RU2000445C1 - Система автоматического регулировани и защиты паровой турбины с электрогенератором - Google Patents

Abstract

Использование: автоматическое регулирование и защита паровых турбин. Сущность изобретени : система содержит насос-регул тор, трансформатор давлени  с синхронизатором (С), сервомотор с отсечным золотником и концевым выключателем, подключенные к напору насоса-регул тора и гидравлически св занные между собой импульсной линией, стопорный клапан, первый масл ный выключатель (MB) и второй MB, реле времени и вы витель сброса электрической нагрузки генератора, содержащий датчик СД) электрической нагрузки генератора, Д положени  синхронизатора, сумматор. Второй MB содержит электромагнит (Э), подвижную буксу, кинематически св занную с синхронизатором. В расточке буксы размещен подпружиненный золотник , соединенный с  корем Э. Межпо ско- ва  полость золотника второго MB окнами сообщена с импульсной линией и напором насоса-регул тора. Вы витель сброса электрической нагрузки генератора подключен к входу Э второго MB и через концевой выключатель и реле времени к входу Э первого MB. Вход Д электрической нагрузки генератора подключен к шинам генератора, выходы указанных Д подведены на вход сумматора. 2 з.п. ф-лы. 1 ил. 73 С

Description

Изобретение относитс  к области автоматического регулировани  и защиты энергетических паровых турбин,

Известна, например, система автоматического регулировани  частоты вращени  турбомашины, котора  имеет три контура управлени . Основной контур - контур автоматического регулировани  частоты вращени  ротора турбомашины, действующий при плавном уменьшении, а также при увеличении , в том числе резком, электрической нагрузки турбомашины.

Основной контур содержит датчик частоты вращени  ротора турбомашины, гидроусилитель и отсечной золотник, управл ющие положением (открытием) регулирующего клапана подачи топлива в турбомашину пропорционально сигналу датчика частоты вращени .

Второй контур - контур защиты турбомашины по повышению (забросу) частоты вращени  ее ротора при резком сбросе электрической нагрузки. Этот контур содержит датчик электрической нагрузки, запор- ный клапан, предвключенный перед регулирующим клапаном, с гидроприводом и гидрораспределитель с электромагнитным приводом, управл ющие закрытием запорного клапана по сигналу датчика

ГО

о о о

4 4

сл

о

нагрузки при резком сбросе электрической нагрузки.

Третий контур обеспечивает взведение запорного клапана (после его закрыти  по сигналу датчика нагрузки) в случае, если сигнал датчика нагрузки был ложным и гидропривод регулирующего клапана осталс  в прежнем положении (не переместилс ) или когда гидропривод после резкого сброса электрической нагрузки зан л новое установившеес  положение, соответствующее новой нагрузке турбомашины.

Контур содержит электрогидравлическое реле, взвод щее запорный клапан путем изменени  электрических коммуникаций датчика нагрузки и электромагнитного привода гидрораспределител  при указанных выше услови х.

Недостаток системы-аналога заключаетс  в том, что она при всей своей сложности не предотвращает неконтролируемое повышение частоты вращени  ротора турбомашины при резком сбросе электрической нагрузки и отказе основного контура регулировани , так как отказ этого контура (неизменное положение гидроусилител  регулирующею клапана) при сбросе электрической нагрузки воспринимаетс  системой как ложный сигнал датчика нагрузки, В результате запорный клапан не закрыоаетс , несмотр  на то, что частота вращени  ротора турбомэшины неконтролируемо повышаетс .

Наиболее близким к за вл емому техническому решению  в- етс  система регулировани  паровой турбины, котора  содержит насос-регул тор, гидравлический сервомотор с отсечным золотником и трансформатор давлени  с синхронизатором, подключенные к напору насоса-регул тора и соединенные между собой гидравлической импульсной линией. Сервомотор управл ет паровпускными регулирующими клапанами турбины. Система содержит также стопорный клапан и масл ный выключатель с электромагнитным приводом, посредством которых осуществл етс  защита турбины при срабатывании регул тора безопасности по предельной частоте вращени  ротора турбины.

