Beschreibungdescription
Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine und DampfturbineProcess for controlling a steam turbine and steam turbine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine, bei dem Dampf der Dampfturbine über mindestens drei Ventile zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Dampfturbine mit einer Ventilgruppe zur Regelung des Dampfeinlasses .The invention relates to a method for regulating a steam turbine, in which steam is fed to the steam turbine via at least three valves. The invention further relates to a steam turbine with a valve group for regulating the steam inlet.
Ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine geht hervor aus dem Artikel "Praxisgerechte Auslegung von Drehzahl und Leistungsreglern für Dampfturbinen" von Johannes Dastych und Heinz Unbehauen, Martin Bennauer und Heribert Werthes, ATP 41(1999), Heft 5. Eine Dampfturbine wird nach Drehzahl oder Leistung geregelt. Der Regelkreis für Drehzahl und Leistung gemäß Bild 2 besteht aus Funktionsblöcken wie Drehzahl- / Leistungsregler (D-/LR) , Frischdampf-Stellventil (FD-STV) , Abfangstellventil (AF-STV) , Dampferzeuger (DE) und Turbine (T) sowie elementaren Blocken, wie z.B. Konstante, Rampe undA method for controlling a steam turbine emerges from the article "Practical design of speed and power regulators for steam turbines" by Johannes Dastych and Heinz Unbehauen, Martin Bennauer and Heribert Werthes, ATP 41 (1999), No. 5. A steam turbine is based on speed or power regulated. The control circuit for speed and power according to Figure 2 consists of function blocks such as speed / power controller (D- / LR), live steam control valve (FD-STV), interception control valve (AF-STV), steam generator (DE) and turbine (T) as well elementary blocks, such as Constant, ramp and
Sprungfunktion für die Eingangssignale. Zur Bereitstellung elektrischer Leistung wird der Turbosatz mit Dampf aus einem Dampferzeuger versorgt, wobei die Dampfzufuhr über Stellventile so geregelt wird, dass die notwendige Leistung zur Ver- fügung steht. Die Regelung der Drehzahl und der Leistung erfolgt über einen gemeinsamen Drehzahl-/Leistungsregler sowohl für den Lastbetrieb mit wählbarer Statik als auch zur Regelung der Drehzahl bei Leerlauf. Das Ausgangssignal des Drehzahl-/Leistungsreglers wirkt auf die Frischdampf- und Abfang- stellventile. Eine solche Regelung einer Dampfturbine erfordert einen sehr komplexen Regelkreis sowie Stellventile, die eine hinreichend schnelle Regelung gestatten. Bisher werden ausschließlich hydraulisch angetriebene Stellventeile zur Dampfeinlassregelung verwendet, da nur über einen solchen hydraulischen Antrieb eine hinreichend schnelle Einstellung des Ventilhubs möglich ist.
ω ω r-υ r H1 Jump function for the input signals. To provide electrical power, the turbo set is supplied with steam from a steam generator, the steam supply being regulated via control valves in such a way that the necessary power is available. The speed and the power are regulated via a common speed / power controller both for load operation with selectable statics and for regulating the speed when idling. The output signal of the speed / power controller acts on the live steam and interception control valves. Such a control of a steam turbine requires a very complex control circuit as well as control valves which allow a sufficiently fast control. So far, only hydraulically driven control valves for steam inlet control have been used, since a sufficiently rapid adjustment of the valve lift is only possible via such a hydraulic drive. ω ω r-υ r H 1
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einen bestimmten Wert ihres Ventilhubs eingestellt. Die Beibehaltung eines Regeldifferenzwertes von etwa Null wird von einem, gegebenenfalls auch mehreren, Regelventilen übernommen. Somit können mindestens zwei Regelventile durch sehr viel einfachere Steuerventile ersetzt werden, wodurch der Regelkreis erheblich vereinfacht wird.set a certain value of their valve lift. The maintenance of a control difference value of approximately zero is carried out by one, possibly also several, control valves. This means that at least two control valves can be replaced by much simpler control valves, which considerably simplifies the control circuit.
