用于控制渦輪機組的方法

專利名稱：用于控制渦輪機組的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制渦輪機組的方法。
背景技術：
尤其用在蒸汽發電站中的渦輪機組已經在正常的工作中以高轉速運轉。所述轉速能夠在故障情況下增大進而在不利的情況下導致渦輪機組的損壞。因此，渦輪機組的控制策略必須滿足最高的要求。尤其在電網故障情況和快速的負載變化的情況下，所述控制策略是特別有意義的。例如屬于渦輪機組的發電機的轉速強烈地偏離額定值并且所屬的軸處于滑脫的危險中時，整個渦輪機組必須目的明確地從所屬的電網分離并且降到自需量，即所謂的卸載到自需量。在所述卸載之后，發電機的端子上的功率在短時間內降低到非常小的值。因此，所屬的軸通過發電機的實際功率的這樣的降低而沒有過強地加速，渦輪機的閥必須快速地被關閉。在卸載之后，發電機的端子上的電功率通常在較長的時間內保持在低值上。反之，在下文中稱作“短路中斷”的故障情況是在發電廠附近的通常為三極的電網短路，所述電網短路僅持續幾百毫秒。發電機的端子上的功率在所述電網故障情況下由于所謂的電壓擾動而暫時為零。只要能夠在為至少150ms的故障查明時間內消除短路，發電機能夠繼續將有效功率和無功功率輸入到電網中。那么當短路存在150ms或更短時，軸既沒有滑脫并且渦輪機也沒有停機。在許多蒸汽發電廠中，可能的故障查明時間明顯更短。對渦輪機組的控制必須對兩種故障情況作出反應，其中問題在于，卸載和短路中斷在各自開始時不能區分，因為在兩種情況下，發電機的端子上的功率都下降。尤其在幾秒內出現兩次短路中斷的情況下，也就是在所謂的二重故障的情況下，能夠在短路中斷之后卸載到自需量上。在短路中斷不久之后的電負載的卸載又能夠導致非常高的過轉速，所述過轉速導致所屬的保護裝置的響應進而導致渦輪機組的停機。隨后，渦輪機組從停機狀態中的起動在極端情況下需要直至幾天。

發明內容
本發明基于下述目的，提供一種用于控制渦輪機組的方法，其中盡可能地避免上述問題，并且尤其地，渦輪機組的轉速沒有超過預設的最大值。所述目的根據本發明借助于一種根據權利要求1所述的用于控制渦輪機組的方法來實現。此外，所述目的借助于一種根據權利要求7所述的用于控制渦輪機組的設備來實現。本發明的有利的改進形式在從屬權利要求中描述。根據本發明的用于控制渦輪機組的方法包括以下步驟提供第一信號SI，所述第一信號表明發電機的實際功率PEL的降低；依據第一信號SI產生第二信號KU，所述第二信號表明短路中斷；在預設的第一時間間隔TKU之后重置第二信號KU，并且在預設的第二時間間隔TSPKU期間阻斷第二信號；依據第二信號KU制動并且隨后加速渦輪機；當通過發電機的實際功率PEL下降到預設的負值GPNEG而提供第一信號SI以及發電機的實際功率PEL變為小于二倍自需量GP2EB以及發電機的額定功率PSW和實際功率PEL之間的差值變為大于渦輪機組的二倍自需量GP2EB時，在預設的第三時間間隔TLAW之后依據第一信號SI產生第三信號LAW，所述第三信號表明渦輪機組的卸載；以及依據第三信號LAW卸載到渦輪機組的自需量上。為了識別出短路中斷，根據本發明使用由發電機的實際功率突然降低了預設值和邏輯與(UND)連接而產生的耦合的信號。邏輯與連接包括由于發電機的實際功率下降到預設的負值以及發電機的實際功率變為小于二倍自需量以及發電機的額定功率和實際功率之間的差值變為大于二倍自需量而產生的信號。然而因為僅由于功率跌落到二倍自需量之下后實現卸載到渦輪機組的自需量上，所以根據本發明將邏輯與連接的信號直接地連接在時間測量組件上持續了第三時間間隔。通過根據本發明的所述開關邏輯，在根據本發明的用于控制渦輪機組的方法中沒有在邏輯與連接和時間測量組件之間連接濾波電路，由此第三時間間隔能夠保持為是小的。