Недостаток системы-прототипа заключаетс  в том, что при сбросе электрической нагрузки и отказе при этом системы регулировани  происходит весьма большое повышение частоты вращени  турбины сверх уровн , соответствующего уставке срабатывани  регул тора безопасности, что снижает надежность турбины.

Значительное повышение частоты вращени  ротора турбины сверх уставки срабатывани  регул тора безопасности происходит из-за больших паровых объемов, заключенных между стопорными клапанами (на электростанци х стопорные клапаны, как

правило, устанавливаютс  отдельно от турбины , часто на значительном рассто нии от нее), недостаточного быстродействи  стопорного клапана(врем  закрыти  стопорного клапана после срабатывани  регул тора

0 безопасности не менее 0,5 ... 1 с), относительно малой инерционности турбины и дл  паровых турбин с промышленным отбором пэра из-за больших расходов пара через турбину.

5 Цель изобретени  - повышение надежности турбины путем перенастройки системы регулировани  при резком сбросе электрической нагрузки на холостой ход турбины с последующим срабатыванием

0 стопорного клапана при отказе системы регулировани .

Сущность изобретени : система автоматического регулировани  и защиты паровой турбины содержит насос-регул тор,

5 гидравлический сервомотор с отсечным золотником и концевым выключателем и трансформатор давлени  с синхронизатором , подключенные к напору насоса-регул тора и соединенные между собой

0 гидравлической импульсной линией. Поршень сервомотора системой рычагов соединен с регулирующими паровпускными клапанами турбины и управл ет клапанами пропорционально частоте вращени  ротора

5 турбины и по положению синхронизатора. Система содержит стопорный клапан, предвключенный по пару регулирующим клапаном турбины, и первый масл ный выключатель стопорного клапана с электро0 магнитным приводом. Сервопривод стопорного клапана по маслу подключен через золотник первого масл ного выключател  и автоматический затвор регул тора безопасности турбины к линии масла высо5 кого давлени  и маслобаку.

Новым  ол етс  то, что система дополнительно содержит синхронизатор, второй масл ный выключатель, выполненный в виде подвижной относительно корпуса и кине0 матически св занной с синхронизатором втулки, в которой установлен подпружиненный золотник, соединенный с электромагнитным приводом, и сигнализатор сброса электрической нагрузки генератора, выпол5 пенный в оиде датчика положени  синхронизатора , кинематически св занного с синхронизатором, датчика электрической нагрузки генератора, подключенных к сумматору , выход которого соединен с электромагнитным приводом второго масл ного

выключател  и через концевой выключатель с электромагнитным приводом первого масл ного выключател .

Новым  вл етс  также и установка между концевым выключателем и электромагнитным приводом первого масл ного выключател  реле времени и на выходе сумматора сигнализатора сброса нагрузки генератора порогового реле.

Схема предлагаемой системы изображена на чертеже.

Система автоматического регулировани  и защиты паровой турбины с электрогенератором содержит насос-регул тор 1. выполненный заодно с ротором турбины, линией 2 масла высокого давлени  (напор насоса-регул тора) сообщенный с камерой 3 трансформатора давлени  4, с дроссельной диафрагмой 5, питающей импульсную линию 6 системы регулировани , с межпо-  сковой полостью 7 золотника 8 отсечного золотника 9. а также с рабочими окнами 10 второго масл ного выключател  11 и через автоматический затвор регул тора безопасности турбины (на чертеже не изображены) с рабочими окнами 12 первого масл ного выключател  13. Из импульсной линии 6 масло подведено к торцовой камере 14 отсечного золотника 9, к регулирующим окнам 15 трансформатора давлени  4, к устройству обратной св зи 16 по положению поршн  17 гидравлического сервомотора 18 и к рабочему окну 19 второго масл ного выключател  11. Импульсна  лини  6 через регулирующие окна 15 и межло скопую камеру 20 золотника 21 трансформатора давлени  4 и через щель 22 обратной св зи и камеру 23 устройства обратной св зи 16 сервомотора 18 линией 24 масла низкого давлени  подключена к всосу насоса-регул тора 1. К линии 24 подключены также торцевые камеры 25 и 26 трансформатора давлени  4 отсечного золотника 9 и межпо-  сковые полости 27, 28 золотника 8. Золотники 21, 8 подпружинены соответственно пружинами 29, 30.

