KR101144308B1 - Reset Method for the Power Load Unbalance function in steam turbines with by-pass system - Google Patents
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Abstract
터빈 바이패스 설비를 갖춘 증기터빈의 과속도 예방 장치에서의 리셋 신호 조건을 설정하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 터빈 바이패스 설비를 갖춘 증기터빈의 과속도 예방 장치에서의 리셋 설정 방법으로서, "터빈 회전속도 = 정상"조건의 (m) 신호, "가속율≤0 조건의 신호(n) , "발전기 부하 차단기 닫힌 상태"조건의 신호 (o), "발전기 부하 전류 ≥ 설정 값"조건의 신호 (p)를 논리 조합하여 PLU(Power Load Unbalance) 리셋 신호 조건을 설정하는 방법이 제공된다.A method for setting a reset signal condition in an overspeed prevention device of a steam turbine with a turbine bypass facility is disclosed. According to the present invention, there is provided a reset setting method in an overspeed prevention apparatus of a steam turbine equipped with a turbine bypass facility, comprising: (m) a signal of "turbine rotation speed = There is provided a method of setting a PLU (Power Load Unbalance) reset signal condition by logically combining the signal (p) of the condition of "generator load breaker closed condition" (o) and the condition of "generator load current ≥ set value".
이에, 본 발명은 적절하게 PLU를 리셋시킬 수 있어, 증기터빈 및 발전소 운전 신뢰도를 향상시키는 효과가 달성된다.Thus, the present invention can appropriately reset the PLU, thereby achieving the effect of improving the reliability of operation of the steam turbine and the power plant.
증기터빈, 바이패스 설비, 과속도 예방장치, 리셋 조건, PLU Steam turbine, bypass facility, overspeed prevention device, reset condition, PLU
Description
본 발명은 발전소 증기터빈 자동제어분야에 있어 리셋 신호 조건을 설정하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 터빈 바이패스 설비를 갖춘 증기터빈의 과속도 예방 장치에서의 리셋 신호 조건을 설정하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
증기터빈의 '과속도 발생 예방 장치'는 Power Load Unbalance(PLU) 라고 칭하며, 이러한 과속도 발생 예방 장치에 대하여 도 1를 참조하여 기능을 설명한다.The 'overspeed occurrence prevention device' of the steam turbine is called a power load unbalance (PLU), and the function of the overspeed prevention device is described with reference to FIG.
도 1은 종래의 과속도 발생 예방 장치의 기능을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a function of a conventional overspeed occurrence preventing apparatus.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 과속도 발생 예방 장치는 증기터빈의 구동력을 대표하는 신호(Power)인 재열증기압력(a)과 발전기 전류 신호(b)를 상시 비교하여 그 차이(c)를 구하는데, 그 (c)가 설정 값(d) 보다 더 크고, 발전기 전류 감소율 (f)가 설정 값 (g) 보다 크다는 조건이 되면, 증기터빈 속도가 급히 상승할 것으로 예측하여 고압증기밸브(10)와 재열증기밸브(11)를 급속히 폐쇄시키는 신호 (i)를 발생시킨다. 플립 플롭(9)이 1초 후 리셋되면, 재열증기밸브(11)이 열릴 수 있게 되고, 증기터빈은 정격속도 유지를 할 수 있게 된다.As shown in FIG. 1, the conventional overspeed occurrence prevention device always compares the reheat steam pressure (a), which is a signal representing the driving force of the steam turbine, with the generator current signal (b) If the condition (c) is larger than the set value (d) and the generator current reduction rate (f) is larger than the set value (g), it is predicted that the steam turbine speed will rise rapidly, 10) and the reheat steam valve (11). When the flip-flop 9 is reset after one second, the reheat steam valve 11 can be opened, and the steam turbine can maintain the rated speed.
