KR101834098B1 - Method for testing an overspeed protection device of a single-shaft plant - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 가스 터빈(2) 및 증기 터빈(3)을 포함하는 단축 시스템(1)의 과속도 보호 장치의 검사를 위한 방법이며, 상기 방법은, (b) 증기가 증기 터빈(3) 내로 도입되지 않고, 가스 터빈(2)이 증기 터빈(3)을 구동시키도록 단축 시스템(1)이 작동되는 단계와, (c) 단축 시스템(1)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈(2) 내로 도입되는 연료의 질량 유동이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 단축 시스템(1)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제1 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (d) 제1 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함한다.The invention relates to a method for the inspection of overspeed protection devices of a uniaxial system (1) comprising a gas turbine (2) and a steam turbine (3), the method comprising: (b) (C) the speed of the uniaxial system 1 reaches the steam turbine limit speed, without the introduction of the gas turbine 2 into the steam turbine 3, The mass flow of the fuel introduced into the turbine 2 is increased and the overspeed protection device is installed such that the first overspeed protection is initiated as soon as the speed of the uniaxial system 1 reaches the steam turbine limit speed , and (d) checking whether the first overspeed protection is initiated.

Description

단축 시스템의 과속도 보호 장치의 검사 방법{METHOD FOR TESTING AN OVERSPEED PROTECTION DEVICE OF A SINGLE-SHAFT PLANT}METHOD FOR TESTING AN OVERSPEED PROTECTION DEVICE OF A SINGLE-SHAFT PLANT BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 단축 시스템의 과속도 보호 장치의 검사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of inspecting an overspeed protection device of a uniaxial system.

전기 에너지의 생성을 위한 단축 시스템에서, 가스 터빈, 증기 터빈 및 발전기가 공동의 트레인(train) 상에 배열된다. 단축 시스템의 정상 작동 시에, 전기 에너지가 전력망에 공급되고, 트레인은 예를 들어 50Hz 또는 60Hz와 같은 단축 시스템의 정격 속도에 상응하는 속도로 회전한다. 장애 발생 시에, 특히 발전기에 연결된 전기 부하의 하강 시에, 속도는 정격 속도보다 높은 값으로 상승할 수 있다. 속도가 임계 속도에 도달하는 경우, 단축 시스템은 기계적으로 그리고 열적으로 과부하를 받으며, 이는 단축 시스템의 수명의 단축을 가져온다.In a shortening system for the generation of electrical energy, a gas turbine, a steam turbine and a generator are arranged on a common train. During normal operation of the uniaxial system, electrical energy is supplied to the grid and the train rotates at a speed corresponding to the rated speed of the uniaxial system, for example 50 Hz or 60 Hz. In the event of a fault, especially at the fall of the electrical load connected to the generator, the speed may rise to a value higher than the rated speed. When the speed reaches the critical speed, the uniaxial system is mechanically and thermally overloaded, which results in a shortened life span of the uniaxial system.

한계 속도의 도달 시에, 트레인의 속도의 추가의 상승을 차단하는 과속도 보호 장치가 결합되며, 한계 속도는 통상, 정격 속도와 임계 속도 사이에 있도록 선택된다. 통상, 과속도 보호 장치는, 시험 작동 중에 단축 시스템의 과부하를 방지하기 위해, 한계 속도가 정상 작동의 한계 속도에 비해 하강하는 시험 작동에서 단축 시스템이 작동되는 방식으로 검사된다.Upon reaching the limit speed, an overspeed protection device is intercepted that blocks further rise in the speed of the train, and the limit speed is typically selected to be between the rated speed and the critical speed. Normally, overspeed protection devices are inspected in such a way that the shortening system is operated in test operation in which the limit speed is lowered to the limit speed of normal operation, in order to prevent overloading of the shortening system during the test operation.

그러나 정상 작동에서와 동일한 한계 속도가 시험 작동에서 사용되는 것이 바람직할 수도 있다. 또한, 이러한 시험은 예를 들어 한국과 같은 몇몇 나라에서 강제적으로 규정되어 있다.However, it may be desirable that the same limiting speed as in normal operation be used in the test operation. These tests are also mandatory in some countries, for example in Korea.