Трансформатор давлени  4 снабжен синхронизатором 31, который рычагом 32 соединен с подвижной буксой 33. Опора 34  вл етс  осью вращени  рычага 32.

В корпусе второго масл ного выключател  11 закреплен электромагнит 35,  корь которого соединен с золотником 36, подпружиненным пружиной 37, К рычагу 32 подсоединен также привод датчика 38 положени  синхронизатора 31.

В зависимости от относительного положени  золотника 3G межпо скова  полость 39, подсоединенна  окном 19 к импульсной линии 6, соединена окном 10с линией 2 или

отсечена от нее (соединена при нижнем (по чертежу) и отсечена от нее при верхнем положении золотника 36).

Рабочие окна 40, 41 отсечного золотни- 5 ка 9 перепускными каналами 42, 43 соединены с рабочими полост ми 44, 45 сервомотора 18.

В зависимости от положени  золотника 8 перепускные каналы 42, 43 и рабочие по0 лости 44, 45 отсечены или по различному соединены с межпо сковыми полост ми 7, 27. 28 отсечного золотника 9: при среднем положении золотника 8 межпо сковые полости 7, 27, 28 отсечены, при отклоненном

5 вверх (по чертежу) от среднего положени  перепускной канал 42 соединен с межпо-  сковой полостью 7 и перепускной канал 43 - с межпо сковой полостью 28. При отклоненном же золотнике 8 вниз от среднего

0 положени , наоборот, межпо скова  полость 7 сообщена с перепускным каналом 43 и межполскова  полость 27 - с перепускным каналом 42.

Поршень 17 сервомотора 18 сообщен

5 рычагом 46 с регулирующим паровпускным клапаном 47 парораспределени  48 турбины . К штоку поршн  17 сервомотора 18 подсоединен рычагом 49 с опорой 50 привод концевого выключател  51. Концевой вы0 ключзтель 51 настроен так, что при положении поршн  17, соответствующем холостому ходу турбины, он включен (замкнут ), а при работе турбины с электрической нагрузкой выключен (разомкнут).

5Свежий пар по трубопроводу 52 подведем через стопорный клапан 53 в паровую коробку 54 парораспределени  48 турбины и из нее по каналу 55 в турбину (на чертеже не показана).

0Стопорный клапан 53 содержит паровой клапан 56, поршень 57, пружину 58 и седло 59. Камера 60 сервопривода стопорного клапана 53 соединена каналом 61 через межпо сковую полость 62 золотника 63

5 и окна 12 и 64 соответственно с линией 2 или со сливом в маслобак (на чертеже не изображен ).

Первый масл ный выключатель 13 стопорного клапана 53 содержит электромаг0 нит 65,  корь которого соединен с золотником 63, подпружиненным пружиной 66.

Система снабжена также датчиком 67 электрической нагрузки генератора, сумма5 тором 68 и реле времени 69.

Датчик 67 электрической нагрузки генератора представл ет собой устройство типа обычного ваттметрового элемента, формирующего на выходе 70 электрический сигнал, пропорциональный электрической

нагрузке генератора, с этой целью он соответствующим образом подключен к шинам 71 генератора (через трансформаторы тока и напр жени , которые на чертеже не изображены ). Выход 72 датчика 38 положени  синхронизатора 31 и выход 70 датчика 67 электрической нагрузки генератора подведены на вход сумматора 68. Выход 73 сумматора 68 подведен на вход электромагнита 35 второго масл ного выключател  11 и на вход концевого выключател  51. Выход 74 концевого выключател  51 подведен на вход реле времени 69, а выход 75 последнего - на вход электромагнита 65 первого мас- л ного выключател  13. На выходе сумматора 68 установлено пороговое реле 76.