因此，能夠通過濾波電路有利地避免例如由于在短路中斷之后的過大的濾波時間而造成的延時。在根據本發明的解決方案中，在所述兩個故障情況下，也就是不僅在短路中斷而且在卸載的情況下產生信號，所述信號首先導致渦輪機的制動。所述信號在權利要求1的語句中是第二信號，所述第二信號依據第一信號并且尤其與第一信號同時地生成，所述第一信號表明發電機的實際功率的降低。換言之，只要相關聯的信號表明發電機的實際功率的顯著的降低，借助于通常通過閥快速動作而降低根據本發明的渦輪機組的渦輪機的功率的方式來制動所述渦輪機。此外，在根據本發明的方法中，在制動渦輪機后緊接著再次加速所述渦輪機。在所述制動和加速期間，借助于根據本發明的渦輪機組的控制器來檢驗是否對卸載存在其他標準。如果識別出卸載并且產生相關聯的第三信號，那么才依據第三信號引起持久地停止渦輪機。在根據本發明的方法中，不僅在短路中斷而且在卸載的情況下首先原則上先制動渦輪機，并且在另一時間進程中才檢查是否能夠在短路中斷和卸載之間進行區分。只要識別出短路中斷并且剛好沒有識別出卸載狀態，那么在所述時間進程期間，有準備地使渦輪機再次處于起動模式中，從而所述渦輪機能夠運轉。此外，在根據本發明的方法中表明短路中斷的第二信號被重置并且隨后被阻斷。因此保證了，尤其當在隨后的時間進程中發電機有效功率在零點附近擺動時，所述第二信號不能夠重新表明短路中斷。當發電機功率以突變的形式降低時，生成表明發電機的實際功率的降低的第一信號，其中所述以突變的形式的降低尤其為至少70%。為了對功率突變進行檢驗，優選地，首先通過DTl組件對功率信號進行濾波。以上闡明的邏輯與連接以邏輯或(ODER)連接的形式與該條件耦合。兩個結果中的一個的出現產生第二信號，由此始終引起所關聯的渦輪機的暫時的制動。重要的是，此外，當通過發電機的實際功率下降到預設的負值而提供第一信號以及發電機的實際功率變為小于二倍自需量以及發電機的額定功率和實際功率之間的差值變為大于二倍自需量時，也就是滿足邏輯與連接的這些條件時，沒有被DTl組件濾波的功率信號與時間測量組件直接地連接持續了預設的第三時間間隔。如果邏輯與連接的信號存在于時間測量組件上持續了第三時間間隔的持續時間，那么產生第三信號，由此將渦輪機持久地制動到渦輪機的自需量上。優選地,預設的第一時間間隔在IOOms和200ms之間,尤其為150ms。預設的第一時間間隔用于確定第二信號保持多久進而表明短路中斷。有利地，所述預設的第二時間間隔被確定為，使得所關聯的渦輪機能夠制動并且其閥能夠快速地關閉，也就是說能夠引起快速動作。同時，所述預設的第一時間間隔選擇成使得渦輪機足夠快地再次置于起動模式中，以便通過借助于發電機輸入有效功率和無功功率來對電網中的頻率穩定性和電壓穩定性進行支持。預設的第二時間間隔優選地在4s和IOs之間，尤其為7s。預設的第二時間間隔用于阻斷和阻礙第二信號，使得在識別出短路中斷之后通過發電機有效功率在零點附近擺動而多次相繼地對短路中斷識別進行響應。預設的第二時間間隔在此有利地選擇成使得發電機的機械力矩、進而電功率與所述選出的第二時間間隔相比更快地再次重置。預設的第三時間間隔在此優選地在O.1s和O. 7s之間，尤其為O. 3s。在所述時間間隔期間，沒有通過在卸載之后由于電網短路而出現的超額轉速來引起保護。優選地依據發電機的負載開關實現表明卸載的第三信號的產生。發電機的負載開關示出，發電機究竟是否將電功率輸入到電網中。當然，所述負載開關沒有在每次卸載時都可靠地共同操作，使得出于所述原因附加地考慮上述條件，以便可靠地識別出卸載。在3s和7s之間的、尤其為5s的預設的第四時間間隔內，依據第三信號卸載到渦輪機組的自需量上。


在下文中根據示意附圖進一步地闡明根據本發明的解決方案的實施例。附圖示出圖1示出根據本發明的用于控制渦輪機組的設備的圖解，圖2示出按照根據本發明的解決方案的在雙重故障的情況下的渦輪機組的不同參數的變化，圖3示出根據現有技術的用于控制渦輪機組的設備的圖解，并且圖4示出根據現有技術的在雙重故障的情況下的渦輪機組的不同參數的變化。
