KR910004915B1 - 증기터빈 발전기 열적 운전 상태 모니터 - Google Patents

증기터빈 발전기 열적 운전 상태 모니터 Download PDF

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KR910004915B1
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쿠어-잰센 젠스
스탠리 샤퍼 해리스
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제너럴 일렉트릭 캄파니
샘슨 헬프고트
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Abstract

내용 없음.

Description

증기터빈 발전기 열적 운전 상태 모니터
제 1 도는 본 발명 실시예에 관한 증기터빈 발전기 시스템의 간단화 한 블록선도.
제 2 도는 감시점을 표시한 본 발명의 증기터빈 발전기의 간단한 개략도.
제 3 도는 제 1 도의 데이터 처리 보조 시스템의 일부분으로서의 열적 운전 상태 모니터의 기능적 개념을 설명하는 플로우챠트.
제 4 도는 초기온도 보정계수에 대한 예를 도시한 도면.
제 5 도는 재가열 보정계수 그래프의 예를 도시한 도면.
제 6 도는 초기압력 보정계수 그래프의 대표적인 예를 나타낸 도면.
제 7 도는 배기 압력 보정계수 그래프의 대표적인 예를 나타낸 도면.
제 8 도는 열적 운전 상태 모니터용 표시기.
제 9 도는 제 2 도의 데이터 처리 보조 시스템의 일부분으로서 관리 기술자용 열적 운전 상태 모니터의 기능적 국면을 설명하는 부분적 플로우챠트.
제 10 도는 제 9 도에 도시된 플로우챠트에 비해 관리 기술자용 모니터의 기능적 국면을 더 상세히 설명한 플로우챠트.
제 11 도는 열적 운전 상태 모니터용 관리 기술자용 표시기.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 증기터빈 발전기 14 : 보일러
18 : 운전자 24 : 데이터 처리 시스템
26 : 운전자용 중간 보조 시스템 27 : 관리 기술자용 중간 보조 시스템
28 : 데이터 저장 보조 시스템 29 : 관리 기술자
42 : 증기발생기 52 : 재가열기
76 : 표시기 78 : 경제적 손실 계산기
90 : 열소비율 설계치 계산기
본 발명은 증기터빈, 특히 증기터빈 발전기 시스템의 순시적 운전 상태를 측정하기 위한 열적 운전상태 모니터에 관한 것이다.
대용량 증기터빈 발전기 시스템은 경영자의 중요한 자본투자를 나타내며, 경영자의 경제적 이익은 터빈 운전중의 열효율에 따라 변화한다. 열효율의 중요성을 강조하는 것으로서, 1기가와트의 전기 발전기를 구동시키는 증기터빈에서 1%의 열효율 차이는 유니트의 전수명 기간동안에 수천만 달러 정도의 가치가 있는 것으로 믿어진다. 따라서, 대용량 증기터빈 발전기의 소유자는 설계된 시스템의 운전 파라미터를 이 시스템을 위해 설계된 것과 같이 하고, 또한 시스템 건설후의 시운전 기간에 개발된 것같이 하여 각 운전 파라미터의 최적치에 가능한 한 가깝게 유지토록 하는 것이 중요한 관심이 된다. 이것은 상기 파라미터에서 떨어지면 열효율이 감소되는 경향이 있기 때문이다. 또, 시간이 지나감에 따라 내부의 마손 및 다른 원인에 의해 피할 수 없는 운전성능의 질적 저하가 발생될 수 있다. 따라서 상기 질적 저하의 발생 및 악영향 상태를 검출하기 위한 수단이 필요하다. 또 내부문제, 특히 신속한 검출을 필요로 하는 것을 감시하는 것이 바람직스러우며, 이렇게 함으로서 이것에 대한 적절한 행동이 가능해진다.
열효율을 최대로 할 수 있는 수준에 운전 파라미터를 유지시켜 대형 증기터빈의 제어가능한 파라미터를 1분마다 제어하는 것은 중요한 일이지만, 터빈의 교체 운전자는 이와 같은 운전 파라미터를 습관적으로 최고 수준에 가까운 값에 유지시킴으로서 비용 상승을 초래하는 것과 같이 실제적 효율의 편차를 발생시키기에 충분한 정도로 최적치에 떨어진 수준으로 유지된다. 계측 기술은 증기터빈을 최량의 수준으로 조종해 이것을 유지하는 것에 있어서의 운전자에게 줄 수 있는 충분한 정밀도로 충분한 내용도 제공하지 못한다. 실제로, 종래 기술의 모니터 시스템을 사용하여 시스템 운전을 최적으로 하기 위한 시도에 있어서, 교체 운전자가 운전 파라미터 효율을 개선하는 방향으로 변환시킴이 없이 효율이 저하하는 결과로되는 방향으로 운전 파라미터를 변하기 하는 것이 있다.
증기터빈 발전기 보조 시스템의 설치 과정의 한 부분으로서, 소유자, 계약자 또는 터빈 제작자를 위해 시스템의 열소비율을 실증 또는 결정하기 위해 매우 정확한 시험을 행하는 것이 관습이다. 열소비율은 단위 출력 전력치당 열입력되는 단위수로 정의되는 증기터빈 발전기 시스템의 열효율의 측정량이다. 종래의 단위 시스템에 있어서, 열소비율은 1KW당 BTU 값으로 계량된다. 열소비율의 하나의 표준 시험법은 ASME 시험법으로 알려져 있으며, ASME puplication ANSI/ASME PTC 6-1976 Steam Turbine에 정해져 있다.
간단화된 ASME 시험법은 1980년 9월 30일 아리조나주 뉴욕시에서 열린 합동 전력회의(Joint Power Conference)에서 발표된 "A Simplified ASME Acceptance Test Proceed for Steam Turbines"에 기재되었다. 상술한 테스트의 필요조건 및 특징은 온도, 압력 및 유량을 발전기 출력과 함께 정확하게 측정하여 그와 같은 조건 및 결과로의 출력의 에너지량을 정확히 결정하는 것이다. 측정은 정확하게 되므로 결과치에 측정 공차를 인가할 필요가 없다. 상기 시험의 실행을 하기 위해서는 비용이 많이든다. 예로서, 표준 ASME 시험법을 담당할 사람의 수가 많아야 함과 동시에 막대한 경비를 필요로 하는 특수한 계측 장치를 설치할 필요가 있다.
따라서, 경제적 이유 때문에 상기 시험의 실행은 새로운 증기터빈 발전기 시스템의 초기 설치 또는 재설비한 후인 증기터빈 발전기 시스템의 재설치할 때에 국한되어 행해진다.
상기 시험법은 높은 비용외에도, 매일 운전되는 증기터빈 발전기 시스템에 사용하기에는 적절하지 않다. 필요한 측정 형태는 장기간에 걸쳐 유용한 정밀도를 유지하지 못하는 것도 있다. 또, 상기 시험의 실행은 거의 동시에 순시적으로, 또는 일상적 기준으로 행해질 수 있고, 그와 같은 시험의 때에 종래 얻었던 정보의 타입은 제어 조정을 행하기 위해서는 많은 해석이나 계산을 공정계산에는 무용하지만 상기 테스트중에 발생되는 종래의 정보 형태는 기껏해야 한계치가 되어 제어조정을 할 수 있어서 해석 및 계산하는 타입이 되어 운전자가 사용할 수 있는 제어기를 조작하여 운전자를 가이드한다.
통상은, 증기터빈 시스템을 직접 제어하는 고체 운전자는 ASME형 시험법의 기술적인 결과를, 거의 순간적으로 이해될 수 있는 포맷으로 변환시킬 수 있는 시간, 성향 및 조작정치를 가질 수 없다. 운전자의 1차 임무는 전기 통신 시스템과 연계되는 다른 터빈 발전기와 관련이 되는 터빈 발전기 운전 상태를 모니터하는 것이다. 이러한 관점에서 보면, 열적 운전 상태 모니터는, 터빈 발전기 시스템보다 비교적 순시적인 데이터를 수집해야 하며, 교체 운전자에 대해, 간결하고 신속하게 판독되어 질 수 있도록한 형식으로 제공되어야 하기 때문에, 운전자는 터빈 발전기가 더욱 효과적으로 작동될 수 있도록 조정할 수 있다.
