СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ПРИ ПОВЫШЕННОМ НЕУСТАНОВИВШЕМСЯ ДАВЛЕНИИ НА ВЫХЛОПЕ Российский патент 2015 года по МПК F01D19/00 F01D21/00 

[0001] Изобретение в целом относится к паровым турбинам, а более конкретно, к способу эксплуатации паровых турбин при повышенном неустановившемся противодавлении.

[0002] Конденсационные паровые турбины сконструированы в соответствии с эксплуатационными нормативами по допустимому давлению на выхлопе, что обеспечивает защиту паровой турбины от возможного повреждения, которое могло бы произойти при очень высоком давлении на выхлопе (в конденсаторе). Нормативы включают пороги срабатывания аварийных сигналов и автоматического отключения при повышении давления на выхлопе, которые обычно представляют собой функцию окружной скорости (VAN) лопаток последней ступени (LSB). Окружная скорость представляет собой скорость пара, измеренную на выходе из лопатки, и прямо пропорциональна расходу потока через последнюю ступень и ее площади, и обратно пропорциональна давлению в конденсаторе.

[0003] Давление на выходе из ступени турбины изменяется примерно линейно относительно потока. Для отображения скорости (расхода) пара, может быть проведен контроль давления в разных точках ступени, учитываемого в системе регулирования турбины в качестве показателя расхода потока у лопатки последней ступени. Как правило, для определения потока в турбине низкого давления (НД) используют давление на выхлопе турбины среднего давления (СД) или турбины с промежуточным перегревом, либо давление на впуске турбины низкого давления (НД). В паровых турбинах с отбором пара низкого давления, в качестве показателя расхода потока в последней ступени можно использовать давление отбора пара низкого давления. Если фактическое давление на выхлопе турбины для заданной расчетной окружной скорости превышает уставку срабатывания аварийной сигнализации, то система регулирования турбины может предупредить оператора о том, что фактическое давление на выхлопе турбины превышает предельно допустимое, так что оператор может принять альтернативное решение, если это возможно. Система регулирования турбины может допустить продолжение работы узла в аварийном диапазоне рабочей характеристики при допустимых значениях давления на выхлопе, не отключая узел. Однако, если измеренное давление на выхлопе превышает уставку автоматического отключения для заданной расчетной окружной скорости, система регулирования турбины немедленно отключит узел путем перекрытия клапанов регулирования пара. Указанные клапана, обеспечивающие быстрое срабатывание на перекрытие, могут называться по-разному, например, впускные клапана, запорные клапана, регулирующие клапана, клапана аварийного отключения, клапана отключения и управления турбиной и тому подобное.

[0004] При создании эксплуатационных нормативов по допустимому давлению на выхлопе было установлено, что возможность повреждения лопатки последней ступени увеличивается при уменьшении окружных скоростей и является максимальной при сочетаниях низкого расхода потока и повышенного давления на выхлопе. Таким образом, применяют скользящие эксплуатационные допуски, а именно, пониженные допустимые давления на выхлопе при очень низкой VAN и повышенные допустимые давления при более высокой VAN, при изменении давления в указанных пределах. Существующие кривые срабатывания аварийной сигнализации и кривые автоматического отключения, которыми руководствуются при эксплуатации паровой турбины, для зависимости пределов давления на выхлопе от VAN соответствуют более жестким нормативам по давлению на выхлопе при более низких значениях VAN.

[0005] В процессе сброса нагрузки, посредством главных регулирующих паровых клапанов и клапанов, регулирующих впуск пара промежуточного перегрева и НД пара (в случае их применения), быстро уменьшают расход пара через турбину, чтобы предотвратить заброс оборотов турбины. Нагрузка турбины уменьшается до нулевой или до нагрузки на собственные нужды, и поскольку указанные нагрузки очень малы, то VAN почти равна нулю по причине очень низкого расхода потока.