Система работает следующим образом .

Все элементы системы регулировани  и защиты турбины изображены на чертеже в положении, соответствующем установившемус  режиму работы турбины. Турбина вырабатывает и генератор отдает по шинам 71 в электрическую сеть некоторую мощность . При этом частота вращени  насоса- регул тора 1 и его напор на всех энергетических режимах определ етс  частотой переменного тока в сети. Открытие рабочих окон 15 трансформатора давлени  4 и щели 22 обратной св зи 16 сервомотора 18 таково, что давление масла в импульсной линии бив камерах 14, 26 отсечного золотника 9 равны номинальному значению и золотник 8 находитс  в гоеднем положении, при котором поршеньки золотника 8 перекрывают окна 40, 41 и отсекают рабочие полости 44. 45 сервомотора 18 от межпо-  сковых полостей 7, 27, 28. Рычаг 49 замкнул концевой выключатель 51.

Положение рычага 32 таково, что подвижна  букса 33 относительно корпуса второго масл ного выключател  11 смещена (от упора) на некоторую величину так, что поршенек золотника 36 перекрывает окно 10 с некоторой перекрышей.

Датчик 38 положени  синхронизатора 31 формирует при этом на выходе 72 электрический сигнал, пропорциональный положению синхронизатора 31 и соответственно пропорциональный заданной нагрузке генератора .

Датчик 67 при этом формирует на своем выходе 70 электрический сигнал, пропорциональный фактической нагрузке генератора .

Дл  упрощени  дальнейшею изложени  присвоим сигналам (выходным) датчиков 38, 67, сумматора 68, концевого

выключател  51 и реле времени 69 номера их выходов соответственно, т.е. сигналы 72, 70,73, 74 и 75.

Сигналы 70 и 72 датчика 67 электрической нагрузки генератора и датчика 38 положени  синхронизатора при номинальной работе турбины равны по модулю, но имеют разную пол рность.

Результирующий сигнал 73 на выходе

0 сумматора 68 равен нулю. При этом электромагнит 35 второго масл ного выключател  11 обесточен и золотник 36 под действием пружины 37 находитс  в крайнем верхнем положении. Электромагнит 65 пер5 вого масл ного выключател  13 стопорного клапана 53 также обесточен и золотник 63 под действием пружины 66 находитс  в нижнем положении, при котором сливное окно 64 отсечено, а окно 12 открыто. В ре0 зультате камера 60 через межпо сковую полость 62 сообщена (через автоматический затвор) с линией масла высокого давлени . Поршень 57 сжимает пружину 58 и удерживает паровой клапан 56 стопорного клапана

5 53 в открытом положении. Свежий пар По каналу 55 поступает о турбину в количестве, достаточном дл  выработки генератором электрической мощности, заданной положением синхронизатора 31,

0 При плавном поздейстпии на синхронизатор 31 происходит изменение открыти  регулирующего клапана 47 и соотпетств°н- но изменение мощности турбины. Так, при воздействии нл синхронизатор 31 в сторону

5 увеличени  нат жени  пружины 29 золотник 21 смещаетс  вниз и увеличиваетс  открытие сливного сечени  окна 15, что приводит к уменьшению давлени  масла в импульсной линии 6. Золотник 8 смещаетс 

0 вниз и псрхн   рабоча  полость 45 сервомотора 18 будет сообщена через межпо сковую полость 7 с линией 2 масла высокого давлени . Нижн   же полость 44 сервомотора 18 будет через межпо сковую полость 27

5 сообщена с линией 24 мосла низкого давлени . В результате поршень 17 переместитс  вниз и рычагом 46 увеличит открытие регулирующего клапана 47 на увеличение мощности турбины. При перемещении