이때, 증기터빈의 정상 운전 중 전력계통 고장 등의 원인에 의해 발전기 전류가 실제로 급격히 감소하는 상황이 발생하면, 상술한 바와 같이, PLU가 동작하ㄱ게 되고, 이에 따라 고압증기밸브(10)와 재열증기밸브(11)가 닫히면 터빈 구동력도 즉시 감소하므로 과속도 발생을 예방할 수 있게 된다. In this case, when a situation occurs in which the generator current actually decreases sharply due to a power system failure or the like during normal operation of the steam turbine, as described above, the PLU is operated and the high-
결국, 발전기 부하 급감 시 터빈의 과속도 발생을 예측하여 선제적으로 터빈에 공급되는 증기를 급속히 차단함으로써 터빈 구동력을 충분히 감소시키는 것이 PLU의 기능이 되는 것이다. As a result, it is a function of the PLU to sufficiently reduce the turbine driving force by rapidly cutting off the steam supplied to the turbine in anticipation of the overspeed occurrence of the turbine during the sudden decrease in the generator load.
따라서, 발전기가 부하(또는 전력계통)의 문제 상황이 해소되면, 발전기가 전기를 계속 공급할 수 있는 여건이 되므로 PLU가 리셋되어서 증기터빈에 다시 충분한 증기를 공급할 수 있어야 한다. 그러나, 증기터빈 바이패스 계통을 보유한 발전소에서는 PLU 리셋이 적절하게 이루어지지 않아, 결과적으로 터빈 증기밸브가 충분히 열리지 못하여 발전소 정상 출력을 내지 못하는 문제점이 있었으며, 최악의 경우 발전정지 상황을 초래하기도 한다. Therefore, if the problem of the load (or power system) is solved, the generator must be able to continue to supply electricity, so the PLU must be reset to supply sufficient steam back to the steam turbine. However, in a power plant having a steam turbine bypass system, a PLU reset is not properly performed, resulting in a problem that the turbine steam valve can not be opened sufficiently, resulting in a failure of the normal power output of the power plant.
이때, 증기터빈 바이패스 계통을 보유한 발전소에서 PLU 리셋이 제대로 이루어지지 않는 이유는, PLU가 일단 동작하면 증기터빈 증기 밸브를 폐쇄하여 증기 공급을 차단하므로 터빈 구동력이 상실되고 발전기 전류 (b)도 이에 비례하여 크게 감소하지만, 터빈 바이패스 설비를 갖춘 증기터빈에서는 재열증기 압력(a)이 감소하지 않는다는 데 문제가 있다. PLU가 동작하면 터빈 고압바이패스 밸브(12)가 열리게되므로 재열증기 압력은 여전히 높게 유지되며, 보일러에서 생산되는 증기량에 의해 계속 높은 압력으로 유지된다. 그러므로 PLU가 일단 동작하면 플립플롭(8)이 리셋되지 못하여 발전소 출력감소 또는 정지 등의 불안정 현상을 초래하는 문제점이 있었다.In this case, PLU reset is not performed properly at the power plant having the steam turbine bypass system because once the PLU is operated, the steam turbine steam valve is closed to shut off the steam supply, so that the turbine driving force is lost and the generator current (b) However, there is a problem that the reheated steam pressure (a) does not decrease in a steam turbine equipped with a turbine bypass facility. When the PLU is in operation, the turbine high
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 증기터빈 바이패스 계통을 보유한 발전소에서 PLU 동작 책무 완성 후 PLU 리셋(동작복귀)기능이 적절히 진행되도록하여 증기터빈 연속운전 및 발전소 전체 안정운전을 도모하기 위한 것이며, 터빈 바이패스 설비를 갖춘 증기터빈의 과속도 예방 장치에서의 리셋 신호 조건을 설정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a steam turbine bypass system capable of properly performing a PLU reset operation after completing a PLU operation obligation, And it is an object of the present invention to provide a method for setting a reset signal condition in an overspeed prevention device of a steam turbine equipped with a turbine bypass facility.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징적 구성은 다음과 같다.In order to accomplish the objects of the present invention as described above and to carry out the characteristic functions of the present invention described below, the characteristic features of the present invention are as follows.