이것과는 대조적으로, 관리 기술자는 터빈 발전기가 보다 상세한 방법으로 작동되도록 주기적으로 운영상의 통계를 검토한다. 관리 기술자는 증기 압력 및 온도 및 터빈에 영향을 미치는 다른 변수를 즉시 수집해야 하는 것이 아미므로, 터빈 작동의 분석을 여유를 가지면서 더욱 상세하게 처리할 수 있다. 관리 기술자의 관점에서는, 증기터빈 발전기 시스템에서의 각 주요부품의 열적 운전 상태는 매우 높은 기술적 수준으로 상세한 관념이 기술된다. 예컨대, 일주일 동안의 터빈 작동을 통해 수집된 상세한 열적 운전 상태 데이터는, 상승 배기 압력치로 나타나는 증기 콘덴서에서의 초기 문제점을 명백하게 나타낸다. 2달 동안에 터빈의 나머지 부품들에 대한 배기 압력을 수집함으로, 관리 기술자는 터빈 발전기 장치의 소유자가 요구하는 콘덴서의 정화 또는 개량을 제안하는 것이 가능하다. 또 다른 경향분석은 교묘한 열적 운동 상태 모니터에 의해 쉽게 될 수 있다.
그러나 ASME형 시험법은 초기에 참조 데이터 또는 디자인 데이터에 의존하여, 소비비율 및 그밖의 다른 파라미터를 통해 최적 조건에 고정시켜 새로운 증기터빈 발전기 시스템을 만들 수 있다. 일단 운전 데이터의 최적 세트가 확립되면, 시스템의 사후의 운전 파라미터는, 시스템의 보정 운전을 결정하기 위해 이것과 비교된다.
따라서, 본 발명의 목적은 증기터빈 발전기 시스템의 작동을 최적 조건으로 유도하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 증기터빈 발전기의 계측을 행해, 사실상의 순시치에 기초한 증기터빈의 제어가능한 파라미터를 제어하여 개선된 시스템 효율을 얻기 위해 사용되는 출력을 발생시키기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 증기터빈 발전기의 계측을 행하여 운전 파라미터의 현재의 값이 초래하는 경제적 결과를 운전자에게 직접 알려주어, 시스템의 효율이 개선되는 방향으로 운전 파라미터를 수정하도록 운전자를 유도하는 효과적 출력을 발생하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 관리 기술자에게, 터빈 발전기 시스템의 증기 유경로내의 주요한 각 구성 요소에 관한 상세한 정보 및 해석을 알려주는 수단을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은, 증기터빈 시스템의 증기 유동 경로내의 주요한 성분요소의 열적 운동 상태를 감시해, 이것을 표시하기에 유효한 증기터빈 발전기 시스템을 계측하는 장치를 제공하는 것이다.
증기터빈 발전기 열적 운전 상태 모니터는 증기터빈 발전기 시스템내 증기의 압력 및 온도를 측정하기 위한 다수의 센서를 포함한다. 증기 유량 제어 밸브의 위치도 역시 감지된다. 운전자용의 열적 운전 상태 모니터는, 제어 밸브의 상류의 압력 및 온도, 증기터빈의 하류의 배기 압력을 모니터한다. 발전기로부터의 출력 신호가 얻어져서 터빈의 순간적으로 작동하는 곳에서 정격부하의 조성비를 결정하기 위한 수단 역시 제공된다. 초기 온도 소비율 보정계수 및 배기압 열량율 보정계수에 가해져 초기온도 열량율 보정계수가 발생된다. 터빈 발전기에 있어서 열소비율 설계치의 사실상의 순시치(증기터어빈에 있어서의 온도 및 압력 신호, 제어 밸브 위치 신호, 압력 및 온도의 설계치에 기준한 것임)를 제공한다. 증기온도 손실 신호는, 제 1온도 소비율 보정계수, 전력 신호 및 터빈 발전기 시스템내의 단위 열량당의 원가를 표시하는 신호를 곱하여 발생된다.
증기온도 손실 신호는 터빈 운전자에게는 단위 시간당의 원가로 나타난다. 단위 시간당의 가격으로 역시 나타날 수 있는 증기 압력 손실 신호는 압축 소비율 보정신호 및 다른 신호를 사용하여, 유사한 양식으로 표시할 수 있다. 배기 압력 손실 신호는 배기 압력 열소비율 보정신호 및 유사한 신호를 사용함으로서 발생된다. 운전자의 모니터는 거의 연속적으로 증기온도 손실 신호, 증기 압력 손실 신호 및 배기 압력 손실 신호를 모두 단위 시간당의 가격형태로 나타내기 위한 수단을 포함한다.
이러한 표시는, 운전자가 제어가능하게 선택된 온도, 압력 및 일정의 배기 압력에 걸쳐 터빈 운전의 경제적 효과를 주지시킨다. 증기터빈 발전기 시스템은 제1, 제2 및 제3터빈을 포함하며, 추가 온도 및 압력 신호가 발생하여 모니터에 공급된다. 단위 시간당의 가격으로 나타내는 재가열 증기온도 손실 신호는 제 1증기온도 신호화 합해져서 전 증기온도 신호를 공급한다. 표시 수단은 단위 시간당의 가격 형식으로서 전 증기 운동 손실 신호를 증기터빈 발전기 시스템의 운전자에게 표시한다.
관리 기술자의 열적 운동 상태 모니터는 증기터빈 시스템 전반에 대한 온도 및 압력을 측정한다. 실질적인 엔탈피 강하량 및 엔트로피적 강햐량이 제 1 또는 고압 터빈(이하 HP터빈이라고 함) 및 제 2 또는 중간 압력 터빈(이하 IP 터빈이라고 함)에 의해 계산된다. HP 터빈의 설계효율의 순시치는 같은 터빈의 압력 및 온도의 설계치 이외에도, 제 1온도, 제 1압력 및 제어밸브 위치에 의해 계산된다. IP 터빈은 설계효율에 대한 설비에 의존하는 상수를 갖는다. HP 및 IP의 실제 효율은 실제 엔탈피 강하량 및 등 엔탈피 강하에 비에 의해 계산된다. HP 및 IP 터빈에 대해서, 각각의 열량율의 설계 계산치로부터의 적당한 신호를 발생한다. HP 및 IP터빈의 실제 효율, HP 및 IP 터빈의 효율 설계치 및 IP 터빈의 열소비율의 설계치로부터의 편차를 표시하는 수단은, 관리 기술자에게 특정의 시간에 터빈 전체의 운전 상태를 검증하는 것을 허용하는 것이다.
관리 기술자의 열적 운전 상태 모니터는, 주요 주증기온도 전력손실, 주증기 압력 전력손실, 재가열 증기 온도 전력손실, 터빈 효율 전력손실 및 배기 압력 전력손실을 계산하기 위한 수단을 역시 구비한다. 상기 전력손실 신호는 결과처리 기술자에게 제공되어, 증기터빈 발전기 시스템의 운전 파라미터를 변화시키기 위한 기준을 공급해 시스템의 보존에 영향을 미치거나 또는 시스템의 개선을 조언하는 것이다.
본 발명은 첨부된 특허청구의 범위에 명확히 기재하여 놓았지만, 본 발명에 관한 목적 및 장점을 도면을 참조한 이하의 서술로 잘 이해될 수 있을 것이다.
증기터빈 발전기 시스템의 교체 운전자가 이용하는 주요 제어기는, 주요 증기 및 재가열 증기원의 온도 및 압력을 저하는 보일러 제어기, 주중기 진입 제어 밸브, 또는 제 1 또는 고압 터빈단에의 증기 진입량을 결정하는 밸브를 갖는다. 상기 증기터빈 발전기 시스템의 운전자에 대한 실제적 지도는, 쉽고, 신속하게, 또 상세한 기술적 해석없이, 주요 제어의 진행을 용이하게 할 수 있는 방법으로서, 운전자 파라미터의 사실상의 순시치에 관한 평가를 포함하는 것이다.
