DE3304292A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausregeln von netzfrequenzeinbruechen bei einem gleitdruckbetriebenen dampfkraftwerkblock - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum ausregeln von netzfrequenzeinbruechen bei einem gleitdruckbetriebenen dampfkraftwerkblockInfo
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Description
BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 7. Febr. 1Q83
Mp.-Nr. 509/83 ZPT/P3-Sf/Bt
Verfahren und Vorrichtung zum Ausregeln von Netzfrequenzeinbrüchen
bei einem gleitdruckbetriebenen Dampfkraftwerkblock
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrich-„n
tung zum Ausregeln von Netzfrequenzeinbrüchen bei einem gleitdruckbetriebenen Dampfkraftwerkblock gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der DE-PS 9^3 053. In dieser Patentschrift wird davon ausgegangen,
daß bei Dampfkraftanlagen, die mit Zwischenüberhitzung des Dampfes arbeiten, im Dampfsystem Dampfzustände entstehen,
welche ein gutes Frequenzfahren unmöglich machen, sofern man nicht die unwirtschaftliche Düsenoder
Drosselsteuerung anwendet. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird vorgeschlagen, ein in die Kondensatdruckleitung
eingebautes Regelventil zu betätigen und damit den Kondensatfluß durch die mit Anzapfdampf beheizten
Vorwärmer zu unterbrechen. Dadurch steht mehr Arbeitsdampf in der Turbine zur Verfügung, so daß diese
die angeforderte höhere Leistung abgeben kann. Zur Be-
509/83 : : '
schleunigung des Regelvprgangs ist ferner vorgesehen,
Ventile in den Anzapfdampfleitungen der Turbine vorübergehend ganz oder teilweise zu schließen. Leider ist jedoch
die mit einem derartigen Kondensatstopp erreichbare Leistungserhöhung der Turbine abhängig von der momentan
gefahrenen Leistung des Kraftwerkblocks.
Die Betreiber von Kraftwerken fordern, daß die Leistungsregelung im Verbundnetz sowohl hinsichtlich der
Schnelligkeit als auch hinsichtlich des Betrags bestimmte Mindestbedingungen einhalten muß. Diese Anforderungen
sind beispielsweise genannt in der Publikation "Leistungsregelung im Verbundnetz. Heutiges Verhalten der
Wirkleistungsregelung und zukünftige Anforderungen", herausgegeben von der Deutschen Verbundgesellschaft e.V.
(DVG), Heidelberg, November 1980. Darin wird beispielsweise gefordert, daß die Leistungserhöhung des Kraftwerkblocks
bei einem Einbruch der Netzfrequenz mindestens 5% der Kraftwerksblocknennleistung betragen muß,
2Q wobei die Hälfte der Leistungserhöhung bereits nach
- 5 Sekunden, die volle Leistungserhöhung nach 30 Sekunden
zur Verfugung stehen muß. Diese und die weiteren Anforderungen
werden im folgenden als "DVG-Netzanforderungen" bezeichnet. Derzeitige Anlagen mit Kondensatstopp und
reinem Gleitdruckbetrieb sind nicht in der Lage, diese 25
DVG-Netzanforderungen zu erfüllen.
Aus der Zeitschrift "VGB Kraftwerkstechnik", Heft 8, August 1982, Seite 656 bis 665 ist ein Konzept für eine
Blockregelung mit Frequenzstützung bei der Betriebsart "natürlicher Gleitdruck" bekannt geworden, bei dem die
elektrische Leistung über die Dampferzeugung geregelt wird und über den Turbinenregler das DamDfeinlaßventil
vor der Turbine geöffnet bzw. gedrosselt wird. Bei ge-
_,. zielten Leistungsänderungen durch Verstellung des Grund-
Sollwerts der Blockleistung oder bei Beheizungsstörungen
509/83
soll sich danach der Block wie bei der Betriebsart "natürlicher Gleitdruck" verhalten. Bei einer Frequenzabweichung
hingegen wird bei zunächst gedrosselter Stellung des Einlaßventils der Turbine die Speicherwirkung
- des Dampferzeugers über eine Regelung der Ventilöffnung ohne Verzögerung in Anspruch genommen, so daß die Verzugszeit
des Dampferzeugers überbrückt wird. Für den Gleitdruckbereich wird ein Grundsollwert der Stellung
"des Einlaßventils eingestellt. Diese benötigte leistungsabhängige
Androsselung der Einlaßventile muß zwischen 10/6 und 20% liegen, wenn die von den DVG-Anforderungen
für kohlegefeuerte Kraftwerksblöcke geforderte Leistungserhöhung im Leistungsregelbereich von 100$ bis
45% gewährleistet werden soll. Diese Androsselung bedeu-
„_ tet für einen Kraftwerksblock einen Wärmeverlust von
0,45 bis 1,1/6, was bei heutigen Anlagen nicht mehr vertretbar ist. Außerdem geht das bekannte Konzept davon
aus, daß bei einer Kondensationsturbine ein linearer Zusammenhang zwischen Dampfdruck, Ventilöffnung und
«λ elektrischer Leistung bestehe. Dies gilt jedoch nur im
stationären Zustand.
