KR880001189B1 - 증기 터어빈 제어방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

증기 터어빈 제어방법 및 장치

제 1 도는 결합 사이클(combined cycle)발전 플랜트의 블럭도.

제 2 도는 주 제어 접합부(major control junctions)를 도시한 증기 터어빈-발전기의 블럭도.

제 3 도는 본 발명에 따른 증기 터어빈 제어 시스템의 개략도.

제 4 도는 제 3 도와 함께 수직으로 배치되어 본 발명에 따른 전 시스템을 도시하는 제 3 도의 연속도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12a,14a : 가스터빈 12b,14b : 압축기

12,14 : 연소실 12,14 : 발전기

18,20 : 열회수증기 발생기 16 : 증기터빈 제어기

44 : 유출탱크 40 : 탈기가열기

30 : 고압터번 32 : 저압터번

34 : 응축기 36 : 발전기

본 발명은 일반적으로 증기 터어빈을 우회할 수 있고 압력 변화가 이루어지는 발전 플랜트의 증기 터어빈 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 결합 사이클 발전 플랜트의 작동과 효율을 개량시킬 수 있는 증기 터어빈 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

미합중국 특허 제3,879,616호에는 결합 사이클 발전 플랜트에 관해 설명되어 있다. 그 특허에는 특히 증기 터어빈을 부하 및 압력의 제어하에서 작동시키는 것에 따라 증기 압력을 일정하게 유지시키면서 터빈 주제어 밸브의 위치를 특정압력에서 증가된 증기 흐름을 허용할 수 있게 조정하는 것에 관해 기재되어 있다.

일례로, 밸브가 95%열릴때, 압력 설정점을 높여 밸브를 대략 70%정도로 덜 열린 새로운 위치로 제위치 시키는 것에 따라, 밸브가 새로운 유량의 흐름을 허용하기 위하여 다시 열리더라도 압력은 일정하게 유지된다. 이 주기적 동작은 밸브가 크게 열려서 완전 부하, 완전 유량 및 완전 압력이 얻어질때까지 몇번 반복된다. 역으로, 증기 터어빈은 밸브의 재 개방에 의해 압력레벨이 낮아지게 되는 밸블 트리거점(trigger point)에 이를때까지 유량이 감소됨에 따라 압력을 일정하게 유지하므로써 무부하 상태로 된다.

본 발명은 유량이 유효하게 됨에 따라 압력이 상승되게 하고, 그리하여 터어빈을 보일러 추종 모우드화 시킴으로써 상기한 특허 보다 개량점을 제공해준다. 본 발명에 있어서, 압력 상승은 선행 기술의 특허에서와 같이 단계적으로 이루어지거나 불균일하게 이루어지지 않고, 오히려 주 제어밸브를 어떤 미리 설정된 압력에서 "정상상태"또는 거의 크게 개방된 상태로 올린 다음, 유량이 계속 증가됨에 따라 헤드 압력 설정점을 실제 헤드 압력에 따라 조정함으로써 이루어진다. 이것은 독특한 피이드 포어워드 루우프(feed-forward loop)를 통하여, 그리고 분할 범위신호 제어기와 저레벨 밸브 게이트, 및 압력 설정점 회로에 대한 밸브 위치 감지 및 피이드 백 루우프를 통하여 이루어지게 된다. 얻어지는 이점은 효율적인 작동을 이루게할 수 있다는 것으로서, 이것은 밸브의 드로틀 작용의 감소와, 독립된 평행 제어 루우프의 제거를 통한 효율적인 설계와, 밸브의 주기적인 작동의 감소에 의해 작동상의 신회성을 보다 높인것에 의해서 얻어지게 된다. 나아가서 본 발명은 우회 밸브에 대한 압력제어와 주 제어밸브에 대한 압력제어 사이의 전환을 유연하게 해준다. 따라서, 본 발명의 목적은 보일러 추종 및 변화가 이루어지는 개량된 터어빈 제어 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 다양한 수준의 압력을 얻기 위해서 개폐되는 밸브의 램핑(ramping)을 배제시킬 수 있는 개량된 터어빈 제어 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 이점과 장점은 첨부된 도면을 참조로하여 다음에 설명되는 양호한 실시예에서 명백하게 될 것이다.

본 발명은 증기 터어빈을 통한 증기의 유입을 제어하기 위한 주 제어밸브와 조합된 적어도 하나의 증기우회 시스템을 구비하고 있는 타입의 발전 플랜트에 적용할 수 있는 것이다. 초기 운행 조건하에서, 증기 발생기에서 공급되는 유효 증기는 증기헤드에서 최저 압력이 얻어지자마자 즉시 증기응축기로 전환된다. 초기에 증기 압력은 증기 우회밸브 가유량의 증가에 따라 압력을 조절하기 위해 개방되는 것에 의해 최저 압력으로 유지된다. 다음의 결과는 소위 "롤 흐름(roll flow)"으로 언급되는 바와 같이, 증기 터어빈을 시동하거나 회전시키기에 충분한 양의 증기를 축적하는 것이다. 이 시점에서, 증기 터어빈의 주 제어밸브는 터어빈의 속도가 동조가 되도록 조절하기 위해 열리게 된다. 이것은 증기 터어빈으로의 증기 유입시 온도 제한을 고려하는 자동시동 프로그램 혹은 자동 터어빈 제어하에서 행해지게 된다. 증기 발생기에서 공급되는 증기흐름이 다소 일정할때 터어빈 주 제어밸브가 열리게 되면, 헤드의 압력이 감소되기 시작하며, 이에따라 우회밸브는 헤드의 압력을 최저 압력레벨로 유지시킬수 있도록 닫히게 된다. 이러한 조건하에서, 증기 발생기는터빈 추종 모우드로 그리고 속도-부하 제어하에 있게되는데, 그 이유는 주제어 밸브의 개방에 따라 증기 터어빈에 대한 적당한 양의 증기 공급이 제어되고, 터어빈 억제에 의해 증기 요구가 제어되게 때문이다. 우회밸브는 단지 증기헤드의 압력에 따를 뿐이다. 터어빈은 최저 압력으로 유지되는 중에도 발전기의 속도에 동기될 수 있으며, 초기에 부하가 걸리게될 수 있을것이다.