제 1 도 증기터빈 발전기 시스템(10)을 전체적으로 도시한 것이다. 증기터빈 발전기 시스템(10)은, 증기 보일러(14)로부터 인입되는 열을 받아들이는 증기터빈 발전기(12)를 포함한다. 보일러(14)는, 석탄식 또는 석유식 같은 편리한 형태가 있지만 어느 것이든 좋다. 증기터빈 발전기(12) 및 보일러(14)의 쌍방은 직선(16)으로 표시된 운전자의 입력에 의해 제어되어, 직선(20)에 의해 표시된 전기 출력을 발생한다. 증기터빈 발전기(12)로부터의 파라미터는 선로(22)를 경유해서 데이터 보조 처리 시스템(24)에 입력한다. 상세하게 후술하겠지만, 측정 파라미터 장기간동안 충분한 신뢰성 및 정확성을 얻을 수 있으며, 증기터빈 발전기(12) 및 보일러(14)를 1분마다 제어하는 운전자(18)를 지도할 수 있도록한 형식으로 설명하는 것도 가능하다. 데이터 처리 보조 시스템(24)의 출력은 운전자용 서브 인터페이스(26)(예를 들면 CRT표시장치, 프린터 또는 그밖의 형태의 아날로그 또는 디지털 표시장치와 같은 종래 형태의 표시장치에 공급된다. 데이터 처리 보조시스템(24)으로부터의 데이터는 데이터 저장 보조 시스템(28)에도 공급되어, 여기서 단기간, 또는 장기간의 목적을 위해 저장된다. 데이터 저장 보조 시스템(28)은 프린터를 포함하는 어떤 종류의 형태로도 좋다. 그러나 양호한 실시예에서 데이터 보조 시스템(24)은 디지털 처리 장치를 가지며, 또 데이터 저장 보조 시스템(28)은 예를 들면 자기 또는 광디스크, 또는 자기 저장 테이프 저장 장치와 같은 디지털 저장 장치를 갖는 것이 좋다.
운전자용 인터페이스 시스템(26)과 병렬로, 관리 기술자용 주간 보조 시스템(27)이 결합되어 있다. 중간 보조 시스템(27)은, 관리기술자(29)에게, 운전자(18)에 비하면, 보다 여유있게 데이터 처리 보조 시스템(24)의 출력 데이터를 검토하도록 한다. 관리 기술자(29)는 운전자(18)와 교신하여, 그것에 의해 데이터가 검토된 것에 의해 높은 수준의, 지적 해석에 의해, 증기터빈 발전기 시스템(10)의 장기간의 운전을 개선한다. 또한 기술자는, 시스템의 보존에 있어서의 처리를 결정해 시스템(27)은 이것의 처리 전달을 보조한다.
제 2 도는 본 발명을 설명하기 위한 증기터빈 발전기(12)의 단순화한 도해도이다.
증기터빈 발전기(12)는 본 발명을 보조하기 위해 설치되는 계측장치를 제외하면 종래의 형태와 다름이 없다. 따라서, 증기터빈 발전기(12)의 상세한 설명은 생략한다. 통상, 본 발명은 증기터빈 발전기 시스템을 통과하는 여러 위치에서 온도 및 압력 측정에 의존하며, (발생되는 전기적 출력의 측정장치를 포함한다) 이것의 양을 이것과 대응하는 설계치와 비교해 전력손실, 효율 및 소비효율의 사실상의 순시치를 전계통적으로 결정하는 것이다. 제 1 도의 증기터빈 발전기(12)는, 기계적 접속부(32)를 통해 전기 출력을 발생시키는 전기 발전기(34)에 결합된 증기터빈(30)으로 구성된다. 전기발전기(34)에서의 변환기(도시되어 있지 않음)는 전기 출력신호(W1)를 발생시켜, 상기 신호는 선로(20)에 인가되어 데이터 처리보조시스템(24)에 전송된다. 직선(16)상의 운전자에 의한 입력은 수압적, 전기 수압적, 디지털 또는 그밖의 공지된 수단에 의해 주제어 밸브 조정기(36)(주제어 증기 진입 밸브(38)를 직선(40)으로 표시한 바와 같이 작동된다)에 가해진다. 밸브 위치 신호(V1)는 적당한 수단에 의해 발생되며, 주제어 밸브(38)가 열려지는 양을 표시한다. 또, 신호는 선로(20)에 인가되어 데이터 처리 보조 시스템(24)에 전달된다. 밸브(30)는 증기터빈과 공통적으로 설치되는 다수개의 증기 진입 밸브를 대표하는 것으로 이해된다.
보일러(14)부분인 증기 발전기(42)는, 관로(44)상의 주제어 밸브(38)에 공급되는 고온 가압증기의 공급을 제공한다. 주제어 밸브(38)를 통과하는 스팀은 주증기 관로(46)를 통해 고압력 터빈(48)의 압력으로 공급된다. 여기서 사용된 용어 "HP"라는 고압력 터빈(48)을 가르키는 것이다. HP 터빈에서 나온 증기는 부분적으로 팽창되어 냉각되지만, 그러나 상당한 에너지를 갖으며, 냉각 재가열 관로(50)를 경유해서 보일러(14)의 부분인 재가열기(52)에 공급된다. 주제어 밸브(38)의 상류에 위치해, 통상 이것의 입기관이 되는 관로(44)내의 증기의 압력 및 온도는 센서(도시되어 있지 않음)에 의해 측정되어, 대표적인 제 1압력 신호 P1및 제 1온도 신호 T1을 발생해, 이것의 신호는 데이터 처리 보조 시스템(24)에 전송된다. 고압터빈(48) 하류 출구에 위치한 냉각 재가열 관로(50)내의 압력 및 온도는 센서(도시되어 있지 않음)에 의해 측정되어, 대표적인 제3압력 신호 및 제 3온도 신호 T3를 발생해, 이것의 신호도 데이터 처리 신호 보조 시스템(24)에 전송된다. 압력 센서(도시되어 있지 않음)가 HP 터빈(48)의 제 1상태에 근접하여 감지된 압력을 나타내는 압력신호 P2를 발생하며, 이 신호는 데이터 처리 보조 시스템(24)에 전송된다.
중간 압력 터빈(54)(이하 "IP" 터빈이라 함)은 고열 재가열기 관로(56)를 경유하여 재가열기(52)를 통해 재가열된 증기를 받으며, 증기를 팽창시켜 에너지를 추출해 배기관로(58)를 경유해 저압터빈(60)방향으로 증기를 배출한다. HP 터빈(48), IP 터빈(54) 및 저압 터빈(60)(이하 "LP" 터빈이라 함)은 도시된 바와 같이 결합터빈(62) 및 (64)를 통해 접속되고, 그 다음 접속부(32), 발전기 순번으로 결합한다. 고열 재가열기관로(56)내의 제 4온도 P4및 압력은 센서에 의해 측정되어(도시되어 있지 않음), 이것이 대표적 신호는 데이터 처리 보조 시스템에 전송된다. 또, IP 터빈(54)하류의 관로(58)내의 증기의 5온도 T5및 압력 P5는 센서에 의해 측정되며(도시 되지 않음), 이것의 양을 나타내는 신호도 역시 데이터 처리 보조 시스템으로 전송된다. 다른 실시예에서, T5및 P5는 LP 터빈(60)의 저압 보울(Low Pressur Bowl)에서 측정된다.
LP 터빈(60)으로부터의 배기 증기는 관로(66)를 통해 콘덴서(68)에 공급되며, 여기서 증기는 물론 응결되어 수증기가 되고, 그후 관로(70)를 통해 증기 발생기(42)로 전송되어 다시 사용된다. 시스템 효율을 저하시킬 수 있는 한 요소는 콘덴서(68)의 비효율적인 운전으로서, 이것은 저압 터빈(60)의 배기에 있어서의 정상치보다는 높은 배압에 귀착하는 것이다.
상기 배압은, 콘덴서(68)의 운전으로 개선하기 위해 조정이 요구되는 것을 표시하는 것이다. 관로(66)내의 압력센서(도시되어 있지 않음)는 배기 압력 신호 P를 발생하며, 이 신호는 데이터 처리 보조 시스템(24)에 향하고, 처리될 표시를 위해 전송된다.