Aus der Zeitschrift "VGB-Kraftwerkstechnik", April 1971, Seite 151 bis 164 ist eine Leistungsregelung durch Kon-
-_ densatstopp für ein Blockkraftwerk für Gleitdruckbetrieb
25
mit Kohlefeuerung bekannt. Zwischen dem Kaltwasserspeicher und dem Niederdruck-Vorwärmerstrang ist eine regelbare
Zubringerpumpe angeordnet, die es ermöglicht, den Kondensatstrom in wenigen Sekunden zu stoppen bzw. wieder
voll anzufahren. Da diese Anlage keine Möglichkeit besitzt, die Leitungen für den Anzapfdampf zu den Vorwärmern
zu sperren, ist sie nicht in der Lage, die DVG-Netzanforderungen zu erfüllen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art anzugeben, welches es ermöglicht, die DVG-Netzanforderungen einzuhalten und gleichzeitig
den Kraftwerksblock mit minimalen Wärmeverlusten zu betreiben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Die Vorteile der Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen derselben ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung
mit der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung eines kohlegefeuerten,
gleitdruckbetriebenen Dampfkraftwerkblocks mit der zugehörigen Steuer- und Regelanlage,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf für die Aktivierung der resultierenden Stellreserve gemäß den DVG-An-
forderungen,
Fig. 3 die zeitabhängigen Vorgänge beim Ausregeln eines Einbruchs der Netzfrequenz, wenn der
Kraftwerksblock bei ^0% der Nennleistung betrieben
wurde und
Fig. 4 die zeitabhängigen Vorgänge beim Ausregeln eines Einbruchs der Netzfrequenz, wenn der
Kraftwerksblock bei 100$ der Nennleistung betrieben wurde.
In Fig. 1 erkennt man einen Kraftwerksblock mit einem
kohlegefeuerten Kessel mit kleinem Speichervolumen, dem der Brennstoff über eine geregelte Aufgabevorrichtung 2
zugeführt wird. Der im Kessel 1 und im ftberhitzer 3 er- na zeugte Hochdruckdampf gelangt über ein erstes, regelbares
Einlaßventil 4 in den Hochdruckteil 5.1 einer Dampf-
509/83 .
turbine. Über einen Zwischenüberhitzer 6 und ein zweites, regelbares Einlaßventil 7 gelangt der Dampf in den
Mitteldruckteil 5.2 und anschließend in den Niederdruckteil 5.3 der Dampfturbine. Am Mitteldruckteil 5.2 sind
eine Anzapfdampfleitung D und G und am Niederdruckteil 5.3 Anzapfdampfleitungen E vorgesehen. An der Turbine
ist ein Synchrongenerator 8 angeflanscht, der die erzeugte elektrische Energie ins Netz abgibt. Der den Niederdruckteil
5.3 der Turbine verlassende, entspannte
Ι« Dampf wird in einem Kondensator 9 kondensiert und mit
Hilfe einer ersten Kondensatpumpe 10 in einen Kaltkondensatbehälter 13 gefördert. Über eine Hauptkondensatpumpe
11, der ein Regelventil 12 für den Mindestdurchfluß der Hauptkondensatpumpe 11 parallelgeschaltet ist,
wird das Kaltkondensat durch ein Kondensatregelventil in einen Niederdruck-Vorwärmerstrang 15.1....15.η geleitet,
worauf es in einen Speisewasserbehälter 17 gelangt. Der Niederdruck-Vorwärmerstrang besteht also aus einer
Kette von η Wärmetauschern, wobei davon (n-1) rekuperative Niederdruck-Vorwärmer sind und der n-te ein Mischvorwärmer
ist, der gleichzeitig den Speisewasserbehälter bildet. Der Niederdruck-Vorwärmerstrang 15.1...15.η und
17 wird in an sich bekannter Weise mittels Anzapfdampf
aus der Turbine gespeist, wobei jedoch in die Anzapfdampfleitungen
G, D, E Absperrorgane in Form von regel-25
baren Drehklappen 16.1...16.(n+1) eingebaut sind. Aus
dem Speisewasserbehälter 17 wird das Kesselspeisewasser über eine Hochdruckpumpe 18 wieder in den Kessel 1 gefördert,
worauf der Dampf-Wasser-Kreislauf von neuem beginnt.
Die regelungstechnische Anlage zum Betreiben des so beschriebenen Kraftwerkblocks besteht aus einem Leistungsregler
21, dem von einem Meßwertgeber 22 die Istdrehzahl η der Turbine und von einem Leistungsgeber 23 der Istwert
der elektrischen Leistung P zugeführt werden. Der
509/83
Sollwert P3 wird von einem Sollwertgeber 25 vorgegeben,
wobei dieser Wert Ps durch einen Korrekturwert PfjR>
der von einem Korrekturwertgeber 24 geliefert wird, korrigiert werden kann. Ps und Pjjr zusammen bilden den SoIlwert
PfT^ für die Kraftwerkblockleistung P^W· Der Regler
21 erzeugt ein Stellsignal Y für die Stellung des ersten Einlaßventils 4 sowie ein Stellsignal Z'für die Stellung
des zweiten Einlaßventils 7. In der regelungstechnischen Anlage wird lediglich das Signal Y für die Stellung des
ersten Einlaßventils 4 weiter ausgewertet. Das Stellsignal
Z ist abhängig vom Stellsignal Y, wobei die Speicherwirkung des Zwischenüberhitzers 6 einkalkuliert
wird.
Die regelungstechnische Anlage enthält ferner eine Einrichtung 31 zur Erkennung von Einbrüchen der Netzfrequenz
f. Dieser Einrichtung 31 werden außer dem Istwert der Netzfrequenz f, der Turbinendrehzahl η und der Stellung
Y des ersten Einlaßventils 4 auch die Soll-Istwertdifferenz
der Stellung Y des Einlaßventils 4 zugeführt. Aufgabe der Einrichtung 31 ist es zu erkennen, ob es
sich bei den gemessenen Abweichungen der Netzfrequenz f von der Synchronfrequenz fg, z.B. 50 Hz, nur um kleine,
statistische Netzfrequenzschwankungen - sogenanntes Rau-
o- sehen - handelt, die nach herkömmlichen Methoden ausgeregelt
werden können, oder um stärkere, länger andauernde Einbrüche der Netzfrequenz, z.B. infolge einer Überlastung
des Netzes, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeregelt werden. Im letztgenannten Fall
erzeugt die Einrichtung 31 ein Ausgangssignal, mit dem der Kondensatstopp und der Anzapfdampfstopp gesteuert
werden. Die Einrichtung 31 erzeugt ferner ein Ausgangssignal, welches als adaptives Signal wirkt, und auf den
Leistungsregler 21, auf einen im nachfolgenden noch zu beschreibenden Einlaßventilstellungsregler 41 sowie über
die Leitung B - auf eine ebenfalls noch zu be-
schreibende Grenz-Kondensatdurchfluftregelung 101 einwirkt.