[0006] Для узлов, конденсатор которых выполнен с водяным охлаждением, и узлов, не имеющих байпасных контуров, внезапные скачки давления на выхлопе, связанные со сбросом нагрузки, как правило, не рассматривались, поскольку они должны были оставаться в пределах допустимых значений давления на выхлопе. Однако для узлов, конденсатор которых выполнен с водяным охлаждением и/или узлов, имеющих байпасные контуры, возникающий скачок давления является более опасным, и в процессе сброса нагрузки возрастает вероятность автоматического отключения, обусловленного высоким давлением на выхлопе. Для узлов со скользящими эксплуатационными допусками давления на выхлопе этому уделялось большее внимание вследствие более низких допустимых давлений на выхлопе при низкой VAN, по сравнению с давлениями на выхлопе, разрешенными при полной нагрузке.

[0007] Несмотря на то, что расход пара через турбину уменьшается, байпасные системы направляют пар котла-утилизатора к конденсатору, повышая давления в конденсаторе. Данный перенаправленный поток приводит к повышенному сбросу тепла в конденсатор и более высоким давлениям на выхлопе. Конденсат, стекающий из теплового источника (например, при форсировании топки или конденсат газовой турбины для узлов комбинированного цикла, либо при растапливании узлов, работающих на органическом топливе), может вызвать скачок давления на выхлопе. На Фиг.1 изображены графики давления на выхлопе и VAN после сброса нагрузки. При t=0, VAN, обозначенная цифрой 10, падает почти до 0, а давление на выхлопе имеет пиковое значение, обозначенное цифрой 20. Спустя несколько минут давление на выхлопе уменьшается по убывающей 30. Если давление превышает пороговое значение (не показано), логическая схема, применяемая в системе регулирования паровой турбины, автоматически отключит узел, даже при очень кратковременном скачке.

[0008] Один из важных моментов при регулировании паровых турбин заключается в том, чтобы не допустить преждевременного автоматического отключения в условиях полного сброса нагрузки. Данное условие описано в стандарте IEEE-122, «Руководящие указания Института инженеров по электротехнике и электронике для характеристик эксплуатационных параметров систем регулирования генераторов паровых турбин», или в подобных нормативных документах. По договоренности, данное требование часто расширяют, оговаривая, что паровая турбина может находиться в состоянии полного сброса нагрузки без инициирования отключения турбины.

[0009] Следовательно, было бы желательно поддерживать паровую турбину в безопасном состоянии и в то же самое время не допустить автоматический срыв вакуума на выхлопе турбины, обусловленный скачком давления в конденсаторе, вызванным значительным уменьшением расхода потока через турбину, которое связано с внезапным повышением давления на выхлопе, что очень часто имеет место в процессе полного сброса нагрузки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Если говорить коротко, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложена система регулирования, предотвращающая автоматические отключения, обусловленные скачком давления на выхлопе паровой турбины в условиях сброса нагрузки. Эта система регулирования паровой турбины предназначена для работы при повышенном неустановившемся противодавлении на выхлопе турбины. Система регулирования паровой турбины имеет график отключения, согласно которому активация устройства автоматического отключения с целью перекрытия главных регулирующих паровых клапанов (MSCV) зависит от штатного эксплуатационного допуска по давлению на выхлопе турбины. Функция рассогласования нагрузки по мощности (PLU) используется для определения сброса нагрузки. Логическая схема обеспечения безопасности в неустановившемся режиме предназначена для блокирования (на время отсрочки) активации функции автоматического отключения MSCV клапанов в рабочем диапазоне неустановившегося давления в условиях ограниченного сброса нагрузки.

[0011] Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ эксплуатации паровой турбины при повышенном неустановившемся давлении на выхлопе турбины. Способ включает работу паровой турбины в соответствии со штатными уставками срабатывания аварийной сигнализации и штатными уставками автоматического отключения по давлению на выхлопе турбины как функция окружной скорости (VAN) лопаток последней ступени. Способ контролирует предусмотренные режимы сброса нагрузки. В условиях предусмотренного сброса нагрузки соблюдают рабочий диапазон срабатывания аварийной сигнализации и автоматического отключения по давлению на выхлопе. Работу можно продолжать в течение заданного периода времени, в соответствии с рабочим диапазоном неустановившегося давления на выхлопе, пока не восстановятся штатные уставки срабатывания аварийной сигнализации и автоматического отключения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Указанные и другие особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными после прочтения приведенного ниже подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на всем протяжении которых одинаковыми номерами позиций обозначены подобные элементы, и на которых:

