DE3309446A1 - Elektrohydraulische regeleinrichtung fuer turbomaschinen, insbesondere turbinen - Google Patents

Description

KRAPTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAJj¹O? Unser Zeichen Mülheim a. d. Ruhr VPA 83 P 6010 DE

Elektrohydraulisch^ Regeleinrichtung, für Turbomaschinen, insbesondere Turbinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrohydraulische Regeleinrichtung für Turbomaschinen, insbesondere Dampf-Turbinen, unter Verwendung elektrohydraulischer Kompaktantriebe für deren Ventile, wie Regel-, Schnellschluß- oder Umleitventile, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher elektrohydraulischer Kompaktantrieb ist z. B.

durch die DE 30 19 602 A1 bekannt und in einer weiter entwickelten Form hinsichtlich seiner konstruktiven und ■ schaltungstechnischen Merkmale in einer Patentanmeldung beschrieben, die das gleiche Anmeldedatuin wie die vorliegende aufweist (internes Aktenzeichen: VPA 83 P 6007 DE

entsprechend P ).

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer elektrohydraulischen Regeleinrichtung, die an den geochildertori Kompaktantrieb adaptiert ist, und hat sich zur Aufgabe gestellt, ein elektrisches Regelungssystem für Turbomnschinen, insbesondere Dampfturbinen, zu schaffen, wclolu;:· hinsichtlich Regelungsgenauigkeit, -geschwindigkeit und inhärenter Sicherheit im Vergleich zu einem konventionellen elektrohydraulischen Regelungssystem verbessert int und mit dem sich eine Vielzahl hydraulischer Signalleitungen einsparen läßt.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer eloktrohydraulischen Regeleinrichtung der eingangs genannt; ο π Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.

Bu 2 Fl/16.3.1983

;30944δ

- VPA 83 P 6010 DE Im folgenden wird anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, diese noch näher erläutert. Darin zeigt in Tabellenform, Blockschaltbild- bzw. Diagramm-Darstellung:

Fig. 1 die. Funktion (Spalte 1) einer konventionellen elektrohydraulischen Regeleinrichtung (Spalte 2), mit der einer elektrohydraulisehen Regeleinrichtung nach der Erfindung (Spalte 3) verglichen ', . die dort mit Regler ♦ bezeichnet ist;

Fig. 2 einen schaltungsmäßigen Vergleich der konventionellen Regelschaltung (A - oberer Teil der Fig. 2) mit der im unteren Teil B der Fig. 2 mit Turbinenregler 82 be-1^[j zeichneten elektrohydraulischen Regeleinrichtung nach der Erfindung;

Flg. 3 eine vorteilhafte funktionelle und räumliche Anordnung der Regeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4- eine Schaltung zur Ventilkennlinien-Linearisierung (B) mit dem zugehörigen Diagramm (A);

Fig. 5 eine Schaltung des Drehzahl-Redundantreglers;

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Turbinenreglers einer Regeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 7 ein Blockdiagramm des Drehzahl- und Leistungs-Reglers mit Maximalauswert- und Minimalauswert-Verknüpfung (oberer Teil A) und das Regelungsverhalten (Übergangsfunktion) bei einer Schaltung Lastinselbetrieb (unterer Teil B der Fig. 7); und

Fig. 8 in einer entsprechenden Darstellung zu Fig. 2, jedoch detaillierter, den Vergleich eines konventionellen elektrohydraulischen Reglers (oberer Teil A) mit einer COPY Regeleinrichtung nach der Erfindung (unterer Teil B) der Fig. 8).

