KR100262490B1

KR100262490B1 - 기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조제어장치

Info

Publication number: KR100262490B1
Application number: KR1019960065678A
Authority: KR
Inventors: 이경인
Original assignee: 이구택; 포항종합제철주식회사
Priority date: 1996-12-14
Filing date: 1996-12-14
Publication date: 2000-08-01
Also published as: KR19980047219A

Abstract

본 발명은 기력발전설비인 보일러의 주증기압력제어와 터빈의 조속기제어를 씨알티(CRT : Cathode Ray Terminal)로 통합하여 서로 연관성 있게 효율적으로 제어할 수 있는 기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조제어장치에 관한 것으로, 기력발전설비에서 발전기의 출력을 제어하는 터빈조속기와 보일러의 주증기압력을 제어하는 보일러마스터를 통합하여 제어하는 기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조 제어장치에 있어서, 발전기의 목표부하값을 설정하고, 그 목표값으로 설정된 변화율로 점진적으로 가변된 부하설정값을 출력하는 출력요구부와, 상기 출력요구부로부터 출력되는 부하설정값에 발전기의 출력주파수조정값을 합산하여된 설정값이 정해진 상하한범위내에 들도록 제한하는 출력요구상하한설정부와, 상기 출력요구상하한설정부를 통해 인가되는 출력주파수로 조정된 부하설정값에 따른 부하조정값을 연산하고, 압력설정값에 따른 압력조정값을 연산한 후, 상기 부하조정값과 상기 압력조정값을 통합한 제어신호를 터빈조속기 및 보일러마스터에 인가하는 유니트제어부를 구비한다.

Description

기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조제어장치

본 발명은 기력발전의 제어계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기력발전설비인 보일러의 주증기압력제어와 터빈의 조속기제어를 씨알티(CRT : Cathode Ray Terminal)에 통합하여 서로 연관성 있게 효율적으로 제어할 수 있는 기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 기력발전은 증기의 열에너지를 이용하여 전기와 같은 동력을 발생시키는 것으로 대용량보일러(BOILER)와 증기터빈(STEAM TURBINE) 및 발전기(GENERATOR) 및 그밖의 부대설비장치의 조합으로 증기원동소(STEAM AND POWER PLANT)의 기본 사이클이 구성된다. 이런 증기동력플랜트는 증기발생설비인 보일러와 터빈 그리고 발전기가 각각 1대씩 조합된 유니트시스템으로 구성되는데, 이와같은 기력발전의 개력적인 공정도를 제3도에 보였다.

제3도에서, 보일러(1)는 제어된 연료와 공기를 공급받아 일정한 압력(약, 127㎏/㎠)과 일정한 온도(약, 538℃)의 주증기를 발생시키고, 상기 보일러(1)에서 발생된 주증기는 터빈(3)으로 인가되어, 터빈(3)을 회전시키고, 여기에서 그 온도와 압력이 낮아진 증기는 재가열되어 소정의 압력과 온도를 회복한 후 저압터빈(4)으로 인가되어, 저압터빈(4)을 회전시킨다. 상기 터빈(2)과 저압터빈(3)의 회전력이 발전기(5)를 회전시켜 소정의 전력이 발생된다. 그리고, 상기 저압터빈(4)을 회전시킨 증기는 복수기에 의하여 응축되어 복수펌프(8)에 의하여 보일러(1)로 다시 급수된다. 또한 상기 복수기에서 응축되지 않은 증기는 배기실을 통해 밖으로 배출된다.

종래에는 상기와 같은 기력발전공정에 있어서, 제1도에 보인것과 같이, 보일러(1)의 증기압력을 일정하게 제어하기 위해 보일러마스터(11)에서 보일러의 주증기압력이 설정치압력에 일치되도록 연료제어기(12) 및 공기제어기(13)를 제어하여 연료유량과 공기유량을 증감시키는 한편, 발전기(5)의 출력(MW)을 일정하게 제어하기 위해 터빈조속제어기(14)는 실제 발전기출력(MW)이 설정치에 일치하도록 터빈조속기(2)를 개폐시켜 터빈(3)에 유입되는 증기량을 증감시킨다.

즉, 발전기(5)의 출력을 변화시키기 위해서 터빈조속기제어기(14)의 설정치출력을 변경시키면 터빈조속기(2)가 움직여 터빈(3)에 유입되는 증기량이 변화되고, 그러면 보일러(1)의 상당증발량이 변화되어 보일러(1)의 주증기압력이 변하는 현상이 발생된다. 이에 보일러마스터(11)는 주증기압력을 설정치에 일치시키기 위해 연료 조절밸브(4)와 공기조절댐퍼(6)를 조정한다.

