KR20140139607A

KR20140139607A - 가스 터빈 플랜트를 안전하게 운전하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20140139607A
Application number: KR1020147030364A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 벨츠네르
Original assignee: 알스톰 테크놀러지 리미티드
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-12-05
Also published as: EP2831398A1; US9599018B2; CN104204470B; US20150013343A1; WO2013144120A1; JP2015515570A; JP6066145B2; CN104204470A; EP2831398B1

Abstract

가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법 및 장치가 개시되고, 상기 가스 터빈 플랜트의 운전은 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 조작과 관련된 공정들을 적어도 야기하고 그리고/또는 공정들에 영향을 미치는, 적어도 하나의 공정 제어기(2)에 의해 제어되고, 또한 안전 관련 운전 파라미터에 대한 적어도 제 1 한계 값에 기초하여 공정 제어기(2)와 관계없이 운전되는 분리된 보호 유닛(6)에 의해 모니터링되며, 상기 가스 터빈 플랜트(1)는 적어도 하나의 제 1 한계 값이 초과될 경우 비상 스위치 오프된다.
본 개시물은 상기 보호 유닛(6)에 의해 검출될 수 있는 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 형성된 과도 운전 상태의 경우에, 상기 안전 관련 운전 파라미터의 상기 적어도 하나의 제 1 한계 값은 제 2 한계 값으로 상승되고, 상기 가스 터빈 플랜트(1)는 상기 제 2 한계 값이 초과된다면 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 비상 스위치 오프에 의해 보호된다. 또한, 제 2 보호 기능은 공정 제어기(2)에서 수행될 수 있다.

Description

가스 터빈 플랜트를 안전하게 운전하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR SAFELY OPERATING A GAS TURBINE PLANT}

본 발명은 가스 터빈 플랜트의 안전한 운전을 위한 방법 및 장치에 관한 것이고, 가스 터빈 플랜트의 운전은 가스 터빈 플랜트의 조작과 관련된 공정들을 야기하고 그리고/또는 공정들에 영향을 미치는, 적어도 하나의 공정 제어기에 의해 제어되고, 또한 안전 관련 운전 파라미터에 대한 적어도 제 1 한계 값에 기초하여 공정 제어기와 관계없이 운전되고 분리되는 보호 유닛에 의해 모니터링되며, 보호 유닛은 적어도 하나의 제 1 한계 값을 초과할 경우 가스 터빈 플랜트의 비상 스위치 오프를 수행한다.

가스 터빈 플랜트들의 운전은 예를 들어, 안전 관련 전자 시스템들의 기능적 안정성이 명시되고 체계적인 결함을 예방하고 시스템 고장 또는 시스템 결함의 안전한 제어를 위한 기능적 안정성의 방법들의 적용이 상세히 설명되는, IEC 61508의 기준 세트와 같은 국제 기준에 명시되는, 높은 안전성 필요 조건들에 영향을 받는다. 상기 기준을 기반으로 한 보조 기준 IEC 61511은 또한 가스 터빈 플랜트들의 운전을 포함하는, 공정 산업용 기술 안정 시스템들의 기능적 안정성에 관한 것이다.

가스 터빈 플랜트들의 운전에 관해 아래에 주로 언급되는, 안정성 관련 공정 산업 플랜트들의 운전 동안의 기능적 안정성의 중요한 양태는, 가스 터빈 플랜트의 모든 구성 요소들의 순조로운 운전과 관련되는, 기술 공정 제어 양태들과 가스 터빈 플랜트, 특히 플랜트 환경에 대한 상당한 위험 가능성을 초과할 시 팽배하는 가스 터빈 플랜트 내의 기술적 결함들이 있는 경우에 가스 터빈 플랜트가 비상 스위치 오프를 하는 것을 보장하는, 안정성 모니터링 업무들 사이의 엄격한 분리에 관한 것이다. 공정 플랜트들의 안전한 운전을 위한 기준들의 관련있는 세트는 보호 기능을 수행하는 보호 유닛과 가스 터빈 플랜트의 공정 제어 업무를 수행하는 공정 제어기 사이의 완전한 기능적 독립성을 필요로 한다. 따라서 가스 터빈 플랜트의 공정 제어기는 보호 유닛이 어떤 경우에 보호 기능을 이행하는 것을 막지 못할 수 있다. 이것은 특히 가스 터빈의 상업적 운전 동안 보호 유닛의 기능성에 영향을 미치지 못할 수 있는, 공정 제어에서 인간 개입에 적용된다.