본 발명의 일 태양에 따르면, 터빈 바이패스 설비를 갖춘 증기터빈의 과속도 예방 장치에서의 리셋 설정 방법으로서, "터빈 회전속도 = 정상"조건의 신호(m), "가속율≤0 조건의 신호(n) , "발전기 부하 차단기 닫힌 상태"조건의 신호 (o), "발전기 부하 전류 ≥ 설정 값"조건의 신호 (p)를 논리 조합하여 PLU(Power Load Unbalance) 리셋 신호 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a reset setting method in an overspeed prevention apparatus of a steam turbine equipped with a turbine bypass facility, comprising the steps of: " turbine rotation speed = normal "signal m, (Power Load Unbalance) reset signal condition by logically combining the signal (p) of the condition (n), the signal (o) under the condition of "the closed state of the generator load breaker" Is provided.
상기 신호(m), 신호(n), 신호(o),신호 (p)를 논리곱(AND) 조건으로 연산한 후 신호(q)를 산출하고, 신호(k)를 일정시간(t) 지연시킨 후 얻게 되는 신호(r)을 산출하여 신호(q)와 논리곱(AND) 연산하여 신호(s)를 산출하며, 신호(s)와 신호(j)를 논리합(OR) 연산하여 고압증기밸브 빠른 닫힘(Fast Closing) 구동용 플립플롭의 리셋신호로 인가되는 것을 특징으로 한다.The signal q is calculated by calculating the signal m, the signal n, the signal o and the signal p under the logical AND condition and the signal k is delayed by a predetermined time t And calculates a signal s obtained by performing a logical AND operation with the signal q to calculate a signal s and then ORs the signal s and the signal j to calculate a signal s, And is applied as a reset signal of a flip-flop for fast closing operation.
이상에서와 같이, 본 발명은 적절하게 PLU를 리셋시킬 수 있어, 증기터빈 및 발전소 운전 신뢰도를 향상시키는 효과가 달성된다.As described above, the present invention can appropriately reset the PLU, thereby achieving the effect of improving the reliability of operation of the steam turbine and the power plant.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with one embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 증기터빈 과속도 발생예측장치의 기능 을 설명하기 위한 도면이다. 여기, 도 2의 참조부호는 도 1의 부호와 동일하게 나타내었으므로, 본 발명의 일부로 이해되어야 한다.2 is a diagram for explaining the function of the steam turbine overspeed occurrence prediction apparatus according to an embodiment of the present invention. Here, since the reference numerals of FIG. 2 are the same as those of FIG. 1, they should be understood as part of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 증기터빈 과속도 발생예측장치는 종전에 비교기(3)의 출력 신호 값이 0(false)이 될 경우에 PLU가 완전히 리셋되어 고압증기 밸브(10)가 열릴 수 있었으나, 본 발명의 증기터빈 과속도 발생예측장치는 PLU 리셋 조건 외에 새로운 신호들을 추가하여 리셋 조건을 형성하도록 하였다.
다시 말해, PLU 사용 목적은 증기터빈의 과속도 발생예방에 있으므로, 일단 PLU가 동작하게 되면, 동작 후, 증기터빈에 과속도 발생 가능성이 더 이상 존재하지 않는다고 확인되면 PLU를 리셋시켜서 증기터빈과 발전기가 정상 출력을 낼 수 있도록 해야 한다. 이를 위하여 PLU의 신호 조건을 새로이 추가 설정 해야 되는데, "터빈 회전속도 = 정상조건"의 신호(m) , "터빈회전속도가 감소하는 조건"의 신호(n) , "발전기 부하 차단기 닫힌 상태조건"의 신호 (o), "발전기 부하 전류 = 설정 값조건"의 신호 (p)를 논리 조합하여 PLU(Power Load Unbalance)의 리셋 신호 조건(100)으로 설정하게 된다.
상기 '가속율≤0'의 의미는 터빈회전속도가 일정하거나 감소하는 것을 의미한다.2, when the output signal value of the comparator 3 becomes 0 (false) in the past, the PLU is completely reset and the high-
In other words, since the purpose of using the PLU is to prevent the overspeed of the steam turbine, once the PLU is operated, after the operation, if it is confirmed that there is no possibility of overspeeding in the steam turbine, the PLU is reset, Should be able to produce normal output. For this purpose, the signal condition of the PLU must be additionally set. The signal (m) of the "turbine rotational speed = normal condition", the signal (n) of the "condition of the decrease of the turbine rotational speed" The signal o of the generator load current and the signal p of the set load condition are set to the
The 'acceleration rate? 0' means that the turbine rotation speed is constant or decreases.
