KR20040051794A - A Method for Controlling Turbine Speed on Turbine Start - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전설비에 사용되는 터빈의 회전속도를 제어하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정지 상태의 터빈을 기동하는데 있어서, 터빈 표면 온도에 따라 초기 회전속도를 달리함으로써 터빈의 상부 케이스와 하부 케이스의 온도편차 발생에 따른 터빈 베어링의 진동에 의한 터빈의 기동 지연을 방지하고, 터빈의 로터(rotor) 및 터빈의 블레이드(blade)에 발생하는 열응력에 의한 손상을 예방할 수 있는 터빈 기동 시 터빈 속도 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling the rotational speed of a turbine used in a power generation facility. More specifically, in starting a turbine in a stationary state, the upper case and the lower portion of the turbine by varying the initial rotational speed according to the turbine surface temperature Turbine during turbine startup, which prevents turbine start-up delay due to vibration of the turbine bearing due to temperature deviation of the case and prevents damage due to thermal stress generated in the rotor and the blade of the turbine. It relates to a speed control method.
일반적으로 발전설비는 발전설비의 순환계통을 개략적으로 나타낸 도 1에서 보는 바와 같이, 보일러(1)로부터 130kg/㎠의 압력과 538℃의 스팀을 고압스팀공급라인(2)을 통하여 공급받아 고압터빈(4)을 회전시킨 후에 오버크로스라인(5)을 통하여 20kg/㎠의 압력과 538℃의 스팀으로 저압터빈(6)을 회전시키고 난 후 스팀은 스팀배출구(10)를 통하여 복수기(12)로 배출되게 된다. 상기 복수기(12)에서는 상기 스팀배출구(10)로부터 배출된 스팀이 해수펌프(14)에서 공급된 해수를 복수기(12)내 튜브를 통하여 흐르게 함으로써 튜브를 통하여 열교환 냉각되게 되며, 이렇게 열교환된 해수는 배수로(15)를 통해 배출되게 된다. 이때 상기 복수기(12)내에서 냉각된 스팀은 체적이 작아지게 되며, 발생되는 불응축 가스는 대기로 배출시키고, 복수기(12)내에 약 760mmhg의 진공을 형성하기 위하여 복수기(12)에는 진공펌프(11)가 설치되어 있다. 상기 복수기(12)에서 응축된 물을 다시 급수펌프(13)를 통하여 보일러(1)로 공급되어 보일러(1)에서 재 가열시켜 터빈으로 공급되는 순환과정을 반복하게 된다. 이와 같은 과정을 통하여 3600RPM의 고속으로 회전하는 고압터빈(4)과 저압터빈(6)은 같은 축에 연결되어 잇는발전기(8)와 여자기(9)를 회전시켜 주게 되며 여자기(9)의 여자전력으로 발전기(8)에서 전력이 발생되게 된다.In general, as shown in FIG. 1 schematically illustrating a circulation system of a power generation facility, a power generation facility receives a pressure of 130 kg / cm 2 and steam at 538 ° C. from a boiler 1 through a high pressure steam supply line 2. After rotating (4), after rotating the low pressure turbine (6) at a pressure of 20 kg / cm2 and steam at 538 ° C through the overcross line (5), steam is passed to the condenser (12) through the steam outlet (10). Will be discharged. In the condenser 12, the steam discharged from the steam outlet 10 flows through the tube in the condenser 12 by flowing the seawater supplied from the seawater pump 14, so that the heat exchanged seawater is It is discharged through the drain 15. At this time, the steam cooled in the condenser 12 is reduced in volume, the generated non-condensable gas is discharged to the atmosphere, to form a vacuum of about 760mmhg in the condenser 12, the vacuum pump ( 11) is installed. The water condensed in the condenser 12 is supplied to the boiler 1 through the water supply pump 13 again, and reheated in the boiler 1 to repeat the circulation process supplied to the turbine. Through this process, the high-pressure turbine 4 and the low-pressure turbine 6 rotating at a high speed of 3600 RPM rotate the generator 8 and the exciter 9 connected to the same shaft. Power is generated in the generator 8 by exciting power.