지나친 샤프트 회전 속도에 대해 가스 터빈 플랜트를 보호하는 것이 고려된다면, 이것은 오직 샤프트 회전 속도의 모니터링을 요구하고, 초과되는 샤프트 회전 속도에 대한 최대 허용 가능 한계 값의 명세 사항은 가스 터빈 플랜트의 환경에 대한 잠재적 위험을 야기한다. 이러한 경우에, 보호 유닛은 손상에 대해 상기 플랜트와 환경을 보호하기 위해, 다른 시스템 구성 요소들의 질문 및 개재 없이 가스 터빈 플랜트의 비상 스위치 오프를 제공한다.

그러나, 가스 터빈 플랜트들의 운전을 위한 상기 표준 독립 필요 조건들은 특히 가스 터빈 플랜트 구성에 대한 일반적인 조건들과 충돌한다. 한편으로는, 보호 유닛 내에 사전 설정될 수 있는 안전 기준들은 각 보호 기능에 일반적으로 적용하지 못하지만, 각각의 개별 가스 터빈 플랜트에 의존할 수 있다. 그러나, 이것은 컴퓨터 기반 보호 유닛에 대한 접근이 개별적으로 이 방식으로, 예를 들어, 숙련자에 의해 보호 유닛의 기능을 설정하고 조정할 수 있도록, 가스 터빈 플랜트들의 적어도 커미셔닝(commissioning) 동안 제공되어야 한다는 것을 의미한다.

게다가, 가스 터빈 플랜트들의 운전 동안, 다른 운전 상황에서 증가한 위험 가능성을 즉시 초래할 수 있는, 완전히 정확한 것으로서 제어 밸브 위치들이 평가되어야 하는, 특정한 운전 상태들이 발생한다. 이러한 운전 상태들은 주로 가스 터빈 플랜트가 제 1 운전 상태로부터 제 2 운전 상태로 변하게 되는, 소위 과도 운전 상태들에 관한 것이다. 과도 운전 상태들은 예를 들어, 연료 공급의 변화가 이행되는 동안 가스 터빈 플랜트의 부하를 시작하거나 변화시킬 때 발생한다. 이러한 운전 상태 및 운전 상태 변화를 또한 정확하게 나타내고 보호 유닛을 사용하여 잠재적 위험을 포지티브하게 검출하기 위해서, 또한 복잡한 평가 논리를 요구할 수 있는, 가스 터빈 플랜트로부터 센서들에 의해 검출될 수 있는 상태 정보의 복수의 아이템들이 요구된다. 그러나, 이러한 방법은 매우 간단한 평가 논리 및 보호 유닛의 모니터링 능력에 대한 바람과 충돌한다. 게다가, 경쟁 이유들로, 보호 기능 업무에 대한 필수적인 비용이 또한 매우 낮게 유지되어야 한다.

본 개시물의 목적은 가스 터빈 플랜트의 안전한 운전을 위한 방법 및 장치를 개발하는 것이고, 가스 터빈 플랜트의 운전은 가스 터빈 플랜트의 조작과 관련된 공정들을 적어도 야기하고 그리고/또는 공정들에 영향을 미치는, 적어도 하나의 공정 제어기에 의해 제어되고, 또한 안전 관련 운전 파라미터(또한 보호 관련 운전 파라미터 또는 안전 관련 운전 변수로 지칭됨)에 대한 적어도 하나의 제 1 한계 값에 기초하여, 공정 제어기와 관계없이 운전되고 공정 제어기로부터 분리되는 보호 유닛에 의해 모니터링되며, 가스 터빈 플랜트는 적어도 하나의 제 1 한계 값이 초과될 경우 가스 터빈 플랜트들의 운전에 대한 규범적으로 요구되는 보호 기능이 구현될 수 있고 이것이 기술적으로 가능한 한 간단하고 저비용 수단에 의해 성취될 수 있도록, 비상 스위치 오프된다. 특히, 보호 유닛과 공정 제어기 사이의 완전한 독립에 대한 필요 조건이 충족되는 것이 중요하고, 따라서 항상 보호의 기능이 공정 제어기에 의해 손상되지 않을 수 있다는 것이 보장된다. 공정 제어는 예를 들어, 적어도 하나의 폐쇄 제어 루프에 의해 성취될 수 있다. 폐쇄 제어 루프에 의해, 예를 들어, 가스 터빈 공정의 동력, 압력 또는 온도와 같은, 적어도 하나의 제어 변수가 타겟 값에 대해 제어된다. 여기서 공정 제어기는 시스템의 제어 변수들을 직접적으로 또는 간접적으로 결정하는 센서들로부터 신호들을 수신하고 제어 변수들에 직접적으로 또는 간접적으로 영향을 미치는 액추에이터들에 대한 제어 신호들을 계산한다. 이것은 예를 들어, 고온 가스 온도 또는 배기 가스 온도에 영향을 미치는 연료 제어 밸브용 액추에이터에 대한 제어 신호 또는 예를 들어, 압축기의 인덕션 유동 속도를 제어하고 따라서 압력 또는 온도에 영향을 미치도록, 조정 가능한 압축기 블레이드들용 액추에이터에 대한 제어 신호일 수 있다. 타겟 밸브는 가스 터빈의 운전 조건들에 따라 결정될 수 있다. 또한 보호 컴퓨터로서 지칭되는, 보호 유닛은 보호 관련 변수들을 직접적으로(예를 들어, 배기 가스 온도) 또는 간접적으로(예를 들어, 배기 가스 온도 및 터빈을 가로지르는 압력 비에 따라 계산되는, 고온 가스 온도) 측정하거나 또는 결정하는 센서들로부터 신호들을 수신하고, 보호 관련 변수에 대한 한계 값이 초과될 때, 보호 기능, 일반적으로 비상 스위치 오프 또는 가스 터빈의 빠른 부하 완화를 촉진한다. 비상 스위치 오프는 예를 들어, 가스 터빈에 대한 연료 공급이 정지되는, 신속한 액션 밸브(또한 트립 밸브로 알려짐)를 폐쇄하여 수행될 수 있다.