[0013] Фиг.1 изображает графики давления на выхлопе и VAN, после сброса нагрузки;

[0014] Фиг.2 изображает примерную паровую турбину и систему регулирования паровой турбины, обеспечивающую расширенные допуски давления на выхлопе турбины в условиях потери нагрузки;

[0015] Фиг.3 изображает эксплуатационные допуски и пороги автоматического отключения по выпускному давлению в зависимости от окружной скорости лопаток последней ступени, которые допускают работу в условиях неустановившегося давления на выхлопе;

[0016] Фиг.4 изображает вариант выполнения логической схемы для отсрочки автоматического отключения по давлению на выхлопе в условиях сброса нагрузки; и

[0017] Фиг.5 изображает блок-схему способа эксплуатации паровой турбины при расширенных безопасных допусках неустановившегося давления на выхлопе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Приведенные ниже варианты выполнения настоящего изобретения имеют многочисленные преимущества, включая обеспечение стабильно безопасной эксплуатации турбины в условиях повышенного неустановившегося давления на выхлопе, что до внедрения настоящего изобретения потребовало бы отключения турбины. Способ и система исключают автоматическое отключение со срывом вакуума на выхлопе турбины, обусловленное кратковременным внезапным подъемом давления в конденсаторе, который вызван существенным уменьшением расхода потока через турбину, связанным со скачком давления на выхлопе, что очень часто имеет место в условиях полного сброса нагрузки. Непрерывающаяся эксплуатация при указанных условиях неустановившегося давления на выхлопе не требует дополнительного времени на восстановление после отключения турбины и исключает вытекающие из этого экономические потери для оператора энергоустановки.

[0019] Для согласования данного расширенного требования с автоматическим отключением со срывом вакуума на выхлопе паровой турбины, к системе регулирования паровой турбины добавлена логическая схема, обеспечивающая безопасность при неустановившемся давлении на выхлопе. Применение новой логической схемы предусматривает, что работа лопаток последней ступени при повышенном давлении на выхлопе допустима в течение ограниченного времени.

[0020] Смысл включения в систему регулирования турбины логической схемы, обеспечивающей безопасность при неустановившемся давлении на выхлопе, заключается в том, чтобы не допустить автоматического отключения со срывом вакуума на выхлопе паровой турбины, которое обусловлено скачком давления в конденсаторе, вызванного существенным уменьшением расхода потока через турбину, связанным с внезапным повышением давления на выхлопе, что особенно часто имеет место в процессе полного сброса нагрузки. Логическая схема не предназначена для согласования с переходными процессами, вызванными «ожидаемыми в условиях штатной эксплуатации» событиями, такими как очистка конденсатора, переключение насоса конденсатора, возвраты и потери, которые должны были бы быть учтены при конструировании установки или при ее эксплуатации. Указанные случаи могут быть согласованы со штатными порогами срабатывания аварийной сигнализации и автоматического отключения.

[0021] Логическая схема, обеспечивающая безопасность при неустановившемся давлении на выхлопе, будет дополнять имеющиеся обычные программные функции срабатывания аварийной сигнализации и автоматического отключения по уровню абсолютного давления.

[0022] На Фиг.2 изображена типичная паровая турбина 105 и система 110 регулирования паровой турбины, обеспечивающая расширение порогов давления на выхлопе турбины в условиях потери нагрузки. Следует понимать, что возможность применения данной схемы управления не ограничена типичной конфигурацией турбины с узлами промежуточного перегрева и без узлов промежуточного перегрева. В других конфигурациях турбины контроль давления может быть выполнен в других местоположениях, и могут иметь место другие измерения и способы отображения расхода пара и скорости пара у лопаток последней ступени.