그런데, 상기와 같은 종래의 기력발전제어장치는 보일러제어계와 터빈조속기제어계가 각각 분리되어 있기 때문에, 발전기출력이 변하면 그 다음에 주증기유량 및 압력이 변하고, 그 다음 보일러연료와 공기량이 변하는 3단계로 동작이 이루어져 제어시간이 상당히 지연될 뿐만 아니라 발전기출력, 주증기유량 및 압력, 보일러연료량 및 공기량 중 한 요소만 변화하여도 제어지연에 따른 전체 제어계통이 헌팅(HUNTING)되어 설비트러블이 발생되게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기력발전제어장치의 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로써, 그 목적은 기력발전의 보일러와 터빈의 제어계를 CRT로 통합하여 상호연관된 제어가 이루어져 터빈발전기와 보일러의 제어시 외란에 조속히 대응할 수 있도록 하는 기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조제어장치를 제공하는데 있는 것이다.

제1도는 종래 기력발진에서의 보일러와 터빈의 제어장치를 도시한 블록구성도이다.

제2도는 본 발명에 의한 보일러 및 터빈의 협조제어장치를 도시한 블록구성도이다.

제3도는 기력발전의 개략적인 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 출력요구부 30 : 출력요구상하설정부

40 : 유니트제어부 21 : 부하목표치설정기

23 : 변화율설정기 31 : 주파수검출기

32 : 펑션제너레이터 34 : 부하요구상한제한기

36 : 상한설정기 37 : 부하요구하한제한기

39 : 하한설정기 41 : 출력검출기

42 : 발전기출력제어기 44 : 상하한제한기

54 : 주증기압력설정기 55 : 보일러마스터

56 : 연료제어기 57 : 공기제어기

58 : 주증기압력검출기 22, 24, 35, 38, 53 : 아날로그메모리

25, 52 : 변화율제한기 33, 43, 45, 51 : 합산기

46, 47 : 절환기 48, 49, 50 : 압력제어기

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명은 기력발전설비에서 발전기의 출력을 제어하는 터빈조속기와 보일러의 주증기압력을 제어하는 보일러마스터를 통합하여 제어하는 기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조제어장치에 있어서, 발전기의 목표부하값을 설정하고, 그 목표값으로 설정된 변화율로 점진적으로 가변된 부할설정값을 출력하는 출력요구부와, 상기 출력요구부로부터 출력되는 부하설정값에 발전기에 출력주파수조정값을 합산하여된 설정값이 정해진 상하한 범위내에 들도록 제한하는 출력요구상하한설정부와, 상기 출력요구상하한설정부를 통해 인가되는 출력주파수로 조정된 부하설정값에 따른 부하조정값을 연산하고, 압력설정값에 따른 압력조정값을 연산한 후, 상기 부하 조정값과 상기 압력조정값을 통합한 제어신호를 터빈조속기 및 보일러마스터에 인가하는 유니트제어부를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