본 개시물의 목적에 대한 해결책은 청구항 1에 제공된다. 청구항 8의 주제는 가스 터빈 플랜트의 안전한 운전을 위한 해결책에 따른 장치이다. 해결책에 따른 생각을 발전시키는 특징들이 인용항들에 명시되고 특히 예시적인 실시예들을 참조하여, 추가의 설명에서 나타날 수 있다.

해결책에 따르면, 청구항 1의 서문의 특징들에 따른 가스 터빈 플랜트의 안전한 운전을 위한 방법은 가스 터빈 플랜트가 제 1 운전 상태로부터 제 2 운전 상태로 변하게 되는, 가스 터빈 플랜트의 과도 운전 상태의 경우에, 상기 과도 상태가 적합하게 선택된 공정 신호를 사용하는 보호 유닛에 의해, 그리고 안전 관련 운전 파라미터의 적어도 하나의 제 1 한계 값을 제 2 한계 값으로 상승시켜 검출될 수 있고, 가스 터빈 플랜트는 상기 제 2 한계 값이 초과된다면, 공정 제어기의 출력 신호에 의해 손상되거나 또는 영향을 받을 수 있는 상기 보호 없이, 가스 터빈 플랜트의 비상 스위치 오프에 의해 보호된다는 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 각각의 안전 관련 운전 파라미터의 제 2 한계 값은 가스 터빈 플랜트의 개별 제어 요소들의 제어 공정들이 수행되는 시간 기간 동안 사용된다.

원활한 공장 운전을 보장하는, 공정 제어기에 의한 가스 터빈 플랜트의 모든 구성 요소들 상의 시스템 관련 기능적 영향은 알려진 방식으로 수행된다. 이 목적을 위해, 가스 터빈 플랜트의 다른 구성 요소들로 진행하는 모든 가스 터빈 특정한 공정들이 서로 시스템에 특정하게 조정된다. 이것은 가스 터빈 플랜트에 제공된 복수의 센서들을 사용하여 검출되고 추가의 평가 및 평가를 위해 공정 제어기에 공급되는, 플랜트 특정한 운전 변수들에 대한 정확한 지식을 예상한다.

공정 제어의 범위 내에서, 모니터링이 공정 제어기 내에 저장된 운전 안전 논리에 의해 실행되는, 조작상 관련있는 공정 변수들의 제어 및 규정은, 예를 들어, 운전 스태프에 의해, 가스 터빈 플랜트의 운전 동안에도 상황에 따라 접근될 수 있는, 특정한 제어 논리에 기초하여 수행되고, 즉, 가스 터빈 플랜트의 매끄러운 운전이 공정 제어기 자체에 의해 모니터링된다. 이것은 예를 들어, 밸브 위치 설정 동안 또는 공기 또는 연료 배달 양 등을 측정하는 동안, 가스 터빈 플랜트의 시스템 구성 요소들에서 발생하는 하드웨어 결함들이 적절한 방식 및 취해질 적합한 대책으로 검출되게 한다. 이러한 수정은 낮은 위험 가능성과 연관되는 작은 결함들을 제거하도록 공정 제어기에 의해 해결될 수 있다. 대조적으로, 운전 직원에 의한 잘못된 명령 입력들 또는 제어 논리에서 발생하는 시스템 결함들이 있다면, 가스 터빈 플랜트 및 가스 터빈 플랜트의 환경에 대한 높은 위험 가능성과 연관된 이러한 위험한 상황들이 검출될 수 없거나 또는 공정 제어기에서 구현되는 안전 논리에 의해, 충분한 정도로 검출될 수 없다. 높은 잠재적 위험 또는 위험과 연관된 이러한 운전 상태들은 따로따로 제공된 보호 유닛에 의해 검출되고 가스 터빈 플랜트의 비상 스위치 오프에 의해 그에 따라서 완화된다.