그러나, 우회밸브가 완전히 닫히면, 그 즉시 증기 터어빈 제어는 속도-부하제어에서 압력 제어로 전환된다. 이러한 것은 독특한 분할 범위 제어장치, 저레벨 게이트와 밸브위치 세트 회로와 압력 설정점회로에 대한 밸브 위치 피이드 백 루우프를 통하여 이루어진다. 속도-부하 제어신호는 최대밸브로 램프되게 되고 터어빈제어는 보일러추종 모우드에서 압력제어를 취하게 된다. 유량이 증가하여 부하가 커지게 되면, 헤드의 압력이 상승하고, 이에 따라 더욱 개방되는 밸브위치를 요청하게 되고, 이에 의해 피이드 백 밸브위치 오차신호가 압력 설정점 회로에 공급되어, 압력 설정점이 헤드의 작동 압력과 맞춰지도록 상승하게 된다. 저압증기 유입회로에 대해서도 유사한 작동 모우드가 실시된다. 이하, 첨부된 도면에 관련하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명을 실시할 수 있는 결합사이클 발전플랜트(10)의 개요도로서, 상기 도면에 도시된 바와 같이 열회수 증기 발생기(HRSG)(18)과 (20)을 각기 통하여 2개의 가스 터어빈 발전플랜트(12)와 (14)가 증기터어빈 발전플랜트(16)에 열적으로 연결되어 있다. 가스 터어빈 발전플랜트(12)는 압축기(12b)를 구동시키는 가스터어빈(12a)로 구성되어 있고, 상기 압축기는 염소실(12c)에 공기를 공급해준다. 상기 가스 터어빈은 도한 발전기(12d)를 구동시킨다. 가스 터어빈 발전플랜트(14)는 압축기(14b)를 구동시키는 가스 터어빈(14a)로 구성되어 있고, 상기 압축기는 연소실(14c)에 공기를 공급해준다. 가스 터어빈(14a)도 마찬가지로 발전기(14d)를 구동시킨다. 각 가스 터어빈 발전플랜트는 또한 시동모터와 회전기어(도시되지 않음)를 포함하고 있고 각 독립된 가스 터어빈 발전플랜트는 각기 도면에 박스"12e"와 "14e"로 표시된 가스 터어빈-발전기(GT-GEN)용 제어기의 제어하에 있다. 이 제어기는 미합중국의 제너럴 일렉트릭 컴페니에서 시판하고 있는 것으로서, 미합중국 특허 제3,879,616호에 기재된 형의 것일 수 있을 것이다. 이러한 제어기는 "스피드트로닉"이라는 제네럴 일렉트릭 컴페니의 등록상표로 등록된 것이다.

증기 터어빈 발전 플랜트(16)은 고압터어빈(30)과 저압터어빈(32)을 포함하고 있고, 상기 저압터어빈(32)은 잔류방출열을 응축기(34)로 보낸다. 고압터어빈과 저압터어빈은 발전기 혹은 부하(36)을 구동시키도록 연결되어 있다. 상기 터어빈들은 증기에 의해 구동되고, 그 증기의 흐름은 주 제어밸브(MCV), 고압우회밸브(HPBP), 유입제어밸브(ACV), 저압우회밸브(LPBP)로 되어 있는 4개의 밸브 스테이션에서 근복적으로 제어된다. 증기 터어빈 제어기(16a)는 앞에서 설명한 밸브들에 대해 본 발명에 따라 후술할 방식으로 요구되는 밸브위치 설정점을 제공한다. 증기터어빈 발전 플랜트는 회전기어, 베어링급유 장치와 증기시일 시스템과 같은 또다른 부속품을 포함하고 있는데, 이 부속품들은 당해 기술분야에서 공지된 것이므로 그에 대한 설명은 생략한다. 당해분야에서 잘 알려진 바와 같은 하기의 방식으로 증기를 제공할 수 있도록, 2개의 급수 가열 루우프(DASSH 와 BFP)가 설치되어 있는데, 탈기된 증기 공급가열기(DASSH)는 예열급수 루우프로서, 탈기가열기(40)로 부터의 물을 각열회수 증기발생기(18)과 (20)로 순환시키며, 이에 따라 상기 증기 발생기에서 물이 가열되고, 그 물은 유출탱크(44)애서 증기로 된 후, 다시 관(43)을 다라 탈기가열기(40)로 복귀된다. 펌프(46)은 탈기저장탱크로 부터 각 열회수 증기 발생기로 물을 끌어올린다. 급수는 보일러 급수펌프회로(BFP)에서 기존의 방법으로 가열되어 증기로 된다.

보일러 급수펌프(48)은 각 열회수 증기 발생기로 물을 끌어올리며 여기에서 무른 보일러는 통과해서 아래 쪽으로 이동하며, 이러한 이동중에 상승하는 가스터어빈의 방출가스와 열교환을 이루어, 증기헤더(51)를 통과하는 증기터어빈용 과열증기를 발생시키게 된다. 미합중국 특허 3,879,615호 에는 결합 플랜트 제어 시스템의 기능이 상세하게 설명되어 있다. 본 발명의 설명에서, 결합 플랜트 제어시스템은 도면의 박스 "50"으로 표시된다. 부사세트와 부하 피이드 백은 화살표로 표시되어 있고, 그의 각 목적지와 각 출발지는 화살표위에 표시되어 있다. 각 열회수 증기 발생기(18)과 (20)은 각기 열회수 증기 발생기 제어장치(18a)와 (20a)로 제어된다. 각 열회수 증기 발생기의 제어기는 열회수 증기 발생기의 수위, 온도, 압력등과 같은 내부조건을 고려하는 외에도 플랜트 제어장치(50)애 연결되어, 다양한 열회수 증기 발생기의 연속적인 작동을 자동화된 형식으로 결정한다. 한편, 이러한 작동은 작업자가 콘트롤 룸에서 수동방식으로 수행할 수도 있다.