이러한 발전설비에 있어서, 정지 상태의 터빈이 기동하는 경우 DEH(Digital Electric Hydraulic) 제어에 의해 터빈으로 공급되는 증기의 량을 제어하여 터빈의 속도를 상승시킨다. 일반적으로, 터빈 기동시 터빈의 속도 증가율은 항상 360RPM인데, 이 때 터빈의 표면 온도가 증기 온도보다 낮은 경우 터빈의 상부 케이스와 하부 케이스의 온도편차 발생에 따른 터빈 베어링의 진동에 의해 터빈의 기동이 지연되고, 터빈의 로터(rotor) 및 터빈의 블레이드(blade)에 열응력을 발생시켜 손상을 가져오는 문제점이 있다.In such a power generation facility, when the turbine in a stationary state is started, the speed of the turbine is increased by controlling the amount of steam supplied to the turbine by DEH (Digital Electric Hydraulic) control. In general, the speed increase rate of the turbine at turbine startup is always 360 RPM. At this time, if the surface temperature of the turbine is lower than the steam temperature, the turbine may not be started due to the vibration of the turbine bearing caused by the temperature deviation of the upper case and the lower case of the turbine. There is a problem that it is delayed, causing heat stress in the rotor of the turbine and the blade of the turbine to cause damage.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 정지 상태의 터빈을 기동하는데 있어서, 터빈의 표면 온도 별로 터빈 속도 증가율을 달리하여 저온의 터빈은 천천히 속도를 증가시켜 충분한 워밍업이 이루어지도록 하여 터빈의 상부 케이스와 하부 케이스의 온도편차를 최대한 감소시킴으로써 터빈의 기동 지연을 방지하고 터빈 로터(rotor)와 터빈 블레이드(blade)에 열응력 발생을 방지하는 터빈 기동 시 터빈 속도 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, in starting a turbine in a stationary state, by varying the turbine speed increase rate for each surface temperature of the turbine, the low temperature turbine slowly increases the speed so that sufficient warm-up is achieved The present invention provides a turbine speed control method for starting a turbine by reducing the temperature deviation of the upper case and the lower case of the turbine as much as possible to prevent the start-up delay of the turbine and the occurrence of thermal stress in the turbine rotor and the turbine blade. There is this.
도 1은 일반적인 발전설비의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a general power generation facility.
도 2는 본 발명에 따른 터빈 초기 기동 시 터빈 회전 속도 제어 방법을 구현하기 위한 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of an apparatus for implementing a turbine rotational speed control method at the initial startup of the turbine according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 터빈 초기 기동 시 터빈 회전 속도 제어 방법에 따른 터빈의 회전속도 증가율을 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the rotational speed increase rate of the turbine according to the turbine rotational speed control method during the initial startup of the turbine according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 터빈 초기 기동 시 터빈 회전 속도 제어 방법을 도시한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of controlling a turbine rotational speed during initial turbine startup according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
21 : 모드설정부22 : 터빈 속도검출기21: mode setting section 22: turbine speed detector
23 : 속도증가율 설정부24 : 밸브제어부23: speed increase rate setting unit 24: valve control unit
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 정지 상태의 터빈 기동 시, 터빈의 회전 속도 제어 방법에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention provides a turbine rotational speed control method at the start of a turbine in a stationary state,
상기 터빈의 표면 온도에 따라 터빈 기동 모드를 결정하는 모드 결정 단계와, 상기 결정된 모드에 따른 속도 증가율로 터빈 속도를 증가시키는 속도 증가 단계와, 상기 터빈의 속도 증가 중, 베어링의 공진에 의해 진동이 발생하는 위험속도 구간에서는 상기 속도 증가 단계의 속도 증가율보다 더 높은 속도 증가율로 터빈 속도를 증가시키는 위험속도통과 단계와, 상기 터빈의 속도가 상기 위험속도구간을 통과하면 다시 상기 속도 증가 단계의 속도 증가율로 터빈 속도를 증가시키고, 터빈의 회전속도가 사전에 설정한 목표속도에 이르면 속도를 일정하게 유지하는 속도 유지 단계를 포함하는 터빈 기동 시 터빈 회전 속도 제어 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.A mode determination step of determining a turbine start mode according to the surface temperature of the turbine, a speed increase step of increasing the turbine speed at a speed increase rate according to the determined mode, and vibrations caused by resonance of the bearing during the speed increase of the turbine. In the dangerous speed section, the dangerous speed passage step of increasing the turbine speed at a speed increase rate higher than the speed increase rate of the speed increasing step, and the speed increase rate of the speed increase step again when the turbine speed passes the dangerous speed section. It is characterized in that it provides a turbine rotational speed control method during turbine startup including a speed maintenance step of increasing the furnace turbine speed and maintaining the speed constant when the turbine rotational speed reaches a preset target speed.