具體實施例方式在圖1中示出根據本發明的用于對沒有進一步示出的具有發電機2和渦輪機3的渦輪機組進行控制的電路裝置或設備I。設備I包括作為主要元件的PEL信號導線4以及PSff信號導線5，所述PEL信號導線和所述PSW信號導線從發電機2通向用于提供第一信號的機構6。所述機構6設計成控制裝置，在所述機構中總計構成六個開關元件6a、6b、6c、6d、6e和6f。在此，經由PEL信號導線4將發電機2的實際功率PEL傳送到開關元件6a上，所述開關元件檢驗，實際功率PEL是否突然下降了預設的數值GPLSP。在此，尤其檢驗大于70%的以突變的形式的下降。為了檢驗這種功率突變，首先通過DTl組件33對功率信號PEL進行濾波。在開關兀件6b中，從輸入信號PEL推導出，發電機2的實際功率PEL是否大于確定的負值GPNEG。目前，在此尤其將發電機功率與值GPNEG=-2%進行比較。因此檢驗，發電機2是否處于具有比額定功率大-2%的功率的馬達運行中。在開關元件6c中檢驗，發電機2的實際功率PEL是否變為小于二倍自需量GP2EB。因此，識別出實際功率PEL下降到小于二倍的自需量上。
通過開關元件6d，借助于發電機2的輸入信號“實際功率PEL”和“額定功率PSW”測定功率額定值和功率實際值之間的差值并且將所述差值與值2X自需量進行比較。因此，檢測出實際功率的下降。開關元件6b、6c和6d的結果經由開關元件6e相互邏輯連接，其中這形成邏輯與連接。因為通過電路裝置僅由于功率跌落到二倍的自需量之下能夠識別出卸載信號，根據本發明，所述邏輯與連接的結果直接傳輸到用于產生第三信號LAW的機構7上。因此，當第一信號SI存在超過在此為0. 3s的預設的第三時間間隔TLAW時，形成第三信號LAW。信號LAW在此經由LAW信號導線8傳輸到渦輪機3上，在此設有沒有示出的用于根據LAW信號8持久地停止渦輪機的機構。為了識別出短路中斷，根據本發明使用耦合的信號。對此，邏輯與連接的結果借助于開關元件6f與開關元件6a的結果邏輯連接，其中開關元件6f中的該連接是邏輯或連接。以所述方式，借助于用于提供第一信號的機構6生成信號SI，所述信號表明，是否存在發電機2的實際功率PEL的降低。所述信號SI被輸送到用于產生第二信號KU的機構9。所述信號KU被視為原則上表明短路中斷的信號，更確切地說根據第一信號SI。所產生的第二信號KU在為150ms的預設的第一時間間隔TKU之后被重置并且隨后被阻斷了 7s的預設的第二時間間隔TSPKU。這借助于用于重置和阻斷第二信號KU的機構7發生，其中所述機構構造有RS觸發器和相關的設置信號。將所述信號保持了時間間隔TSPKU并且將所述信號提供到觸發器的重置輸入端上。所述電路連接引起，KU信號最多存在150ms并且隨后在最早7s之后才能夠再次存在。KU信號經由KU信號導線10傳送給渦輪機3，在此設有沒有示出的具有用于停止和起動渦輪機3的控制器形式的機構。所述控制器基于短暫的KU信號引起渦輪機3的功率額定值PSW的暫時下降。因此，在根據本發明的用于控制渦輪機組的電路裝置或設備I中，在非常短的預設的第三時間間隔TLAW之后借助于退耦的信號實現渦輪機的停止，而短路中斷借助于由負載突變識別和邏輯與連接的信號而構成的耦合信號被識別和處理。在圖3中示出用于對沒有進一步示出的根據現有技術的具有發電機2和渦輪機3的渦輪機組進行控制的電路裝置或設備11。設備11同樣也包括PEL信號導線以及PSW信號導線，這些導線從發電機2通向用于提供第一信號的機構12。所述機構12設計成控制裝置，在所述控制裝置中總計構成六個開關元件12a、12b、12c、12d、12e和12f。開關元件12b、12c和12d經由開關元件12e相互連接，其中該開關元件形成邏輯與連接。