제 2 도는 증기 터어빈 제어장치(16a)로 구성된 본 발명의 제어루우프와 다양한 작동기의 선도이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 본 발명은 압력을 서서히 변화시키는 여하한 타입의 증기터어빈에도 사용할 수 있는 것으로서, 결합사이클의 발전 플랜트에 극한되는 것은 아니다. 제 1 도와 비슷한 부품은 같은 번호로 표시되어 있고, 증기흐름 경로는 점선으로 표시되어 있고, 반면에 전기신호 경로는 실선으로 되어 있으며, 화살표는 각기 증기흐름 방향 혹은 신호 흐름방향을 나타낸다.

열회수 증기 발생기로 부터 유출되는 고압증기는 고압증기 헤더(51), 주 제어밸브(MCV)를 통해 증기터어빈의 고압부(30)로 유입되거나, 증기터어빈을 우회하여 고압의 우회밸브(HPBP)를 통하여 터어빈 응축기(34)에 축적된다. 증기헤더로의 증기유입 배분은 각 밸브의 열림에 의해 결정된다. 시동 모우드에서, 주 제어밸브와 고압 우회밸브는 닫힌상태에서 시작된다. 헤더의 증기 압력을 압력 변환기(52)에 의해 판별하여, 그 증기 압력이 고압우회 밸브에 의해 결정되는 최정 압력 설정점을 초과하기 시작하여, 고압우회밸브는 헤더의 압력을 최절 설정압력으로 유지하기 위해 열리게 된다. 그러면, 증기 흐름은 소위 "롤(roll)흐름"이 확립될때까지 최저 압력하에서 계속 증가하게 된다. 상기 롤 흐름에서도 최저압력은 계속유지된다. 결합 사이클 발전플랜트에서, 바람직한 최저압력은 약400psig이다. 롤 흐름 형성시 주 제어밸브는 터어빈을 작동 시키도록 열려지며, 터어빈의 속도 제어가 이루어지게 된다. 그 속도제어의 설정점은 고압 케이싱(casing)내의 온도를 고려하는 것에 근거를둔 자동제어회로(56)에서 계산된다. 이러한 교려에 관해서는 미합중국 제 4,046,002호와 미합중국 특허 제 3,446,224호에 기재되어 있다. 허용응력과 허용터어빈 온도를 알고 있으면, 허용 속도를 계산할 수 있다. 실제 속도는 속도 변환기(54)에 의해 얻어질 수 있는데, 이 실제속도는 주제어 밸브 위치 요구 설정점을 발생시키도록 자동 제어회로(56)에서 얻어지는 속도 설정점과 비교된다. 주 제어밸브가 가속적으로 개방됨에 따라 정상류가 발생한다고 하면, 헤더 압력이 강하하기 시작하며, 이에 따라 고압우회 밸브는 최저압력을 유지하기 위해 닫히게 된다. 터어빈은 약 3600rpm에서 발전기와 동기되게 되며, 부하제어가 시작된다.

전술한 작동이 수행되는 동안, 유출탱크(44)도 증기를 발생시키기 시작하는데, 이 증기의 압력은 유출탱크(44)의 유출구에 연결되어 있는 압력전달 장치(58)에 의해 감지된다. 감지된 압력은 저압 우회밸브에 의해 최저 압력 설정점과 비교되고, 저압우회 밸브는 사용압력이 최저압력을 초과할때 열리기 시작한다. 그러면, 자동 제어회로(56)은 저압유입 제어기에 부하요구 신호를 공급하게 되며, 이에 따라 저압유입 제어기는 유입 제어밸브의 개방을 위한 설정점 제어를 제공하며, 이때 저압 우회밸브는 닫히게 된다. 정상시 유입 제어밸브는 고압우회밸브가 닫힌 후에 개방하도록 프로그램되어 있으며, 따라서 주제어 밸브는 저압증기가 고압터빈으로 역류되는 것을 막기 위하여 개방된다.

제 3 도는 본 발명에 따른 터어빈 제어 시스템의 상세한 기능 블럭선도이다. 여분의 두 압력 변환기(101A)와 (101B)에 의해, 압력에 비례하는 압력신호가 각 합산 증폭기(105A)와 (105B)에 공급되게 된다. 상기 입력 신호는 당해분야에서 잘 알려진 바와 같은 신호의 조절 및 오프셋을 제공하는 신호 버퍼회로(103A)와 (103B)를 통과한다. 고압우회 밸브 위치 제어회로는 수동 모우드로 조작할 수도 있고 유입압력 제어기(IPC)로 특징지워지는 자동 모우드로 조작할 수도 있다. 수동 모우드에서는, 푸시버튼(push botton)(107)을 올리고 내림으로써 레지스터(109)와 증폭기(111)과 고압 우회 밸브(117)을 제어하는 밸브 작동기 혹은 서보(servo)(115)로 구성된 신호 경로를 통하여 고압우회 밸브(117)의 위치를 정할 수 있다. 작업자가 푸시버튼(121)의 조작에 의해 자동 혹은 유입 압력제어를 선택하면, 논리회로(119)에 의해 푸시버튼(107)에 의한 수동 제어가 무력하게 된다. 푸시버튼(121)은 작동 모우드를 선택하고 수동작동 무우드가 선택된 경우 증폭기(105A)와 (105B)를 램프 시키게 된다.