0 синхронизатора 31 рычаг 32 увеличит подь- ем вверх буксы 33 с соответствующим уменьшением перекрыти  окна 10. Датчик 38 положени  синхронизатора 31 увеличивает величину сигнала 72 в соответствии с

5 увеличением заданной мощности турбины. По мере перемещени  поршн  17 вниз уменьшаетс  щель 22 обратной св зи 16 сервомотора 18 и тем самым восстанавливаетс  перьоначальное давление масла в импульсной линии 6. Золотник 8 под

действием пружины 30 возвращаетс  вниз. При достижении среднего положени  золотника 8 перемещение поршн  17 прекратитс  и наступит новый установившийс  режим с увеличенной мощностью турбины. Соответственно увеличитс  сигнал 70 датчика 67 электрической нагрузки генератора. При этом сигналы 70 и 72 будут равны по модулю и результирующий сигнал 73 будет равен нулю.

Аналогично, но в другом направлении происходит процесс и воздействие на синхронизатор 31 в сторону ослаблени  пружины 29, При этом золотник 21 перемещаетс  вверх, прикрыва  окно 15, давление масла в импульсной линии б повышаетс , золотник 8 смещаетс  вверх. Нижн   рабоча  полость 44 сервомотора 18 сообщитс  с линией 2 масла высокого давлени , а верхн   рабоча  полость 45 через межпо сковую полость 28 - с линией 24 масла низкого давлени . Поршень 17 перемещаетс  вверх на прикрытие клапана 47 и на уменьшение мощности турбины. Щель 22 обратной св зи увеличивает слив масла из импульсной линии 6. По мере понижени  давлени  масла в импульсной линии б до расчетного значени  золотник 8 возвратитс  в среднее положение и отсечет поршень 17 сервомотора 18. Наступит новый равновесный режим при новой, уменьшенной мощности турбины . Результирующий сигнал 73 сумматора 68 по-прежнему будет равен нулю.

При резком сбросе электрической нагрузки (дл  турбин, включенных в энергосистему , это означает отключение генератора от электросети) происходит уменьшение сигнала 70 и сумматор 68 формирует релейный сигнал 73. по которому  корь электромагнита 35 перемещает золотник 36 вниз. Таким образом, датчик 38 положени  синхронизатора 31, датчик 67 электрической нагрузки генератора и сумматор 68 в совокупности выполн ют функции вы вител  резкого сброса электрической нагрузки. В результате окно 10 открываетс  и масло высокого давлени  из линии 2 через межпо сковую полость 39 и окно 19 второго масл ного выключател  11 поступает в импульсную линию 6 и повышает в ней давление . Степень открыти  окна 10 определ етс  положением буксы 33. Поскольку букса 33 кинематически св зана рычагом 32 с синхронизатором 31, то положение буксы 33 (смещение) пропорционально заданной мощности турбины. При этом чем больше заданна  мощность турбины, тем на большую величину вверх смещаетс  букса 33 и тем меньше перекрыша окна поршеньком

золотника 36. Собственно, тем больша  площадь окна 10 открываетс  при срэбатывз- нии электромагнита 35.

Благодар  этому обеспечиваетс  авто- 5 матическа  регулировка интенсивности воздействи  второго масл ного выключател  11 на импульсную линию 6 в соответствии с заданным значением мощности, вырабатываемой турбиной.

