JP2019525050A - タービンの速度加速度リミッタ - Google Patents
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Abstract
蒸気タービン（１）への蒸気流入を制御するための方法であって、タービン（１）は、高圧ケーシング（２）、少なくとも１つの減圧ケーシング（３、４、５、６）、および流入蒸気制御システム（１３）を含み、高圧ケーシング（２）および少なくとも１つの減圧ケーシング（３）は、蒸気流入用の制御バルブ（８、１０）を含む。蒸気流入制御システム（１３）は、タービン（１）の速度（１４）および加速度（１５）の少なくとも一方を決定するステップと、決定された速度および／または加速度を所定の速度しきい値（１６）および所定の加速度しきい値（１７）とそれぞれ比較するステップと、を管理し、決定された速度および／または加速度が所定のしきい値（１８、１９）を超えている場合には、制御システム（１３）は速度加速度リミッタ（２０）を作動させる。【選択図】図１
Description
本発明は、一般的には発電所蒸気タービンに関し、より詳細にはそのような蒸気タービンへの蒸気流入を制御するための方法に関する。
通常、発電所蒸気タービンは、加圧蒸気の熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置である。熱エネルギーは、ボイラーによる蒸気の生成によって得られる。結果として生じる蒸気流は、したがって、必要な圧力および温度で蒸気タービンに供給される。
タービンが蒸気流をトルクに変換して、トルクは電気エネルギーを生成するために発電機のロータを駆動するのに使用される。特に、発電機のロータは、ロータを蒸気タービンと相互連結するタービンシャフトによって駆動される。
一般に、発電機は、生成された電気エネルギーを複数の送電線を介して消費者に分配するための交流送電網と結合されている。発電機から送電網への電気エネルギーの供給を得るためには、発電機の周波数が送電網の周波数と一致するように発電機と送電網とが同期していることが重要である。
ボイラーによって供給された蒸気は、高圧蒸気ケーシングに入る。高圧ケーシングへの流入は停止バルブと制御バルブを通して行われる。
高圧ケーシング内で蒸気が膨張した後に、蒸気は湿分分離器再熱器に送られ、湿分分離器再熱器は、腐食および浸食を防止するために湿分を抜いて蒸気を再加熱する。
このようにして乾燥され再加熱された蒸気は、中間圧停止バルブおよび制御バルブを通って、一般に中間圧蒸気ケーシングである減圧ケーシングに入り、次いで１つまたは複数の低圧蒸気ケーシングに入る。特定の蒸気タービンは中間圧ケーシングを備えておらず、蒸気は湿分分離器再熱器から低圧停止バルブおよび制御バルブを通って低圧ケーシングへ直接通過する。
住宅負荷タービン動作モードへの切り換え、負荷遮断への切り換え、または送電網短絡の発生時などの過渡状態の場合には、発電機によって加えられる抵抗トルクが減少または消失し、タービンを通過する蒸気流がタービンの加速をもたらす。
熱的動力と電気的負荷との間のトルクの不均衡によって引き起こされるタービン過速度トリップは、軸線に対する機械的な制約およびタービン−発電機群の利用不可能性をもたらす可能性がある。
最新技術では、解決策は、中間圧流入バルブ、または中間圧ケーシングがない場合には低圧流入バルブを公称負荷の５〜４０％の負荷でタービン始動から開くように維持することである。不安定性を減らすために、予め定義された負荷プロファイルが使用される。それにもかかわらず、過渡状態を特徴付けるための限られた数のプロファイルしか定義されていない。トルクの不均衡な過渡状態は、突然で予測不可能なことが多く、それらの大きさとプロファイルは特徴付けるのが困難である。その結果、この解決策では全てのタイプの過渡状態に応答することができない。
別の解決策は、開閉命令を制御バルブに送ることである。しかしながら、この解決策の不利な点は、回復時間および制御バルブの応力にある。
さらに、これらの解決策は、中間圧バルブの下流、特に湿分分離器再熱器と中間圧ケーシングとの間、および中間圧ケーシングと低圧ケーシングとの間に大きなデッドボリュームを有するタービンには適切ではないか、または十分ではない。
したがって、本発明は、発電所蒸気タービンへの流入蒸気を制御するための方法を提供することによってこれらの欠点を克服することを意図しており、本方法は、送電網のためにタービンを利用できなくなるタービンの過剰な速度および／または加速度を防止することができる。