운전 가스 터빈 플랜트의 실제의 존재하는 위험 잠재성을 평가하기 위해, 가스 터빈 플랜트의 적어도 하나의 안전 관련 운전 파라미터가 보호 유닛에 직접 이용될 수 있고, 즉, 가스 터빈 플랜트의 센서들에 의해 직접 검출되는 적어도 하나의 안전 관련 운전 파라미터가 직접 보호 유닛에 공급된다.

특히 바람직한 방식에서, 다음의 측정 변수들은 가스 터빈 플랜트의 안전 관련 운전 파라미터들로서 검출된다: 샤프트의 회전 속도, 샤프트에서 발생하는 진동, 연소 챔버 맥동의 진폭 및/또는 진동수와 및 가스 터빈 플랜트의 각각의 구성 요소들 내의 공정 온도, 즉, 예를 들어, 몇 가지로 지명될 압축기 출구 온도, 연소 챔버 온도, 가스 터빈 출구 온도.

특정한 클래스의 안전 관련 운전 파라미터들은 특히 연료 제어 밸브들의 밸브 위치 설정 신호들(연속 위치 지시 또는 바이너리 단부 스위치 신호들)이다. 상기 파라미터들은 서로 또는 다른 운전 파라미터들과 결합하여, 운전 상태의 위험 잠재성을 간접적으로 나타낸다. 위험 잠재성은 논리 결론에 의해 검출된다. 따라서, 예를 들어, 연소 챔버로부터 프레임 신호의 동시 부재의 연료 셧오프 밸브의 "폐쇄된" 위치 메시지의 부족은 연료가 터빈 내로 유동하고 연소하지 않은 공정 경로로 전파하고 폭발성 혼합물을 형성하도록 공기와 혼합될 수 있는 위험 상황을 나타낸다.

보호 유닛에 의해 모니터링되는 적어도 하나의 안전 관련 운전 파라미터가 보호 유닛과 연관되고 보호 유닛에 저장되는 제 1 한계 값을 초과한다면, 가스 터빈 플랜트는 가스 터빈 플랜트 자체 및 가스 터빈 플랜트의 환경에 대한 상당히 높은 위험 잠재성을 가진 상태에 있어, 보호 유닛은 가스 터빈 플랜트가 비상 스위치 오프되는 신호를 생성한다.

그러나, 가스 터빈 플랜트가 예를 들어, 가스 터빈을 개시할 때 또는 부하 변화의 경우에 발생하는, 과도 운전 상태에 있다면, 안전 관련 운전 파라미터들은 또한 가스 터빈 플랜트가 보호를 위해 비상 스위치 오프되는 결과로서, 일부 경우들에서 보호 유닛 내에서 초과되는 한계 값을 초래하는, 크기의 상당한 변화를 겪는다. 이 경우들에서, 한계 값을 초과하는 것은 초과가 운전 논리에 의한 시작으로부터 시간에 제한되기 때문에 그리고 과도 공정의 정확한 설계에 의해, 위험 상황이 상기 시간에 발전될 수 없기 때문에 위험을 아직 직접적으로 나타내지 못한다. 따라서 한계 값을 초과하는 것은 추가의 경계 조건의 점검에 의해 잠시, 가능하게 용인될 수 있다. 이 경우들에서, 안전 스위치 오프는 가스 터빈 플랜트의 연속 운전을 예방할 것이다.

과도 운전 상태들 동안 이러한 비상 스위치 오프를 회피하기 위해서, 해결책에 따른 방법은 가스 터빈 플랜트가 과도 운전 상태에 있는 운전 경우에 대해 보호 유닛 내에만 저장된 적어도 하나의 한계 값의 일시적인 상승을 제공한다. 공정 값들에 대한 바이너리 위치설정 신호들의 경우에, "한계 값의 상승"은 스위치 오프 신호를 유발하기 위한 논리 조건을 올리거나 또는 완화하는 것으로 이해된다.

각각의 센서 검출된 안전 관련 운전 파라미터가 과도 운전 상태의 시간 기간 동안에만 비교되는 적어도 하나의 한계 값을 상승시키는 것에 의해, 보호 유닛이 가스 터빈 플랜트의 안전을 모니터하는 제한이 일시적으로 감소되어, 가스 터빈 플랜트의 과도 운전 상태들이 중단 없이 수행될 수 있다. 과도 운전 상태가 존재하는지를 결정하기 위해, 공정 제어기는 공정 제어기 자체의 출력 신호들에 의해 조건 직원에 의한 조작에 의해 보호 액션의 유발을 방지하는 것이 불가능할 수 있기 때문에 사용되지 않는다.