Turbmenregeleinr ich tung im TRS 82 ¹V ■

Merkmale jies Reglers 82

•τί

Die wesentlichen Merkmale der neuen "Turbinenregeleinrichtung 82"!'Jcönnen im Vergleich zu denen des bisherigen "Elektro-Hy d r au 1 i sehen Tür bine nregler.^ d<m EjM)I entnommen werden. —1-

Die entsprechenden Strukturen sind, wiederum im Vergleich,

- dargestellt. -

2a;b^ö JxjuÜAt»

Die Begründung für die Änderung läßt sich aus dem Begriff "Ablösende Regler" ableiten. Im Gegensatz zum "Elektro-Hydraulischen Turbinenregler" wirkt von den im Regler integrierten Führungsregler Drehzahl, Leistung oder Druck in jedem Betriebzustand nur jeweils einer auf die Stellantriebe^

Pifi. Funktionelle und räumliche Anordnung (-B-i4r4 3)

Zur Erhaltung einer zumindest gleich guten Anlagensicherheit und -Verfügbarkeit wie beim bisherigen Regelsystem mit dem elektrohydraulischen Turbinenregler (EHR) und dem hydraulischen Stand-by-Drehzahlregler muß das Regelsystem 82 mit der gleichen Redundanz ausgerüstet sein.

Aus diesem Grund wird neben den Betriebsregler (Regler 82) ein elektrischer Drehzahl-Redundantregler mit völlig unabhängiger Sollwert- und Istwertbildung gestellt. Diese beiden Führungsregeleinrichtungen sind in getrennten Schränken im Elektronikraum untergebracht.

Die Ausgänge der Führungsregler werden vervielfacht und zu den Stellungssollwertbildungen geführt.

Jedem Türbinenste 1!ventil wird eine Stellungssollwertbildung zugeordnet, die räumlich so im Slektronikraum untergebracht ist, daß Gerätestörungen (Spannungsausfall/Kurzschluß usw.) in einem Schrank nur Auswirkungen auf eine SS-Stel1-Ventilkombination haben können. In der S te 1lungs sol1 wertbildung erfolgt sowohl die Auswahl des Führungssignales als auch die Signalanpassung an die Ventilkennlinie (Ventilkennlinienlinearisierung).

Dem jeweiligen Ausgangs signal der Stellungs sollwertbildungen sind eine Vorort-Steuereinrichtung und die zugehörige Stellungsregeleinrichtung nachgeschaltet. Diese elektronischen Funktionen sind in den VorortStationen des Turbosatzes räumlich so eingebaut, daß sich keine gegenseitigen Beeinflussungen bei Einzelstörungen ergeben.

Mit der Vor ortsteuerung ist es möglich, jedes Turbinenstellventil von Hand zu verfahren, wenn über eine Verriegelung der Handbetrieb angewählt wird. Ein vom Stellungsregler oder SS-Signal geforderte größere Schließstellung hat jedoch Vorrang.

Der Stellungsregler besteht aus einem proportionalen Regler mit einem Stromverstärker zur Ansteuerung des Servoyenti1s. In Abhängigkeit der Regelabweichung wird gegebenenfalls die Stellgeschwindigkeit in Schließrichtung durch Ansteuerung der 2/2-Wege-Ventile erhöht.

:■ FiCf.

Vent ilkennl inienl inear is ierung (-B-aA-d 4Π

Di/e Türbinenventile haben, in Verbindung mit den Druckzuständen an den Ventilen, eine Kennlinie, die einen nichtlinearen Dampfdurchsatz in Abhängigkeit des Ventilhubes bewirkt. Zur Erzielung einer gleichbleibenden Verstärkung (Dampfmassenstrom linear zum Ausgangs signal des Turbinenreglers) werden Kennlinienbilder in den Stellungssollwerten der Ventilstellungs-Regelkreise vorgesehen. Durch die Verlegung der Ventilkennlinienlinearisierung in die S te 1lungs Sollwerte wird, im Gegensatz zur derzeitigen Technik, die Dynamik der Stellantriebe nicht beeinflußt.

Die Kennlinien können sehr genau und mit unendlich großer Langzeitkonstanz (bei der Inbetriebnahme) programmiert werden. Durch die Verwendung von Digitaltechnik ist eine feinstufige Linearisierung des Dampfdurchsatzes über dem Hub möglich. Damit ergibt sich eine konstantere Verstärkung Dampfdurchsatzänderung zu Regelabweichung bis zur Offenendstellung. Dies wiederum führt zu einer besseren Ausnutzung des Ventilhubes mit kleineren Druckverlusten.