제2도는 본 발명에 의한 보일러 및 터빈의 협조제어장치를 도시한 블록구성도로써, 작업자에 의하여 조작되어 한 번 누를때마다 일정치의 증감신호를 발생하는 증가버튼(21a) 및 감소버튼(21b)으로 된 부하목표치설정기(21)와 상기 부하목표치설정기(1)로부터의 증감신호를 변화율제한기(25)로 인가하는 아날로그메모리(22)와 증가버튼(23a) 및 감소버튼(23b)으로 이루어져 작업자의 조작에 따라 변화율증감신호를 출력하는 변화율설정기(23)와 상기 변화율설정기(23)의 변화율증감신호를 변화율제한기(25)로 인가하는 아날로그메모리(24)와 상기 아날로그메모리(22)로부터 인가되는 부하목표값을 다른 아날로그메모리(24)로부터 입력된 변화율로 제한하여 출력하는 변화율제한기(25)로 이루어지는 출력요구부(20)와, 출력주파수를 검출하는 주파수검출기(31)와 상기 주파수검출기(31)에 의하여 검출된 입력주파수의 출력데이타를 조정하는 펑션제너레이터(32)와 상기 펑션제너레이터(32)로부터 입력신호와 상기 변화율제한기(24)를 통해 입력되는 출력부하설정치를 합산하는 합산기(33)와 증가 및 감소버튼(36a), (36b)로 이루어져 요구부하의 상한을 설정하는 상한설정기(36)와 상기 상한설정기(36)로부터 인가되는 상한 증감신호를 상한제한기(35)로 인가하는 아날로그메모리(35)와 상기 합산기(33)의 출력신호의 상한을 결정하는 상한제한기(34)와 증가 및 감소버튼(39a), (39b)으로 이루어져 요구부하의 하한을 설정하는 하한설정기(39)와 상기 하한설정기(39)로부터의 하한설정치증감신호를 하한제한기(37)로 인가하는 아날로그메모리(38)와 상기 아날로그메모리(38)로부터 인가된 값으로 상기 합산기(33)의 출력신호의 하한을 제한하는 하한제한기(37)로 이루어지는 출력요구상하한설정부(30)와, 발전기의 출력(MW)을 검출하는 출력검출기(41)와 상기 출력검출기(41)에 의하여 검출된 발전기출력과 상기 출력지령상하한설정부(30)로부터 인가된 설정값을 비례적분하여 그 편차신호를 출력하는 출력제어기(52)와 상기 출력제어기(52)로부터의 편차신호와 상기 출력지령상하한설정부(30)로부터의 설정값을 합산하는 합산기(43)와 상기 합산기(43)의 출력신호의 상한/하한을 제한하는 상하한제한기(44)와 상기 상하한제한기(44)를 통과한 제어신호와 제1절환기(47)로부터 인가되는 신호를 합산하는 합산기(45)와 상기 합산기(45)로부터의 제어신호 또는 제2압력제어기(50)로부터의 제어신호를 터빈조속기(20)로 인가하는 제2절환기(46)와 제1압력제어기(48)로부터의 제어신호를 합산기(45)로 전달하는 제1절환기(47)와 상기 압력검출기(63)에 의한 검출압력치와 변화율제한기(62)를 통해 인가되는 압력설정치의 편차를 출력하는 제1압력제어기(48), 제2압력제어기(50), 제3압력제어기(49)와, 상기 제3압력제어기(49)로부터의 편차신호와 상기 합산기(43)로부터 출력신호를 합산하여 보일러마스터(55)로 인가하는 합산기(51)와 압력설정치를 서서히 변화시켜 상기 제1, 2, 3압력제어기(49)로 인가하는 변화율제한기(52)와 설정된 압력설정치를 상기 변화율제한기(52)로 인가하는 아날로그메모리(53)와 주증기의 압력을 설정하는 주증기압력설정기(54)와 상기 합산기(51)로부터 인가되는 제어신호에 따라 연료 및 공기 유량을 조정하도록 제어하는 보일러마스터(55)와 상기 보일러마스터(55)의 제어에 따라 연료유량을 조정하는 연료제어기(56)와 상기 보일러마스터(55)의 제어에 따라 공기유량을 조정하는 공기제어기(57)와 주증기의 압력을 검출하는 압력검출기(58)로 이루어지는 유니트제어부(40)를 구비한다.

그리고, 상기와 같은 구성의 보일러와 터빈의 협조제어장치는 CRT에 설치된다.

상술한 구성에 의한 동작은 다음과 같이 이루어진다.

부하 목표치설정기(21)에서 목표출력을 요구하면 변화율제한기(24)에 의하여 목표 출력부하로까지의 부하변화율이 정해져 합산기(33)로 부하의 설정값이 인가된다. 그리고, 상기에서 변화율설정기(25)에 설정된 증감버튼(23a), (23b)를 조작함으로써 상기 변화율제한기(24)의 변화율을 증가 또는 감소시킬 수 있다.

이와같은 출력부하설정값은 합산기(33)에서 펑션제너레이터(32)를 통한 주파수검출기(31)의 검출주파수값과 합산된 후, 상하한제한기(34), (37)에 의하여 설정된 상하한 범위를 넘지 않도록 제한된 후, 범위내의 신호만 유니트제어부(40)로 인가된다. 이 상하한제한기(34), (37)는 과동한 부하요구에 의한 급격한 변화를 방지하고자 하는 것이며, 상기에서 주파수변화에 따라 부하출력요구를 조정함으로써, 주파수변화에 대한 보일러마스터(55) 및 터빈조속기(2)의 제어가 동시에 이루어질 수 있으며, 따라서 주파수변화에 대한 유니트제어의 속응력을 높힐 수 있다.