자동유입 압력 제어 모우드의 작동시, 최저 압력은 최저압력 신호 입력회로(166)에서 선택되어 기준 압력 설정점 및 증폭기(105A)와 (105B)에 대한 신호 입력이 되게 된다. 비교회로(125)(A＞B)는 실제압력이 회로(123)에 의해 세트된 최저 압력을 초과할때는 언제든지 이를 표시해준다. 양 증폭기는 압력오차 신호를 저레벨 게이트(127)에 출력시켜, 상기 증폭기중 하나에 전기적인 오프셋이 가해지게 하고, 이에 따라 이상이 없으면 증폭기(105A)가 선택되도록 한다. 저레벨 게이트(127)의 저레벨 선택 출력신호는 유입압력 제어 모우드 혹은 자동 모우드의 작동에서는, 고압우회밸브(117)에 공급되는 밸브위치신호(128)이 된다. 요구되는 고압우회 밸브의 위치를 표시하는 상기의 동일 레벨 신호는 합산 접합부(129)의 입력이 된다. 합산 접합부(129)로 공급되는 0내지 +10볼트의 입력은 고압우회 밸브의 완전 개방에서 완전 폐쇄까지의 비례적인 밸브의 위치를 지시해준다. 상술한 회로는 제 2 도에 개략적으로 표시된 고압우회 밸브 제어회로의 일부분일 뿐이고, 나머지는 속도-부하 회로에 관련하여 앞으로 더 설명될 것이다.

터어빈 속도 신호는 속도 변환기(54)에 의해 픽업된다. 실제로, 많은 수의 속도 픽업(도면에 나타나지 않았음)들이 있으며, 이것은 전압공급 논리회로 또는 속도-부하 외로(131)에 내장된 3개의 고장검출 논리회로중 2개에 제공된다. 속도-부하 회로(132)의 출력은 합산 접합부(133)의 입력이 된다. 합산 접합부(133)의 두번재 입력(134)는 주 제어밸브 위치 기준 회로(135)로 부터의 기준 설정점 혹은 속도-부하 요구 신호이다. 주 제어밸브 설정점은 자동으로 하거나 아니면 푸시버튼(137)에 의해 수행되는 수동제어로한다. 자동 신호는 자동 제어회로(56)에서 발생하며, 선(138)을 따라 주 제어밸브 위치 기준 회로(135)의 입력이된다. 합산 접합부(133)의 출력은 선(142)을 따라 저레벨 게이트(141)의 입력이 된다. 저레벨 게이트(141)의 출력(143)은 수개의 입력 신호중 가장 낮은 것에 따라 주제어 밸브 위치 요구 신호를 제공한다. 저레벨 게이트(141)는 합산 접합부(133)에서의 속도-부하 신호(142)를 수신하는 외에도 터어빈의 규정속도를 초과하는 예정속도에서 밸브 폐쇄신호를 보내는 비교회로(146)에서의 비상속도 신호(145)를 수신한다. 주 제어밸브-유입제어 밸브 레지스터(148)에는 주 제어밸브 제한 신호(147)가 입력이되어, 수동으로 푸시버튼(149) 혹은 자동제어회로(56)에서 발생하는 설정점(147)을 통해 자동으로 발생되는 밸브위치 제한신호를 제공한다. 비교회로(150)과 그에 연관된 디스플레이는 저레벨 게이트(141)이 주 제어밸브를 제한하는 출력을 보낼때는 즉, A가 B보다 적거나 같을때는 언제나 이를 표시한다.

본 발명의 중요한 특징은 제어시스템이 유입 압력 제어로 부터 유입압력제어 및 속도-부하제어로, 그리고 유력한 압력 제어로 스위치되게 하는 방식에 있다. 유입압력 제어는 합산 증폭기(105A) 혹은(105B)의 출력에 따라 1에서 10볼트까지의 신호 범위를 유지한다. 이 제어는 다음에 설명되는 분할 범위 제어이다. "0"볼트는 위회밸브가 닫힌 상태이고 10볼트는 우회밸브가 개방된 상태을 의미한다. 고로, 증기 흐름량과 압력이 증가함에 따라 합산 증폭기(105)의 각 출력은 레벨이 높아지게 되고, 이에 따라 고압우회 밸브가 더 크게 열리게 된다. 저레벨 게이트(127)의 출력은 주제어 밸브의 속도-부하 신호(142)와 함께 합산접합부(129)의 입력이 된다는 것을 주지해야 한다. 증폭기(105)의 출력이 양으로 되어 있는한, 저레벨 게이트(141)을 통과하는 주제어 밸브 위치 신호에는 아무런 영향도 미치지 않는다. 따라서, 고압우회 밸브는 합산 증폭기 출력(105)에 의한 유입압력을 제어하고 주제어 밸브는 레벨이 보다 낮은 제한 신호가 존재하지 않는다고 가정할때 합산 접합부(133)의 속도-부하 출력에의해 위치가 정해지게 된다. 그러나, 주제어 밸브가 열림에 따라 유입헤드 압력은 떨어지고, 그 결과 증폭기(105)의 출력이 낮은 양의 레벨(음의 구배)로 되어, 최저 압력을 유지하기 위해 요구되는 고압 우회 밸브의 폐쇄를 지시한다. 고압 우회 밸브가 닫히면, 구동 신호는 0으로, 되고 다음에 음으로 증가하게 된다. 이것은 실제 압력이 계속 감소하고 있다는 것과, 고압우회 밸브가 더 이상 최저압력 레벨을 유지하지 못한다는 것을 의미한다. 이 시점에서, 주제어 밸브의 속도-부하신호(142)는 고압우회 밸브 제어합산기(129)의 압력 출력신호(152)보다 레벨이 높으며, 따라서 압력신호(152)는 저레벨 게이트(141)을 통해 주제어 벨브의 제어를 수행한다.