Funktion: In Abhängigkeit der FührungsgröSe Ξ erzeugt der Kennlinienbildner das Signal A*. Von der Führungsgröße subtrahiert entspricht das Ausgangs signal A dem gewünschten S tellungssolIwert. Über die Minimalwertauswahl wir ein Schließen des Ventils bei Ausfall des Kennlinienbildners in 100 %-Richtung verhindert.

Elektrischer Drehzahl-Redundantregler im TRS 32 (B-i-A-d 5)

Der elektrische Drehzahl-Redundantregler dient als Überdrehzahl-Grenzregler. Er kommt dann in Funktion, wenn der Be triebsregier (Regler 82) nicht verfügbar ist.

Der Drehzahlistwert wird vom Öldruck eines auf der Turbinenwelle angeordneten Impellers abgeleitet, dessen Förderdruck von einem Druckmeßumformer in ein elektrisches Signal umgeformt wird. Das Meßverfahren wurde beibehalten, um e'ine Diversität zur Messung im Regler 82 zu erreichen.

Der Drehzahl so 11 wert besteht aus

- einem Sol 1 wertste 11 er mit dem Einstellbereich von ca. 70 ... 107 %

- einem S ο 1I wertste 11er zum Prüfen der Drehzahlwächter (Kinstellbereich von ca. 107 ... 112 %)

- Tur5i^enre_grar 8 2 ($44-d 6)

Aufgabe der Dampfturbinen-Regeleinrichtung ist es, in jeder !"hase des Betriebes, z.B. Anfahren, Leistungsbetrieb,·· der Turbine über die Stellventile den Dampfstrom zur Verfügung zu stellen.

DievRegeleinrichtung 82 für die Dampfturbine beinhaltet die Führungsregler für:

Druck
Drehzahl
Lei stung

Druckregler

Der Druckregler wirkt nicht wie bisher^über den Leistungsregler, sondern zusammen mit dem Drehzahl- oder Leistungsüber eine Minimalwertauswahl auf die Ventil Stellungsregler Hierdurch kann der Druckregler unabhängig von der momentaren Betriebsart (Drehzahl- oder Leistungsregelung) auf die Stellventile einwirken. Der Regler ist umschaltbar auf Vordruck- und Grenzdruckbetrieb.

Als Grenzdruckregler ist er in der Lage, im Drehzahl- und Leistungsbetrieb bei fehlerhaft sinkendem Druck die Turbinenleistung zu reduzieren.

Im Vordruckbetrieb (Türbinenfolgebetrieb) wird der erzeugte Dampf des Dampferzeugers von der Turbine aufgenommen, wobei die HD-Stellventile so geregelt werden, daß sich ein vorgegebener Frisch-Dampfdruck einstellt.

Drehzahlregler

Der Drehzahlregler wirkt über die Ablöse schaltung in MIN-Auswahl zum Druckregler auf die Ventilstellungsregler. Der Drehzahlistwert wird - wie bekannt - digital gemessen.

Der Drehzahlsollwert kann von Hand, von einer Funktionsgruppensteuerung oder vom Synchronisiergerät im Bereich von 0 bis 120 % der Drehzahl eingestellt werden. Die Sol1wertführung Drehzahl, auf die auch der Temperaturfreibetrag vom WT-Gerät*jauf geschal tet wird, verhindert eine unzulässige Wärmebeanspruchung der Turbine beim Anfahren.

Über die Ablöse schaltung ist der Drehzahlregler jederzeit in der Lage, unzulässige Uberdrehzahlen zu verhindern.

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Lei stuagsregler

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Der Leistungsregler regelt die Wirkleistung des Generators. Er wirkt über die Ab löse scha 1 tung in Minimalwertauswahl mit dem Druckregler auf den VentilStellungsregler.

Bei Lastabwurf"auf Eigenbedarf oder O-Leistung wird der Leistungsregler unverzüglich abgeschaltet, so daß der Drehzahlregler die Regelung des Turbosatzes übernimmt. Der Sollwert des Drehzahlreglers steht dabei nahezu auf Nenndrehzahl. Bei Teillastabschaltungen auf Inselnetze wird der Ausgang des Leistungsreglers gespeichert und der Drehzahlregler entlastet auf der statischen Kennlinie.