상기에서 상기 상하한제한기(34), (37)에서 설정된 상한과 하한값은 상한설정기(36)와 하한설정기(39)에 구비된 증감버튼(36a, 36b), (39a, 39b)를 조작하여 작업자가 임의대로 증감시킬 수 있다.

상기 상하한제어한기(34), (37)를 통해 상하한범위내의 검출주파수로 조정된 출력설정값은 출력제어기(42)로 입력되고, 이 출력제어기(42)는 상기 출력설정값과 출력검출기(41)에 의하여 검출된 발전기(제3도 (5))의 출력값(MW)과 비교하여 그 편차신호를 합산기(43)로 인가한다. 합산기(43)는 상기 출력제어기(42)로부터의 편차신호와 출력요구상하한설정부(30)로부터 인가되는 검출주파수로 조정된 출력설정값과 합산하여 출력한다.

상기 합산기(43)로부터 출력되는 설정값과 검출 출력값과의 편차신호가 합산된 출력제어신호는 상하한제한기(44)를 통해 설정범위를 넘어서지 않는 범위내에서 합산기(45)로 인가되고, 상기 신호는 이 합산기(45)에 의하여 제1압력제어기(48)로부터 연산된 압력검출기(58)로부터이 검출압력과 변화율제한기(52)로부터의 압력설정값과의 편차신호와 합산되어 제2절환기(46)로 입력된다.

이 제2절환기(46)는 상기 합산기(45)로부터의 신호 또는 제2압력제어기(50)로부터의 신호를 터빈조속기(46)로 인가하는데, 보통시에는 합산기(45)로부터 인가되는 주증기의 압력 및 발전기출력을 감안한 제어신호를 터빈조속기(2)로 인가하여 주증기의 압력과 발전기출력을 동시에 제어할 수 있도록 하다가, 보일러 연료와 공기제어계통에 이상이 발생하였을 때는 상기 제2압력제어기(50)로부터의 신호를 터빈조속기(2)에 제어신호로 인가하여 주증기압력만을 제어하도록 한다. 이에 의하여 보일러이상시에 보일러 및 터빈발전기의 발전설비를 조기에 안정화시킬 수 있게 된다.

그리고, 주증기압력설정기(54)에 의하여 압력이 목표값이 설정되면, 상기 압력의 목표값은 아날로그메모리(53)를 통해 변화율제한기(52)로 인가된다. 그리고, 이 변화율제한기(52)에 의하여 일정한 변화율로 상기 목표값에 근접해가는 설정압력값은 제1, 2, 3압력제어기(48, 50, 49)로 인가되는데, 상기에서 제3압력제어기(49)는 변화율제한기(52)로부터 인가되는 설정값과 압력검출기(58)로부터 검출된 현재 압력치와의 편차를 출력하고, 이 편차신호는 합산기(51)에 의하여 상기 합산기(43)로부터 출력되는 발전기의 출력제어신호와 합산되어 보일러마스터(55)로 인가된다.

이에 보일러마스터(55)는 상기 합산기(51)로부터 인가되는 제어신호에 따라 연료제어기(56) 및 공기제어기(57)를 동시에 제어하여 보일러로 유입되는 연료량 및 공기량을 조정한다.

상기에서, 보일러마스터(55)는 제3압력제어기(49)와 발전기의 출력제어기(42)를 통합하여 동시에 받아 들임으로써 부하출력(MW) 요구시, 연료량과 공기량 및 터빈조속기를 동시에 동작하도록 할 수 있다.

이와같이, 본 발명은 기력발전의 터빈조속기와 보일러 제어계중 어느 한쪽에 문제가 발생할시에 터빈조속기가 보일러압력을 추종하던지 발전기출력을 추종하게 됨으로써 유니트제어계를 조기에 안정화시키는 효과가 있을 뿐만아니라 정상기에는 터빈조속기와 보일러마스터가 발전기출력 및 주증기압력에 따라서 동시에 제어가 이루어지게 됨으로써 외란에 대하여 신속하게 대응할 수 있는 효과가 있다.