A) Bevorzugt werden die Steuerventile elektromotorisch angetrieben. Ein elektromotorischer Antrieb bietet gegenüber ei- nem etwa elektrohydraulischen Antrieb erhebliche Kostenvorteile. Darüber hinaus verringert sich das Brandrisiko durch den Wegfall von Hydrauliköl. Durch die Übernahme der Feinregelung mittels des Regelventils genügt auch die geringere Stelldynamik bei dem elektromotorischen Antrieb für den Ein- satz im Regelprozess .A) The control valves are preferably driven by an electric motor. An electric motor drive offers considerable cost advantages over an electro-hydraulic drive, for example. In addition, the risk of fire is reduced by the absence of hydraulic oil. By adopting the fine control by means of the control valve, the lower dynamic range of the electromotive drive is also sufficient for use in the control process.
B) Bevorzugt werden zwei Regelventile und zwei Steuerventile verwendet. Üblicherweise kommen bei Regelprozessen in der Dampfturbine vier Ventile zum Einsatz. Grundsätzlich genügt nach dem neuen Regelkonzept ein Regelventil, das mit dreiB) Two control valves and two control valves are preferably used. Four valves are usually used in control processes in the steam turbine. According to the new control concept, one control valve with three
Steuerventilen zusammenarbeitet. Hinsichtlich einer verbesserten Verfügbarkeit ist es jedoch vorteilhaft, zwei Regelventile und zwei Steuerventile zu verwenden.Control valves works together. With regard to improved availability, however, it is advantageous to use two control valves and two control valves.
C) Vorzugsweise wird das Verfahren bei einer Leistungsaufnahme der Dampfturbine so gestaltet, dass zunächst das Regelventil öffnet und bei Überschreiten eines festgelegten ersten Wertes eines für die Regelung des Regelventils verwendeten Reglerausgangssignals und bei Vorliegen einer positiven Re- geldifferenz eines der Steuerventile öffnet. Weiter bevorzugt liegt der erste Wert etwa bei einem Viertel des maximalen Reglerausgangssignals. Die positive Regeldifferenz zeigt an, dass der gewünschte Wert für die Leistung oder auch die Drehzahl noch nicht erreicht ist.C) The method is preferably designed when the steam turbine is consuming power so that the control valve first opens and one of the control valves opens when a predetermined first value of a controller output signal used for controlling the control valve is exceeded and when there is a positive control difference. The first value is more preferably approximately a quarter of the maximum controller output signal. The positive control difference indicates that the desired value for the power or the speed has not yet been reached.
D) Weiter bevorzugt öffnet beim Überschreiten eines zweiten Wertes des Reglerausgangssignals und bei Vorliegen einer po-
sitiven Regeldifferenz das zweite Regelventil. Der zweite Wert des Reglerausgangssignals ist dabei größer als der erste Wert des Reglerausgangssignals. Es wird somit eine weitere Stufe bei der Leistungsaufnahme erreicht, bei der das dritte Ventil, und zwar das zweite Regelventil, zugeschaltet wird. Der zweite Wert des Reglerausgangssignals liegt dabei weiter bevorzugt bei etwa der Hälfte des maximalen Werts des Reglerausgangssignals .D) It is further preferred if the second output value of the controller output signal is exceeded and if there is a positive the second control valve. The second value of the controller output signal is larger than the first value of the controller output signal. A further stage in power consumption is thus reached in which the third valve, namely the second control valve, is switched on. The second value of the controller output signal is more preferably approximately half the maximum value of the controller output signal.
E) Vorzugsweise öffnet bei Überschreiten eines dritten Wertes des Reglerausgangssignals und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz das zweite Steuerventil. Der dritte Wert des Reglerausgangssignals liegt dabei über dem Wert des zweiten Wertes des Reglerausgangssignals. Es wird somit eine weitere Stufe bei der Leistungsaufnahme der Dampfturbine erreicht, bei der das zweite Steuerventil zugeschaltet wird. Bei einem Reglerausgangssignal von 100% sind alle Ventile vollständig geöffnet.E) Preferably, the second control valve opens when a third value of the controller output signal is exceeded and when there is a positive control difference. The third value of the controller output signal is above the value of the second value of the controller output signal. A further stage in the power consumption of the steam turbine is thus reached, in which the second control valve is activated. With a controller output signal of 100%, all valves are fully open.