Dem Einlaßventilstellungsregler 41 wird als Istwert der
Wert Y, d.h. die Stellung des ersten Einlaßventils 4, und als Sollwert über einen Umschalter 44 entweder ein
vorberechneter, von der momentan gefahrenen Kraftwerksblockleistung abhängiger Stellungssollwert Yfj aus einem
"Sollwertgeber 42 oder ein korrigierter, ebenfalls vorberechneter Stellungssollwert Y-j aus einem Sollwertgeber
43 zugeführt. Hier soll noch erwähnt werden, daß die Umschaltung zwischen den beiden Sollwerten - ebenso wie
die später noch in anderem Zusammenhang zu beschreibenden Umschaltungen - nicht nur, wie in der Zeichnung dargestellt,
mit Hilfe eines mechanischen Umschalters unstetig erfolgen kann, sondern auch nach einer zeitabhängigen,
stetigen Funktion.
Die im Einlaßventilstellungsregler 41 errechnete Differenz zwischen dem Sollwert Yjj bzw. Y-] und dem Istwert Y
der Einlaßventilstellung wirkt erstens auf die Einrichtung 31 ein, wo sie auf eine noch zu beschreibende Art
und Weise deren Ausgangssignal beeinflußt, und zweitens auf einen Brennstoffregler 51, der in Abhängigkeit von
der in einem Istwertgeber 52 gemessenen Brennstoffmenge 25
eine Brennstoffaufgabestation 53 ansteuert.
Wird, wie in der Zeichnung dargestellt, der Druck ρ{ζ des
Dampfes vor dem Überhitzer 3 in einem Drucksensor 45 gemessen, so kann dieser Dampfdruck als Hilfsregelgröße
dazu herangezogen werden, den Brennstoffmengenregler 51 nach Art einer Kaskadenregelung anzusteuern. Dabei wird
die Tatsache·ausgenutzt, daß ein Anstieg oder Abfall des
Dampfdruckes pK die am schnellsten meßbare Reaktion des
Kraftwerkblocks auf eine Vermehrung bzw. Verminderung der Brennstoffmenge ist. Die Änderung der elektrischen
Leistung P folgt mit erheblicher Verzögerung.
Eine wichtige Größe ist die Menge des im Speisewasserbehälter 17 vorrätigen Speisewassers. Aus diesem Grund
g wird das in einem Meßwertgeber 62 gemessene Niveau in einem Speisewasserbehälter-Niveau-Regler 61 verglichen
mit entweder einem Normal-Niveau % aus einem Sollwertgeber 63 oder einem reduzierten Niveau H2 aus einem
Sollwertgeber 64, wobei beide Sollwertgeber 63, 64 über einen Umschalter 65 umschaltbar sind. Der Ausgang des
Speisewasserbehälter-Niveau-Reglers 61 beeinflußt einen Regler 91 zum Regeln der Stellung des Kondensatregelventils
14 derart, daß das Niveau im Speisewasserbehälter 17 nie unter das Minimal-Niveau H1n^n sinkt und nie über
,_ das Normal-Niveau Hm steigt.
Ib "
Ib "
Wie schon erwähnt, werden der Regler 81 zum Regeln der Stellung der Absperrorgane 16.1....16.(n+1) und der Regler
91 zum Regeln der Stellung des Kondensatregelventils 14 von der Einrichtung 31 zum Erkennen von Netzfrequenzeinbrüchen
mit dem Stellungssollwert X versorgt, wobei der Stellungssollwert X mit Hilfe eines Umschalters 72
auch auf Massepotential gelegt werden kann, was die Bedeutung "Niederdruck-Vorwärmerstrang voll geöffnet" hat.
· .
Den Reglern 81, 91 wird ferner eine Korrekturgröße zugeführt, die aus einem Vergleicher 82 kommt, an dessen
Eingang wiederum Meßwerte von Meßstellen 83.1...83.η
anliegen. Die Meßstellen 83.1...83.η messen die thermisehen
Spannungen in den Niederdruck-Vorwärmern 15.1...15.n, die bei den verschiedenen thermischen Belastungen
der Niederdruck-Vorwärmer - Kondensatdurchfluß gestoppt, Kondensatdurchfluß stetig geregelt, Kondensatdurchfluß
voll geöffnet - auftreten. Mit Hilfe der Kor-
__ rekturgröße werden die Regler 81 bzw. 91 derart synchro-
nisiert, daß die Menge des Anzapfdampfes exakt auf die
509/83 //6"- 9 :
Menge des gerade fließenden Kaltkondensats abgestimmt ist, so daß die thermischen Spannungen innerhalb vorgegebener,
zulässiger Grenzen bleiben.
Dem Regler 91, der das Kondensatdurchflußventil 14 mit
einem Stellungssignal Xy versorgt, wird ferner das Ausgangssignal eines Grenz-Kondensatdurchflußreglers 101
zugeführt. Dieser Regler 101 bildet den Soll-Istwertvergleich
für den Grenz-Kondensatdurchfluß m^, wobei der
Istwert durch einen Meßgeber 102 gemessen und der Sollwert entweder ein Normalwert m^jj aus einem Sollwertgeber
103 oder ein reduzierter Sollwert m^2 aus einem Sollwertgeber
104 ist, wobei die Sollwerte mit Hilfe eines Umschalters 105 umschaltbar sind.
