SE438008B - Forfarande for reglering av en angturbin samt anordning for utforande av forfarandet - Google Patents

Description

7900764-7 elektrisk generator, erfodras en optimering av reglerkretsens över- gângsuppförande med motsvarande dämpning. För denna optimering står vid komplexa reglerkopplingar olika överföringsorgan till förfogande med inställbara eller valbara parametrar, vilket emellertid är för- bundet med förhållandevis hög kopplingskonstnad. Särskilt med anlägg- ningar med mekaniska eller hydrauliska proportionellt verkande varv- talsregleringar kan uppnående av ett snabbt och svängningsfritt över- gângsuppförande för varvtalet bereda svårigheter. Detta gäller fram- förallt turbin-generatoraggregat, vilka skall arbeta i både så kallad mellandrift och i kompounddrift.

Uppgiften med uppfinningen är därför att åstadkomma ett reglerings- förfarande och en motsvarande anordning, genom vilka ett fördelaktigt varvtalsövergångsuppförandeI kan uppnås med förhållandevis ringa reglerteknisk kostnad, och närmare bestämt förenkla proportionella varvtalsregleringar, exempelvis för i mellan- och kompounddrift arbetande ufinner. Lösningen enligt uppfinningen av nämnda uppgift kännetecknas vid ett förfarande av inledningsvis angivet slag av de i patentkraven 1 angivna kännetecknen.

För en av en störning, exempelvis av ett belastningssprång, förorsakad regleringsstorhetsändring verkar den sålunda alstrade âterkopplings- storheten såsom en motkoppling och minskar sålunda fundamentalt den motsvarande regleringsstorhetsändringen men med en fördröjning, motsvarande mellanöverhettarens strömningströghet, dvs. motsvarande fördröjningstidskonstanterna för trycköverföringen genom mellanöver- hettaren, som i korthet benämns “mellanöverhettarens tidkonstant".

Till följd av denna tröghet reagerar trycket vid utgången från mellan- överhettaren med en fördröjningstidkonstant av storleksordningen några s på en tryckändring vid inloppssidan, dvs. väsentligen på en omställning av inloppsventílerna hos turbinens föregående hög- trycksdel. Mättrycket vid högtryckssidan följer med ringa fördröjning ingreppet av reglerventilanordningen under verkan av regleringsstorheten.§ Den stabiliserande verkan av återkopplingen kan nu grovt antydas genom att den i allmänhet gynnar strömningströgheten hos mellanöver- hettaren och därmed vridmomentkomponenternas fördröjda reaktion i den efterföljande lâgtrycksdelen, som kan leda till översväningar och i alla händelser till instabilitet. Denna fördröjda reaktion i regler- sträckan kan mer eller mindre kompenseras genom den föreliggande mot- kopplingen, varvid den till noll avtagande amplituden hos âterkopplings- 7900764-7 storheten undviker en ytterligare statikkomponent och därmed ett ytterligare stationärt reglerfel.

Fundamentalt kan ett ångtryck i området mellan högtrycksdelens in- loppsventiler och mellanöverhettarens inlopp användas för att bilda återkopplingsstorheten, emedan fördröjningarna i övergångsuppförandet hos ångtrycket i detta omrâde, för de föreliggande ändamålen, är försumbart små. Mätstället måste endast väljas så att en stabil kvasi-stationär tryckfördelning âstadkoms. Företrädesvis används högtrycksdelens hjulboxtryck, emedan för detta i allmänhet ändå ett mätställe finns och ytterligare kostnader sålunda icke uppkommer.

Stationära tryckskillnader mellan de olika i betraktande kommande mätställena för mättrycket vid högtryckssidan är utan inflytande vid vanlig normering till ett märkvärde. En dylik normering förutsätts i det följande för alla använda mättryck utan särskild hänvisning och utan särskild återgivning.

Beträffande anordningen med i patentkravet 3 angivna kännetecken för att genomföra regleringsförfarandet omfattar uppfinningsföremålet två speciella lösningar, vilka kännetecknas av de i patentkraven 4 resp 9 angivna kännetecknen.

Vid den första lösningen realiseras det till noll avtagande övergångs- uppförandet hos âterkopplingsstorheten på enkelt vis med ett differen- tierande överföringsorgan eller genom ett sammansatt överföringsorgan med en överföringsfunktion, som uppvisar ett motsvarande D-uppförande.