온도센서는 어떤 종래 형태도 사용될 수 있으나, 양호한 실시예에서 각 온도센서는, 온도가 측정되는 증기에 근접되게 배열되어, 정확도가 높은 크롬웰 콘스탄탄(E형) 열전대의 복수개를 갖는 것을 주의하자. 각 센서의 복수개의 열전대를 사용함으로서, 열전대의 복수개로부터 얻어진 결과는 평균화되어, 개개의 열전대의 오차 및 시스템 온도의 작은 편차는 상당히 감소된다. 또, 하나 이상의 열전대의 유효성은 센서 위치에 있어서 열전대의 하나 또는 그 이상의 고장난 경우 여분의 척도를 줄 수 있는 것이다. 온도 신호의 전송은 아날로그 전압을 사용하여 행하는 것이 가능하거나 또는 온도 신호는 케이블 길이 또는 잡음에 의한 측정에의 잡음을 작게 하기 위해 전송전에 디지털화하는 것도 가능하다. 같은 형태로 압력 센서는, 예를 들면 적당한 압력, 정확성 및 주위 온도범위를 가져, 헤이즈 모델715T로 시판되고 있는 압력 센서와 같은 편리한 형식의 것을 사용하는 것이 가능하다.
제 3 도는 데이터 프로세싱 시스템(24)의 부분으로서 운전자용 열운전 모니터(72)를 형성하는 기본 요소의 플로우챠트를 도시한 것이다. 플로우챠트 열적 운전 상태 모니터(72)내 여러 요소를 기능적으로 설명한다. 제 3 도의 상부좌측 코너에서 시작되어, 온도 및 압력 입력은 모니터(72)에 공급된다. 모든 온도 및 압력 입력은 온도 및 압력의 설계치와의 편차를 계산기(74)에 공급된다. 계산기(74)는 데이터 베이스를 가지며, 여기서는 각 온도 및 압력 신호에 대해서는 온도 및 압력의 설계치가 보존되어 있다. 따라서, 제어 밸브(38)의 입력측에서 감지된 압력 P1은, 이것에 대응되는 제 1설계치 압력치 P1DES를 가진다. 같은 형태로, 온도 T1, T3등은 이것에 대응하는 온도 설계치 T1DES, T3DES 등을 갖는다. 이것의 압력 및 온도의 설계치는 계산기(74)의 괄호내에 도시되어 있다. 증기온도 및 압력의 설계치는 터빈 발전기 제조업자에 의해 확립되거나 또는 발전기 유니트의 초기 수행 기간중에 확립된다. 터빈 발전기 시스템을 통해 감지되는 순시치는 운전자에 대해 운전자용 표시기(76)에 표시된다. 계산기(74)는 각 설계치를 이것에 대응하는 순시치로서 감지된 값으로부터 감산하여, 온도 및 압력의 설계치로부터의 편차를 얻는다. 온도 및 압력의 설계치로부터의 편차는 모니터(76)공급된다.
운전자용 표시기(76)는 운전자 중간 보조시스템(26)의 일부분이며, 보조 시스템은 운전자(18)에 대해, 간단하고 쉽게 이해될 수 있는 형식으로 정보를 제시하여야 한다. 기술적으로 통상 인식되는 바와 같이, 운전자(18)는 터빈 발전기 시스템내의 다른 중요한 여러 제어 시스템을 관리하여야 하는 책임이 있다. 따라서, 운전자 표시기(76)는 일정의 운전 파라미터, 예를 들면 선택된 온도 및 압력에 기준하여 얻어진 매우 세련된 정보를 운전자에게 제공한다. 초기 온도 및 압력 데이터에 대한 데이터 처리를 행하는 것에 대해, 중심적 역할을 하는 것이 대한 중앙에는 경제적 손실 계산기(78)이다. 기본적으로 경제적 손실 계산기(78)에는 수종의 열소비율 보정계수, 전력 출력 신호, 및 열소비율 설계치 신호 H3가 공급된다. 후술하는 바와 같이, 손실 계산기(78)는 상기 정보를 처리하며 단위 시간당 코스트의 형태로 특수한 경제적 손실 도형을 표시해, 이것을 운전자 표시기(76)을 통해 운전자에게 알려준다(상기 코스트는 통상 달러/일로 표시된다).
특히, 초기온도 소비율 보정계수 신호 FHR은 초기 온도 소비율 보정계수 계산기(80)에 의해 발생된다. 계산기(80)는 신호 T1과, 현재 운전중의 시스템에 가해진 부하, 즉 정격부하에 대한 실부하의 백분율의 사실상의 순시치를 표시하는 신호가 입력된다. 신호는 여기서 "%로드"로 나타낸다. 정격부하 백분율 신호는 용이하게 계산되며, 기술적으로 잘 공지되어 있다. 초기 온도 소비율 보정계수 FHR1은 T1및 %로드 신호의 함수이다. 초기 온도 함수 T1은, 설계 열소비율치의 백분율의 변화로서 구하여진 설계치 온도치 T1DES와의 편차 사이의 관계이다.
제 4 도는, 예시적으로 시스템의 초기온도 보정계수의 값을 그래픽적으로 도시한 것이다. FHR1은 좌측의 상한을 통해 상부의 우측 상한으로 확장한 직선에 의해 표시된다. 상술한 바와 같이, 초기온도 함수의 경사는 정격부하의 백분율에 의해 영향을 받는다. 제 5 도의 지열온도 보정계수 그래프, 제 6 도의 초기 압력 보정계수 그래프 및 제 7 도의 배기 압력 보정함수 그래프와 같이 초기온도 보정함수 그래프는 증기터빈의 어떤 그룹에 대해 이론적으로 계산된 데이터와 증기터빈을 실제로 테스트하여 실증된 데이터에 의한 것이다. 상기 그래프는 기술적으로 공지되어 있다. 기술적으로 공지된 바와 같이, 제 4, 5, 6 및 7도에 기술된 그래프는 보통은 터빈 발전기 시스템이 같은 시스템을 사용하는 회사 또는 소유자에게 판매될 때에 터빈 발전기 제조업자에 의해 제공된다. 여기에 도시된 그래프는 일반적으로 제 2 도에 도시된 시스템에 관해서만 관계하는 것이다. 기술적으로 잘 알려진 바와 같이, HP 터빈(48)은 관련된 설계치 온도 T1DES를 가지며, 여기서 설계된 열소비율치가 얻어져야만 한다. T1이 T1DES로부터 산출될 때, 열소비율은 제 4 도에 도시된 비와같이 변화한다.
제 3 도의 재가열 온도 소비율 보정계수 계산기(82)는, T4및 %로드의 함수인 관련 신호 FHR를 결정하기 위한 수단을 갖는다. IP 터빈(54)은, 특정의 설게온도, 즉 T4DES에서 작동되어야 하며, 계수 FHR2는 제 5 도에서 더적게 경사가진 직선군에 의해 그라프로서 도시된 바와 같이, 열소비율의 백분율 변화로서 구하여진다.
초기 압력 열소비율 보정계수(FHR3)계산기(84)는, 제 3 도에 도시된 바와 같이 압력 P1및 %로드 신호가 공급된다. FHR3신호는 P1, %로드 및 HP 터빈(48) 터빈 압력 설계치, P1DES의 함수이다.
FHR3보정계수는 그라프로서 제 6 도에 도시되어 있다. 기본적으로, HP 터빈(48)은 설계 압력 P1DES로 운전하도록 설계되어 있어서, 설계 압력으로부터의 편차는 열소비율에 영향을 준다. 제 3 도에 명확하게 도시된 바와 같이, FHR1신호, FHR2신호 및 FHR3신호는 경제적 손실 계산기(78)에 공급된다. 이것의 신호전부는 열소비율의 설계치로부터의 백분율 변화량으로서 주어지며, 일정의 운전 파라미터 설계치로부터의 편차에 관련하는 것이다.
통상, 터빈 발전기 시스템 전체로서의 작동상태는 시스템내의 최종 터빈의 출구에 존재하는 배압 또는 배기의 압력에 의해 영향을 받는다. 따라서, LP 터빈(60)은 관로(66)상에 위치하며 배기 압력 P6을 결정하는 센서를 가진다. 조정된 유량 신호 AF가 조정된 유량 계산기(88)로부터 보내지는 것과 같이, P6은 배기압 열소비율 보정계수 FHR4에 공급된다. AF 신호는 통상 기술적으로 공지된 바와 같이 많은 방법으로 계산하는 것이 가능하다. 조정된 유량 AF를 계산하기 위한 한 방법은 T1,V1(증기 유입 제어밸브(38)의 위치), P1, P1DES, 증기 유량 설계치 FL1 및 T1DES에 기초한다. 조정된 유량 신호 AF를 얻기 위한 알고리즘은 다음과 같다.