동시에, 설정점 램프(151)을 통하여, 주제어 밸브 바이어스(bias) 혹은 설정점을 최대 레벨 즉 10볼트로 램프되며, 이것은 그뒤에 주제어 밸브 작동기에 대한양의 출력을 제공하기 위한 오프셋으로서, 선(142)를 따라 합산 접합부(129)에 공급된다. 비교회로(153)은 압력제어가 고압우회 밸브에 의한 것인가 주제어 밸브에 의한 것인가에 대한 정보를 제공한다. 비교회로(153)에는 수동제어가 이용되지 않고 있다는 것을 확신시키도록 서비스 논리회로(119)에 의해 작동 신호(154)(점선)가 공급된다.

압력제어를 하고 있는 주제어 밸브는 유효증기량의 증가와 부하증가의 요구에 상응하여 증기흐름이 증가함에 따라 더열리게 될것이다. 마찬가지로 증기흐름량이 증가하면 증기압력도 증가할 것이다. 이러한 실제 압력의 증가는 합산증폭기(105), 저레벨 게이트(127), 합산접합부(129)와 저레벨 게이트(141)을 통하여 전달되어, 압력을 최저 설정점으로 유지시킬 수 있게 주제어 밸브(155)가 열리도록 제어한다.

주제어 밸브는 증가하는 유량과 압력을 제어하기 위해서 완전개방 상태까지 되기 쉬운데, 압력과도 현상에 대한 "예비세트"또는 여유를 제공하는 완전개방 혹은 그보다 약간 작은 레벨에서는 밸브가 최저 압력 설정점에서 압력과 흐름량을 더이상 조정하지 못하게 된다. 본 발명에 따라, 압력 설정점은 증가되는 압력과 흐름량에 따라 증가하고, 따라서 증기터어빈 발전플랜트는 후술하는 바와 같은 보일러 추종 모우드로 작동하게 된다. 주제어 밸브로 부터의 주제어 밸브 위치(피이드백)신호(156)은 합산 접합부(157)의 입력이 되고, 그 신호는 합산기에서 예비 세트 회로(159)에서의 주제어 밸브 예비 세트 또는 요구되는 밸브 위치에 더해지게 된다. 주제어 밸브의 예비는 전개되었을때의 100%보다 낮은 편리한 레벨로 정해지며, 보통 압력과도 현상에 대한 여유를 제공하기 위해 약 95%로 정도로 된다. 만약 밸브 위치가 예비 설정점 위치를 초과하려 하면, 양의 오차신호(160)이 합산접합부(157)로 부터 출력되어, 제한된 수준으로 비례적인 양의 리세트 회로(161)에 공급된다. 리세트 회로(161)의 출력신호는 합산기(162)에서 최저 설정점 조절회로(166)에 공급되고, 이에 따라 보다 높은 새로운 압력 설정점을 발생시켜 레지스터(168)을 통해 합산 증폭회로(105)로 공급한다. 압력 설정점의 상승을 최상 설정점(165)의 도입시 약 850psig에서 제한하려면, 이 제한은 저레벨 게이트(167)을 통해 수행된다. 비교기(169)는 합산 접합부(162)로 부터의 입력기준 설정점(A)가 클램프 신호(170)을 적분회로(161)에 제공하여 적분회로의 포화를 방지할 수 있도록 최상설정점(165)(B)를 초과할때는 언제든지 출력신호를 공급한다.

나아가서, 본 발명에 따르면 압력과 유량이 증가할때는 주제어 밸브에 의한 유입압력제어와, 유입압력 제어 및 속도-부하제어, 보일러 추종 압력제어가 이루어지고, 예를 들어 가스터어빈이 트립이나 다른 비정상 상태에 있을때 생기는 압력과 유량의 감소시에는 보일러 추종 압력제어가 이루어지게 된다.

헤더 증기 압력이 급속하게 저하되면, 이는 변환기(101)에 의해 감지되고, 이에 의해 합산 증폭기(105)에서 새로운 밸브 위치 신호가 출력되게 한다. 이러한 새로운 밸브위치 신호중의 하나는 레벨 게이트(127)을 통하여 합산 접합부(129)로 공급된다. 고압우회 밸브가 닫혀있고 압력이 감소하므로, 주제어 밸브는 압력을 유지하기 위해 닫히게 된다. 이것은 합산 접함부(129)로 음증가 입력이 들어가는 것을 의미하며, 그 결과 저레벨 게이트(141)에서 낮은 레벨의 양의 밸브 폐쇄출력(143)이 발생하게 된다. 이것이 급속 피이드 포어워드 루푸로서, 이루프는 신속히 주제어 밸브를 압력의 변화에 대해 응답하게 한다. 이러한 일이 일어날때, 합산 증폭기(105)로 들어가는 압력 설정점은 새로운 실제 압력과 밸브위치에 맞추기 위해서 재조정 된다. 적분회로(161)을 통한 압력강하는 비율적으로 제한(R)되어, 보일러의 혼란을 방지시킬 수 있게된다. 일례로, 적당한 비율제한은 50psig/min 으로 정해진다. 어떤점에서는, 주제어 밸브는 압력과 유량의 증가에 의해 더 크게 개방된 밸브위치가 요구될때까지, 압력제어를 재확립하여 압력을 특정 밸브 위치에서 유지시키게 될 것이다.