Der Regler 91 zum Regeln der Stellung des K'ondensatdurchflußventils
14 gibt ferner ein Ausgangssignal X-] ab, welches das Regelventil 12 für den Mindestdurchfluß
der Hauptkondensatpumpe 11 dann mit Vorhalt öffnet, wenn
das Kondensatregelventil 14 schnell geschlossen wird. Hierdurch wird nicht nur die für eine einwandfreie Punktion
der Hauptkondensatpumpe 11 erforderliche Mindestfördermenge eingehalten, sondern vielmehr ein Druckstoß
in der Kondensat-Rohrleitung wirksam vermieden.
Der Vermeidung des Druckstoßes in den Niederdruck-Vorwärmern 15.1...15.η dient auch die Anordnung des Kondensatregelventils
14 vor dem ersten Niederdruck-Vorwärmer 15.1.
Im Normal-Betriebsfall wird das Regelventil 12 für den
Mindestdurchfluß der Hauptkondensatpumpe 11 in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen einem in einem Meßgeber 93 gemessenen Istwert des Kondensatdurchflusses mg und
dem von einem Sollwertgeber 92 kommenden Sollwert geregelt.
509/83 n 10
Prinzipiell wäre es auch möglich, das Kondensatregelventil 14 zu ersetzen durch eine drehzahlgeregelte Kondensatpumpe
mit geringer Stellzeit. Das noch zu beschreibende Regelverfahren wird dadurch nicht geändert.
Die regelungstechnische Anlage enthält ferner noch eine Umschaltlogik 71, der über (gestrichelt gezeichnete)
Leitungen logische Eingangssignale zugeführt werden und
IQ die an ihrem Ausgang ebenfalls logische Signale abgibt.
Die Eingangsgrößen der Umschaltlogik 71 kommen aus dem Leistungsregler 21, aus dem Kaltkondensatbehälter 13,
wobei dessen maximaler Füllstand Hmax ausgewertet wird,
und dem Speisewasserbehälter 17, wobei dessen minimales Niveau Hjn^n sowie ein reduziertes Normal-Niveau Hg ausgewertet
werden. Am Ausgang der Umschaltlogik 71 erscheint ein erstes Ausgangssignal A, welches den Umschalter
72 und den Umschalter 105 betätigt, sowie ein Ausgangssignal C, welches den Umschalter 44 betätigt.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf für die Aktivierung der resultierenden Stellreserve Δ P/Pn entsprechend den
DVG-Anforderungen. Der Kraftwerksblock muß für einen Stellbereich der Primärregelung von mindestens 5% der
Nennleistung ausgelegt sein. Bei fossilgefeuerten Kraftwerksblöcken, für die das erfindungsgemäße Regelverfahren
konzipiert ist, soll innerhalb dieses Stellbereichs eine Leistungsänderungsgeschwindigkeit erreicht werden,
die es ermöglicht, mindestens die Hälfte des Stellbereichs - entsprechend 2,5$ - innerhalb von 5 Sekunden
und den gesamten Stellbereich innerhalb von 30 Sekunden zu durchfahren. Diese DVG-Anforderungen sind für fossilgefeuerte
Kraftwerksblöcke sehr scharf. Sie sind deshalb so scharf, weil von den im Einsatz befindlichen Kraft-
3g Werkeinheiten eines Unternehmens im allgemeinen nicht
alle zur Primärregelung beitragen, z.B. weil einige
509/83
Blöcke in reinem Gleitdruck betrieben werden. Die Anforderungen an jeden einzelnen primärgeregelten Block hinsichtlich
Stellbereich und Leistungsänderungsgeschwindigkeit müssen daher höher sein als die durchschnittliehen
Werte für die resultierende Stellreserve. Deshalb werden zur Zeit Wasserkraftwerke bzw. auch Kernkraftwerke,
die höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeiten als konventionelle thermische Blöcke erreichen, für die
eigentliche Primärregelung herangezogen; nach bisherigen Verfahren geregelte, fossilgefeuerte Kraftwerksblöcke
würden - wie schon eingangs erwähnt - eine ständige Androsselung der Einlaßventile zwischen '\0% und 20% erfordern,
wodurch jedoch Wärmeverluste von Ο,4"5% bis 1,1£
auftreten, was die Kraftwerksbetreiber kaum tolerieren können.
Anhand der Figuren 3 und 4 soll das erfindungsgemäße
Regelverfahren im einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt Fig. 3 das Verhalten des Kraftwerksblocks und der
Steuer- und Regelanlage, wenn ein Netzfrequenzeinbruch dann eintritt, wenn die momentane Leistung Pq des Kraftwerksblocks
gleich 40$ der Nennleistung Pjj ist. Figur 4
zeigt das Verhalten, wenn der Netzfrequenzeinbruch dann stattfindet, wenn die momentane Leistung Pq des Kräftig Werksblocks gleich der Nennleistung Pfj ist. Auf den
x-Achsen ist jeweils die Zeit t in Minuten aufgetragen. Auf den y-Achsen sind im obersten Diagramm die Netzfrequenz
f, im mittleren Diagramm die Kraftwerks-Ist-Leistung P, die Brennstoff leistung Pg und die Leistung PfjDV
des Niederdruck-Vorwärmerstrangs, und im unteren Diagramm die Stellung Y des ersten Einlaßventils 4, die
Stellung Xy des Kondensatregelventils 14 und der Druck
PpD des Frischdampfes vor dem Einlaßventil 4 aufgetragen.
Δ f ist die Größe des Netzfrequenzeinbruchs gegenüber der Netz-Synchronfrequenz fg. Pqo = ?0 + °>°5 · Pfj
ist die gemäß den DVG-Anforderungen um 5% der Nennlei-
509/83 /18* 1?
stung erhöhte Leistung. Xpj ist die normale Stellung des
Kondensatregelventils 14. Yjj ist die normale Stellung
des ersten Einlaßventils 4. Ymax bezeichnet die maximal
offene Stellung des Einlaßventils 4.