[0023] Паровая турбина 105 включает паровую турбину 106 высокого давления, паровую турбину 107 с промежуточным перегревом пара, переходящую в паровую турбину 108 низкого давления. Паровые турбины могут быть соединены с электрогенератором 110 посредством общего вала 109, а также с газовой турбиной (не показана). К выходу электрогенератора 110 подключена нагрузка 111, которая может представлять собой локальную нагрузку или систему передачи электроэнергии. Главные регулирующие паровые клапаны 115 (MSCV) предназначены для быстрого отключения впуска пара в турбину 106 высокого давления. Регулирующие клапаны 116 промежуточного пара (RSCV) обеспечивают быстрое отключение пара в турбине с промежуточным перегревом пара. Турбина 108 низкого давления выпускает пар в конденсатор 117. Устройство 120 автоматического отключения турбины предназначено для быстрого перекрытия подачи пара в турбину 106 высокого давления и турбину 107 с промежуточным перегревом пара (ПП). Устройство 120 может принимать сигналы автоматического отключения от других различных служб системы регулирования турбины (не показаны) с целью защиты турбинных систем.

[0024] Измерительные средства, входящие в систему турбины, обеспечивают систему регулирования турбины известными определенными входными параметрами, необходимыми для контроля и защиты турбин и других компонентов. В частности, датчик 125 давления, предназначенный для измерения давления ступени турбины между турбиной 107 и турбиной 108, и датчик 126 давления, предназначенный для измерения давления на выхлопе турбины, обеспечивают входными данными систему 110 регулирования. Давление 127 на впуске НД пара (LPIP) и давление 128 на выхлопе турбины используют для вычисления VAN 130. Расчетную VAN 131 и давление 128 на выхлопе турбины используют для расчета срабатывания автоматического отключения 135 по давлению на выхлопе турбины (также называемого автоматическим отключением со срывом вакуума). В существующих на сегодняшний день системах указанный расчет сразу поступает в устройство автоматического отключения турбины, с целью перекрытия MSCV/RSCV клапанов 115, 116. Однако перекрытие MSCV/RSCV клапанов приводит к нежелательному увеличению времени восстановления турбин.

[0025] Согласно настоящему изобретению может иметь место отсрочка 140 автоматического отключения по давлению на выхлопе, обеспечивающая непрерывную работу в условиях повышенного неустановившегося давления на выхлопе, которое в противном случае привело бы к срабатыванию аварийных сигнализаций и автоматическим отключениям при повышении давления на выхлопе, при помощи MSCV/RSCV клапанов. Отсрочка 140 дает возможность логической схеме, обеспечивающей безопасность в неустановившемся режиме, расширить пределы допустимого значения давления на выхлопе в режиме сброса нагрузки. Режим сброса нагрузки может быть задан программной функцией 150 рассогласования нагрузки по мощности (PLU). Трансформатор 160 тока принимает электрический выходной сигнал 165, поступающий от генератора 110. Программная PLU функция 150 сравнивает электрический выходной сигнал 165 с турбинной нагрузкой, которая определяется по VAN 131. Если рассогласование между турбинной нагрузкой, которая определяется по LPIP 127, и электрической нагрузкой 161 превышает заданное значение, темпы роста и длительность, указывающие на сброс нагрузки, то PLU сигнал 151 посылается в схему 140 задержки времени. Если в схему 140 задержки времени передается отдельный VAN сигнал 132, подтверждающий что нагрузка низкая, тогда для срабатывания аварийной сигнализации и автоматического отключения по давлению на выхлопе устанавливается отсрочка. В условиях высокого давления на выхлопе турбины, когда условия отсрочки не поддерживаются, сигнал автоматического отключения по давлению на выхлопе турбины незамедлительно проходит в устройство 120 автоматического отключения турбины. Более подробное описание логической схемы, обеспечивающей безопасность при повышенном неустановившемся давлении на выхлопе, будет выполнено применительно к Фиг.4.