AF=FL1*[(T1+460)/(T1DES+460)]½*P1/P1DES FL1은 lb/hr, T1, T1D ES는 F, AF는 lb/hr으로 각각 표시된다. AF신호 및 배기 압력 신호 P6은 계산기(86)에 입력한다. 제 7 도는 계수 FHR를 결정하기 위한 예시적인 함수를 그라프로서 도시한 것이다. 계수 FHR4는 터빈 발전기 시스템에 대해서 열소비율 설계치의 백분율 변화로 구하여지는 배기가스압 설계치 P6DES로부터의 편차 P6사이의 관계로 주어진다.
제 7 도에 도시된 바와같이, 배기가스 압력의 경사는 조정된 유량 AF를 설계치 유량치 FL1에 조절하는 비율로 영향을 미친다. 상기 비율은 설계유량의 백분율을 나타낸다. 신호 FHR4는 경제적 손실 계산기(78)에 제공된다. 기술적으로 공지된 바와 같이, 터빈 발전기 시스템은 정격부하 백분율에 특유의 열소비율 설계치를 가지고 있다. 터빈 발전기 시스템의 열소비율 설계치는 부분적으로 설계온도 T1DES 및 설계압력 P1DES의 증기를 공급하는 터빈에 의존하고 있다. 따라서, P1및 T1은 설계치로부터 산출되며, 터빈 시스템의 열소비율 설계치는 변화한다. 열소비율 설계치 계산기(90)는, 터빈 및 전기 발전기를 포함하는 시스템에 있어서, 열소비율 설계치의 사실상의 순시치를 결정하는 수단을 갖고 있다. 열소비율 설계치 신호 H3는 계산기(90)로부터 발생한다. 제어 밸브 신호 V1, 신호 T1및 신호 P1은 계산기(90)공급된다. H3신호는 터빈 시스템을 통하는 유량 보정후의 백분율(PCF2)에 관련하여, PCF2를 데이터 베이스(터빈 발전기 유니트 설치시 초기 테스트 할 때, 또는 그후에 터빈 제조업자에 의해 개발된 것이다)와 비교하는 것에 의하여 열소비율 설계치 신호 H3가 얻어진다. PCF2는 많은 공지된 방법으로 계산되며, 그중의 하나는 다음과 같은 방정식으로 구하여진다.
PCF2=f(V1)*[P1/VOL(P1,T1)/(P1DES/VOL(P1DES, T1DES))]½
여기서, f(V1)은 제어 밸브를 통한 증기 유량의 백분율이며, VOL(P1,T1)은 압력 및 온도 P1, T1에서의 증기의 특정 비율 용적이며, VOL(P1DES, T1DES)는 압력 설계치 온도 설계치에서의 증기의 비율 용적이다. 제어 밸브를 통과하는 증기 유량 백분율을 V1의 함수로서 어떻게 결정하는가는 공지되어 있다.
계산기(78)에는 FHR1신호, FHR2신호, FHR3신호, FHR4신호, 전기 출력신호 W1및 H3신호가 입력된다. 계산기(78)는 내부에 시스템 운전시의 단위 열량당의 코스트 계수 CF를 격반하고 있다. 즉, 보일러(14)는 달러/106BTU와 같은 단위 열량당의 일정 코스트에 있어서, 열에너지를 출력한다. 통상, 계산기(78)는 다수의 입력을 다수의 변환 계수와 함께 곱하며, 이렇게 함으로서 단위 시간당의 코스트로 표시하는 것이 가능한 경제적 손실 계수를 구하는 수단을 갖고 있다. 주증기온도 손실 신호 LOSS1은 W1, FHR1, H3및 단위의 열량당 코스트 계수 CF를 제1상수와 곱함으로서 구한다. HP 터빈(48), IP 터빈(54) 및 LP 터빈(60)을 포함하는 증기터빈 시스템에 있어서, 주증기온도 손실 신호 LOSS1은 재가열 증기온도 손실 신호 LOSS2에 가산되어 전온도 손실 신호 LOSS5가 얻어진다. 기술적으로 공지된 바와 같이, 증기터빈 시스템이 하나의 전자기 발전기에 기계적으로 결합된 단일의 터빈을 포함하면, 주증기 손실 신호 LOSS1은 상기 단일 터빈 시스템의 운전자에게 직접적으로 표시된다.
주증기온도 손실 신호 LOSS1을 결정하기 위한 한 알고리즘을 다음과 같다.
LOSS1=(FHR1(T1, %로드/100)*H3*10-3*W1*106*24*CF*10-6
상기 방정식에서, 주증기온도 손실 신호 LOSS1은 1일당 달러로 나타낼 수 있다.
재가열 증기온도 손실 신호 LOSS2는 설계치와 다른 온도 및 압력으로 운전중의 IP 터빈(54)의 경제적 손실을 나타낸다. 재가열 증기온도 손실 신호 LOSS2를 결정하기 위한 한 알고리즘을 다음과 같다.
LOSS2=(FHR2(T4, %로드)/100)*H3*10-3*W1*106*24*CF*10-6
일정 압력에서의 증기터빈 시스템(30)의 경제적인 작동 손실은 주증기 압력 손실 신호 LOSS3로 제공된다. 상기 신호 LOSS3은 다음과 같다.
LOSS3=(FHR3(P1, %로드)/100)*H3*10-3*W1*106*24*CF*10-6
배기 압력 손실 신호 LOSS4는 배기 압력 P6에서의 운전중의 증기터빈 시스템의 경제적 작동손실에 관한 것이며, 배기 압력 손실 신호 LOSS4를 결정하기 위한 방정식의 하나는 다음과 같다.
LOSS4=(FHR4(P6, AF)/100)*H3*10-3*W1*106*24*CF*10-6
상술한 바와 같이 경제적인 전온도 손실 LOSS5는 LOSS1 및 LOSS2의 합이다. 전온도 손실 LOSS5, 중기 압력 주손실 LOSS3 및 배기 압력 손실 LOSS4는 운전자 표시기(76)에 인가된다. 이런 방법으로 운전자(18)는, 운전중의 증기터빈의 경제적 결과를 제공한다. 배기 압력 손실은 LP 터빈(60)의 하류 구성요소가 배압을 상승시켜서, 이 때문에, 전반적으로 증기터빈 시스템을 통과하는 증기의 팽창에 영향을 주는 것을 나타낸다. 제어 밸브의 위치 V1및 보일러(14)으로의 변화하는 것에 의해, 운전자(18)는 터빈 시스템(30)으로 (30)의 증기 공급에 대한 온도 및 압력에 영향을 주어, 시스템의 열적 운전 상태 및 경제적 상태를 향상시킨다. 표시기(76)는 전력 출력 신호 W1및 제어 밸브 위치 신호 V1을 각각 매가와트 및 %로 표시한다.
제 8 도는 열적 운전 상태 모니터를 운전하기 위한 운전자용 표시기를 도시한 것이다. 작동 표시기는 CRT 또는 사람이 해독할 수 있는 기구이다. 운전자용 표시기 요소는 이미 상술하였다. 기술적으로 공지된 바와 같이, 운전자용 표시기에 공급되는 데이터는 데이터 저장 보조 시스템(28)에 의한 적절한 수단으로 기록된다. 또, 기술적으로 공지된 바와 같이, 열적 운전 상태 모니터 운정장치는 증기터빈 시스템(30)을 직접 제어할 수 있는 전제 제어 시스템에 결합될 수 있다. 따라서, 제어 시스템은 허용될 수 있는 범위의 경제적 손실값을 가질 수 있다. 만약, 증기터빈 시스템(30)이 먼저 설정된 범위내에서 작동하지 않는다면, 전자 제어 시스템은 다수의 제어 가능변수를 변경시켜 증기터빈 시스템(30)이 허용될 수 있는 작동 범위내로 있게 한다.