Vidare inställs fördröjningsuppförandet,i litteraturen känt såsom T-uppförandet, så att strömningströgheten i mellanöverhettarens trycköverföring efterbildas i mer eller mindre utsträckning och dess- utom ger en fördröjning av det sålunda efterbildade mellanöverhettar- trycket motsvarande den eftersträvade stabiliseringsverkan. En dylik anordning utmärker sig genom jämförelsevis ringa apparatkostnad och hög driftsäkerhet.

Den andra lösningen avser en differensbildning av de i motsvarande signaler omvandlade trycken vid båda sidor om mellanöverhettaren, var- vid den i den stationära driften försvinnande differensen mellan de normerade trycken före och efter mellanöverhettaren utnyttjas för minskning av återkopplingsstorheten till åtminstone närmelsevis noll. 7900-764-7 En dylik koppling kräver på signalsidan en något mindre kopplings- utrustning men en större apparatkostnad, som i allmänhet väger tyngre. Även på grund av anordnandet av den enda, erfoderliga tryckmätomvandlaren i området för de låga ångtemperaturerna före mellanöverhettaren och den sålunda lägre omvandlarbelastningen, ävensom förbättrad driftsäkerhet, är den första lösningen i många fall att föredra.

Ytterligare kännetecken och fördelar hos uppfinningen förklaras närmare i anslutning till de på ritningarna schematiskt visade utförings- exemplen. På ritningarna visar fig. 1 ett principschema över en ång- turbin med högtrycksdel, mellanöverhettare, lågtrycksdel och varv- talsreglerkrets, ävensom återkoppling av en från högtryckssidans mät- tryck härledd storhet i reglerkretsen, fig. 2 en omvandlad kopplings- komponent ur anordningen enligt fig.1, fig. 3 principschemat för en ångturbin motsvarande fig. 1 men med återkoppling av en av tryck- skillnaden över mellanöverhettaren härledd storhet i reglerkretsen, och fig. 4 ett diagram över den till märkvarvtalet no hänförda varvtalsändringen¿Ä n mot tiden t såsom svar på en språngartad minskning av generatoreffekten (negativt belastningssprång).

Den i fig. 1 visade turbinen består av ett över en reglerventilanordning RV matat högtryckssteg HD med efterföljande mellanöverhettare ZU och av ett av det sistnämnda matat lågtryckssteg ND. Till turbinen såsom reglersträcka är en takometergenerator Gn ansluten såsom mätorgan, vilken omvandlar turbinvarvtalet i en motsvarande ärvärdessignal Ni. Den sist- nämnda överlagras subtraktivt i ett såsom komparator för börvärde och ärvärde verkande överlagringsorgan SIV med en från en motsvarande givare tillförd börvärdessignal ns. Den härav erhållna skillnade mellan börvärde och ärvärde omvandlas i fallet med den visade, enkla propor- tionalregleringen i en reglerförstärkare VR till en regleringsstorhet y, som över en icke närmare visad, exempelvis elektrohydraulisk omvandlare, styr reglerventilanordningens RV drift.

En dylik varvtalsreglerkrets ger vid ett negativt belastningssprång typiskt ett övergångsförlopp, såsom antyds i fig. 4 genom kurvan I. Den till märkvarvtalet no hänförda varvtalsändringen¿Ä n/n0 över- går efter utpräglade svängningar, som typiskt sträcker sig över ett tidsintervall av omkring 15 s, i ett genom reglerkretsens statik bestämt, stationärt värde. Därvid uppnår den maximala översvänings- amplituden av n/n väsentligen 2,5 gånger värdet av den stationära o ,,.,.-......_-............_._.-._...._ _, ._l . ._ 7900764-7 n.

J varvtalsändringen. Ett dylikt övergångsuppförande är särskilt för mellandrift av ett större turbinaggregat med hänsyn till frekvens- svängningar i belastningsnätet icke önskvärt eller till och med otillâtet.

I det följande förutsätts normering av mättrycken.