このように、本発明は、蒸気タービンへの蒸気流入を制御するための方法を提案し、タービンは、高圧ケーシング、少なくとも１つの減圧ケーシング、および流入蒸気制御システムを含み、高圧ケーシングおよび少なくとも１つの減圧ケーシングは、蒸気流入用の制御バルブを含む。
蒸気流入制御システムは、タービンの速度および加速度の少なくとも一方を決定するステップと、決定された速度および／または加速度を所定の速度しきい値および所定の加速度しきい値とそれぞれ比較するステップと、を管理し、決定された速度および／または加速度が所定のしきい値を超えている場合には、制御システムは速度加速度リミッタを作動させる。
有利には、作動された速度加速度リミッタは、タービンへの蒸気流入を調整するために、決定された速度および／または加速度の値に応じて、制御バルブ開度設定値を高圧および減圧制御バルブに課してもよい。速度加速度リミッタは、高速で適切な反応によって作用することができる。
より有利には、制御バルブ開度設定値を制御バルブに課すステップは、制御バルブ位置ループカードを介して実行されてもよい。
その上、制御バルブ開度設定値は、タービン蒸気流要求量に依存してもよい。
好ましくは、蒸気流要求量は、タービンの回転速度、負荷、生蒸気圧、およびタービンの動作モードのうちの少なくとも１つを含むパラメータを用いて決定される。
別の実施形態では、速度しきい値はタービンの公称速度に従って選択されてもよい。
有利には、加速度しきい値はタービンの最大加速度に従って選択されてもよい。
より有利には、状況が正常化されてタービンの速度および加速度がしきい値より低くなった場合には、速度加速度リミッタが作動停止される。
その上、制御システムは、過剰な速度および／または加速度が最も生じやすいタービンの過渡状態中に作動されてもよい。
本発明の別の目的は、高圧ケーシングと、少なくとも１つの減圧ケーシングと、蒸気流入制御システムと、を含む蒸気タービンに関し、高圧ケーシングおよび少なくとも１つの減圧ケーシングは、蒸気流入用の制御バルブを含む。
その上、蒸気流入制御システムは、タービンの速度および加速度の少なくとも一方を決定し、決定された速度および／または加速度を所定の速度しきい値および所定の加速度しきい値とそれぞれ比較し、決定された速度および／または加速度が所定のしきい値を超えている場合には、速度加速度リミッタを作動させるように構成される。
好ましくは、制御バルブの開閉を行うために油圧アクチュエータが設けられ、油圧アクチュエータは電気油圧増幅器を含む。
より好ましくは、制御バルブの開閉を行うために油圧アクチュエータが設けられ、油圧アクチュエータは、関連する制御バルブを緊急閉鎖するための油圧高速閉鎖装置を含む。
本発明の他の利点および特徴は、添付の図面に示す非限定的な例である本発明の実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
図１に示すように、発電所蒸気タービン１は、高圧蒸気ケーシング２および少なくとも１つの減圧ケーシングを含む。図示する例では、減圧ケーシングは中間蒸気ケーシング３および３つの低圧蒸気ケーシング４、５、６に対応する。
また、蒸気タービンには、高圧ケーシング２の上流に停止バルブ７および制御バルブ８が設けられ、中間圧ケーシング３の上流に停止バルブ９および制御バルブ１０が設けられている。
中間圧停止バルブ９および制御バルブ１０の上流には、２つの湿分分離器再熱器１１、１２が配置されている。
ボイラー（図示せず）によって供給された蒸気は、高圧蒸気ケーシング２に入る。高圧ケーシングへの流入は、高圧停止バルブ７および高圧制御バルブ８を介して行われる。
高圧ケーシング２内で蒸気が膨張した後に、その蒸気は湿分分離器再熱器１１、１２に送られる。
このようにして、蒸気は中間圧停止バルブ９および中間圧制御バルブ１０を介して中間圧ケーシング３に流入され、次いで低圧ケーシング４、５、６に流入される。
さらに、蒸気タービン１は、タービンが動作しているとき、有利には過渡状態が生じたときに作動する蒸気流入制御システム１３を含む。
図２に示すように、第１のステップでは、制御システム１３はタービン速度１４とタービン加速度１５の一方または両方を決定する。
第２のステップでは、制御システム１３は、決定された速度を所定の速度しきい値１６と比較し、決定された加速度を所定の加速度しきい値１７と比較する。
決定された速度が所定の速度しきい値１８を超えている、および／または決定された加速度が所定の加速度しきい値１９を超えている場合には、制御システム１３は速度加速度リミッタ２０を作動させる。