Betrachtet man zunächst die Fig. 3, so erkennt man, daß zum Zeitpunkt t0' ein Einbruch Af der Netzfrequenz f
gegenüber der Synchronfrequenz fo auftritt, der eine
bestimmte Größe übersteigt und für längere Zeit anhält.
Ein derartiger Netzfrequenzeinbruch tritt üblicherweise bei einer Überlastung des Netzes durch Anschalten überdurchschnittlich
vieler Verbraucher oder durch Ausfall eines oder mehrerer Kraftwerksblöcke auf. Für die Ausregelung
von derartigen größeren Netzfrequenzeinbrüchen werden beim Verfahren nach der Erfindung üblicherweise
zuerst die Einlaßventile aufgefahren und anschließend daran der Kondensatdurchfluß mehr oder weniger gestoppt.
Wenn jedoch der Frequenzeinbruch so groß ist, daß er durch Verfahren der Einlaßventile allein nicht mehr ausgeregelt
werden kann, wird der Niederdruck-Vorwärmerstrang gleichzeitig und parallel abgeschaltet. Bei dem
Betriebszustand Pq = 0,4 · Pjj befindet sich das Einlaßventil
4 zunächst in einer normalen, vorberechneten Stellung Y^, die gegenüber dem Maximalwert Ymax um e^wa
-_ 5% angedrosselt ist. Mit dieser Androsselung muß das
25
Leistungsdefizit des Kondensatstopps ausgeglichen werden,
um auf die von den DVG-Anforderungen geforderte 5/6-ige Leistungserhöhung zu kommen. Beim Auftreten des
Netzfrequenzeinbruchs Af zum Zeitpunkt tg werden des-
OQ halb die Einlaßventile 4,7 bis auf den Maximalwert' Y^ax
aufgefahren und gleichzeitig das Kondensatregelventil 14 von seinem normalen Stellungswert X^ auf Null heruntergefahren.
Gleichzeitig werden die Absperrorgane 16.1... 16. (n+1) in den Anzapfdampfle.itungen G,D,E synchron
zum Kondensatregelventil 14 geschlossen, was jedoch in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt ist.
Um einen unzulässigen Druckwasserstoß in der Rohrleitung zu verhindern, wird das' parallel zur Hauptkondensatpumpe
11 geschaltete Regelventil 12 mit Vorhalt geöffnet.
- Durch das öffnen der Einlaßventile sinkt der Frischdampfdruck
ppi) und der Kraftwerksblock kommt in die
Betriebsart "natürlicher Gleitdruck". Die an das Netz abgegebene Leistung P steigt entsprechend den DVG-Anforderungen
um 5% der Nennleistung, wobei der Leistungsan-
IQ stieg durch das Abschalten der Anzapfdampfleitungen bis
auf den maximalen Wert PfjüVmax ausgeschöpft wird.
Gleichzeitig wird die Brennstoffleistung Pg erhöht. Zum
Zeitpunkt t-| übersteigt die Brennstoffleistung Pg die
dem Netzfrequenz-Einbruch Af entsprechende Kraftwerkblockleistung
Pqo> so daß die Stellung Xy des Kondensatregelventils
über den Normalbetriebswert Xjj hinaus geöffnet
werden kann. Zum Zeitpunkt t-j wird auch der Sollwert Yn auf den anderen Sollwert Y-j umgeschaltet. Das
Nachfüllen des teilweise geleerten Speisewasserbehälters 17 beginnt und dauert bis zum Zeitpunkt t^. Wie noch
beschrieben wird, muß wegen des Eingriffs des Grenz-Kondensatdurchflußreglers 101 das Einlaßventil 1J geringfügig
und kurzzeitig angedrosselt werden, um einen eventuellen Leistungsüberschuß an der Turbine auszuregeln.
Das Androsseln der Einlaßventile 4,7 und gegebenenfalls
25
der dadurch überproportionale Anstieg des Frischdampfdrucks
ppß werden dazu benutzt, um das Einstellen der
Brennstoffleistung Pg auf den neuen Beharrungszustand zu
beschleunigen. Im Zeitpunkt t2 ist das reduzierte Niveau
^Z *m Speisewasserbehälter erreicht, so daß der bisher
blockierte Kondensatstopp freigegeben werden kann.
Zum Zeitpunkt t3 ist das Nachfüllen des Speisewasserbehälters
auf das Normal-Niveau Hn beendet. Das Kondensat-
__ regelventil und synchron dazu die Absperrorgane in den
ob
Anzapfleitungen werden auf den Normalbetriebswert Xn
509/83 - %ü~ 14
zurückgestellt, ebenso die Einlaßventile auf ihren Normalbetriebswert
Yn j wobei der Sollwert von dem erhöhten
Sollwert Y-], der im allgemeinen dem Maximalwert Ymax
entspricht, auf den der momentanen Kraftwerksleistung entsprechenden Normalwert Yjj zurückgeschaltet wird.
Gleichzeitig wird die Brennstoffmenge auf ihren der neuen Kraftwerksleistung P0Q entsprechenden Wert eingeregelt,
worauf sich auch der Frischdampfdruck ppp auf
seinen neuen Beharrungswert einstellt.
Um die Dauer des beschriebenen Regelvorgangs möglichst
kurz zu halten, wird beim Eingreifen der Grenz-Kondensatdurchflußreglers
101 der ursprüngliche Sollwert Y^ für die Stellung der Einlaßventile 4,7 auf einen höheren
ις Sollwert Y-| umgeschaltet. Damit wird verhindert, daß
wegen der am Leistungsregler 21 immer noch anstehenden negativen Regelabweichung die Einlaßventile 4,7 zugefahren
werden, wodurch wie erwähnt die thermischen Verluste des Kraftwerkblocks unnötig erhöht würden. Die starke
Androsselung der Einlaßventile 4,7 hätte außerdem zwangsläufig eine unnötige Frischdampfdruckerhöhung zur
Folge, die nach der Beendigung des Nachfüllens des Speisewasserbehälters 17 wiederum eine relativ große
Druckreduzierung bedeuten würde.