För dämpningsoptimering är i fig. 1 en återkoppling inrättad av en från högtryckssidans mättryck ph, här frånlüulboxtrycket i högtrycks- delen HD, över en tryckmätomvandlare Tr, härledd storhet i regler- kretsen med motsatt verkan mot regleringsstorheten. I den härför bil- dade återkopplingsgrenen R i kopplingen omvandlas utsignalen från om- vandlaren Tr med en överföringskoppling VDTT i en återkopplingsstorhet K, som är ansluten till en motsatt mot hörvärdessignalens ns polaritet och därmed motsatt mot regleringsstorhetens y polaritet verkande in- gång hos ett ytterligare, subtraktivt överlagringsorgan VU i regler- förstärkarens VR utgångskrets. överföringskopplingens VDTT överföringsfunktion är av typen TI- s / (1 + T2 - s) - (1 + T3 - s), varvid s är den komplexa variabeln hos den Laplacetransformerade tidsfunktionen och T1 tidkonstanten hos D-komponenten, dvs den differentierande täljartermen i överförings- funktionen. Denna D-komponent medför ett till noll avtagande övergångs- uppträdande hos återkopplingsstorheten K, varigenom ett statiskt fel, eller en ytterligare bestående regleravvikelse undviks. D-tidkonstanten T1 inställs i allmänhet åtminstone närmelsevis motsvarande mellanöver- hettarens tidkonstanter. Överföringsfunktionen uppvisar dessutom ett fördröjningsuppförande (T-förhållande) av andra ordningen motsvarande den angivna nämnartermen med de båda tidkonstanterna T2 och T3. En av dessa tidkonstanter exempelvis T3 inställs motsvarande en efterbild- ning av strömningströgheten och därmed fördröjningen i mellanöverhet- tarens trycköverföring, medan den andra tidkonstanten, här alltså T2, inställs på ett, åtminstone en av mellanöverhettarens tidkonstanter, motsvarande värde, exempelvis alltå på ett större värde, för att åstad- komma den eftersträvade stabiliseringen och svängningsdämpningen i reglerkretsens övergångsuppförande. Tidkonstanterna T1, T2 och T3 är inställbara såsom driftparametrar vid motsvarande ingångar hos över- föringskopplingen VDTT, såsom antyds i fig. 1.

Fig. 2 visar ett kopplingstekniskt enkelt realiserbart utförande av överföringskopplingen VDTT med användning av två enkla fördröjnings- organ VT2 och VT3 med överföringsfunktionerna 1 / 1 (1 + T2 - s) 7900764-7 I respektive 1 / (1 + T3 . s). Tidkonstanterna T2 och T3 inställs vid de tillhörande ingångarna. De båda fördröjningsorganen är serie- kopplade, varvid för att åstadkomma det eftergivande övergångsupp- förandet motsvarande en D-komponent genom subtraktiv överlagring av utsignalen från VT3 med utgången från VT2 alstras i ett överlagrings- organ Vs. En omräkning visar att på detta sätt erhålls en överförings- funktion med D-uppförande av första ordningen, ävensom'T-uppförande av andra ordningen, såsom ovan angetts. För inställningen av D-tids- konstanterna T1 eller den överföringsfunktionens konstanttäljarfaktor bestämmande proportionalförstärkningen i återkopplingsgrenen är efter utgången från överföringsorganet Vs ytterligare en Hmltiplflæánr Mlaqplad med en förstärkningsstyringång för T1.

Vid uüïkæwæt enligt fig. 3 omfattar återkopplingsgrenen Rd tvâ mät- omvandlare Tr1 och Trz, av vilka den första är ansluten till högtrycks- delens HD hjulboxtryck och den andra till mellanöverhettarens tryck pz. En differensbildare Vd bildar en mot tryckskillnaden över mellan- överhettaren svarande signal, vilken via en multiplikator Md med insällbar förstärkning g och en överföringskoppling VTd, som här är utformad såsom ett enkelt fördröjningsorgan, omvandlas i en åter- kopplingsstorhet kd för subtraktiv överlagring med regleringsstorheten y i ett motsvarande överlagringsorgan VS. Till följd av det högre apparatuppbådet för de båda mätomvandlaranordningarna krävs på signal- sidan ingen särskild D-komponent för det eftersträvade, avtagande övergångsuppförandet och icke heller någon efterbildning av mellan- överhettartrycket. Därigenom möjliggörs användninq av ett enkelt fördröjningsorgan med tidkonstanten T och en inställbar proportio- nalitetsförstärkning g i multiplikatorn Md.