F) Vorzugsweise wird eine Schließgeschwindigkeit jedes derF) Preferably, a closing speed of each of the
Steuerventile abhängig von der jeweils vorliegenden Größe der Regeldifferenz eingestellt. Die Regeldifferenz gibt, wie ausgeführt, den Unterschied zwischen dem Soll- und dem Istwert der Drehzahl oder der Leistung der Dampfturbine an. Bei einer großen Regeldifferenz werden die Steuerventile mit einer großen Geschwindigkeit in ihre Sollstellung gefahren. Bei einer kleineren Regeldifferenz genügt eine kleinere Stellgeschwindigkeit. Für die elektromotorischen Antriebe kann insbesondere ein Frequenzumrichter abhängig vom Vorzeichen der Regeldifferenz die Stellrichtung für die Regelventile vorgeben.Control valves set depending on the size of the control difference. The control difference, as stated, indicates the difference between the setpoint and the actual value of the speed or the power of the steam turbine. If there is a large control difference, the control valves are moved into their target position at high speed. With a smaller control difference, a lower actuating speed is sufficient. For the electromotive drives, a frequency converter, in particular, can specify the setting direction for the control valves depending on the sign of the control difference.
Die Ausgestaltungen nach den Punkten A bis F können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.The configurations according to points A to F can be combined with one another in any manner.
Die auf eine Dampfturbine gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Angabe einer Dampfturbine mit einer Ven-
tilgruppe zur Regelung des Dampfeinlasses, welche Ventilgruppe ein Regelventil und mindestens zwei Steuerventile umfaßt.The object directed at a steam turbine is achieved according to the invention by specifying a steam turbine with a valve. tilgruppe for regulating the steam inlet, which valve group comprises a control valve and at least two control valves.
Die Vorteile einer solchen Dampfturbine ergeben sich entsprechend den obigen Ausführungen zu den Vorteilen des Verfahrens zur Regelung einer Dampfturbine .The advantages of such a steam turbine result from the above explanations regarding the advantages of the method for regulating a steam turbine.
Vorzugsweise weisen die Steuerventile einen elektromotori- sehen Antrieb auf.The control valves preferably have an electric motor drive.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:The invention is explained in more detail by way of example with reference to the drawing. They show schematically and not to scale:
FIG 1 eine Dampfturbinenanlage,1 shows a steam turbine plant,
FIG 2 einen Satz von Dampfeinlaßventilen mit zugehöriger Regelungsbeschaltung und2 shows a set of steam inlet valves with associated control circuit and
FIG 3 eine Kennliniendarstellung für die DampfeinlaßVentile.3 shows a characteristic curve for the steam inlet valves.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.The same reference symbols have the same meaning in the different figures.
Figur 1 zeigt schematisch eine Dampfturbinenanlage. Einer Dampfturbine 1 wird Dampf aus einem Dampferzeuger 3 über die Zufuhrleitung 5 zugeführt. In die Zufuhrleitung 5 ist eine Ventilgruppe 7 eingebaut. Die Ventilgruppe 7 umfaßt ein ers- tes Regelventil 9 und ein zweites Regelventil 11. Die Ventilgruppe 7 umfaßt weiter ein erstes Steuerventil 13 und ein zweites Steuerventil 15. Über die Ventilgruppe 7 wird die in die Dampfturbine 1 eingeleitete Dampfmenge geregelt. Dies geschieht in Abhängigkeit von der für die Dampfturbine 1 ge- wünschte Leistung oder Drehzahl. Dies wird näher anhand der Figuren 2 und 3 erläutert.
Figur 2 zeigt die Ventilgruppe 7 aus Figur 1 mit der zugehörigen Regelungsbeschaltung. Ein Regler 21 erzeugt abhängig vom Istwert der Drehzahl oder Leistung und dem Sollwert der Drehzahl oder Leistung ein Reglerausgangssignal kennzeichnend für eine Regeldifferenz. Das Reglerausgangssignal wird einem ersten Servoverstärker 23 des ersten Regelventils 9 zugeleitet. Das Reglerausgangssignal wird auch einem zweiten Servoverstärker 27 des zweiten Regelventils 11 zugeleitet. Das Reglerausgangssignal wird auch einem ersten Frequenzumrichter 25 des ersten Steuerventils 13 zugeleitet. Das Reglerausgangssignal wird auch einem zweiten Frequenzumrichter 29 des zweiten Steuerventils 15 zugeleitet. Das Regelungsverfahren wird näher anhand von Figur 3 beschrieben.Figure 1 shows schematically a steam turbine system. A steam turbine 1 is supplied with steam from a steam generator 3 via the feed line 5. A valve group 7 is installed in the supply line 5. The valve group 7 comprises a first control valve 9 and a second control valve 11. The valve group 7 further comprises a first control valve 13 and a second control valve 15. The amount of steam introduced into the steam turbine 1 is regulated via the valve group 7. This takes place as a function of the power or speed desired for the steam turbine 1. This is explained in more detail with reference to FIGS. 2 and 3. Figure 2 shows the valve group 7 from Figure 1 with the associated control circuit. Depending on the actual value of the speed or power and the target value of the speed or power, a controller 21 generates a controller output signal identifying a control difference. The controller output signal is fed to a first servo amplifier 23 of the first control valve 9. The controller output signal is also fed to a second servo amplifier 27 of the second control valve 11. The controller output signal is also fed to a first frequency converter 25 of the first control valve 13. The controller output signal is also fed to a second frequency converter 29 of the second control valve 15. The control method is described in more detail with reference to FIG. 3.