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각 의미에 대해 설명하면, 『신호(m), 터빈회전속도 = 정상』은 터빈회전속도가 정격속도 이내에 운전되고 있음을 의미하며, 『신호(n), 가속율≤0』은 터빈회전속도가 증가하고 있는 상태가 아님을 의미한다. 또한,『신호(0), 발전기 부하 차단기 닫힌 상태 』와 『발전기 부하 전류 ≥ 설정 값 』가 의미하는 바는 발전기가 전력계통에 접속되어 부하전류를 일정 값 이상으로 공급하고 있다는 상태를 의미한다.
따라서, 본 발명의 증기터빈 과속도 발생예측장치는 상술한 바와 같이 리셋 신호 즉, 신호(m), 신호(n),신호(o),신호(p)를 논리곱(AND) 조건으로 연산한 후 신호(q)를 산출하고, 신호(k)를 일정시간 (t초) 지연시킨 후 얻게 되는 신호(r)을 산출하여 신호(q)와 논리곱(AND) 연산하여 신호(s)를 산출하며, 신호(s)와 신호(j)를 논리합(OR) 연산하여 고압증기밸브 빠른 닫힘(Fast Closing) 구동용 플립플롭의 리셋신호로 인가할 수 있게 되는 것이다.
도 2의 로직에서, 박스(100)는 본 발명의 핵심 기술적 구성이다. 도 1은 종래의 과속도 발생 예방 장치이다.
도 1과 도 2에서 표기된 신호는 동일하며, 신호(i)가 참값(Logic 1)이 된다는 의미는 발전기 부하가 갑자기 감소하여 터빈의 구동력(여기서는 재열기 증기압력(a))과 균형이 무너지고 이어서 터빈이 과속도 상태로 진입할 수 있다는 것을 예고하는 것이다.
상기 신호(i), 신호(j) 및 신호(k)는 도 1의 종래의 과속도 발생 예방 장치에서 나오는 신호와 동일한 것이다. 이는 관용적으로 사용되어온 기술적 구성을 이용한 것이다.
상기 신호(k)는 재열증기밸브(11)가 다시 열릴 수 있도록 플립플롭(9)을 리셋시키는 신호이다.
상기 신호(i)가 1이 되면, 신호(i)는 플립플롭(9)을 셋(set)시키고, 이어서 재열증기밸브(11)와 고압증기밸브(10)를 즉시 닫아서 터빈 과속도 발생을 억제하게 되는데, 이 밸브들이 계속 닫힌 상태에 머무르면 터빈회전이 감속되어 정지하게 된다.
터빈회전이 계속 감속하여 정지되는 상황을 막고, 터빈이 다시 정상속도를 회복하여 계속 운전되도록 구성하기 위하여, 상황발생 1초 후에는 재열증기밸브(11)가 열릴 수 있도록 구성하기 위하여 1초 시간지연기능(7)이 도 2에서와 같이 구성되어 있다.
상황발생 초기 1초간 증기를 차단하는 것이 터빈 과속도 보호에 매우 중요하다.
상기 ‘신호(r)’와 ‘신호(j)’는 고압증기밸브(10)가 언제 다시 열리게 할 것인지를 결정하는 로직 구성에 사용된다.
‘신호(r)’와 ‘신호(j)’는 플립플롭(8)의 리셋(Reset) 신호(t)의 산출 논리에 사용된다.
신호(j)가 참값(Logic 1)이라는 의미는 터빈 구동력과 발전기 부하사이의 불균형 크기가 40%이하로 내려간 상태를 나타내는 것이며, 이 상태는 과속도 위험이 해소되었으므로 고압증기밸브(10)를 열어 터빈이 정상상태로 운전되도록 하는 것이다.
신호(r)는 상기 신호(k)를 t초 동안시간을 지연시켜 얻은 것이며, t초 시간지연기능은 각 증기터빈의 규모와 특성에 따라 사용자가 적절한 값으로 설정 사용할 수 있다.(Signal (m), turbine rotational speed = normal) means that the turbine rotational speed is operating within the rated speed, and the signal (n) and the acceleration rate & But not in an increasing state. In addition, the meaning of "signal (0), closed state of the generator load breaker" and "generator load current ≥ set value" means that the generator is connected to the power system and supplies the load current at a predetermined value or more.