Kurvan II i fig. 4 visar âterkopplingsgrenens verkan för följande parameterinställning: Förstärkningsfaktor g=0,5;tidkonstant T=mellan- överhetttarens tidkonstant. Det framgår att en väsentlig förbättring av övergångsförhâllandet härigenom uppnås praktiskt taget fullständigt utan pendlingar, och närmare bestämt anmärkningsvärt nog praktiskt taget utan fördröjning av den maximala varvtalsförhöjningen i jämförelse med den maximala översvängningsamplituden hos kurvan I. En mer om- fattande optimering av parameterinställningen med g=1,5 och åter T= mellanöverhettarens tidkonstant ger kurvan III, som icke blott är fri från pendlingar utan även märkbart tidigare än kurvan II mynnar i det nya, stationära varvtalsvärdet och därför väsentligen motsvarar det 7900764-7 eftersträvade idealfallet med aperiødisk dämpning. Förstärknings- värden i området i mellan 1 och 2 är alltså att föredra. I detalj icke âtergivna undersökningar har vidare lett till resultatet att fördröjningstidkonstanten T icke bör underskrida mellanöverhettarens tidkonstant utan snarare överskrida denna.

Claims (9)

79Û0764-7 8 Patentkrav

1. Förfarande för reglering av en ângturbin med åtminstone en mellan en högtrycksdel och en lågtrycksdel anordnad mellanöver- hettare, vid vilket förfarande en jämförelse mellan börvärde och ärvärde hos varvtalet genomförs och en av skillnaden mellan börvärde och ärvärde härledd regleringsstorhet (y) avges till en reglerven- tilanordning, k ä n n e t'e c k n a t av att från ett mättryck(pfl på högtryckssidanlmätt mellan inloppsventilerna till högtrycksdelen (HD) och inloppet till mellanöverhettaren (ZU),härleds en fördröjd och i stationär drift åtminstone approximativt till noll avtagande återkopplingsstorhet (k), som inkopplas i reglerkretsen motsatt mot regleringsstorheten (y).

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att återkopplingsstorheten härleds från hjulboxtrycket i högtrycksdelen (HD).

3. Anordning för utförande av förfarandet enligt krav 1 eller 2, för reglering av en ångturbin med åtminstone en mellan en högtrycks- del och en lâgtryoksdel anordnad mellanöverhettare, vid vilket för- farande en jämförelse mellan börvärde och ärvärde hos varvtalet genom- förs och en av skillnaden mellan börvärde och ärvärde härledd regle- ringsstorhet avges till en reglerventilanordning, k ä n n e t e c k- n a d av att utgången från en,till högtryckssidans mättryck (ph) ansluten tryckmätomvandlare (Tr, Trl) genom en överföringskoppling (VDTT, VTd) är ansluten till en motsatt mot regleringsstorheten (y) verkande ingång hos ett, i reglerkretsen anordnat överlagringsorgan (VU) . '

4. Anordning enligt krav 3, överföringskopplingens (VDTT) överföringsfunktion uppvisar en differentialkomponent av första ordningen med en mot mellanöver- k ä n n e t e c k n a d av att hettarens tidkonstanter åtminstone närmelsevis lika differentialtid- konstant (T1).

5. Anordning enligt krav 3 eller 4, av att överföringskopplingens (VDTT) överföringsfunktion uppvisar en fördröjningskomponent av åtminstone andra ordningen med en första k ä n n e t e c k n a d och en andra fördröjningstidkonstant (T1 resp T2). 7900764-7

6. Anordning enligt krav 5, k å n n e t e c k n a d av att överföringskopplingens (VDTT) första fördröjningstidkonstant (T2) är dimensionerad åtminstone lika med mellanöverhettarens tidkonstant (T1).

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att den andra fördröjningstidkonstanten (T3) är dimensionerad åtmin- stone närmelsevis motsvarande en efterbildning av fördröjningsupp- förandet hos trycköverföringen i mellanöverhettaren (ZU).

8. Anordning enligt något av kraven 5-7, k ä n n e t e c k n a d av att överföringskopplingen (VDTT) uppvisar två, efter varandra kopplade fördröjningsorgan (VT2, VT3), samt att utgångarna från de båda fördröjningsorganen är anslutna till varsin av två mot varandra motriktade ingångar hos ett subtraktivt överlagringsorgan (Vs), vars utgång är inkopplad i reglerkretsen motsatt mot regleringsstorheten (y) .

9. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att utgången från en till högtrycksdelens (HD) hjulboxtryck ansluten första tryckmätomvandlare (Tr1) ävensom utgången från en till mellan- överhettarens tryck (pz),ansluten, andra tryckmätomvandlare (Trz) är ansluten till varsin av tvâ relativt varandra motsatta ingångar hos en differensbildare (Vd), vars utgång över en överföringskoppling med fördröjningsförhållandet (VTd) är inkopplad i reglerkretsen mot- satt mot regleringsstorheten (y).