0 Одновременно с изложенным сигнал 73 проходит через замкнутые контакты концевого выключател  51 на реле времени 69. Реле временно не пропускает сигнал 75 на электромагнит 65 первого масл ного вы5 ключател  13. В течение этого времени золотник 8 под действием повышенного давлени  масла в импульсной линии 6 переместитс  вверх, что вызовет перемещение поршн  17 сервомотора 18 вверх, на при0 крытие регулирующего паровпускного клапана 47. По мере перемещени  поршн  17 увеличиваетс  слив масла из импульсной линии 6 через щель 22 устройства обратной св зи 16. Процесс продолжаетс  до тех пор,

5 пока давление масла в импульсной линии 6 не восстановитс  и золотник 8 не остановитс . Турбина при этом выйдет на режим холостого хода. При соответствующем выборе плеч рычага 32 и размеров окна 10 автома0 тическа  регулировка интенсивности воздействи  второго масл ного выключател  11 на импульсную линию 6 будет таково, что при срабатывании второго масл ного выключател  11 при любом уровне заданной

5 мощности турбины частота вращени  ротора турбины будет практически одна и та же. в частности равной номинальной частоте вращени  турбины.

При верхнем положении поршн  17, со0 ответствующем режиму холостого хода турбины , рычаг 49 размыкает контакты концевого выключател  51 и снимает сигнал 74.

После срабатывани  второго масл ного

5 выключател  11 перед повторным включением турбины в электрическую сеть необходимо установить синхронизатор 31 в положение, соответствующее холостому ходу турбины.

0В случае, если второй масл ный выключатель 11 по каким-либо причинам не сработал и не исполнил сигнал 73 или если гидромеханическа  исполнительна  часть системы регулировани  не сработала (на5 пример, заклинила), в результате чего при резком сбросе нагрузки паровпускной клапан -47 не переместилс  вниз, в положение, соответствующее холостому ходу, и рычаг 49 не разомкнул контакты концевого выключател  51, то реле времени 69 по истечении

заданного интервала времени пропустит сигнал 74 и сигнал 75 поступит на электромагнит 65. В результате  корь электромагнита 65 переместит золотник 63 вверх и его поршеньки перекроют окно 12 и откроют сливное окно 64. При этом камера 60 сообщитс  со сливом и поршень 57 под действием пружины 58 посадит паровой клапан 56 на седло 59 и отсечет подачу свежего пара в турбину.

Взвод стопорного клапана 53 также возможен лишь после возврата синхронизатора 31 в исходное положение, при котором сигналы 70 и 72 равны по модулю и сумматор 68 формирует нулевой сигнал 73.

При небольших уменьшени х электрической нагрузки нет необходимости осуществл ть перенастройку системы регулировани , поэтому на выходе сумматора 68 установлено пороговое реле 76, с помощью которого устанавливаетс  значение рассогласовани  сигналов 70 и 72, при которых происходит перенастройка системы регулировани .

Claims (3)

1. Система автоматического регулировани  и защиты паровой турбины с электрогенератором , содержаща  насос-регул тор, магистраль нагнетани  которого подключена к сервомотору регулирующего клапана, соединенному рычажной передачей с концевым выключателем, а импульсной гидролинией - с отсечным золотниковым клапаном и золотниковым трансформатором давлени , стопорный клапан с сервоприводом , св занным через золотник первого масл ного выключател , имеющего электромагнитный привод, с магистралью

нагнетани  и масл ным баком, отличающа с  тем. что, с целью повышени  надежности турбины, она дополнительно содержит сумматор, синхронизатор, второй масл ный выключатель, выполненный в виде подвижной относительно корпуса и кинематически св занной с синхронизатором втулки, и установленного в ней подпружиненного золотника, соединенного с электромагнитным приводом, и сигнализатор

сброса электрической нагрузки генератора, выполненный в виде датчика положени  синхронизатора, кинематически св занного с синхронизатором, датчика электрической нагрузки генератора, подключенного к сумматору , выход которого соединен с электромагнитным приводом второго масл ного выключател  и через концевой выключатель - с олоктромагнитным приводом первого масл ного выключател .

2. Система по п, 1,отличающа с  тем, что она дополнительно содержит реле времени, установленное между концевым выключателем и электромагнитным приводом первого масл ного выключател .

3. Система поп, 1,отличающа с  тем, что она дополнительно содержит пороговое реле, установленное на выходе сумма- тора сигнализатора сброса нагрузки генератора.