Therefore, the apparatus for predicting the oversupply of steam turbine according to the present invention is a device for predicting the generation of oversupply of a steam turbine by calculating a reset signal, that is, a signal m, a signal n, a signal o and a signal p under logical AND The signal s is calculated by calculating a signal r obtained after delaying the signal k by a predetermined time t seconds and performing an AND operation with the signal q to calculate a signal s And the signal s and the signal j can be ORed to be applied to the reset signal of the flip-flop for driving the high-pressure steam valve fast closing.
In the logic of FIG. 2, the
Signals shown in FIG. 1 and FIG. 2 are the same, meaning that the signal (i) becomes a true value (Logic 1) means that the generator load suddenly decreases and the balance with the driving force of the turbine (here reheating steam pressure a) It is then foreseeable that the turbine can enter the overspeed state.
The signals (i), (j) and (k) are the same as those from the conventional overspeed prevention device of FIG. This is based on the technical configuration that has been used idiomatically.
The signal k is a signal for resetting the flip-flop 9 so that the reheat steam valve 11 can be opened again.
When the signal i becomes 1, the signal i sets the flip-flop 9 and then immediately closes the reheat steam valve 11 and the high-
In order to configure the turbine to continue to decelerate and stop, and to allow the turbine to regain its normal speed and continue operation, a one second delay to configure the reheat steam valve (11) The function 7 is configured as shown in Fig.
Shutting off the steam for the first 1 second is extremely important for turbine overspeed protection.
The signals r and j are used in a logic configuration to determine when the high-
The signal r and the signal j are used for the calculation logic of the reset signal t of the flip-flop 8.
The meaning of the signal (j) as a true value (Logic 1) indicates a state in which the unbalance magnitude between the turbine driving force and the generator load drops to 40% or less. Thereby allowing the turbine to operate in a steady state.
The signal r is obtained by delaying the signal k for t seconds and the t seconds delay function can be set by the user to an appropriate value according to the size and characteristics of each steam turbine.
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이로써, 본 실시예에서는 발전기가 전력계통에 접속되어 부하전류가 임의로 설정된 크기 이상이고, 터빈 정상 속도이내에서 속도 증가가 없는 상태이므로 PLU를 리셋하여 터빈과 발전기를 정상부하 운전할 수 있게 되는 것이다.Thus, in this embodiment, since the generator is connected to the power system, the load current is larger than the arbitrarily set magnitude, and the speed does not increase within the turbine normal speed, the PLU is reset and the turbine and the generator can be operated under normal load.
결국, 상기와 같이 PLU 리셋 조건을 새롭게 구성함으로써, 증기터빈 바이패스 계통을 보유한 증기터빈에서 PLU가 동작된 후 제때 리셋되지 않는 문제점을 극복할 수 있게 되는 것이다.As a result, by newly configuring the PLU reset condition as described above, it is possible to overcome the problem that the PLU is not reset in time after the PLU is operated in the steam turbine having the steam turbine bypass system.
도 1은 종래의 과속도 발생 예방 장치의 기능을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a function of a conventional overspeed occurrence preventing apparatus.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 증기터빈 과속도 발생예측장치의 기능을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining the function of the steam turbine overspeed occurrence prediction apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
1 : 감산부 2 : 전류 감소율 산출부1: subtraction section 2: current reduction rate calculation section
3 : 비교기 4 : 비교기3: comparator 4: comparator
5 : NAND 게이트 6 : NOT 게이트5: NAND gate 6: NOT gate
7 : 리셋 신호 8 : 고압증기밸브용 플립플롭7: Reset signal 8: Flip-flop for high-pressure steam valve
9 : 재열증기밸브용 플립 플롭 10 : 고압증기밸브9: flip flop for reheat steam valve 10: high pressure steam valve
11 : 재열증기밸브 12 : 고압터빈바이패스 밸브11: Reheat steam valve 12: High pressure turbine bypass valve
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