과도 운전 상태는 다음의 방식들 중 하나에서 보호 유닛에 의해 검출될 수 있다:

- 규정된 값에 도달하거나 또는 한계 값을 초과하는 적합하게 선택된 공정 신호에 의해, 또는 상기에 더 설명된 바와 같이, 가능하게는 구배를 형성하여. 샤프트 진동과 관련되는 과도 상태들은 예를 들어, 샤프트 속도의 시간 프로파일의 평가에 의해, 낮은 논리 복잡성으로 검출될 수 있다.

- 시간 제한된 허용 윈도우(상기 설명 참조) 내에서 다시 나타나고 나타나지 않는 "허용할 수 없는" 신호 결합(예를 들어, 밸브 위치들의)에 의해. 이 경우에 보호 유닛은 과도 운전 상태가 있고 사전결정된 시간 윈도우에 대한 보호 반응의 유발을 생략하는 것을 검출한다. 상기 "검출"은 추가의 논리 제한에 의해 - 예를 들어, 이러한 허용 윈도우들이 허용될 수 있는 진동수의 제한에 의해 지지될 수 있다.

본 개시물의 중요한 특징은 제 2 보호 기능이 공정 제어기에서 구현될 수 있다는 것이다. 임의의 경우에, 제어와 관련된 모든 센서 검출된 운전 파라미터들은 적합한 평가에 의해 의심의 여지없이 과도 운전 상태의 기간과 존재를 입증하는, 공정 제어기에 대해 유효하다. 운전 상태의 상기 검출은 소프트웨어에서 특정한 순서들을 진행하여 이미 구성된 어떤 경우에 있다. 현재의 운전 상태는 현재 진행하는 운전 순서로 현재의 단계에 의해 독특하게 결정된다. 이것은 "공정 제어기 내의 추가의 보호"가 제공된 운전에 대해 정확하게 조정될 수 있고, 과도 운전 상태들의 경우에, 공정 제어기가 실제의 보호 유닛보다 빨리 탈선에 반응할 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 공정 제어기 내의 보호가 더 짧은 시간 지연을 갖지 않거나 또는 갖고 운전된다는 것을 의미한다. 또한, 한계 값의 일시적인 증가는 예를 들어, 현재의 상태로 수동으로 조정될 수 있다. 상기 제 2 보호는 모든 환경들에서 보호 유닛의 주 보호 기능에 대한 추가의 보호이고 보호 유닛을 손상시킬 수 없다.

이것은 공정 논리의 제 2 보호 기능이 보호 유닛 내의 주 보호 기능보다 그 보호 기준에서 더 염격할 수 있다는 것을 의미한다. 보호 액션들의 유발에 대한 한계 값들은 개별 기계에 대해 요구되는 것보다 운전 윈도우에 더 가깝게 놓일 수 있다. 이것은 보호 기능이 공정 논리에서 유발되는 모니터링된 변수(예를 들어, 온도, 압력, 진동, 맥동 또는 회전 속도 등)의 값과 가스 터빈의 정상 운전에서 예측되는 값들 사이의 차이가, 보호 기능이 보호 유닛에서 유발되는 동일한 모니터링된 변수의 값과 가스 터빈의 정상 운전에서 예측되는 값들 사이의 차이보다 더 작도록 선택될 수 있다. 제 2 의 보호 기능이 커미셔닝 직원에 의해 개별 조정들을 하는 각각의 기계의 커미셔닝 동안 조정되도록 허용하는 것이 가능하다. 잠재적으로 위험한 밸브 위치들의 발생에 대한 허용 시간은, 기계가 과도 운전 순서에 있는지에 대한 모든 정보 및 정확히 어떤 단계가 각 특정한 시점에 있는 모든 정보가 유효할 수 있기 때문에, 시간 방향으로 연결될 수 있고 운전 순서로 논리적으로 직접 연결될 수 있다.

그러나, 공정 제어기의 제 2 보호 기능을 덜 신뢰할 수 있다는 것을 유념하라. 공정 제어기가 운전 논리의 잠재적 결함들(상기 참조)에 노출되고 특히 운전 직원의 결정에 의해 또한 영향을 받을 수 있기 때문에 보호 유닛의 주 보호 기능보다 덜한 "안전 완전성"이 공정 제어기에 제공된다. 따라서 독립 보호 유닛은 필수적이다. 상기 보호 유닛은 자율적이고, 즉, 보호 유닛은 운전 동안 외부에 영향을 미치지 않을 수 있다. 특히, 보호 유닛의 한계 값들은 공정 제어기에 의해 또는 키보드, 터치 스크린 또는 다른 인간 기계 인터페이스들과 같은 입력 수단에 의해 영향을 미칠 수 없다. 보호 관련 한계 값들은 예를 들어, 타겟 파워의 명세 사항 또는 규정된 운전 모드(연료 선택, 주파수 지지, 피크 파워 등)의 선택과 같은, 명령 신호들의 입력에 의해 직접 영향을 받을 수 없다. 보호 유닛의 한계 값들은 일반적으로 가스 터빈의 실제 운전 상태에 의해 영향을 받을 수 있고, 예를 들어, 고온 가스 온도에 대한 다른 한계 값은 가스에 의한 운전보다는 오일에 의한 운전을 위한 보호 유닛에서 명시될 수 있다.