제 8 도의 표시기에는 측정온도, 압력 및 이것에 대응하는 설계치로부터의 편차는, 증기터빈 시스템(30)내의 선택된 범위를 간단하게 강조하는 것이다. 표시기에는 P2, P3, P5및 이것에 관련되는 설계치로부터의 편차를 표시한다.
제 1 도에 도시된 데이터 처리 보조 시스템(24)도 관리 기술자용 열적 운전 상태 모니터를 역시 포함한다.
통상, 관리 기술자용 열적 운전 상태 모니터는 HP 및 IP 터빈의 실제 효율, 상기 터빈에서의 열소비율 설계치로부터의 편차, 공급압력 순시치, 및 배기 압력 순시치에 있어서의 운전중 증기터빈에 관한 전력 손실을 계산한다. 관리 기술자에 대한 광범위한 기술훈련, 교육 및 터빈 발전기 시스템의 경험에 의해, 상기 정보가 주어질 때, 기술자는 증기터빈 플랜트내의 증기터빈 시스템(30), 보일러(14), 콘덴서(68) 및 다른 관련 요소의 전작동에서의 실질적인 변화에 대한 조언을 하는 것이 가능하다. 통상 관리 기술자는, 터빈 시스템의 운전에 있어서의 교체 운전자의 감시에 비하여, 상당히 긴 기간 예컨대 일주일 정도로 터빈 시스템의 운전 상태를 점검하는 것이 가능하다.
제 9 도는 데이터 처리 보조 시스템(24)내에 포함되어 있는 관리 기술자용 열적 상태 모니터 일부분의 기능적 특색을 표시한 플로우챠트를 도시한 것이다.
제 9 도는 주로 HP 터빈 및 IP 터빈을 출입하는 증기의 엔탈피를 계산하여, 이것의 엔탈피 값을 HP 및 IP 터빈의 효율로 계산해, 그다음 열소비율 설계치로부터의 편차를 HP 및 IP에 대해서 계산하는 수단을 갖고 있다. 입력 엔탈피 계산기(110)는, 제어 밸브(38) 입구에서의 온도 T1및 압력 P1이 입력된다. 계산기(110)는 몰리어 다이어그램(Mollier diagram)에 의해 특정지워질 수 있는 데이터 베이스를 포함한다. 따라서, 증기의 입력 엔탈피 J1i는 계산되어지며, 이 신호는 실제 HP 터빈의 효율 계산기(112)에 인가된다. 출력 엔탈피 계산기(114)에는 T3및 P3를 공급하여, 증기의 출력 엔탈피 J1e를 결정하여, 그후 신호 J1e를 계산기(112)에 인가한다, 신호 J1i 및 J1e 는 온도 및 압력을 감지하여 사실상 순시치로서 계산된다.
따라서, 계산기(112)는 HP 터빈(48) 운전 상태를 대표하는 효율 신호를 연속적으로 또는 최신의 상태에 일치시켜 출력한다.
등엔트로피적 출력 계산기(116)는 T1, P1및 P3를 수신한다. 엔탈피 등엔트로피 강하량 J1eth는 나타나는 온도 및 압력에 의한 것이며, 증기터빈 및 제어 밸브에서는 단열 및 가열적 과정을 가정한다. 상기 계산은 기술적으로 공지되어 있으며, 몰리어 다이어그램에 의해 특정지워지는 데이터 베이스로부터 얻어질 수 있다.
계산기(112)는 실제 엔탈피 강하량(J1i-J1e) 및 엔탈피의 등엔트로피적 강하량(J1i-J1eth)의 비를 구하며 E3신호를 발생시킨다. 실제 HP 효율 신호 E3는, 제 1 도에 도시된 중간 보조 시스템(27)의 부분인 표시기(116)에 공급된다. IP 터빈(54)의 효율은 관리 기술자에게 영향을 준다. 따라서 계산기(118)는 IP 터빈(54)의 입구측에서 감지되는 신호 T4및 P4를 수신하여 상기 터빈용 입력 엔탈피 J2i를 결정한다. 계산기(120)는 IP 터빈(54)에서 배기되는 증기 조건을 나타내는 신호 T5및 신호 P5를 수신하여, 출력 엔탈피 신호 J2eth를 결정한다. 계산기(122)는 신호 T4, 신호 P4및 신호 P5를 수신하여, IP 터빈(54)용 엔트로피적 출력 엔탈피 J2eth를 결정한다. 상기 세개의 엔트로피적 신호는 "실제의 IP 효율 계산기" (124)에 입력한다. 계산기(124)는 엔트로피적 엔탈피 신호 J2eth를 입력 엔탈피 신호 J2i로부터 감산하며, 출력 엔탈피 신호 J2e를 입력 엔탈피 신호 J2i로부터 감산한다. IP 터빈(54)에 대한 실제의 엔탈피 강하량 및 엔탈피의 등엔트로피적 강하량의 비는 실제의 IP효율 신호 E4를 발생한다. E4는 결국 관리 기술자의 표시기에 공급된다.
설계 효율 계산기(126)는 신호 T1, 신호 P1및 제어 밸브 위치 신호 V1이 입력되어, 증기터빈의 설계치 효율 순시치를 결정한다. 설계치 효율 신호 E1은 상기 입력 및 설계 압력 및 온도치에 기초하여 계산한다. 특히, 계산기(126)는 터빈 발전기 제작자에 의해 공식화되거나 또는 터빈 발전기 유니트 초기 공급시의 기간에 설정되는 데이터 베이스를 내장하고 있다. 신호 E1은 터빈 시스템을 통한 증기 유량의 보정후의 백분율, PCF2에 의존한다. PCF를 결정하기 위한 방법중의 하나는 설계 연소비율 계산기(90)에 관계되는 상술한 알고리즘에 의해 기술되며 입력으로서 V1, P1및 T1을 사용한다.
신호 E1은, 실제의 HP 효율 신호 E3와 같이, HP의 열소비유 설계치로부터의 편차량 계산기(130)에 입력된다. 계산기(130)는 열소비율 계산치로부터의 전자량 H1를, HP 효율 설계치의 순시치 E1을 실제의 효율 E3으로부터 감산하여, 그 결과를 설계 효율 순시치 E1및 환산 계수로 나누어서 얻는 수단을 갖추고 있다. HP의 열소비율의 편차신호 H1을 구하는 알고리즘을 다음과 같다.
H1=-(100*((E3-E1)/E1))/6.7
H1신호는 관리 기술자용 표시기(16)에 인가된다. 제수 6,7은 특정 터빈 디자인에 의하며, 여기서는 단지 예시적으로 도시한 것이다.
IP 터빈(132)의 설계 효율은, 터빈 제조업자에 의한 설비에 의존하는 상수 E2로서 제공된다. 기술적으로 공지된 바와 같이, IP 터빈 설계효율은, 이것을 통과하는 증기를 방지하는 것과 같은 밸브 또는 그밖의 기구가 없기 때문에 본래는 일정하다. 본 기술에 통상의 지식을 가진 사람은, IP 터빈 효율의 설계치는 증기류 사실상의 전범위를 포함하는 것을 인식할 것이다. 효율 설계치 신호 E2는 IP 열소비율의 설계치로부터의 편차량 계산기(134)에 입력한다. 또, 계산기(134)에는 실질적인 IP 효율 신호 E4도 공급된다. 계산기(134)는 신호 E2를 신호 E4로부터 감산하며, 그 결과를 E2로 나누어서, 변환 계수를 발생해, IP의 열소비량의 설계치로부터의 편차량 신호 H2를 발생한다. H2에 대응하는 알고리즘을 다음과 같다.
H2=-(100*((E4-E4)/E2))/10)
신호 H2는 신호 E2및 신호 E4와 같이, 관리 기술자용 표시기(116)에 공급된다. 계수(10)는 특정 터빈 시스템에 관하여 단지 예시적으로 도시한 것이다. 제 9 도에 도시된 바와 같이, HP 설계치로부터의 편차량 신호 H1및 IP설계치로부터의 편차량 신호 H2는 제 10 도내에 기능적으로 표시된 다른 구성 요소에 전달된다.
제 10 도는 관리 기술자용 열적 운전 상태 모니터의 나머지 부분을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 기본적으로, 제 10 도는 제어될 수 있는 온도 및 압력으로 운전중의 증기터빈 시스템에 관한 전력손실에 관한 것이다.