본 발명의 과제는 단축 시스템의 과속도 보호 장치의 검사 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 단축 시스템의의 과부하를 야기하지 않는다.It is an object of the present invention to provide a method of inspecting an overspeed protection device of a uniaxial system, which method does not cause overloading of the uniaxial system.

가스 터빈 및 증기 터빈을 포함하는 단축 시스템의 과속도 보호 장치를 검사하기 위한 본 발명에 따른 방법은, (b) 증기가 증기 터빈 내로 도입되지 않고 가스 터빈이 증기 터빈을 구동시키도록 단축 시스템이 작동되는 단계와, (c) 단축 시스템의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈 내로 도입되는 연료의 질량 유동이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 단축 시스템의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시 제1 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (d) 제1 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함한다. 증기가 증기 터빈 내로 도입되지 않음으로써, 과속도 보호 장치의 검사 중에 증기 터빈의 열부하가 작아지고, 이에 의해, 단축 시스템이 긴 수명을 갖는다. 또한, 상기 방법은 간단하게 실행될 수 있는데, 그 이유는 증기 터빈 한계 속도의 도달을 위해 단지 가스 터빈 내로 도입되는 연료의 질량 유동만 조절되기 때문이다.A method according to the present invention for inspecting an overspeed protection device in a uniaxial system comprising a gas turbine and a steam turbine, comprises the steps of: (b) operating the shortening system such that the steam is not introduced into the steam turbine and the gas turbine drives the steam turbine (C) the mass flow of the fuel introduced into the gas turbine is increased so that the velocity of the uniaxial system reaches the steam turbine critical velocity, and the overspeed protection device is configured such that the velocity of the uniaxial system reaches the steam turbine critical velocity , And (d) inspecting whether or not the first overspeed protection is initiated. By not introducing steam into the steam turbine, the heat load of the steam turbine is reduced during the inspection of the overspeed protection device, whereby the uniaxial system has a long life. The method can also be simply implemented because only the mass flow of fuel introduced into the gas turbine is regulated for reaching the steam turbine critical velocity.

바람직하게는, 상기 방법은, (e) 단축 시스템의 속도가 증기 터빈 한계 속도보다 높은 가스 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈 내로 도입되는 연료의 질량 유동이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 단축 시스템의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시 제2 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (f) 제2 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계에 의해 실행된다. 가스 터빈 한계 속도가 증기 터빈 한계 속도보다 높음으로써, 제2 과속도 보호의 검사가 제1 과속도 보호의 검사 실행 후에 그리고 이러한 검사와는 무관하게 수행될 수 있다.Advantageously, the method further comprises: (e) increasing the mass flow of fuel introduced into the gas turbine so that the velocity of the uniaxial system reaches a gas turbine critical velocity higher than the vapor turbine critical velocity, Is established such that the second overspeed protection is initiated as soon as the speed of the system reaches the gas turbine limit speed, and (f) checking whether the second overspeed protection is initiated. As the gas turbine marginal speed is higher than the steam turbine marginal speed, the inspection of the second overspeed protection can be performed after the test run of the first overspeed protection and independently of this inspection.

상기 방법은 바람직하게는, (a) 증기 터빈의 진공 탈기(evacuation) 단계를 포함한다. 과속도 보호 장치의 검사 중에, 가스가 증기 터빈 내에 존재하는 경우, 이러한 가스는 증기 터빈의 로터에 의해 운동하는데, 이는 이른바 환기열의 방출을 가져온다. 환기열은 증기 터빈의 강한 열부하를 야기할 수 있으며, 이러한 강한 열부하는 증기 터빈의 수명을 단축시킨다. 증기 터빈이 진공 탈기됨으로써, 환기열의 형성이 바람직하게 차단되고, 이에 의해, 단축 시스템의 증기 터빈의 수명이 길어진다.The method preferably comprises: (a) vacuum evacuation of the steam turbine. During the inspection of the overspeed protection device, if the gas is present in the steam turbine, this gas is moved by the rotor of the steam turbine, which results in the release of the so-called ventilation heat. The heat of ventilation can cause a strong heat load on the steam turbine, and this strong heat load shortens the life of the steam turbine. By the vacuum degassing of the steam turbine, the formation of the ventilation heat is preferably blocked, thereby extending the life of the steam turbine of the single axis system.