Figur 3 zeigt in einem Diagramm beispielhaft den Ventilhub jedes der Ventile 9, 11, 13, 15 in Abhängigkeit vom Reglerausgangssignal. Die Angaben sind in Prozent vom jeweiligen Maximalwert dargestellt. Die Kennlinie 9K gibt den Verlauf des Ventilhubs 33 des ersten Reglerventils 9 in Abhängigkeit vom Reglerausgangssignal 31 an. Die Kennlinie 13K gibt die entsprechende Kennlinie für das erste Steuerventil 13 an. Die Kennlinie 11K gibt die entsprechende Kennlinie für das zweite Regelventil 11 an. Die Kennlinie 15K gibt die entsprechende Kennlinie für das zweite Steuerventil 15 an. Das erste Regel- ventil 9 öffnet proportional zur Größe des Reglerausgangssignals 31. Bei einem Wert von 22,5% des Reglerausgangssignals 31 öffnet das erste Steuerventil 13. Bei einem Wert von 47,5% des Reglerausgangssignals 31 ist der Ventilhub 33 für das erste Regelventil 9 und für das erste Steuerventil 13 bei 100%. Ab diesem Punkt öffnet sich das zweite Regelventil 11. Bei einem Wert von 72,5% wird schließlich das zweite Steuerventil 15 zugeschaltet. Bei einem Wert von 100% des Reglerausgangssignals 31 sind alle Ventile 9, 11, 13, 15 vollständig geöffnet. Das Anfahren, Hochfahren auf Nenndrehzahl und die Synchronisierung erfolgt mit dem ersten Regelventil 9. Die Größe der Regeldifferenz bestimmt die Öffnungsgeschwindigkeit der Steuerventile 13, 15. Bei Lastabwürfen kommt es
zu einer negativen Regeldifferenz. Die Größe der Negativ-Regeldifferenz bestimmt die Schließgeschwindigkeit der Steuerventile. Aufgrund der geringeren Stelldynamik der Steuerventile, die im gezeigten Beispiel elektromotorisch angetrieben werden, kann der Ansprechwert für einen Schaltvorgang "Schließen" bei Lastabwurf für die Regelventile 9, 11 und die Steuerventile 13, 15 unterschiedlich sein.
FIG. 3 shows an example of the valve lift of each of the valves 9, 11, 13, 15 as a function of the controller output signal in a diagram. The information is shown in percent of the respective maximum value. The characteristic curve 9K indicates the course of the valve lift 33 of the first regulator valve 9 as a function of the regulator output signal 31. The characteristic curve 13K indicates the corresponding characteristic curve for the first control valve 13. The characteristic curve 11K indicates the corresponding characteristic curve for the second control valve 11. The characteristic curve 15K indicates the corresponding characteristic curve for the second control valve 15. The first control valve 9 opens in proportion to the size of the controller output signal 31. At a value of 22.5% of the controller output signal 31, the first control valve 13 opens. At a value of 47.5% of the controller output signal 31, the valve lift 33 is for the first control valve 9 and for the first control valve 13 at 100%. From this point on, the second control valve 11 opens. At a value of 72.5%, the second control valve 15 is finally switched on. At a value of 100% of the controller output signal 31, all valves 9, 11, 13, 15 are completely open. The first control valve 9 is used for starting, ramping up to the nominal speed and synchronization. The size of the control difference determines the opening speed of the control valves 13, 15 to a negative control difference. The size of the negative control difference determines the closing speed of the control valves. Because of the lower control dynamics of the control valves, which are driven by an electric motor in the example shown, the response value for a "closing" switching operation when the load is shed can be different for the control valves 9, 11 and the control valves 13, 15.