이제, 개념과 작동면에서 고압우회 제어밸브 제어 및 주제어 밸브 제어와 비슷한 저압 유입제어, 우회제어 및 저압 우회제어에 관해 설명하겠다. 제 4 도를 참조하면, 유출탱크(44)는 증기 공급원으로서 그곳의 증기압력은 압력 변환기(58)에 의해 감지된다. 압력 변환기의 출력은 버퍼회로(173)에 의해 범위가 정해지고 조건이 정해져, 압력에 비례하는 입력신호(174)를 발생시켜 합산 접합부(175)에 공급시킨다. 입력 레지스터(177)로 부터의 기준압력 입력(176)이 또한 상기 합산 접합부에 제공된다. 실제 압력과 기준압력간의 차를 나타내는 합산 접합부(178)로부터의 출력은 비례적인 양의 적분회로(179)의 입력이 되어, 분할범위 특성을 갖는 압력오차 신호(180)을 제공하게 된다. 양의 신호에 의해 저압우회 밸브(183)는 비례적인 열림 위치로 되게 된다. 예를 들면 0볼트에서는 닫히고 10볼트에서는 완전히 열린다. 음의 신호에 의해 저압우회 밸브는 닫히고, 유입 제어밸브는 완전히 열리는 0볼트와 완전히 닫히는 -10볼트 사이의 어딘가에 있게된다. 수동의 저압우회 밸브 푸시버튼(185)의 상하조작으로 레지스터(186), 증폭기(187), 서보작동기(181)을 통하여 저압우회 밸브의 직접적인 위치 조절이 이루어진다. 만일 조작자가 자동 또는 수동푸시버튼(189)을 조작하여 자동제어를 선택한 경우에는 논리회로(188)에 의해 푸시버튼(185)은 비작동상태로 된다. 만약 저압제어가 작동중일때는 논리회로(188)는 푸시버튼(185)의 작동을 중지시키고, 비교기(210)에 허용신호를보낸다. 저압우회 유입제어느 적분기(179)로의 램프(191)에 의해 정지되게 된다.

유입 제어밸브(ACV)(193)은 증기를 저압 터어빈단으로 유입시켜 준다. 터어빈의 시동은 주제어 밸브의 개방, 고압우회 밸브의 폐쇄 유입제어 밸브이 개방에 연속하여 이루어진다. 레지스터(198)은 자동 제어회로(56)에서 발생된 설정점(199)또는 푸시버튼(200)에 의한 수동 입력 세트를 통하여 기준 위치신호(195)를 발생시킨다. 기준 위치(195)는 속도신호(132)와 함께 합산기(197)의 입력이 되어, 추후에 과속상태가 발생하면 유입 제어밸브(193)의 자동폐쇄를 제공해준다. 합산 접합부(197)의 입력이 되어, 추후에 과속상태가 발생하면 유입 제어밸브(193)의 자동폐쇄를 제공해준다. 합산 접합부(197)의 출력(201)은 유입 제어밸브에 대한 속도감지 밸브 위치신호로서, 이것은 저레벨 게이트(202)의 최초의 입력이 된다. 레지스터(148)에 밸브개방 제한이 프로그램되어 있거나 수동으로 입력되어 있다면, 레지스터(148)로 부터의 제한신호(203)는 밸브 개방을 제한할 것이다. 유입 제어밸브의 제한이 달성되면, 즉 입력제한 신호(203)(A)가 저레벨 게이트(202)의 출력신호(213)(B)와 같아지면, 이러한 사실은 비교기(204)에 의해 인지되게 될 것이다. 마찬가지로, 비상회로(205)도 터어빈속도가 하한속도 보다는 높고 상한속도 보다는 낮은 예정된 제한 속도를 초과할때는 언제나 밸브 개방을 제한할 것이다.

저레벨 게이트(202)로 들어가는 다른 입력은 저압우회 제어회로로 부터 압력감지 신호(206)로서, 이 신호는 저압우회 밸브가 폐쇄되고 유입 제어밸브 회로가 압력제어하에 있을때는 언제나 저레벨 게이트(202)를 통하여 유입 제어밸브 회로에 영향을 미친다. 압력감지 신호(206)은 합산기(207)에서 이루어지는 압력오차 신호(180)과 밸브 위치신호(201)의 합이다. 만약 압력오차 신호(180)이 옴으로 되면, 신호(206)이 신호(201)보다 작거나 혹은 비교기(210)에 설명되어 있는 바와 같이 A＞B이기 때문에, 상기압력 오차신호(180)는 레벨 게이트(202)를 통하여 유입제어 밸브(193)을 제어하게 된다. 이것은 비교기에 근접되어 있는 유입제어 밸브 표시기에 불을 밝혀 유입 제어밸브의 압력 제어상태를 나타나게 한다. 림프(209)는 레지스터(198)을 최대로 리세트시켜, 밸브 위치가 유효 압력과 유효 증기흐름에 의해 제거될 수 있게한다.

본 발명의 증기 터어빈 제어에 따른 증기 터어빈 발전 플랜트의 작동은 도면을 참조로 하여 아래와 같이 설명될 수 있다. 즉, 결합사이클 발전 플랜트에서 가스터어빈으로 부터 방출되는 폐열은 증기터어빈을 구동시키도록 증기를 발생시키는데 사용된다. 열을 증기로 바꾸는 이와 같은 에너지의 전환을 열 회수 증기 발생기(HRSG)에서 이루어진다. 각 가스터어빈은 자체의 열회수 증기 발생기를 갖고 있는 반면 열회수 증기 발생기의 모든 증기 배출구는 하나의 고압증기 유입헤더에 연결되어 있다.