단축 시스템은 바람직하게는 전기 부하가 연결되지 않은 발전기를 포함한다. 예를 들어 전기 부하의 인가를 통하지 않고, 연료 및/또는 증기의 질량 유동의 증가를 통해 증기 터빈 한계 속도 및 가스 터빈 한계 속도에 도달함으로써, 증기 터빈 한계 속도 및 가스 터빈 한계 속도가 바람직하게는 느리게 기동될 수 있고 단축 시스템의 임계 속도가 바람직하게 방지될 수 있다. 이에 의해, 단축 시스템의 기계적 그리고 열적 과부하가 과속도 보호 장치의 검사 중에 방지될 수 있음으로써, 단축 시스템의 수명이 길어진다. 가스 터빈 한계 속도 및 증기 터빈 한계 속도를 위해 단축 시스템의 정상 작동에서와 동일한 한계 속도가 사용될 경우라도, 과부하는 본 발명에 따른 방법에 의해 방지될 수 있다.The shortening system preferably includes a generator with no electrical load connected thereto. By reaching the steam turbine marginal velocity and the gas turbine marginal velocity through, for example, increasing the mass flow of fuel and / or steam without the application of an electrical load, the steam turbine marginal velocity and the gas turbine marginal velocity are preferably slow And the critical velocity of the uniaxial system can be preferably prevented. Thereby, the mechanical and thermal overload of the uniaxial system can be prevented during the inspection of the overdrive protector, thereby extending the service life of the uniaxial system. Overload can be prevented by the method according to the present invention, even when the same limit speed as in the normal operation of the shortening system is used for the gas turbine limit speed and the steam turbine limit speed.

이하, 첨부된 개략적인 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 방법이 상세히 설명된다.Hereinafter, with reference to the accompanying schematic drawings, a method according to the present invention will be described in detail.

도 1은 단축 시스템의 개략적인 도면을 도시한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a schematic diagram of a shortening system.

도면에 도시된 바와 같이, 단축 시스템(1)은 가스 터빈(2), 증기 터빈(3) 및 전기 발전기(4)를 포함한다. 가스 터빈(2) 및 증기 터빈(3)은 회전 에너지를 생성하기 위해 사용되며, 회전 에너지는 발전기(4) 내에서 전기 에너지로 변환된다. 발전기(4)는 가스 터빈(2)과 증기 터빈(3) 사이에 배열된다. 가스 터빈(2)은 가스 터빈 축(5)을 포함하며, 증기 터빈(3)은 증기 터빈 축(6)을 포함한다. 도면에는, 발전기(4) 및 가스 터빈(2)이 함께 가스 터빈 축(5) 상에 배열되는 것이 도시된다. 그러나 발전기(4)를 위해, 클러치를 통해 가스 터빈 축(5)에 결합되는 별도의 발전기 축이 제공되는 것도 가능하다.As shown in the figure, the uniaxial system 1 includes a gas turbine 2, a steam turbine 3 and an electric generator 4. The gas turbine 2 and the steam turbine 3 are used for generating rotational energy, and the rotational energy is converted into electric energy in the generator 4. [ A generator (4) is arranged between the gas turbine (2) and the steam turbine (3). The gas turbine 2 comprises a gas turbine shaft 5 and the steam turbine 3 comprises a steam turbine shaft 6. In the figure, it is shown that the generator 4 and the gas turbine 2 are arranged on the gas turbine shaft 5 together. However, for the generator 4, it is also possible to provide a separate generator shaft which is coupled to the gas turbine shaft 5 via the clutch.