タービン１への蒸気流入を調整し、速度および／または加速度をしきい値未満に低下させるために、作動された速度加速度リミッタ２０は、制御バルブ開度設定値２１、２２を高圧制御バルブ８およびその例では中間圧制御バルブ１０である減圧制御バルブに有利に課す。制御バルブ開度設定値２１、２２は、タービン蒸気流要求量２３に応じて精密に設定されることが好ましい。
これに関して、制御システム１３は、様々なタービンパラメータ２４と、決定された速度および／または加速度の値との関数として、蒸気流要求量２３を決定することができる。パラメータ２４は、例えば、タービンの回転速度、負荷、生蒸気圧、タービン動作モード、制限およびランバックを含むことができ、速度および／または負荷要求の決定を可能にする。
図示する実施形態では、蒸気流入制御システム１３は、制御バルブごとに１つの位置ループカードを含む。高圧制御バルブ８用の位置ループカード２６および中間圧制御バルブ１０用の位置ループカード２７は、開度設定値２１を高圧制御バルブ８に課すステップおよび開度設定値２２を中間圧制御バルブ１０に課すステップを実行するようにそれぞれ構成される。
さらに、制御バルブ８、１０の開閉は、バルブを制御するための電気油圧増幅器と、バルブ８、１０を緊急閉鎖するための油圧高速閉鎖装置と、を含む油圧アクチュエータによって行われることが好ましい。そして、タービンは、電気油圧増幅器または油圧高速閉鎖装置によって制御バルブ８、１０を閉じるように構成することができる。
通常の動作では、速度加速度リミッタ２０は作動停止されることが好ましく、制御バルブ８、１０の位置はそれ自体パラメータ２４によって決定される蒸気流要求量２３によって決定することができる。
対照的に、負荷変動、送電網事故、または住宅負荷動作モードへの切り換えなどの過渡状態の間には、電気的負荷と熱出力との間のトルクの不均衡が生じて、タービン１が一般に加速し、その速度が上昇する。速度および／または加速度の値が所定の速度および加速度のしきい値を超える場合にのみ、速度加速度リミッタ２０が作動される。応答として、速度加速度リミッタ２０は、制御バルブ開度設定値２１、２２を課すことによって、したがって高圧制御バルブ８および中間圧制御バルブ１０を迅速に閉じることによって、速度および加速度を有利に制限する。
速度加速度リミッタ２０は、対応する加速度を計算し、得られた値を所定のしきい値と比較するために、速度を連続的に導出するように構成することができる。通常、加速度の所定のしきい値は、タービンの最大加速度の約５０％である。このように、速度加速度リミッタ２０は、決定された加速度と加速度しきい値との間の偏差に従って蒸気流要求量２３を減少させる。
さらに、速度加速度リミッタ２０はタービン速度を速度しきい値と比較する。通常、速度しきい値はタービン公称速度の１０７％である。このように、速度加速度リミッタ２０は、決定された速度と速度しきい値との間の偏差に従って蒸気流要求量２３を減少させる。
状況が正常化されると、速度および加速度の値は速度および加速度のしきい値を下回った。したがって、速度加速度リミッタ２０は作動停止され、したがってもはや高圧制御バルブ８および中間圧制御バルブ１０を制御しなくてもよい。
したがって、本発明は、高圧、中間圧、および低圧ケーシング２、３、４、５、６に供給される蒸気の調整を可能にし、それによってタービンが送電網のために利用できなくなる可能性があるタービン１の過剰な速度を回避する方法を提供する。
本方法は、高速で適切な応答によって軸線速度、ターボ発電機の負荷、および生蒸気圧を制御することによってタービン１の軸線の安全性を保証することを可能にする。
速度加速度リミッタ２０は、速度変動、すなわち出力と負荷との間の不均衡の結果をチェックすることによって現実的な分析を実現する。これは、予測ではなく結果に対して是正措置を講じることによってタービン１の利用可能性を改善する。
１ 発電所蒸気タービン
２ 高圧蒸気ケーシング
３ 中間圧ケーシング、中間蒸気ケーシング
４ 低圧蒸気ケーシング
５ 低圧蒸気ケーシング
６ 低圧蒸気ケーシング
７ 高圧停止バルブ
８ 高圧制御バルブ
９ 中間圧停止バルブ
１０ 中間圧制御バルブ
１１ 湿分分離器再熱器
１２ 湿分分離器再熱器
１３ 蒸気流入制御システム
１４ タービン速度
１５ タービン加速度
１６ 所定の速度しきい値
１７ 所定の加速度しきい値
１８ 所定の速度しきい値
１９ 所定の加速度しきい値
２０ 速度加速度リミッタ
２１ 制御バルブ開度設定値
２２ 制御バルブ開度設定値
２３ タービン蒸気流要求量
２４ タービンパラメータ
２６ 位置ループカード
２７ 位置ループカード
２ 高圧蒸気ケーシング
３ 中間圧ケーシング、中間蒸気ケーシング