이와 함께, 저압증기는 소위 탈기증기 공급가열기 사이를 유출탱크로 부터 공급되게 된다. 열회수 증기 발생기를 연속적으로 온 라인 상태로 함으로써 증기 압력은 헤더에서 점차적으로 상승하게 된다. 온 라인 상태로 되기 앞서, 가스터어빈의 방출열은 열회수 증기 발생기의 증기발생 튜브에 가해지는 열을 제어하는 댐퍼에 의해 부분적으로 방향이 변환된다. 고압우회 밸브는 감지된 증기압력이 최저 설정점을 초과할때는 언제든지 개방되어 증기압력을 최저수준으로 제어하게 된다. 마찬가지로, 저압우회 밸브는 유출탱크의 압력이 미리 세트된 제한 수준은 초과한면 언제든지 개방된다. 충분한 롤 흐름이 확립되면, 자동 제어회로는 터어빈의 온도가 상승함에 따른 온도 제한을 고려하게 되어 있는 프로그램된 지시에 따라 속도 설정점을 속도-부하 제어기의 입력이 되게한다. 속도가 안정된 수준에 이르면, 압력을 최저 수준으로 유지하기 위해서 더 많은 유량이 주제어 밸브를 통해 흘러 고압우회 밸브가 더 폐쇄된 위치에 있게 할것이다. 3600rpm에서 터어빈과 발전기는 동기되고, 부하 제어가 이루어진다. 부하 설정점들이 부합되면, 고압우회 밸브가 압력제어를 더 이상하지 못하고 닫힐때까지 증기가 더욱 주제어 밸브를 통과하게 된다. 이 시점에서, 주제어 밸브는 압력을 제어하고 부하는 압력이 유효하게 됨에 따라 증가하게 된다. 속도-부하 회로에서의 부하 제어는 최대치로 램프된다. 플랜트 제어기는 증기터어빈에 부하요구를 할당하고, 이 부하요구는 열회수증기 발생기 제어기에 공급되어, 댐퍼 제어기에 의해 열회수 증기 발생기를 통한 방출가스량을 증가시키게 한다. 증가된 방출량은 압력을 증가시키고, 그 결과 밸브는 최저압력을 유지하기 위해 크게 개방된다. 밸브는 예비세트 위치에서 고정된 상태로 남아 있으며, 압력설정점은 자동적으로 리세트된다. 저압력 유입 제어시, 유입제어 밸브는 고압우회 밸브가 닫힌후에 프로그램된 방식으로 열리게 되며, 점차적으로 저압우회 밸브를 닫히게 하여 진입 제어 밸브를 압력제어 상태로 만들게 한다.

Claims (17)