도면은, 증기 터빈 축(6)이 클러치(7)를 통해 가스 터빈 축(5)과 연결되는 것을 도시한다. 정상 작동 중에, 클러치(7)는, 클러치(7)가 증기 터빈(3)이 가스 터빈(2)을 추월하는 즉시 맞물리고, 증기 터빈(3)의 속도가 가스 터빈(2) 속도보다 낮을 경우 결합 해제하도록 설치된다. 클러치(7)는 예를 들어 SSS 클러치일 수 있다. 그로부터, 과속도 보호 장치의 검사를 위한 시험 작동 시에, 클러치(7)는, 가스 터빈(2)이 증기 터빈(3)을 구동시킬 수 있음으로써, 가스 터빈(2)과 증기 터빈(3)이 동일한 속도로 회전하도록 변경된다. 이는, 예를 들어 클러치(7)가 기계적으로 차단됨으로써 수행될 수 있다. 대안적으로, 시험 작동을 위해 클러치(7)가 분해되고, 가스 터빈 축(5)과 증기 터빈 축(6)을 서로 고정 연결시키는 중간 축으로 대체되는 것도 가능하다.The figure shows that the steam turbine shaft 6 is connected to the gas turbine shaft 5 through the clutch 7. During normal operation, the clutch 7 is engaged when the clutch 7 engages as soon as the steam turbine 3 overtakes the gas turbine 2 and the speed of the steam turbine 3 is lower than the speed of the gas turbine 2 As shown in FIG. The clutch 7 may be, for example, an SSS clutch. Thereupon, during a test operation for the inspection of the overspeed protection device, the clutch 7 is switched between the gas turbine 2 and the steam turbine 3 by allowing the gas turbine 2 to drive the steam turbine 3, Is changed to rotate at the same speed. This can be done, for example, by mechanically blocking the clutch 7. Alternatively, it is also possible for the clutch 7 to be disassembled and replaced by an intermediate shaft for fixedly connecting the gas turbine shaft 5 and the steam turbine shaft 6 to each other for the test operation.

단축 시스템(1)의 속도가 임계값으로 상승하는 것을 방지하기 위해, 단축 시스템(1)은 과속도 보호 장치를 포함한다. 과속도 보호 장치는, 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제1 과속도 보호가 개시되며, 가스 터빈(2)의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제2 과속도 보호가 개시되도록 설치된다. 제2 과속도 보호가 개시될 경우에, 연료의 질량 유동 및/또는 증기의 질량 유동이 차단될 수 있다.In order to prevent the speed of the uniaxial system 1 from rising to a threshold, the uniaxial system 1 includes overdrive protection. As soon as the speed of the steam turbine 3 reaches the steam turbine limit speed, the overspeed protection device starts the first overspeed protection, and as soon as the speed of the gas turbine 2 reaches the gas turbine limit speed, 2 over-speed protection is initiated. When the second overspeed protection is initiated, the mass flow of the fuel and / or the mass flow of the vapor may be blocked.

가스 터빈(2) 및 증기 터빈(3)이 정격 속도로 회전하는 경우, 스위치(9)의 연결을 통해 전기 소비기(10)가 발전기(4)의 전기 연결부(8)에 연결될 수 있다. 소비기(10)의 전기 소비는 발전기(4)에 연결된 전기 부하에 상응한다. 스위치(9)의 개방을 통해, 과속도 보호 장치의 검사 중에 전기 부하가 발전기(4)에 연결되지 않는 것이 보장된다.The electrical consumer 10 can be connected to the electrical connection 8 of the generator 4 through the connection of the switch 9 when the gas turbine 2 and the steam turbine 3 rotate at the rated speed. The electrical consumption of the consumer 10 corresponds to the electrical load connected to the generator 4. Through opening of the switch 9, it is ensured that the electrical load is not connected to the generator 4 during the inspection of the overspeed protection device.

이하, 실시예를 참조로 본 발명에 따른 방법이 더 상세히 설명된다.Hereinafter, the method according to the present invention will be described in more detail with reference to examples.