예를 들어, 보호 유닛에 의해 가스 터빈 플랜트의 샤프트 상에서 발생하는 진동을 모니터링하는 경우에 대해, 이 경우 높게 설정되는 제 2 한계 값은 진동 레벨이 더 긴 시간 기간에 걸쳐 지속된다면 기계 손상을 불가피하게 초래하는 진동 레벨들을 허용할 수 있다. 그러나, 가스 터빈이 이 경우에 과도 운전 상태에 있기 때문에, 이것으로부터 증가된 샤프트 진동만이 일시적으로 발생하여, 보호 유닛이 이 경우에 비상 스위치 오프를 위한 신호를 생성하지 못하는 것이 추정된다. 가스 터빈이 과도 운전 상태에 있다는 것을 검출하기 위해, 이 경우에 회전 속도의 구배가 보호 유닛에서 형성될 수 있다. 게다가, 절대 회전 속도가 한계 값을 명시할 때 고려될 수 있다. 대조적으로, 진동이 가스 터빈 플랜트의 파괴 및 환경에 대한 연관된 높은 위험을 초래할 수 있는 결정된 과도 운전 상태 동안 샤프트 상에서 발생한다면, 높게 설정된 제 2 한계 값은 초과될 것이고 가스 터빈 플랜트는 보호를 위해 비상 스위치 오프될 것이다.

또한, 밸브 위치 결합이 가스 터빈 플랜트의 정상 운전 상태에서 증가된 위험 장재성을 초래할 수 있는 과도 운전 상태들 동안 발생할 수 있다. 예를 들어, 이 방식으로, 폭발을 초래할 수 있는 폭발성 가스 또는 가스 혼합물이 보호되지 않는 가스 터빈 구역들에서 축적될 수 있다. 그러나, 오직 단기간의 밸브 위치 결합 때문에, 연관된 위험 잠재성이 허용 가능하게 낮아서, 기계 또는 환경에 대한 상당한 위험이 제외될 수 있다. 가스 터빈 플랜트의 비상 스위치 오프에 대한 트리거 이벤트로서 과도 운전 상태 동안 이러한 위험한 밸브 위치 결합을 검출하는 보호 유닛을 회피하도록, 보호 유닛은 보호 유닛이 허용 가능한 위험성을 분류해야 하는 이러한 밸브 위치 결합을 분류하는 시간 지연을 부과한다. 이와 관련하여, 과도 운전 상태의 경우에 대한 시간 기간을 포함하는, 제 1 한계 값은 제 2, 더 높은 한계 값, 즉, 보호 유닛이 검출된 위험한 밸브 위치에도 불구하고 비상 신호를 생성하지 못하는 더 긴 시간 기간으로 상승된다.

보호 유닛에서 하나 이상의 밸브 위치들의 변화는 과도 운전 상태를 검출하기 위한 트리거링으로서 여기에 사용될 수 있다.

상술된 해결책에 따른, 본 방법은 안전 관련 운전 파라미터에 대한 적어도 하나의 제 1 한계 값에 기초하는 공정 제어기로부터 분리된 보호 유닛과 적어도 하나의 공정 제어기를 가진 가스 터빈 플랜트의 안전 운전을 위해 가스 터빈 플랜트 내의 조작상 관련있는 공정들에 적어도 영향을 미치고 그리고/또는 야기하는 신호들을 생성하는 장치에 의해 수행될 수 있고, 제 1 한계 값이 초과될 시에 가스 터빈의 비상 스위치 오프를 수행한다. 해결책에 따른 장치는 보호 유닛에 공급되는, 가스 터빈의 보호 관련 운전 파라미터들을 검출하는 센서 유닛이 제공되는 것과, 보호 유닛이 특정한 과도 운전 상태들, 즉, 제 1 운전 상태로부터 제 2 운전 상태로의 과도 상태들을 검출할 수 있는 논리를 보호 유닛이 포함하는 것을 특징으로 한다. 보호 유닛은 제 1 한계 값을 제 2, 더 높은 한계 값으로 상승시키는 수단을 갖는다. 수단은 논리가 규정된 과도 운전 상태를 검출했다면 제 1 한계 값으로부터 제 2 한계 값으로 변화시킨다. 게다가, 보호 유닛은 안전 관련 운전 파라미터에 대응하는 적어도 하나의 센서 검출된 운전 변수가 직접, 즉, 공정 제어기의 상호 연결 없이 전환될 수 있는, 센서 유닛에 대한 인터페이스를 포함한다. 결국, 보호 유닛은 제 2 한계 값이 초과될 시 가스 터빈의 비상 스위치 오프를 수행할 수 있다.