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 터빈 기동 시 터빈 속도 제어방법의 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a turbine speed control method when starting a turbine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 터빈 속도 제어장치의 블록구성도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 모드설정부(21)에서 터빈의 표면온도에 따라 터빈 속도 증가율을 결정하기 위한 모드를 설정한다. 상기 모드설정부(21)에 의해 설정되는 모드는 하기 표 1과 같이 설정될 수 있다. 하기 표 1은 상기 모드설정부(21)에 의해 설정되는 모드에 대한 일례를 나타내는 것으로 표 1을 참조하면, 상기 모드설정부(21) 설정되는 모드는 콜드(cold) 모드, 웜(warm) 모드, 핫(hot) 모드의 3개의 모드로 설정될 수 있다. 터빈의 표면 온도가 150℃ 이하인 경우는 콜드(cold) 모드로서 일반적으로 터빈의 정지시간이 36시간 이상인 경우이고, 터빈의 표면 온도가 150℃ 내지 300℃인 경우 웜(warm) 모드로서 터빈의 정지시간이 8시간 내지 36시간인 경우이고, 터빈의 표면 온도가 300℃ 이상인 경우 핫(hot) 모드로서 터빈의 정지시간이 8시간 이하인 경우이다.2 is a block diagram of a turbine speed control device for implementing the method according to the present invention. Referring to FIG. 2, first, the mode setting unit 21 sets a mode for determining the turbine speed increase rate according to the surface temperature of the turbine. The mode set by the mode setting unit 21 may be set as shown in Table 1 below. Table 1 below shows an example of the mode set by the mode setting unit 21. Referring to Table 1, the mode set by the mode setting unit 21 may be a cold mode or a warm mode. It can be set to three modes of hot mode. When the surface temperature of the turbine is 150 ° C or lower, it is a cold mode, and when the turbine stop time is generally 36 hours or more, and when the surface temperature of the turbine is 150 ° C to 300 ° C, the turbine is stopped as a warm mode. When the time is 8 hours to 36 hours, and when the surface temperature of the turbine is 300 ° C. or more, the hot mode is a case where the stop time of the turbine is 8 hours or less.
한편, 터빈에는 터빈속도 검출기(22)를 설치하여 터빈의 속도를 검출한다. 이는 터빈의 속도가 점점 증가하는 중에 발생하는 위험속도 구간을 검출하기 위한 것이다. 통상적으로, 터빈에는 복수개의 베어링이 설치되는데, 터빈이 소정의 속도가 될 때 상기 베어링이 갖는 고유진동수에 의한 진동이 발생할 수 있다. 이러한 진동이 발생되는 터빈의 속도 간격을 위험속도 구간이라 하고, 이 구간은 가능한 빨리 통과하는 것이 바람직하다. 통상, 도 1에 도시된 바와 같은 터빈에서, 고압터빈 측에 사용되는 베어링은 1688RPM, 저압터빈 측에 사용되는 베어링은 1702RPM, 발전기 측에 사용되는 베어링은 1475RPM, 여자기 측에 사용되는 베어링은 3316RPM이 위험속도이다. 이러한 각 베어링의 위험속도를 고려할 때, 터빈의 회전 속도가1380RPM 내지 2000RPM인 구간과, 터빈의 회전 속도가 3200RPM 내지 3400RPM인 구간을 위험속도 구간으로 설정하는 것이 바람직하다.On the other hand, the turbine is provided with a turbine speed detector 22 to detect the speed of the turbine. This is to detect a dangerous speed section that occurs while the turbine speed is gradually increasing. Typically, a plurality of bearings are installed in a turbine, and vibrations may occur due to the natural frequency of the bearing when the turbine reaches a predetermined speed. The speed interval of the turbine in which such vibration is generated is called a dangerous speed interval, and it is preferable to pass this interval as soon as possible. In general, in the turbine as shown in FIG. 1, the bearing used on the high pressure turbine side is 1688 RPM, the bearing used on the low pressure turbine side is 1702 RPM, the bearing used on the generator side is 1475 RPM, and the bearing used on the exciter side is 3316 RPM. This is dangerous speed. In consideration of the dangerous speed of each of these bearings, it is preferable to set a section in which the turbine rotational speed is 1380 RPM to 2000 RPM and a section in which the turbine rotational speed is 3200 RPM to 3400 RPM as the dangerous speed section.
