels einer Kupplung (7) an die Einwellenanlage (1) gekuppelt ist,
    wobei die Kupplung (7) einkuppelt, sobald die Dampfturbine (3) die Gasturbine überholt (2), und auskuppelt, wenn die Drehzahl der Dampfturbine (3) kleiner als die der Gasturbine (2) ist,
    wobei Schritt c) derart durchgeführt wird, dass die Dampfturbine (3) schneller als die Gasturbine (2) beschleunigt wird, wodurch die Kupplung (7) eingekuppelt bleibt.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
    mit dem Schritt:
    d1) Unterbrechen des Massenstroms des in die Dampfturbine (3) eingeleiteten Dampfs in dem Fall, dass der erste Überdrehzahlschutz ausgelöst wird.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
    wobei die Einwellenanlage (1) einen Generator (4) aufweist, an dem keine elektrische Last angeschlossen ist.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
    mit dem Schritt:
    h) Entfernen der in Schritten b) und/oder b1) hinzugefügten Markierungen.
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