본 개시물의 바람직한 실시예들은 오직 설명을 위해 사용되고 제한적으로 해석되지 않는, 도면들을 사용하여 아래에 설명된다.

도 1은 가스 터빈 플랜트의 안전 운전을 위한 장치를 도시한 도면.

도 1에, 가스 터빈 플랜트(1)의 안전 운전을 위해 필요한 모든 구성 요소들이 개략적으로 도시되어 있다. 우선, 가스 터빈 플랜트(1)는 컴퓨터 기반 공정 제어기(2)를 사용하는 조작상 준수 방식으로 작동된다. 이 목적을 위해, 조작상 관련있는 공정 및 공정 제어를 위해 필수적인 가스 터빈(1) 상의 센서들에 의해 검출되는 운전 파라미터들(3b)뿐만 아니라 보호 관련되고 또한 공정 제어에 필수적인 모든 운전 파라미터들(3a')이 추가의 평가 및 분석을 위해 공정 제어기(2)에 공급된다. 공정 제어기(2)는 가스 터빈 플랜트(1)의 개별 구성 요소들에 신호선들(도시되지 않음)을 통해 공급되는 제어 신호들을 생성한다.

또한, 독립형 공정 컴퓨터의 형태인 보호 유닛(6)은 공정 제어기(2)로부터 분리되어 독립적으로 제공된다. 보호 유닛(6)은 가스 터빈 플랜트(1) 상에 제공된 각각의 센서들로부터 직접 안전 관련 운전 파라미터들을 나타내는 센서들에 의해 검출되는 운전 파라미터들(3a)을 수용한다.

보호 유닛(6)에서, 각각의 경우에, 제 1 한계 값에 대한 적어도 하나의 안전 관련 운전 파라미터의 비교가 발생한다. 제 1 한계 값이 초과되는 경우에, 보호 유닛(6)은 가스 터빈 플랜트(1)의 비상 스위치 오프를 즉시 초래하는 선들(7 및 5)을 통해 신호를 전송한다. 또한 공정 제어에 필수적인 안전 관련 운전 파라미터들(3a')은 보호 유닛(6)으로부터 공정 제어기(2)로 전환된다.

제한적으로 명시된 제 1 한계 값들 때문에 과도 운전 상태에서 보호 유닛(6)에 의해 비상 스위치 오프되는 가스 터빈 플랜트(1)를 회피하기 위해서, 보호 유닛(6)에 저장된 한계 값들은 이러한 과도 운전 상태 동안 각각의 더 높은 한계 값들로 상승된다. 이 방식으로 보호 유닛(6)에 저장된 안전 정책이 완화된다. 과도 운전 상태의 검출은 공급되는 안전 관련 운전 파라미터들(3a) 상에 기초한 보호 유닛(6)에 의해 수행되고, 보호 유닛은 형성된 과도 운전 상태들을 검출하기 위해 내부 논리를 포함한다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 보호 유닛(6)은 또한 선택적으로 수동으로 운전될 수 있는, 안전 비상 스위치 오프 수단(8)을 포함한다.

3개의 신호선들(5) 중 2개가 중단된다면 비상 스위치 오프 신호를 생성하는 스위치 유닛(9)은 바람직하게 가스 터빈 플랜트(1) 전에 즉시 상호 연결된다.

1: 가스 터빈 플랜트
2: 공정 제어기
3: 운전 파라미터
3a: 안전 관련 운전 파라미터
3a': 안전 및 제어 관련 운전 파라미터
3b: 제어 관련 운전 파라미터
4: 신호선들
5: 신호선들
6: 보호 유닛
7: 신호선들
8: 안전 비상 스위치 오프
9: 스위칭 모듈