예를 들어, 가스 터빈(2), 증기 터빈(3), 및 전기 부하가 연결되지 않은 발전기(4)를 포함하는 단축 시스템(1)의 과속도 보호 장치의 검사를 위한 방법은, (a) 증기 터빈(3)의 진공 탈기 단계와, (a1) 클러치의 결합 단계와, (b) 증기가 증기 터빈(3) 내로 도입되지 않고 증기 터빈(3) 내에 진공이 유지되며 가스 터빈(2)이 증기 터빈(3)을 구동시킴으로써, 가스 터빈(2)과 증기 터빈(3)이 동일한 속도로 회전하도록 단축 시스템(1)이 작동되는 단계와, (c) 단축 시스템(1)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈(2) 내로 도입되는 연료의 질량 유량이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 단축 시스템(1)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시 제1 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (d) 제1 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계와, (e) 단축 시스템(1)의 속도가 증기 터빈 한계 속도보다 높은 가스 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈(2) 내로 도입되는 연료의 질량 유량이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 단축 시스템(1)의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시 제2 과속도 보호가 개시되도록, 설치되는 단계와, (f) 제2 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계에 의해 실행된다.A method for inspecting an overspeed protection device of a uniaxial system (1) comprising, for example, a gas turbine (2), a steam turbine (3), and a generator (4) (A) coupling the clutches; (b) maintaining the vacuum in the steam turbine (3) without introducing steam into the steam turbine (3) and the gas turbine (2) (1) is operated such that the gas turbine (2) and the steam turbine (3) rotate at the same speed by driving the steam turbine (3) The mass flow rate of the fuel introduced into the gas turbine 2 is increased so that the limit speed is reached and the overspeed protection device is switched on as soon as the speed of the uniaxial system 1 reaches the steam turbine limit speed (D) inspecting whether or not a first overspeed protection is initiated, and (e) ) The mass flow rate of fuel introduced into the gas turbine 2 is increased so that the speed of the shortening system 1 reaches a gas turbine limit speed higher than the steam turbine limit speed, So that the second overspeed protection is started as soon as the speed of the overspeed protection valve reaches the gas turbine limit speed, and (f) inspecting whether or not the second overspeed protection is started.

이 경우에, 증기 터빈 한계 속도는 정격 속도의 106 내지 108%일 수 있으며, 가스 터빈 한계 속도는 증기 터빈 한계 속도보다 0.1 내지 0.5% 클 수 있다.In this case, 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.

본 발명이 바람직한 실시예에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 공개된 실시예로 한정되지 않으며, 다른 변형예들이 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 통상의 기술자에 의해 도출될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to a preferred embodiment thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the disclosed embodiment, and that other modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.

Claims (4)

가스 터빈(2) 및 증기 터빈(3)을 포함하는 단축 시스템(1)의 과속도 보호 장치의 검사를 위한 방법이며, 상기 방법은,
(b) 증기가 증기 터빈(3) 내로 도입되지 않고, 가스 터빈(2)이 증기 터빈(3)을 구동시키도록 단축 시스템(1)이 작동되는 단계와,
(c) 단축 시스템(1)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈(2) 내로 도입되는 연료의 질량 유동이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 단축 시스템(1)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제1 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와,
(d) 제1 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계와,
(e) 단축 시스템(1)의 속도가 증기 터빈 한계 속도보다 높은 가스 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈(2) 내로 도입되는 연료의 질량 유량이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 단축 시스템(1)의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제2 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와,
(f) 제2 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함하는 과속도 보호 장치 검사 방법.A method for inspecting an overspeed protection device of a uniaxial system (1) comprising a gas turbine (2) and a steam turbine (3)
(b) operating the shortening system (1) so that steam is not introduced into the steam turbine (3) and the gas turbine (2) drives the steam turbine (3)
(c) the mass flow of the fuel introduced into the gas turbine 2 is increased so that the velocity of the uniaxial system 1 reaches the steam turbine critical velocity, As soon as the turbine limit speed is reached, a first overspeed protection is initiated,
(d) inspecting whether or not a first overspeed protection is initiated,
(e) the mass flow rate of the fuel introduced into the gas turbine 2 is increased so that the velocity of the uniaxial system 1 reaches a gas turbine critical velocity higher than the vapor turbine critical velocity, and the over- 1) is established such that a second overspeed protection is initiated immediately upon reaching a gas turbine limit speed,
(f) inspecting whether or not a second overspeed protection is initiated. 삭제delete 제1항에 있어서, (a) 증기 터빈(3)이 진공 탈기되는 단계를 포함하는 과속도 보호 장치 검사 방법.The overspeed protection device inspection method according to claim 1, comprising: (a) vacuum degassing the steam turbine (3). 제1항에 있어서, 단축 시스템(1)은 전기 부하가 연결되지 않은 발전기(4)를 포함하는 과속도 보호 장치 검사 방법.The overspeed protection device inspection method according to claim 1, wherein the uniaxial system (1) includes a generator (4) to which an electric load is not connected.
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