Ablösescha1tung zwischen Drehzahl- und Leistungsregler

Im gestörten Betrieb lösen sich beide über eine Maximalwertauswahl ab. Damit der Drehzahlregler einen Drehzahlanstieg infolge eines zu hohen Leistungsreglerausgangssignals begrenzen kann, ist der Maximalwertauswahl eine Begrenzungsfunktion in Form einer Mdwcimalwertauswahl nachgeschaltet. Auf den einen Eingang dieser MaScimalwertauswahl wirkt das Aus gangssigna1 der Maximalwertauswahl, auf den anderen Eingang die Summe aus Drehzahl- und Leistungsregler. Durch diese Addition wirkt im ungestörten leistungsgeregelten Betrieb der Leistungsregler allein auf die Turbinenstellventile. Damit es bei unzulässigen Netzfrequenzänderungen nicht zu einem begrenzenden Einfluß des Drehzahlreglers kommt, wird zu dem Betrag aus Drehzahl- und Leistungsregler noch eine konstante "C" addiert. Diese wird so eingestellt, daß ein Betrieb mit Vollast bis zur maximal zulässigen Frequenz möglich wird.

Der Regler 82 kann ferner mit folgenden Funktionen ausgerüstet werden:

Primärfrequenzeinfluß im Leistungsreglerbetrieb. Für die Pr imär-F.requenzs tu tzung wird der Frequenzeinfluß aufge schal tet, der den Leistungssollwert entsprechend der Ne tzfrequenzänderung korrigiert.

Nc?tzregler«influß

D^r Loi sCiinRssnl 1 wert kann direkt dem Ausgangs s ignal i'ines NctzrcgliTs nachgeführt werden. Der Netzregler dient zur Sekundärfrequenzstutzung und/oder zur Übergabe Ie i. s t u ng s rege lung eines Betreibernetzes.

Kannlastbejirenzung

Unzulässige BeCriebszustände bei Störungen von wichtigen Aggregatren könne durch gezieltes Absenken der Turbosatzleistung verhindert werden.

COPY ,

Schnelles Venti1schließen bei Lastsprüngen (EVA), Störungen im Netz, ζ. B. bei Kurzschlüssen führen zu teilweise beachtlichen Polradwinkel- bzw. Leistungsänderungen. Eine spürbare Verbesserung sowohl der Stabilität al-.s auch des Dämpfungsverhaltens kann dann erreicht werden·^ wenn im Moment der Störung ein kurzer aber extrem schneller Eingriff auf die Stellventile zur Reduzierung der Turbosatzleistung erfolgt. Die elektronische Einrichtung dafür exi-fftiert in Form der EVA.

Funktion des Turbinenreglers 82 beim Auftreten eines Las tabwurfes

1. Lastabwurf auf 0 und Eigenbedarf

Bei einem Lastabwurf auf Eigenbedarf oder Null-Last, d.h. bei plötzlicher Trennung des belasteten Turbosatzes vom Netz, wird sofort das Leistungsreglerausgangssignal, welches die Stellung der Turbinen-Stellventile bestimmt, abgeschaltet. Dies erfolgt in Abhängigkeit des Unterschreitens eines Grenzwertes der Istleistung. Dadurch entsteht plötzlich eine große Regelabweichung am Stellungsregler in Richtung Schließen der Stellventile. Das bedeutet ein Schließen der Turbinen-Stellventile mit maximaler Geschwindigkeit, da der Drehzahl soliwert beim Anfahren des Turbosatzes auf eine Stellung entsprechend ca. 10 % Leistung gestellt wurde und dieses Signal nun für den Stellungsregler als Eingangssignal wirksam wird. Der Drehzahlregler übernimmt die Führung des Tubosatzes.

Durch diese Maßnahme wird bei einem Lastabwurf sofort einer Drehzahlerhöhung entgegengewirkt und nicht erst ein Eingreifen des Drehzahlreglers über eine Erhöhung der Drehzahl abgewartet.