초기 온도 킬로와트 부하 보정계수(FLOAD1) 계산기(140)에는 T1및 정격부하 백분율 %로드 신호가 공급된다. 계수 FLOAD1을 결정하기 위한 함수는, 설계 온도 T1DES부터의 온도 T1의 편차에 기초하여 표현되며, 터빈 시스템의 열소비율 변화로서 구하여진다. 상기 초기온도 전력식의 경사는 %로드 신호에 의해 영향을 받는다. 하나의 FLOAD1함수는 제 4 도에 좌측 상부 상한에서 우측 하부 상한으로 뻗어 있는 직선군에 의해 도시되어 있다. 제 3 도의 계산기(80)에 관련하여 기술했듯이, 초기온도 및 열소비율 보정계수의 함수 FHR1과 같이, 함수는 실제의 터빈 시스템상의 현지 실험에 확정된 이론적 계산에 기초한 것이다.
신호 FLOAD1은 주증기온도 전력손실(W6)계산기(142)에 인가된다. 계산기(142)에는 전력 출력 신호 W1이 공급되며, W6을 계산하는 한 방법은 다음과 같다.
W6=(FLOAD1)(T1, %로드)/100)*W1
신호 W6은 표시기(116b)에 직접 인접되거나 또는 제 10 도에 도시된 합산기(144)에 입력된다. 재가열 온도 킬로와트 부하보정(FLOAD2) 계수 계산기(146)에는 T4및 %로드가 입력된다. FLOAD2계수를 결정하기 위한 함수는, 재가열 온도 설계치 T4T4DES로부터의 온도 T4의 편차에 기초하여 표시되며, 터빈 시스템의 열소비량 설계치의 백분율 변화로서 구하여진다. FLOAD2함수는 그라프로서 제 5 도에 도시되어 있으며, FHR2, FLOAD2 및 FHR1과 본질적으로 발생한다.
FLOAD2신호는, 재가열 증기온도 전력 손실 [W7] 계산기(148)에, 신호 W1과 유사하게 공급된다. 그 다음 일예로서 표시된 알고리즘과 같이, 계산기(148)는 FLOAD2계수를 나누고, 신호 W1을 곱한다.
W7=(FLOAD2)(T4, %로드)/100)*W1
신호 W7은 합산기(144)에 공급되며, 여기서 상기 신호는 신호 W6과 합해져서, 전온도 절력 손실 신호 W9가 얻어진다. 신호 W9는 결국 표시기(116b)에 나타난다.
초기 압력 킬로와트 부하 보정계수(FLOAD3)계산기(150)는 P1및 %로드를 수신한다. 신호 FLOAD3을 결정하기 위한 함수는 P1DES로부터의 신호 P6편차에 기초한 표시식으로서, 증기터빈 시스템의 열소비율 설계치의 백분율 변화로서 구하여진다. 초기 압력 열소비율 보정계수 FHR3와 유사한 형태로, FLOAD3 계수는 정격부하 백분율 신호에 의해 영향을 받는다. 킬로와트 부하의 변화에 관한 초기 압력 보정계수의 일예가 제 6 도에 그라프로서 도시되어 있다. FLOAD1계수, FLOAD2계수 및 FLOAD3계수의 함수는 상술한 관련 열소비율 보정계수와 동일한 방법으로 설정됨을 이해할 수 있다.
FLOAD3신호는 신호W1과 같이, 주증기 압력 전력손실 W8계산기 (152)에 인가된다. 계산기(152)는 다음식에 표시된 바와 같이, FLOAD3 신호를 변환계수로 나누고, 신호 W8을 결정하는 수단을 제공한다.
W8=-(FLOAD3(P1, %로드)/100)*W1
신호 W8은 표시기(116b)에 인가된다. 부정배기 압력 신호 W3은, 관리기술자에게 LP 터빈(60) 하류의 시스템내의 구성요소에 기인하고, 부당하게 높은 터빈 배기 압력에 기인하는 전력 손실을 나타낸다. 신호W3은, 신호 W1과 배기압력 열소비 보정계수 신호 HAR4를 수신하는 배기압력 전력 손실 계산기(154)에 의해 발생한다. 배기압력 열소비율 보정계수 신호 FHR4는 적당한 계산기(156)에 의해 발생된다. 계산기(156) 및 조정된 유량 AF계산기(158)은 본질적으로 제 3 도의 계산기(86) 및 계산기(88)과 유사하다. 관리 기술자용 표시기는 운전자용 열적 운전 상태 모니터와 독립해도 좋고, 또는 운전자용 모니터에 결합되는 좋다. 양 모니터를 결합하는 경우에도, 계산기(158),(156)를 이중으로 설치할 필요는 없다. W3를 알고리즘의 하나는 다음과 같다.
W3=[FHR4(P6, AF)/(100+FHR4(R6,AF))]*W1
HP 및 IP 터빈 효율 전력 손실 계산기(160)는 제 10 도에 도시된 바와같이, "HP의 열소비율의 설계치로부터의 편차량을 표시하는 신호 H1" 및 "IP의 열소비율의 설계치로부터의 편차량을 표시하는 신호 H"가 입력된다. 신호 W1도 계산기(160)에 제공된다. "HP 및 IP 터빈 효율 전력 손실 신호" W2는, 신호 H1에 환산 계수를 곱하고, 그 결과에 신호 H2를 가산하며, 그 결과에 신호 W1및 다른 환산 계수로 곱하여 계산될 수 있다. "HP 및 IP 효율 전력 손실 신호" W2로부터 도출하기 위한 한 방정식은 다음과 같다.
W2=((1.7*H1)+H2)*(W1/100)
신호 W2는 표시기(116b)에 공급된다. 상기 방정식에 환산계수 1.7은 특정 터빈 시스템에 관한 것이다. 상기 계수는, HP의 열소비율의 설계치로부터의 편차는, IP의 열소비율의 설계치로부터의 편차보다도, 전력 손실에 대해 보다 크게 기여하는 것을 보여준다. 상기 효과는, HP 터빈내의 엔탈피가 감소하는 것과, H1에 영향이 나타나는 것과 같이, 재가열기내에서 증기에 가산하는 것이 가능한 엔탈피가 감소하기 때문이다. 따라서, IP 터빈으로부터 추출가능한 에너지는 감소된다.
디자인 온도 및 압력 데이터 베이스(162)는 설계치의 압력 및 온도를 관리 기술자용 표시기(116b)에 공급한다. 또, 표시기(116b)에는 압력 P1, P2, P3, P4, P5, P6및 T1, T3, T4및 T5가 공급된다. 이것의 측정치 신호원은 제 2 도에 명료하게 도시되었다.
제 11 도는 관리 기술자용 표시기 전체를 도시한 것이다. 즉, 제어 밸브 위치 V1, 설계치 효율 E1및 E2, 실제효율 E3및 E4, 디자인으로부터의 소비율에서의 편차량 H1및 H2등이 각종 전력 손실 신호 W9, W8, W2, W3및 측정부하 또는 전기 출력 신호 W1과 이것과의 양의 관계를 표시한다.
통상의 기술을 가진 사람이라면, 터빈 발전기 시스템은 추천된 설계 파라미터를 넘어서 운전이 가능하다는 것, 즉 T1및 P1은 T1DES 및 P1DES 보다는 높다는 것이 가능하다는 것을 인식한다. 따라서 시스템은 보다 높은 효율로 운전하는 것이 가능하고, 이때에는 부의 경제적 손실(운전자용 모니터로 볼 수 있는 바와 같이), 또는 전력 손실(관리 기술자용 모니터)이 얻어지게 된다. 여기에는 논의되고 또 주장된 모니터는 이와 같은 상태를 커버하도록 의도되었다.