상기 모드설정부(21)에서 설정된 모드와 상기 터빈속도 검출기(22)에서 검출되는 터빈의 회전속도는 속도증가율 설정부(23)에 입력된다. 상기 속도증가율 설정부(23)에서는 상기 모드설정부(21)에서 설정된 모드에 따라 터빈속도 증가율을 결정한다. 또한, 상기 터빈속도 검출기(22)에서 검출되는 터빈의 속도를 감시하고, 터빈의 속도가 상기 위험속도 구간에 이르면 신속하게 상기 위험속도 구간을 통과하도록 터빈 속도 증가율을 증가시키고, 상기 위험속도 구간을 통과하면 다시 모드설정부(21)에서 설정된 모드에 따른 터빈속도 증가율로 터빈속도를 증가하게 한다. 통상, 콜드모드에서는 분당 100RPM의 증가율로 터빈의 속도를 증가시키고, 웜모드에서는 분당 180RPM의 증가율로 터빈의 속도를 증가시키고, 핫모드에서는 분당 360RPM의 증가율로 터빈의 속도를 증가시키고, 위험속도 구간에서는 분당 360RPM의 증가율로 터빈의 속도를 증가시키는 것이 바람직하다.The mode set by the mode setting unit 21 and the rotational speed of the turbine detected by the turbine speed detector 22 are input to the speed increase rate setting unit 23. The speed increase rate setting unit 23 determines the turbine speed increase rate according to the mode set by the mode setting unit 21. In addition, the speed of the turbine detected by the turbine speed detector 22 is monitored, and when the speed of the turbine reaches the dangerous speed section, the turbine speed increase rate is rapidly increased to pass through the dangerous speed section, and the dangerous speed section is increased. If it passes, the turbine speed is increased again at the turbine speed increasing rate according to the mode set by the mode setting unit 21. Normally, the turbine speed is increased at 100 RPM per minute in cold mode, the turbine speed is increased at 180 RPM per minute in warm mode, the turbine speed is increased at 360 RPM per minute in hot mode, It is desirable to increase the speed of the turbine at an increase rate of 360 RPM per minute.
도 3은 콜드모드에서 터빈의 회전속도 변동을 도시한 그래프이다. 도 3을 참조하면, 상기한 바와 같이 콜드 모드에서는 정지 상태의 터빈이 분당 100RPM으로 회전을 시작한다. 점점 터빈의 회전속도가 증가하여 1380RPM에 이르면, 위험속도 구간을 신속하게 통과하기 위해 터빈의 회전속도를 분당 360RPM으로 증가시킨다.터빈의 회전속도가 2000RPM이 되면 위험속도 구간을 벗어났으므로 다시 분당 100RPM으로 회전속도를 천천히 상승시킨다. 터빈의 회전속도가 점점 증가하여 두 번째 위험속도 구간에 들어서면, 다시 회전속도의 증가율을 분당 360RPM으로 증가시켜 신속하게 위험속도 구간을 통과한다. 마찬가지로 터빈의 회전속도가 3400RPM이 되면, 속도 증가율을 분당 100RPM으로 감소시켜 천천히 회전속도를 증가시키고, 터빈의 회전속도가 3600RPM이 되면, 터빈의 회전속도를 일정하게 유지시킨다.Figure 3 is a graph showing the rotational speed variation of the turbine in the cold mode. Referring to Figure 3, in the cold mode as described above the stationary turbine starts to rotate at 100 RPM per minute. Increasingly, the turbine's rotational speed increased to 1380 RPM, and the turbine's rotational speed was increased to 360 RPM per minute in order to pass through the dangerous speed section quickly. Slowly increase the speed of rotation. As the turbine's rotational speed increases and enters the second critical speed zone, the speed of rotation increases again to 360 RPM per minute and quickly passes through the dangerous speed zone. Similarly, when the turbine rotational speed is 3400 RPM, the speed increase rate is reduced to 100 RPM per minute to slowly increase the rotational speed, and when the turbine rotational speed is 3600 RPM, the turbine rotational speed is kept constant.
상기 속도증가율 설정부(23)에 의해 설정되는 터빈의 속도가율에 따라 밸브 제어부(24)는 밸브의 개폐량을 조절하여 터빈을 회전시키기 위해 터빈에 공급되는 고온고압의 증기의 량을 제어한다. 상기 밸브제어부(24)에는 속도증가율에 따른 증기량이 미리 프로그램 되어 있다.According to the speed increase rate of the turbine set by the speed increase rate setting unit 23, the valve control unit 24 controls the amount of high temperature and high pressure steam supplied to the turbine to rotate the turbine by adjusting the opening and closing amount of the valve. The valve control unit 24 is pre-programmed the amount of steam according to the rate of increase.