４ 低圧蒸気ケーシング
５ 低圧蒸気ケーシング
６ 低圧蒸気ケーシング
７ 高圧停止バルブ
８ 高圧制御バルブ
９ 中間圧停止バルブ
１０ 中間圧制御バルブ
１１ 湿分分離器再熱器
１２ 湿分分離器再熱器
１３ 蒸気流入制御システム
１４ タービン速度
１５ タービン加速度
１６ 所定の速度しきい値
１７ 所定の加速度しきい値
１８ 所定の速度しきい値
１９ 所定の加速度しきい値
２０ 速度加速度リミッタ
２１ 制御バルブ開度設定値
２２ 制御バルブ開度設定値
２３ タービン蒸気流要求量
２４ タービンパラメータ
２６ 位置ループカード
２７ 位置ループカード
Claims (12)
- 蒸気タービン（１）への蒸気流入を制御するための方法であって、前記タービン（１）は、高圧ケーシング（２）、少なくとも１つの減圧ケーシング（３、４、５、６）、および流入蒸気制御システム（１３）を含み、前記高圧ケーシング（２）および前記少なくとも１つの減圧ケーシング（３）は、蒸気流入用の制御バルブ（８、１０）を含み、前記蒸気流入制御システム（１３）は、
前記タービン（１）の速度（１４）および加速度（１５）の少なくとも一方を決定するステップと、
前記決定された速度および／または加速度を所定の速度しきい値（１６）および所定の加速度しきい値（１７）とそれぞれ比較するステップと
を管理し、
前記決定された速度および／または加速度が前記所定のしきい値（１８、１９）を超えている場合には、前記制御システム（１３）は速度加速度リミッタ（２０）を作動させる、ことを特徴とする方法。 - 前記作動された速度加速度リミッタ（２０）は、前記タービン（１）への前記蒸気流入を調整するために、前記決定された速度および／または加速度の値に応じて、制御バルブ開度設定値（２１、２２）を前記高圧および減圧制御バルブ（８、１０）に課す、請求項１に記載の方法。
- 前記制御バルブ開度設定値（２１、２２）は、前記タービン（１）の蒸気流要求量（２３）に依存する、請求項２記載の方法。
- 前記蒸気流要求量（２３）は、前記タービン（１）の回転速度、前記負荷、前記生蒸気圧、および前記タービン（１）の動作モードのうちの少なくとも１つを含むパラメータ（２４）を用いて決定される、請求項３に記載の方法。
- 制御バルブ開度設定値（２１、２２）を前記制御バルブ（８、１０）に課す前記ステップは、制御バルブ位置ループカード（２６、２７）を介して実行される、請求項２に記載の方法。
- 前記速度しきい値は、前記タービン（１）の公称速度に従って選択される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記加速度しきい値は、前記タービン（１）の最大加速度に従って選択される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記タービン（１）の速度および加速度が前記しきい値より低くなった場合には、前記速度加速度リミッタ（２０）が作動停止される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記制御システム（１３）は、前記タービン（１）の過渡状態中に作動される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
- 高圧ケーシング（２）、少なくとも１つの減圧ケーシング（３、４、５、６）、および蒸気流入制御システム（１３）を含む蒸気タービンであって、前記高圧ケーシング（２）および前記少なくとも１つの減圧ケーシング（３）は、蒸気流入用の制御バルブ（８、１０）を含み、前記蒸気流入制御システム（１３）は、前記タービン（１）の速度（１４）および加速度（１５）の少なくとも一方を決定し、前記決定された速度および／または加速度を所定の速度しきい値（１６）および所定の加速度しきい値（１７）とそれぞれ比較し、前記決定された速度および／または加速度が前記しきい値（１８、１９）を超えている場合には、速度加速度リミッタ（２０）を作動させるように構成される、ことを特徴とする蒸気タービン。
- 前記制御バルブ（８、１０）の開閉を行うために油圧アクチュエータが設けられ、前記油圧アクチュエータは電気油圧増幅器を含む、請求項１０に記載の蒸気タービン。
- 前記制御バルブ（８、１０）の開閉を行うために油圧アクチュエータが設けられ、前記油圧アクチュエータは、前記関連する制御バルブを緊急閉鎖するための油圧高速閉鎖装置を含む、請求項１０または１１に記載の蒸気タービン。
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