開關元件12e與開關元件12a連接成邏輯或連接。由于設置在開關元件12a和邏輯或連接12f之間的DTl組件13中的大的延時，尤其在短的TLAW時間間隔的情況下，能夠在短路中斷之后發生不期望的卸載識別。因此，在這種類型的電路中，強制性地必須設有足夠長的TLAW時間間隔。因此，這樣構造的開關邏輯不可能對兩個相隔短暫的相繼的網絡干擾情況做出快速響應。這能夠在不利的情況下導致觸發保護進而切斷渦輪機組。圖4示出渦輪機組的信號和測量值關于時間的不同變化曲線，所述渦輪機組借助于已知的電路裝置或設備11控制。在此，以用于對根據現有技術的渦輪機組進行控制的方法作為基礎。第一特性曲線14示出發電機2的有效功率的變化曲線。有效功率相應于發電機的實際功率PEL。要識別的是，有效功率在短路中斷之后如何下降，以及雖然在弄清故障之后重置，然而在其他的曲線變化中多次擺動過零點，直到發生第二次短路中斷，此后出現卸載識別。在有效功率再次增大和第二次短路中斷之間存在TV=2. 6s的時間間隔。在第二次故障之后，在TLAW=2s的時間間隔之后進行卸載。特性曲線15示出相關聯的渦輪機控制器的特性，所述渦輪機控制器對在特性曲線16中示出的渦輪機組的中壓閥的位置和對在特性曲線17中示出的相關聯的新鮮蒸汽閥進行控制。特性曲線18示出短暫中斷的信號KU。在時間間隔TV+TLAW=4. 6s之后，特性曲線19示出卸載信號LAW。特性曲線18在此相應于從現有技術中得出的第一信號SI。特性曲線20示出以。為單位的相關聯的磁極轉子角。特性曲線21示出渦輪機的機械力矩。要識別的是，力矩如何通過發電機的實際功率的突然降低而下降。在此，在特性曲線22中示出的相關聯的軸的轉速的偏差在零點周圍擺動。隨著中壓閥的位置升高，渦輪機的機械力矩也增大，直到所述轉矩由于卸載信號LAW重新下降。特性曲線22在該區域中清楚地示出軸的明顯超過標準值10%的過轉速。這樣高的過轉速能夠導致渦輪機組的損壞。圖2示出根據本發明的方法的特性曲線。第一特性曲線23示出在雙重故障的情況下的發電機的有效功率，其中TV=2. 6s并且時間間隔TLAW=O. 7s。特性曲線24示出相關聯的渦輪機控制器的特性，所述渦輪機控制器對在特性曲線25中示出的渦輪機組的中壓閥的位置和對在特性曲線26中示出的相關聯的新鮮蒸汽閥進行控制。在特性曲線27和28中示出信號KU和LAW。特性曲線29示出以。為單位的相關聯的磁極轉子角。特性曲線30示出渦輪機的機械力矩。要識別的是，力矩通過發電機的實際功率的突然降低而如何下降。隨著中壓閥的位置升高，渦輪機的機械力矩也增大。因為雖然根據本發明能夠將第三時間間隔TLAW保持為是短暫的，即目前為O. 7s，所以渦輪機的中壓、進而機械力矩僅短暫地增大。這在特性曲線30的區域31中明顯地識別出，所述區域與根據現有技術的方法中的該區域相比不再具有高地區域。因此，在此也得出相關聯的軸的明顯較小的轉速偏差，僅大約為8%至9%。轉速偏差在特性曲線32中示出。
權利要求
1.用于對具有渦輪機(3)和發電機(2)的渦輪機組進行控制的方法，所述方法具有以下步驟: -提供第一信號(SI),所述第一信號表明所述發電機(2)的實際功率(PEL, 4)的降低； -依據所述第一信號(SI)產生第二信號(KU，10)，所述第二信號表明短路中斷； -在預設的第一時間間隔(TKU)之后重置所述第二信號(KU，10)，并且在預設的第二時間間隔(TSPKU)期間阻斷所述第二信號(KU，10)； -依據所述第二信號(KU，10)使所述渦輪機(3)制動并且隨后使其加速； -當由于所述發電機(2)的實際功率(PEL，4)下降到預設的負值(GPNEG)而提供所述第一信號(SI)以及所述發電機(2)的實際功率(PEL，4)變為小于二倍自需量(GP2EB)以及所述發電機(2)的額定功率(PSW，5)和實際功率(PEL，4)之間的差值變為大于所述渦輪機組的二倍自需量(GP2EB )時，在預設的第三時間間隔(TLAff)之后依據第一信號(SI)產生第三信號(LAW，8)，所述第三信號表明所述渦輪機組的卸載；以及-依據所述第三信號(LAW，8)卸載到所述渦輪機組的自需量。