2. Lastabwurf auf eine Lastinsel ( 7 F~l ^ 3 J

Lastabwurf im Netz heißt, daß die Netzfrequenz ansteigt. Die beschriebene Wirkungsweise der Ablöseschaltung vorausgesetzt, wird mit ansteigender Frequenz das Ausgangssignal des Drehzahlreglers kleiner. Das Ausgangs signal des Leistungsreglers bleibt nahezu konstant. Wird das Ausgangssignal des Drehzahlreglers kleiner als die Konstante C, führt der Drehzahlregler die Ventil Stellungsregelung. In dem Moment, in dem der Drehzahlregler über MIN führt, wird das Ausgangs signal des Leistungsreglers gespeichert (Stopp). Der Drehzahlregler entlastet den Turbosatz entsprechend der ansteigenden Netzfrequenz auf der statischen Maschinenkennlinie.

Claims (2)

1. 3309U6

   VPA 83 P 6010 DE Patentansnruche

   Elektrohydraulische Regeleinrichtung für Turbomaschinen, insbesondere Dampfturbinen, unter Verwendung elektrohydraulischer Kompaktantriebe für deren Ventile, wie Regel-, SchnellSchluß- oder Umleitventile, wobei der Kompaktantrieb versehen ist:

   t mit Mitteln zur elektrischen Energieversorgung und zum Empfang elektrischer-Ansteuersignale sowie zur Umformung derselben in entsprechende hydraulische Stell- oder Schaltgrößen,

   mit einem autarken hydraulischen Versorgungssystem, welches mindestens eine aus einem Hydraulikfluidbehälter gespeiste und von einem Elektromotor angetriebene Fluidpumpe und mindestens einen druckseitig an die Pumpe angeschlossenen hydraulischen Druckspeicher umfaßt, an welchen Druckspeicher eine hydraulische Druckschiene angeschlossen ist,

   mit einem hydraulischen Kraftkolben-Zylinder-System, dessen Kolbenstange mit der Ventilspindel verbunden ist und welches gegen die Kraft einer Ausschaltfeder über elektro-hydraulische Steuerungsorgane eines elektro-hydraulischen Ansteuersystems zur Erzeugung der Stell- und Schaltgrößen-abhängigen Öffnungs- und Schließbewegungen und -Positionen mit einem aus den Druckspeichern gespeisten Druckfluidstrom beaufschlagbar ist, ferner mit dem genannten elektro-hydraulischen Ansteuersystem mit seinen Steuerungsorganen, wobei das elektrohydraulisch^ Ansteuersystem das hydraulische Kraftkolben-Zylinder-System und das hydraulische Versorgungssystem zu einem am Ventilgehäuse angeordneten, kompakten Antriebsblock integriert sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

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   sl)" die elektrohydraulische Umformung geschieht dezentral

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   VPA 83 P 6010 DE

   in jedem Ventilstellantrieb;

   b) die Ventilkennlinien-Linearisierung erfolgt auf elek-

   ] trischem bzw. elektronischem Wege durch Stellungssoll-

   \ ^Lj wertvorgabe in einem Vorwärtszweig-Regelglied vor dem Stellungsregler;

   c) die Führungsregler für Leistung und Drehzahl wirken über eine Ablöseschaltung;

   10

   d) der Mihrungsregler für den Druck vor der Turbine wirkt über eine Ablöseschaltung zum Leistungs- oder Drehzahlregler.
2. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die regelungstechnische Zuordnung der Hochdruck- zu den Mitteldruck-Stellventilen im elektronischen Regelungssystem verstellbar ist.

   PO 3- Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß ein zusätzlicher elektronischer Drehzahlregler in Ergänzung zum ersten elektronischen Drehzahlregler unter Bildung eines elektronischen Drehzahl-Redundant-Seglers vorgesehen ist und 25 beide Drehzahlregler in einer -Minimal-Auswerteschaltung, welche auch von Signalen des Leistungs- und Druckreglers beaufschlagt ist, miteinander verknüpft sind.