도 4는 본 발명에 따른 터빈 초기 기동 시 터빈 속도 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 터빈 초기 기동 시 터빈 속도 제어 방법의 동작을 보다 상세하게 설명한다.4 is a flowchart illustrating a turbine speed control method when the turbine is initially started according to the present invention. Referring to Figure 4, the operation of the turbine speed control method during the initial startup of the turbine according to the present invention will be described in more detail.
먼저 터빈의 표면온도에 따라 모드를 설정한다(S401). 상기 모드는 전술한 바와 같이 표면 온도에 따라 터빈의 초기 기동 시 터빈 회전속도 증가율을 달리 설정하기 위한 기준이 되는 것으로, 터빈에 따라 달리 설정될 수 있으나, 터빈 표면온도 범위에 따라 3개의 모드를 사용하는 것이 바람직하다. 이어 설정된 모드에 따라 해당 모드의 터빈속도 증가율을 설정한다(S402). 저온의 모드에서는 충분한 워밍업 시간을 가질 수 있도록 천천히 터빈속도를 증가시키고, 고온의 모드에서는 상대적으로 빨리 터빈속도를 증가시키는 것이 바람직하다. 이어, 설정된 터빈속도 증가율로 터빈의 기동을 시작한다(S403). 점점 터빈의 회전속도가 상승하는 중, 터빈의 회전속도가 위험속도 구간에 이르면(S404), 속도 증가율을 증가시킨다(S404). 이는 베어링의 진동에 의한 터빈의 손상을 가져올 수 있는 위험속도 구간을 신속하게 통과하도록 함으로써 터빈이 손상을 방지하기 위함이다. 상기 위험속도 구간을 통과하면 다시 상기 모드별로 설정된 터빈의 회전 속도 증가율로 터빈을 회전시킨다. 이어, 터빈의 회전속도가 사전에 설정한 목표속도에 이르면(S406), 터빈의 속도를 일정하게 유지시킨다(S407). 터빈의 회전속도를 일정하게 유지시키는 상기 목표속도는 한국전력의 계통 전력과 병렬 운전할 수 있는 60Hz의 전력을 생성할 수 있는 회전속도이다.First, the mode is set according to the surface temperature of the turbine (S401). As described above, the mode is a standard for differently setting the turbine rotational speed increase rate at the time of initial startup of the turbine according to the surface temperature, and may be set differently according to the turbine, but three modes are used according to the turbine surface temperature range. It is desirable to. Then, the turbine speed increase rate of the corresponding mode is set according to the set mode (S402). In low temperature mode it is desirable to slowly increase the turbine speed so as to have sufficient warm-up time, and in high temperature mode it is desirable to increase the turbine speed relatively quickly. Subsequently, the turbine starts at the set turbine speed increase rate (S403). While the rotation speed of the turbine gradually increases, when the rotation speed of the turbine reaches the dangerous speed section (S404), the speed increase rate is increased (S404). This is to prevent damage to the turbine by passing through the dangerous speed range that can cause damage to the turbine by the vibration of the bearing. When passing through the dangerous speed section, the turbine is rotated again at an increase rate of the rotation speed of the turbine set for each mode. Next, when the rotational speed of the turbine reaches the target speed set in advance (S406), the speed of the turbine is kept constant (S407). The target speed for maintaining a constant rotation speed of the turbine is a rotation speed capable of generating a power of 60Hz that can be operated in parallel with the grid power of KEPCO.
상술한 본 발명에 의하면, 터빈의 표면 온도 별로 터빈 속도 증가율을 달리하여 터빈에 충분한 워밍업이 이루어지도록 하여 터빈의 상부 케이스와 하부 케이스의 온도편차를 최대한 감소시킴으로써 터빈의 기동 지연을 방지하는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의하면 터빈 로터(rotor)와 터빈 블레이드(blade)에 열응력 발생을 방지함으로써 터빈 로터 및 터빈 블레이드의 손상을 방지하고 터빈의 수명을 연장시키는 우수한 효과가 있다.According to the present invention described above, there is an effect of preventing the start-up delay of the turbine by reducing the temperature deviation of the upper case and the lower case of the turbine as much as possible to allow sufficient warm-up to the turbine by varying the turbine speed increase rate for each surface temperature of the turbine. . In addition, according to the present invention, by preventing thermal stress in the turbine rotor and the turbine blade, there is an excellent effect of preventing damage to the turbine rotor and the turbine blade and extending the life of the turbine.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
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