Fig. 4 zeigt das Verhalten von Kraftwerkblock und regelungstechnischer
Anlage, wenn die momentane Leistung Pq 100?£ der Nennleistung P^ des Kraftwerkblocks entspricht.
Man erkennt dies daran, daß das Einlaßventil bereits auf dem Maximalwert Ymax steht. Der Wert Y bleibt zunächst
auf Ymax> während die Stellung Xy von ihrem Normalbetriebswert
X^ sehr schnell gegen Null heruntergefahren wird.
Mit dem Schließen des Kondensatregelventils 14 und der Absperrorgane 16.1...16.(n+1) steigt die Leistung P der
509/83 - Ji. 15
Turbine synchron mit P^dv an* Gleichzeitig wird über den
Brennstoffregler mehr Brennstoff auf die Kesselfeuerung gegeben, so daß auch Pg ansteigt. Dieser Vorgang ist
jedoch wesentlich langsamer.
Sobald die Dampfleistung des Kessels durch die vermehrte
Zugabe von Brennstoff ansteigt, kann der Kondensatfluß entsprechend wieder freigegeben werden. PfjDV sinkt synchron
mit dem Ansteigen von Pg. Gleichzeitig steigt Xy
wieder. Sobald im Zeitpunkt ty die Brennstoffleistung Pg
die um 5% erhöhte Blockleistung Pqq übersteigt, kann der
Kessel mehr Leistung abgeben, als der Kraftwerksblock in das Netz liefern muß. Dieser Leistungsüberschuß wird
dadurch aufgefangen, daß der Kondensatdurchfluß mg durch
<Er die Niederdruck-Vorwärmer 15.1 ...15.η über den Normal-Io
wert erhöht wird; das Kondensatregelventil 14 wird über
den Normalstellungswert Xjj geöffnet. Der Leistungsüberschuß
von Pg über Pqo wird jetzt durch eine erhöhte Ableitung
von Anzapfdampf aus der Turbine ausgeglichen.
Zum Zeitpunkt ti beginnt deshalb das Nachfüllen des in-
, - '
folge des Kondensatstopps teilweise geleerten Speisewasserbehälters
17. Da der tatsächlich fließende Kondensatmassenstrom mg durch den Grenzdurchfluß-Regler 101 bestimmt
wird und der Grenzdurchfluß abhängig ist von der
__ momentanen Leistungsabgabe P des Kraftwerksblocks,
könnte ein Leistungsüberschuß des Kessels über die benötigte Turbinenleistung entstehen. Dieser Leistungsüberschuß
wird durch kurzzeitiges Androsseln der Einlaßventile 4,7 im Zeitpunkt ti ausgeglichen. Aus diesem Grund
steigt auch der Frischdampfdruck ppp ab t-| schneller an,
als es dem reinen Gleitdruckbetrieb entsprechen würde. Die Androsselung der Einlaßventile 4,7 wirkt auch, wie
schon beschrieben, auf den Brennstoffregler 51 im Hinblick auf eine schnellere Steuerung der Brennstoffmenge
auf einen Beharrungswert.
509/83
Solange das Nachfüllen des Speisewasserbehälters 17 andauert, ist die Regelung derart blockiert, daß ein Kondensatstopp,
beispielsweise bei einem neuerlichen Frequenzeinbruch, nicht eingeleitet werden kann. Sobald
jedoch zum Zeitpunkt t2 das Niveau im Speisewasserbehälter
17 das reduzierte Niveau Hz erreicht, wird die Regelung
freigegeben. Das Nachfüllen dauert jedoch noch so lange, bis das Normal-Niveau % erreicht wird; das ist
im Zeitpunkt t3 der Fall. Im Zeitpunkt t-$ werden das
IQ Kondensatregelventil 14 durch Reduzierung des Stellungswertes Xy auf Xfj zugefahren und die Brennstoffmenge auf
den Wert der momentanen Kraftwerksblockleistung Pqo re~
duziert. Ein Überschuß an Dampfleistung gegenüber der momentan an das Netz abgegebenen Leistung P wird durch
kurzzeitiges Androsseln der Einlaßventile 4,7 ausgeregelt. Infolge dieser Androsselung steigt auch de'r Druck
PpD des Frischdampfes kurzzeitig an, bis er sich infolge
der reduzierten Brennstoffleistung Pg auf seinen neuen, der um 5% erhöhten Kraftwerksblockleistung Pqo entsprechenden
Wert einstellt.
In dem Augenblick, in dem entweder am Leistungsregler 21 wieder eine positive Regelabweichung - Istwert ist kleiner
als Sollwert - ansteht oder die tatsächliche Stellung der Einlaßventile 4,7 den Wert des ursprünglichen
Sollwerts Y^ erreicht, wird vom maximalen Stellungssollwert Y-] auf den normalen Sollwert Yjj zurückgeschaltet.
Somit steht nach Beendigung des Regelvorgangs die Steuer- und Regelanlage für die Ausregelung eines weiteren
Netzfrequenzeinbruchs wieder voll zur Verfügung.
Während des sogenannten Kondensatstopps wird der Kessel
1 aus dem Speisewasserbehälter 17 versorgt, während der Speisewasserbehälter 17 selbst nicht nachgefüllt wird.