1. 증기헤더를 거쳐 증기 공급원에 연결된 증기 터어빈괴, 증기를 터어빈에 공급하는 주제어 밸브와, 터어빈을 통과한 증기를 우회시키는 우회밸브를 구비하고 있는 발전 플랜트에 있어, 상기 터어빈을 제어하는 방법에 있어서, 증기헤더의 압력을 측정하는 단계와, 우회밸브를 최저 압력 설정점에서 개방시키는 단계와, 주제어 밸브를 속도-부하 제어를 위해 개방시키는 단계와, 주제어 밸브의 개방시 증기헤더의 압력을 상기 최저 압력 설정범으로 유지시키도록 우회밸브를 폐쇄시키는 단계와, 속도 부하 제어로 부터 압력제어로 전환시키는 단계와, 증기 흐름이 증가하게 될때 증기헤더의 압력을 상기 최저 압력 설정점으로 유지시키도록 주에더 밸브를 더크게 개방시키는 단계와, 주제어 밸브의 설정위치를 예비설정위치에 대한 설정점과 비교하는 단계와, 주제어 밸브의 설정위칠르 예비설정 위치에 대한 설정점으로 유지시키도록 상기 최저압력 설정점을 밸브를 개방시키는 쪽으로 조정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 최저 압력 설정점을 유지시키도록 주제어 밸브를 증기헤더에서의 압력 및 흐름의 감소에 따라 폐쇄시키고, 주제어 밸브의 재개방을 위해 상기 최저 압력설정점을 예정된 최대속도로 감소시키는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어방법.
3. 제 1 항에 있어서, 속도-부하 제어로 부터 압력제어로의 전환은 압력신호와 속도-부하 신호의 전송에 의해 이루어지며, 상기 속도-부하 신호는 우회밸브가 개방된 상태에서는 주제어 밸브를 제어하게 되고, 우회밸브의 폐쇄시 주제어 밸브의 위치는 압력신호에 따라 세트되는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어방법.
4. 제 1 항에 있어서, 증기 헤더와 우회밸브가 고압용으로 설계되어 있고, 발전플랜트가 터어빈에 증기를 공급하도록 유입제어 밸브를 갖는 저압우회 밸브를 구비하고 있는 경우, 고압 증기 헤더의 압력을 측정하는 단계와, 고압증기 헤더의 압력을 최소설정 압력으로 유지 시키도록 고압우회 밸브를 상기 최소설정 압력에서 개방시키는 단계와, 주제어 밸브를 개방시켜 속도-부하 제어를 할 수 있게하는 단계와, 증기흐름의 증가시 고압증기 헤더의 압력을 최소설정 압력으로 유지시키도록 고압우회 밸브를 폐쇄시키는 단계와, 저압우회 밸브를 예정된 압력 설정점에서 개방시키는 단계와, 부하요구 설정점에 따라 유입제어 밸브를 개방시키는 단계와, 부하요구 설정점에 따라 유입 제어 밸브를 개방시킨는 단계와, 유입 제어밸브의 개방시 저압우회 밸브를 폐쇄시켜, 그 폐쇄후 저압증기 헤더의 제어를 유입 제어 밸브로 전환시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어방법.
5. 제 4 항에 있어서, 압력감지 신호 및 속도-부하 신호가 전송되고, 상기 속도-부하 신호는 고압우회 밸브가 개방된 때 주제어 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어방법.
6. 제 5 항에 있어서, 압력감지 신호 및 속도-부하 신호가 전송되고, 상기 속도-부하 신호는 저압우회 밸브의 폐쇄시 상기 속도-부하 신호는 최대레벨로 변화하며, 저압우회 밸브의 폐쇄후 압력감지 신호에 따라 유입제어 밸브의 위치가 세트되는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어방법.
7. 증기헤더(51)를 거쳐 증기 공급원(12,14)에 연결된 증기터어빈(30)과, 그 터어빈에 증기를 공급하는 주제어 밸브와, 터어빈을 통과한 증기를 우회시키는 우회밸브(117)를 구비하는 발전플랜트(16)에 있어, 터어빈의 작동을 제어하는 제 1 항 내지 제 6 항의 방법을 실시하기 위한 제어 장치에 있어서, 최소압력 설정점에 따라 우회밸브(117)의 위치를 세트시키도록 실제 압력신호를 발생시키는 압력 변환기(101), 그 압력변환기(101)로 부터의 신호를 수신하는 합산 증폭기(105), 실제 압력신호를 최저 압력 설정점과 비교하는 비교기(125), 그리고 비교기(125)로 부터의 신호를 수신하여 우회밸브(117)의 위치를 세트시키는 게이트(127)를 포함하는 우회밸브 제어기(101,105,125,127), 속도-부하 설정점에 따라 주제어 밸브의 위치를 세트시키도록 실제 속도 신호를 발생시키는 속도 변환기(54), 상기 실제속도 신호를 수신하는 속도-부하회로(131), 속도-부하회로(131)로 부터의 신호를 수신하여 주제어 밸브 위치요구 설정점을 발생시키는 회로(56), 그리고 회로(56)으로 부터의 신호를 수신하는 주제어 밸브 위치기준 회로(135)를 포함하는 속도- 부하 제어기(54,56,131,135)와 상기 두 제어기로 부터 신호를 수신하고 속도-부하 제어기로 부터의 출력신호 또는 압력감지 신호의 전송을 위한 게이트(141)를 갖는 주제어 밸브 회로로 구성하는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
8. 제 7 항에 있어서, 주제어 밸브 회로는 또한 상기 두 제어기로 부터의 압력신호를 수신하는 합산 접합부(133)와, 속도-부하 제어기에 접속되어 우회밸브(117)가 완전히 폐쇄되었을때 상기 속도-부하 제어기에 개방신호를 출력시키는 램프 신호(151)를 가지고 있고, 상기 게이트(141)는 속도-부하 제어기로 부터의 출력신호와 합산 접합부(133)의 출력신호를 입력 신호들로서 수신하는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
9. 제 7 항에 있어서, 주제어 밸브 회로는 또한 상기 두 제어기로 부터의 신호를 수신하는 합산 접합부(133)를 가지고 있고, 게이트(141)는 속도-부하 제어기로 부터의 출력 신호와 합산 접합부의 출력신호를 입력신호로서 수신하여 우회밸브 제어기로 부터의 신호가 옴으로될때 게이트(141)에 속도-부하 신호가 전송되게 한 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
10. 제 9 항에 있어서, 속도-부하 제어기 게이트(141)의 출력 단자에 비교기(150)가 접속되어, 합산접합부(133)의 출력신호가 속도-부하 신호보다 레벨이 낮게될때 신호를 출력시키는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
11. 제10항에 있어서, 램프회로(151)는 입력단자가 상기 비교기(150)에 접속되고 출력단자가 상기 속도-부하 제어기에 접속되어, 속도-부하 신호를 비교기(150)로 부터의 출력신호에 따라 최대 레벨로 변환시키게 하는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
12. 제 7 항 내지 제11항중 어느 한항에 있어서, 유입증기에 대한 압력 변환기(101)와, 유입증기 압력을 압력 설정점과 비교하는 비교기(125)와, 비교기(125)으 출력신호가 양일때 우회밸브(117)를 작동시키는 우회밸브 제어기와, 비교기의 출력신호가 음일때 주제어 밸브를 작동시키는 속도-부하 제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 두제어기를 양의 입력신호에 의해 작동 시키도록 비교기(125)부터의 음신호를 오프셋 시키는 램프회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
14. 제 7 항 내지 제11항중 어느 한항에 있어서, 주제어 밸브가 예비설정 위치에 대한 설정점(159)에 도달 했을때 최소압력 설정점을 가변압력 설정점으로 대치시킬 수 있게 주제어 밸브 위치 피이드 백 신호회로가 주제어 밸브 제어기에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 피이드백 신호회로가 주제어 밸브의 설정위치를 확립시키는 수단(156)과, 상기 설정위치를 예비 설정위치(159)와 비교하는 확산기(157)와, 주제어 밸브의 설정 위치가 예비설정 위치를 초과하는 경향을 가질때 신호를 출력하는 적분기(161)의 출력에 따라 압력 설정점을 증가시키는 수단(155)을 구비하는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
16. 제 7 항 내지 제11항중 어느 한항에 있어서, 증기헤더(51)와 우회밸브(117)가 고압용으로 설계되어 있고, 발전플린트가 증기를 터어빈에 공급하도록 유입제어 밸브(193)를 갖는 저압 증기헤더와, 터어빈을 통과한 증기를 우회시키는 저압우회 밸브(183)를 구비하는 경우, 저압우회 밸브(183)의 위치를 저압 설정점(199)에 따라 세트시키는 저압우회 밸브 제어기(58, 173, 175, 177, 179, 186, 187, 181)와, 속도-부하 제어기로 부터의 신호에 따라 유입제어 밸브(193)의 위치를 세트시키는 유입제어 밸브 회로(197,198,202,204,193)로 구성되는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.
17. 제16항에 있어서, 주제어 밸브 회로를 속도-부하 제어기에 접속시키는 제 1 램프회로(151)와, 유입제어 밸브 회로를 속도-부하 제어기에 접속시키는 제 2 램프 회로(209)와, 각각의 램프 회로에 접속되어 고압 또는 저압우회 밸브가 폐쇄된 때 각기 다른 속도-부하 신호를 최대 레벨로 변화시킬 수 있게하는 비교기(153,210)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 터어빈 제어장치.

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