운전자용 열전 운전 상태 모니터 및 관리 기술자용 열적 운전 상태를 결합하여, 하나의 전반적 열적 운전상태 모니터를 구성하는 것도 가능함을 인식할 수 있다. 열적 운전 상태 모니터는 어떤 일반적인 열적 운전상태 모니터와 결합될 수 있다. 통상의 기술을 가진 사람은 상기 결합의 가능성을 인식한다. 여기에 첨부된 특허청구의 범위는 상기 열적 운전 상태 모니터를 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예는, 증기터빈은 HP 터빈(48), IP 터빈(54), LP 터빈(60)을 포함한다. 통상의 기술을 가진 사람은 다른 증기터빈 시스템도 상술된 터빈 열적 운전 상태 모니터를 사용하는 것이 가능함을 인식할 수 있다. 사실, 단일 증기터빈도 전자기 발전기를 구동시킬 수 있으며, 열적 운전 상태 모니터는 상기 단일 증기터빈과 함께 운전하는 것도 가능하다. 이해를 쉽게 하기 위하여 지금까지의 논의는 3터빈 시스템에 초점을 맞추었다. 그러나, 여기에 첨부된 청구의 범위에는 단일 터빈 시스템에 관한 것이다. 어떤 시스템에 있어서도, 각종의 신호를 구별하기 위해, 소문자는 단일 터빈 시스템의 신호를 또 대문자는 복수 터빈 시스템의 신호를 각각 명시하고 있다. 예를 들면, 단일 터빈 시스템에 있어서는, 제1온도는 "t1"으로 명시하고 제1효율 설계치의 사실상 설계치는 "e1으로 명시된다" 대조적으로, 다중 터빈 시스템에서 이것에 대응하는 신호는 T1및 "E2"로 각각 명시된다. 상기 용어는 명확을 기하기 위한 것이지 그밖의 어떤 의미를 제한하는 것은 아니다. 다른 시점에서 보면, 증기터빈 시스템은, 한개의 중압 터빈 및 한개의 저압 터빈 및 궁극적으로 발전기에, 2 또는 그 이상의 고압 증기터빈을 포함하고, 있다. 통상의 기술을 가진 사람은, 본 발명을 이용하여, 적당한 수단을 추가하여 터빈 운전을 열적 운전 상태 모니터에 포함시키는 것이 가능하다. 첨부된 특허청구의 범위는 상기 증기터빈 시스템을 커버하도록 의도되었다.
비록 P,T신호를 얻기 위해 다수의 센서가 논의되었지만, 이 센서에 대해서는 열적 운전 상태 모니터에의 완벽을 보증하기 위해, 검사 조정의 수단 또는 페일-세이프(fail-safe) 수단을 사용하는 것이 가능함을 인식할 수 있다. 여기서 검사 조정의 수단은 P,T의 데이터를 보정하기 위해, 매년 정기적으로 조정하는 것이 가능하다.
통상의 기술을 가진 사람은, 여기에 개시된 열적 운전 상태 모니터로서 많은 형태의 전기적 장치를 얻는 것을 인식할 수 있다. 한 실시예에서, 한 세트의 포트란서브 루틴과 함께 헤레트 패카드 HP 1000미니 컴퓨터가 이용된다. 그러나, 가동중의 수개의 실시예가 디지털형 전자 장치를 사용하지만 완전히 아날로그적인 열적 운전 상태 모니터가, 여기서 개시된 바와 같이 이 분야의 통상의 전문가에 의해 개발되어 얻는 것을 이해할 수 있다.
첨부된 특허청구의 범위는 본 기술에 통상의 지식을 가진 사람에 의하여 명백하고 완전한 변형을 포함하도록 의도되었다. 특허청구의 범위에 기술된 각종의 상수, 비례적 특성, 수 및 변환계수는 제한하는 것으로 의도된 것은 아니다.

Claims (5)

  1. 증기발생기(42), 증기터빈(30) 및 발전기(34), 상이한 데이터 출력은 운전자 표시기(18) 또는 관리 기술자 표시기(29) 공급하기 위한 모니터와 표시 시스템을 갖춘 증기터빈 발전기 시스템에 있어서의 상기 모니터 및 표시 시스템이, i) 증기온도(t1), 증기 압력(p1), 제어 밸브(38), 위치(V1) 및 발전기 출력등과 같은 발전기 시스템의 현재 운전 상태를 감지하는 수단과, ii)다음의 a),b)를 포함하는 운전자 표시기에 접속된 운전자 열적 운전 상태 모니터(제 8 도)와, a)현재 측정된 온도 및 압력의 작동 상태와 설계치의 온도, 압력 상태와의 차이를 결정하기 위한 설계 계산기로부터의 편차와 단, 상기설계 계산기로부터의 편차는 운전자 표시기에 접속되며, b)증기터빈내에서, 열효율, 증기터빈 소비, 시스템 설계 열효율 및 전기적 출력에 관한 입력에 기초하여, 단위 시간당 금액으로 환산된 손실을 결정하는 경제적 손실 계산기와, 단, 밸브위치, 단위 시간당 손실 금액, 계산된 발생기 출력 또는 부하, 설계치 압력 및 온도로부터 계산된 압력 및 온도의 편차 등을 갖는 운전자 표시기에, 상기 경제적 손실 계산기가 접속되며, iii)관리자 열적 운전 상태 모니터에 다음의 a) 내지 d)를 포함하는 관리 기술자 표시기에 접속되며, a) 엔탈피에 기초하여 실제상의 터빈 효율을 결정하는 터빈 효율 계산기와, b)계산된 운전 상태에 기초하여 이상적인 터빈 효율을 결정하기 위한 설계 효율 계산기와, c)실제상의 터빈 효율을 이상적인 터빈 효율과 비교하기 위한 열소비율 계산기로부터의 편차와, d) 주증기온도 손실을 계산하기 위한 수단과, 주증기 입력 손실을 계산하기 위한 수단과, 밸브위치, 설계효율치, 실제상의 효율치, 열소비율 계산으로부터의 편차값, 전력 손실 계산치, 계산된 부하 및 온도/압력 판독값을 포함하는 관리자 표시기에 접속된, 실제상의 설계 온도 및 발전기 부하에 관한 입력을 따라 소비 압력 손실을 계산하기 위한 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 증기터빈 발전기 시스템에서의 모니터 및 표시 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 운전자 표시기는 발전소의 운전 상태를 순시적으로 정정하는데 유용한 정보를 포함하고, 관리 기술자 표시기는 발전소의 장기간의 운전 상태를 정정하는데 유용한 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 증기터빈 발전기 시스템에서의 모니터 및 표시 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 모니터 표시 시스템은 최소 하나의 압력 터빈과, 최소 하나의 재가열 압력 터빈을 가지며, 또한 부가적으로 재가열 터빈 입력 온도 및 압력을 감지하는 수단 및 재가열 출력 온도 및 압력을 감지하는 수단과, 백분율 부하 상태에서의 설계치 온도 또는 재가열 증기온도 손실로부터 편차에 근거한 열소비율에서의 백분율 변화량을 결정하기 위한 재가열 온도 열소비율 정정 계수 계산기와, 주증기온도 손실을 계산하기 위한 초기온도 열소비율 정정계수 계산기와, 상기 경제적 손실 계산기내에서, 전체 온도 손실 신호를 운전자 표시기에 나타나도록 주증기온도 손실과 재가열 증기온도 손실을 결합시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 증기터빈 발전기 시스템에서의 모니터 및 표시 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 모니터 표시 시스템은 최소 하나의 고압 터빈과, 최소 하나의 재가열 또는 중간 압력 터빈 이외에도, 재가열 또는 중간 터빈 입력 온도, 입력 압력을 감지하는 수단 및 재가열 중간 터빈 출력 온도, 출력 압력을 감지하는 수단과, 엔탈피 계산에 근거하여, 실제상의 재가열 또는 중간 터빈 효율을 계산하는 수단과, 설계치 효율 상수를 상기 재가열 또는 중간 압축 터빈에 공급시키고, 설계치로부터 재가열 백분율 편차를 결정하기 위해, 상기 터빈의 실제상의 효율 및 설계치 상수를 설계치 계산기로부터의 다른 열소비율 편차에 입력시키는 수단과, 관리 기술자 표시기에 보고된 결합 터빈 효율 손실을 결정하기 위해, 고압 터빈에 대한 열소비율 백분율 편차와 재가열 터빈에 대한 열소비율 백분율 편차를 전체 발전소출력을 대표하는 신호와 결합하는 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 증기터빈 발전기 시스템에서의 모니터 및 표시 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 운전자 모니터 및 기술 관리자 모니터는 데이터 처리 보조 시스템의 일부분인 것을 특징으로 하는 증기터빈 발전기 시스템에서의 모니터 및 표시 시스템.
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