Bei längerem Andauern dieser Betriebsart kann ein minimaler Wasserstand Hmin im Speisewasserbehälter 17 er-
509/83
reicht werden. In diesem Fall muß ohne Rücksicht auf den Bedarf des Leistungsreglers 21 der Kondensatstopp sofort
beendet werden. Dies wird durch die Umschaltlogik 71 veranlaßt, welche sofort auf die bereits beschriebene
g Betriebsart "Nachfüllen" umschaltet. Hierbei wird jedoch der Kondensatdurchfluß nur geringfügig über den Wert
erhöht, der im Normalbetrieb dem momentanen Leistungssollwert entsprochen hat. Es wird also nicht der Grenzdurchfluß
sondern ein verringerter Durchfluß entsprechend dem Sollwert m^ eingeschaltet. Wenn das Niveau im
Speisewasserbehälter 17 das gegenüber dem Minimal-Niveau Hmj_n etwas erhöhte Niveau H2 erreicht hat, übernimmt der
Niveauregler 61 die Steuerung des Kondensatregelventils 14, so daß der Speisewasserinhalt auf diesem Niveau gehalten
wird. Dieses etwas erhöhte Niveau H2 wird solange geregelt, bis die Leistung P durch den Anstieg der
Brennstoffleistung Pg auf den geforderten Sollwert Pqo
gebracht wird. Ist dies erreicht, wird der Auffüllvorgang entsprechend der bereits beschriebenen Betriebsart
"Nachfüllen" freigegeben. Auf diese Weise wird der einwandfreie Betrieb des Kraftwerkblocks gewährleistet und
gleichzeitig das wegen der Unterbrechung des Kondensatstopps zwangsläufig eingetretene Leistungsdefizit möglichst
klein gehalten.
Wie schon eingangs erwähnt, dient das erfindungsgemäße
Verfahren dazu, größere, länger dauernde Netzfrequenzeinbrüche auszuregeln. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, daß im Lastpunkt Pq = Pn keine Androsselung der Eingangsventile erforderlich
ist und daß beim Lastpunkt Pq = 0,4 · P^ nur etwa
5% Androsselung nötig sind, um. den strengen DVG-Anforderungen an einen gleitdruckbetriebenen, kohlebefeuerten
und mit Zwangsdurchlaufkessel mit Zwischenüberhitzung ausgestatteten Kraftwerksblock gerecht zu werden.
Zum Ausregeln der erwähnten kleinen, stochastisehen Netzfrequenzabweichungen werden die Einlaßventile in der
Praxis auch im Lastpunkt 10OiS Pjj geringfügig, d.h. etwa
um 2% angedrosselt. Dies wird bei der Berechnung der Sollwerte Yn bzw. Y-j für die Stellung der Einlaßventile
4,7 berücksichtigt.
Leerseite
Claims (12)
- 509/83 -tf :-.Ansprüche.}Verfahren zum Ausregeln von Netzfrequenzeinbrüchen bei einem gleitdruckbetriebenen Dampfkraftwerkblock, enthaltendeinen Kessel mit träger Feuerung und kleinem Spei-IQ chervolumen,eine mehrstufige Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung des Dampfes und Anzapfleitungen, ein drosselbares Einlaßventil vor der Dampfturbine, ein drosselbares Einlaßventil hinter dem Zwischen-1S Überhitzer,eine Hauptkondensatpumpe,
einen Kaltkondensatbehälter,
- einen Niederdruck-Vorwärmerstrang, ein Kondensatregelventil in der Kondensatleitung des Niederdruck-Vorwärmerstrangs, einen Speisewasserbehälter undAbsperrorgane in den Anzapfleitungen von der Turbine zum Niederdruck-Vorwärmerstrang, wobei bei plötzlichen Belastungen der Dampfturbine der -_ Niederdruck-Vorwärmerstrang ausgeschaltet wird, indemdas Kondensatregelventil in der Kondensatleitung und die Absperrorgane in den Anzapfleitungen ganz oder teilweise geschlossen werden, und bei Überschreitung der benötigten Kesselleistung bzw. bei Entlastung der Dampfturbine das Kondensatregelventil weiter geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet,daß zunächst die Einlaßventile (4, 7) stetig geöffnet und der Niederdruck-Vorwärmerstrang (15.1, ...15.n,17) stetig ausgeschaltet werden, wobei das Kondensatregelventil (14) und die Absperrorgane (16.1, ...I6.(n+1)) synchron zugefahren werden,509/83daß gleichzeitig die Brennstoffzufuhr zum Kessel (1) korrespondierend erhöht wird, daß beim Auftreten eines Dampfleistungsüberschusses der Niederdruck-Vorwärmerstrang (15.1,...15.η,17) wieder stetig eingeschaltet wird, indem das Kondensatregelventil (14) und die Absperrorgane (16.1, ...Ιβ.η) synchron·geöffnet werden," daß anschließend das Kondensatregelventil (11O über die der momentanen Turbinenleistung entsprechende1Q Betriebsstellung hinaus geöffnet wird, daß gleichzeitig die Brennstoffzufuhr zum Kessel (1) bei voll geöffneten Einlaßventilen (4,7) weiterhin erhöht wird,
daß der Sollwert für die Stellung der Einlaßventile (4,7) auf einen zweiten höheren Wert (Y-]) umgeschaltet wird, wodurch die Brennstoffzufuhr auf einen neuen Beharrungszustand eingestellt wird, daß bei beendeter Nachfüllung des Speisewasserbehälters (17) das Kondensatregelventil (14) in seine der momentanen Turbinenleistung entsprechende Betriebsstellung gebracht wird, die Einlaßventile (4, 7) entsprechend der geforderten Turbinenleistung angedrosselt werden, der Sollwert für die Stellung der Einlaßventile (4,7) auf seinen Normal-2_ wert (Yn) zurückgeschaltet wird, wobei der Normalwert (Yn) abhängig ist von der mittels Ausschalten des Niederdruck-Vorwärmerstrangs (15.1...) erreichbaren Erhöhung der Turbinenleistung, und die Brennstoffzufuhr auf diesen definitiven Beharrungszustand eingeregelt wird. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das öffnen der Einlaßventile (4, 7) und das Schließen der Absperrorgane (16.1, ...I6.n) und des Kondensatregelventils (14) gleichzeitig erfolgen.33S42S2 ■509/83 "J-
- 3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung (Z) des Einlaßventils (7) hinter dem Zwischenüberhitzer (6) von der Stellung (Y) des Einlaßventils (4) vor der Dampfturbine abhängig gesteuert wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Spannungen im Niederdruck-Vorwärmerstrang (15.1...15.11,17) gemessen werden und daß das Öffnen und Schließen der Absperrorgane (16.1... I6.n) und des Kondensatregelventils (11I) so synchronisiert wird, daß die thermischen Spannungen die zulässigen Werte nicht überschreiten.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-15net, daß der zweite Sollwert (Y1) des Reglers (41) für die Stellung der Einlaßventile (4, 7) nach dem Öffnen des Kondensatregelventils (14) auf maximal offen umgeschaltet wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach beendeter Nachfüllung des Speisewasserbehälters (17) der Sollwert für die Stellung der Einlaßventile (4, 7) auf seinen errechneten Normalwert zurückgeschaltet wird, sobald entweder der Istwert(Pist) der Kraftwerksblockleistung unter den Sollwertsinkt oder die tatsächliche Androsselung der Einlaßventile (4, 7) den errechneten Wert (Yjj) erreicht.