Claims

기력발전설비에서 발전기의 출력을 제어하는 터빈조속기와 보일러의 주증기압력을 제어하는 보일러마스터를 통합하여 제어하는 기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조제어장치에 있어서, 발전기의 목표부하값을 설정하고, 그 목표값을 설정된 변화율로 점진적으로 가변된 부하설정값을 출력요구부와, 상기 출력요구부로부터 출력되는 부하설정값에 발전기의 출력주파수조정값을 합산하여된 설정값이 정해진 상하한범위내에 들도록 제한하는 출력요구상하한설정부와, 상기 출력요구상하한설정부를 통해 인가되는 출력주파수로 조정된 부하설정값에 따른 부하조정값을 연산하고, 압력설정값에 따른 압력조정값을 연산한 후, 상기 부하 조정값과 상기 압력조정값을 통합한 제어신호를 터빈조속기 및 보일러마스터에 인가하는 유니트제어부를 구비함을 특징으로 하는 기력발전에 구비하는 보일러 및 터빈의 협조제어장치.
제1항에 있어서, 상기 출력요구부는 증가버튼과 감소버튼을 구비하여 상기 버튼의 조작에 따른 부하목표의 증감신호를 출력하는 부하목표치설정기와, 상기 부하목표치설정치로부터 출력되는 증감신호를 변화율제한기로 인가하는 제1아날로그메모리와, 증가버튼 및 감소버튼을 구비하여 그 버튼 조작에 따른 변화율증감신호를 출력하는 변화율설정기와, 상기 변화율설정기로부터의 변화율조정신호를 변화율제한기로 출력하는 제2아날로그메모리와, 상기 제1아날로그메모리로부터 인가되는 부하목표값이 되도록 상기 제2아날로그메모리로 부터의 변화율로 부하설정값을 가변하여 출력하는 변화율제한기로 이루어짐을 특징으로 하는 기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조제어장치.
제1항에 있어서, 상기 출력요구상하한설정부는 발전기의 출력주파수를 검출하는 주파수검출기와, 상기 주파수검출기로부터의 주파수를 조정하는 펑션제너레이터와, 상기 펑션제너레이터로부터의 주파수값에 상기 출력요구부로부터 출력되는 부하설정값을 합산하는 합산기와, 상기 합산기의 출력값의 상한을 제한하는 상한제한기와, 설정된 상한값을 저장하고 있는 제3아날로그메모리와, 증감버튼을 구비하여 그 버튼 조작에 따른 상한조정신호를 상기 제3아날로그메모리로 인가하는 상한설정기와, 상기 합산기의 출력값의 하한을 제한하는 하한제한기와, 하한설정값을 저장하는 제4아날로그메모리와, 증감버튼을 구비하여 그 버튼조작에 따른 하한조정신호를 상기 제4아날로그메모리로 출력하는 하한설정기를 구비함을 특징으로 하는 기력발전에 구비되는 보일러 및 터빈의 협조제어장치.
제1항에 있어서, 상기 유니트제어부는 발전기의 출력부하를 검출하는 발전기출력검출기와, 상기 발전기출력검출기에 의하여 검출된 부하와 상기 출력요구상하한설정부로부터 인가되는 부하설정값의 편차를 구하는 출력제어기와, 상기 출력요구상하한설정부로부터의 부하설정값에 상기 출력제어기로부터의 편차값을 합산하는 제1합산기와, 목표하는 주증기의 압력값을 설정하는 압력설정기와, 상기 압력설정기에 의하여 설정된 압력설정값을 저장하는 제5아날로그메모리와, 상기 아날로그메모리에 저장된 압력설정값까지 점진적으로 변화된 압력설정값을 출력하는 변화율제한기와, 현재 보일러에 의한 주증기의 압력을 검출하는 압력검출기와, 상기 압력검출기에 의하여 검출된 현재의 압력값과 변화율제한기로부터의 압력절정값의 편차를 각각 구하는 제1, 2, 3압력제어기와, 상기 제1합산기로부터의 출력값의 상하한을 제한하는 상하한제한기와, 상기 제1압력제어기에 의한 편차를 제2합산기로 전달하는 제1절환기와, 상기 상하한제한기의 출력값에 상기 제1절환기로부터 인가되는 편차를 합산하는 제2합산기와, 상기 제2합산기로부터의 출력값 또는 상기 제2압력제어기로부터의 편차값을 터빈조속기에 제어신호로 인가하는 제2절환기와, 상기 제1합산기의 출력값에 상기 제3압력제어기로부터의 편차값을 합산하여 보일러마스터에 제어신호로 인가하는 제3합산기를 구비함을 특징으로 하는 기력발전에 구비되는 보일러와 터빈의 협조제어장치.