2.根據權利要求1所述的方法， 其中所述預設的第一時間間隔(TKU)在IOOms和200ms之間，尤其為150ms。
3.根據權利要求1或2所述的方法， 其中所述預設的第二時間間隔(TSPKU)在4s和IOs之間，尤其為7s。
4.根據權利要求1至3之一所述的方法， 其中所述預設的第三時間間隔(TLAW)在0.1s和0.7s之間，尤其為0.3s。
5.根據權利要求1至4之一所述的方法， 其中依據用于所述發電機(2)的負載開關(GLSE)產生了表明卸載的所述第三信號(LAW,8)0
6.根據權利要求1至5之一所述的方法， 其中依據所述第三信號(LAW，8)以在3s和7s之間的、尤其為5s的預設的第四時間間隔卸載到所述渦輪機組的自需量。
7.用于對具有渦輪機(3)和發電機(2)的渦輪機組(I)進行控制的設備，所述設備具有: -用于提供第一信號(SI)的機構,所述第一信號表明所述發電機(2)的實際功率(PEL,4)的降低； -用于當由于所述發電機(2)的實際功率(PEL，4)突然降低了預設值(GPLSP)而提供所述第一信號(SI)時依據所述第一信號(SI)產生第二信號(KU，10)的機構，所述第二信號表明短路中斷； -用于在預設的第一時間間隔(TKU)之后重置所述第二信號(KU，10)并且在預設的第二時間間隔(TSPKU)期間阻斷所述第二信號(KU，10)的機構；-用于依據所述第二信號(KU， 10)使所述渦輪機(3)制動并且隨后使其加速的機構；-用于當由于所述發電機(2)的實際功率(PEL，4)下降到預設的負值(GPNEG)而提供所述第一信號(SI)以及所述發電機的實際功率(PEL，4)變為小于所述渦輪機組的二倍自需量(GP2EB)以及所述發電機(2)的額定功率(PSW，5)和實際功率(PEL，4)之間的差值變為大于所述二倍自需量(GP2EB)時，在預設的第三時間間隔(TLAW)之后依據所述第一信號(SI)產生第三信號(LAW, 8)的機構,所述第三信號表明卸載；以及-用于實現依據所述第三信號 (LAW，8)卸載到所述渦輪機組的自需量的機構。
全文摘要
根據本發明的用于對具有渦輪機(3)和發電機(2)的渦輪機組進行控制的方法，該方法包括以下步驟提供第一信號(S1)，所述第一信號表明發電機(2)的實際功率(PEL，4)的降低；依據第一信號(S1)產生第二信號(KU，10)，所述第二信號表明短路中斷；在預設的第一時間間隔(TKU)之后重置第二信號(KU，10)，并且在預設的第二時間間隔(TSPKU)期間阻斷第二信號(KU，10)；依據第二信號(KU，10)使渦輪機(3)制動并且隨后使其加速；當由于發電機(2)的實際功率(PEL，4)下降到預設的負值(GPNEG)而提供第一信號(S1)以及發電機(2)的實際功率(PEL，4)變為小于二倍自需量(GP2EB)以及發電機(2)的額定功率(PSW，5)和實際功率(PEL，4)之間的差值變為大于渦輪機組的二倍自需量(GP2EB)時，在預設的第三時間間隔(TLAW)之后依據第一信號(S1)產生第三信號(LAW，8)，所述第三信號表明渦輪機組的卸載；以及依據第三信號(LAW，8)卸載到渦輪機組的自需量。
文檔編號F01K13/02GK103080483SQ201180041716
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月18日 優先權日2010年8月27日
發明者馬丁·本瑙爾, 黑里貝特·韋爾特斯 申請人:西門子公司