- 7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Absinken des Wasserstandes (H) im Speisewasserbehälter (17) auf ein minimales Niveau (Hmin) und bei gleichzeitigem Ausgeschaltetsein des Niederdruck-Vorwärmerstrangs (15.1, ...15.11,17)der Niederdruck-Vorwärmerstrang (15.1, ...15.n,17)509/83 I/wieder eingeschaltet wird,anschließend das Kondensatregelventil (14) geringfügig über die der momentanen Kesselleistung entsprechende Betriebsstellung hinaus geöffnet wird, g - bei Erreichen eines gegenüber dem minimalen Wasserstand (Hmj[n) etwas erhöhten Niveaus (H2) das Kondensatregelventil (14) so geregelt wird, daß dieses Niveau (H2) gehalten wird, bis die Turbinenleistung (P^gfc) durch die Auswirkung der erhöhten Brennstoffzufuhr ihren Sollwert erreicht bzw. überschreitet unddann das eigentliche Nachfüllen des Speisewasserbehälters (17) durchgeführt wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung durch Ein- und Ausschalten des Niederdruck-Vorwärmerstrangs (15·1,...15.n,17) wieder freigegeben wird, sobald ein vorgegebener, ausreichender Wasserstand (H2) im Speisewasserbehälter (17) erreicht ist, der jedoch noch unter dem Wert (%) der Niveauregelung im Normalbetrieb liegt.
- 9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim schnellen„_ Schließen des Kondensatregelventils (1,7) ein Regelventil (12) für den Mindestdurchfluß der Hauptkondensatpumpe (11) mit Vorhalt geöffnet wird.
- 10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr nicht nur in Abhängigkeit von der Soll-Istwertdifferenz der Stellung (Y) der Einlaßventile (4,7) sondern auch in Abhängigkeit vom gemessenen Wert des Dampfdrucks (pK) hinter dem Verdampfer des Kessels (1) geregelt wird.
- 11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche509/83bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr nicht nur in Abhängigkeit von der Soll-Istwertdifferenz der Stellung (Y) der Einlaßventile (4,7) sondern auch in Abhängigkeit von dem gemessenen Druckabfall über den Einlaßventilen (4, 70 geregelt wird.
- 12. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3D zur Erkennung von Einbrüchen^q der Netzfrequenz (f) und zum Ansteuern der Regler (81,91) für die Absperrorgane (16.1...16.n) und des Kondensatregelventils (14),einen Leistungsregler (21), der in Abhängigkeit von einem Leistungssollwert (PK) und den Istwerten der elektrischen Leistung (P) und der Turbinendrehzahl (n) die Einlaßventile (4,7) verstellt und gleichzeitig die Einrichtung (31) zur Erkennung von Einbrüchen der Netzfrequenz (f) und einen Einlaßventilstellungsregler (41) beeinflußt, den Einlaßventilstellungsregler (41), dessen Sollwert zwischen zwei Sollwertgebern (42,43) umschaltbar ist, und der einen Brennstoffregler (51) mit einem Sollwert versorgt,
den Brennstoffregler (51), der die Menge des dem__ Kessel (1) zugeführten Brennstoffs regelt, den Regler (81) zum Regeln der Stellung der Absperrorgane (16.1...I6.n) in den Anzapfleitungen (D,E,G) der Turbine (5.2,5.3),
den Regler (91) zum Regeln der Stellung des Kondensatregelventils (14),einen Speisewasserbehälter-Niveau-Regler (61), dessen Sollwert zwischen zwei Sollwertgebern (63,64) umschaltbar ist, und der den Regler (91) zum Regeln der Stellung des Kondensatregelventils (14) in Abhängigkeit vom Niveau im Speisewasserbehälter (17) ansteuert,509/83einen Regler (101) für den Grenz-Kondensatdurchfluß (nifr), dessen Sollwert zwischen zwei Sollwertgebern (103,104) umschaltbar ist, und eine Umschaltlogik (71), die die Umschaltung der Sollwerte für die Regler (81,91) zum Regeln der Stellung der Absperrorgane (16.1...16.n) bzw. des Kondensatregelventils (14), für den Regler (101) für den Grenz-Kondensatdurchfluß (m^) sowie für den Einlaßventilstellungsregler (41) durchführt in Abhängigkeit von Leistungsregler (21) sowie den Niveaus (Hmin,Hz) im Speisewasserbehälter (17) bzw. (Hmax) im Kaltkondensatbehälter (13).
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