Claims

가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법으로서, 상기 가스 터빈 플랜트의 운전은 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 조작과 관련된 공정들을 적어도 야기하고 그리고/또는 상기 공정들에 영향을 미치는, 적어도 하나의 공정 제어기(2)에 의해 제어되고, 또한 안전 관련 운전 파라미터(3a)에 대한 적어도 제 1 한계 값에 기초하여 상기 공정 제어기(2)와 관계없이 운전되는 분리된 보호 유닛(6)에 의해 모니터링되며, 상기 가스 터빈 플랜트(1)는 상기 적어도 하나의 제 1 한계 값이 초과될 경우 상기 보호 유닛(6)에 의해 비상 스위치 오프되는, 가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법에 있어서,
상기 가스 터빈 플랜트(1)가 제 1 운전 상태로부터 제 2 운전 상태로 변화되는, 상기 보호 유닛(6)에 의해 검출될 수 있는 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 과도 운전 상태의 경우에, 상기 안전 관련 운전 파라미터의 상기 적어도 하나의 제 1 한계 값은 제 2 한계 값으로 상승되고, 상기 가스 터빈 플랜트(1)는 상기 제 2 한계 값이 초과된다면 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 비상 스위치 오프에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
제 1 및 제 2 한계 값이 각각 연관되는, 적어도 하나의 안전 관련 운전 파라미터(3a)는 가스 터빈 플랜트(1)에 대한 다음의 운전 파라미터들:
- 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 샤프트의 회전 속도와,
- 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 상기 샤프트의 진동과,
- 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 연소 챔버 맥동의 진폭 및/또는 진동수와,
- 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 구성 요소들이 노출되는 온도와,
- 서로 또는 다른 운전 파라미터들과 결합되는 밸브 위치들로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 각각의 안전 관련 운전 파라미터(3a)의 상기 제 2 한계 값은 가스 터빈 플랜트의 과도 운전 상태들이 방해 없이 통과될 수 있는, 명시된 기간 동안 적용되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 안전 관련 운전 파라미터(3a)의 상기 제 2 한계 값은 상기 가스 터빈 플랜트(1)가 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 환경에 대해 위험한 것으로서 분류되는 위험 가능성에 도달할 시 상기 보호 유닛(6)에 의해 비상 스위치 오프되는 것이 보장되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 제어기(2)는 상기 가스 터빈 플랜트(1) 상의 센서들에 의해 검출되는 운전 파라미터들(3, 3a', 3b)에 기초하여 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 운전 상태를 결정하고 또한 상기 가스 터빈 플랜트(1)가 과도 운전 상태인지 아닌지를 검출하고, 상기 결정된 운전 상태에 따라, 하지만 상기 보호 유닛(6)과 관계없이, 운전 한계 값들이 초과될 시에 상기 가스 터빈(1)의 보호 부하 감소 또는 비상 스위치 오프를 수행하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 가스 터빈(1)의 보호 부하 완화 또는 비상 스위치 오프가 운전 한계 값들이 초과될 시에 상기 공정 제어기(2)에서 수행되는 상기 운전 파라미터들(3, 3a', 3b)의 상기 운전 한계 값들은 상기 보호 유닛(6)의 한계 값들보다 상기 모니터링된 운전 파라미터들(3, 3a', 3b)이 상기 가스 터빈(1)의 정상적인 운전 동안 도달하는 값들에 더 가까운 것을 특징으로 하는 가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 제어기(2)에 영향을 미치는 명령 신호들은 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 운전 동안 적어도 하나의 입력 수단을 통해 상기 공정 제어기(2)에 공급될 수 있고, 상기 보호 유닛(6)은 자체적으로 그리고 그 경우 어떤 입력 수단 없이 운전되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 플랜트(1)의 안전한 운전을 위한 방법.
가스 터빈 플랜트(1)에서 조작과 관련된 공정들을 적어도 야기하고 그리고/또는 공정들에 영향을 미치는 신호들을 생성하는 적어도 하나의 공정 제어기(2)와, 센서에 의해 검출되는 적어도 하나의 안전 관련 운전 변수(3a)가 상기 공정 제어기(2)를 상호 연결하는 일 없이, 직접 이동될 수 있게 하는 센서 유닛에 대한 인터페이스를 가진, 상기 공정 제어기(2)로부터 분리되는 보호 유닛(6)을 가진, 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 안전 운전을 위한 장치로서, 적어도 하나의 제 1 한계 값은 안전 관련 운전 파라미터(3a)에 대한 기초를 형성하고 상기 보호 유닛(6)은 상기 제 1 한계 값이 초과될 시에 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 비상 스위치 오프를 수행하는, 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 안전 운전을 위한 장치에 있어서,
안전 관련 및 제어 관련 운전 파라미터들(3a')을 이동시키기 위한 신호선은 상기 보호 유닛(6)으로부터 상기 공정 제어기(2)로 연결되고,
상기 보호 유닛(6)은, 상기 가스 터빈(1)의 과도 상태를 검출할 수 있고 과도 상태의 검출 시에 상기 제 1 한계 값을 제 2 더 높은 한계 값으로 증가시킬 수 있는, 상기 안전 관련 운전 파라미터(3a)를 분석하기 위한 논리를 포함하고,
상기 보호 유닛(6)은 상기 제 2 한계 값이 초과될 시에 상기 가스 터빈 플랜트(1)의 비상 스위치 오프를 수행하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 플랜트(1)의 안전 운전을 위한 장치.