[0026] На Фиг.3 изображены эксплуатационные допуски и пороги автоматического отключения по давлению на выхлопе в зависимости от окружной скорости лопаток последней ступени, которые допускают работу как в штатном режиме по давлению, так и при неустановившемся давлении на выхлопе. На кривой 210 срабатывания аварийной сигнализации представлены пороги срабатывания аварийной сигнализации по давлению на выхлопе, действующие для установившегося штатного режима, как функция VAN. На кривой 220 автоматического отключения представлены пороги автоматического отключения по давлению на выхлопе, для установившегося штатного режима, как функция VAN. Заштрихованная область 230 представляет собой неустановившийся рабочий диапазон, соответствующий скачку давления на выхлопе, в зависимости от времени. Рабочая область, соответствующая неустановившемуся давлению на выхлопе, расположена между значениями VAN от нуля до Z, что соответствует диапазону эксплуатации между работой на полных оборотах без нагрузки (FSNL) и работой при нагрузке на собственные нужды, который ожидается после сброса нагрузки. Предполагается, что узлы комбинированного цикла будут работать при FSNL, так как обычно газовая турбина будет обеспечивать вспомогательную нагрузку установки. В случае обычной установки, вспомогательную нагрузку установки, как правило, составляющую 4-6% от полной нагрузки, принимала бы паровая турбина. При расчетных значениях VAN, больших уставки Z, логическая схема защиты в установившемся штатном режиме будет обеспечивать срабатывания аварийной сигнализации и/или автоматические отключения, которые предусмотрены исходя их фактического давления на выхлопе и допустимых пределов. Если расчетные значения VAN меньше уставки Z, логическая схема защиты в установившемся штатном режиме должна обеспечивать срабатывания аварийной сигнализации и автоматические отключения, пока не будет активирована логическая схема защиты для неустановившегося режима. Работа с использованием защитной схемы для неустановившегося режима эффективна, когда PLU функция активирована уменьшением нагрузки, большим, чем установленное PLU, и расчетная VAN находится в диапазоне заштрихованной области 230.

[0027] Точкой 1 представлен узел, работающий при полной нагрузке или близкой к ней. Если узел, который работает при полной нагрузке, что соответствует точке 1, подвергся сбросу нагрузки, то реакция системы будет зависеть от условий, которые возникли на установке. В точке 1, являющейся исходной, узел работает как обычно, в зоне ниже нормальной уставки срабатывания аварийной сигнализации и нормальной уставки автоматического отключения. В точке 2 узел работает в зоне выше штатной уставки 210 срабатывания аварийной сигнализации и ниже штатной уставки 220 автоматического отключения, и за пределами рабочего диапазона 230, соответствующего неустановившемуся давлению на выхлопе. Для продолжения работы в точке 2 не требуется срабатывания логической схемы, обеспечивающей безопасность при неустановившемся давлении на выхлопе. В точке 3, когда давление на выхлопе превышает максимальную уставку автоматического отключения и даже выше давления на выхлопе, соответствующего рабочему диапазону 230, происходит немедленное автоматическое отключение. Работа в точке 4, в пределах диапазона 230, немедленно инициирует срабатывание аварийной сигнализации, указывающей, что активирована отсрочка автоматического отключения по скачку давления, обеспечивая работу в указанном диапазоне без автоматического отключения на протяжении всего периода отсрочки отключения.

[0028] При определении VAN под рабочей нагрузкой, система регулирования турбины будет продолжать использовать давление на выходе ступени турбины в качестве показателя массового расхода потока пара через последнюю ступень паровой турбины. Будем считать, что массовый расход изменяется линейно относительно измеренного давления. Для определения VAN можно применить фактическое рабочее давление на выхлопе. Система регулирования будет сравнивать рабочую VAN с допусками для конкретного узла, которые зависят от VAN. Система регулирования будет контролировать давление на выхлопе при помощи как логической схемы для обычного установившегося состояния, так и логической схемы для неустановившегося режима. Зона от 0 до Z футов/сек представляет зону значений VAN, для которых могла бы быть активирована логическая схема, обеспечивающая безопасность при неустановившемся давлении на выхлопе.

[0029] Логическая схема защиты для неустановившегося режима будет активирована, если PLU функция активирована уменьшением нагрузки, которое превышает PLU уставку, и расчетная VAN не превышает значения Z. PLU обеспечивает заданную величину нагрузки и чувствительность к изменению скорости расхода потока, необходимые для определения сброса нагрузки. В качестве альтернативного входного параметра, вместо использования VAN, значение которой ниже фактического значения Z, можно применять значение нагрузки генератора (например, амперы нагрузки на генераторе) для выяснения, что узел работает в режиме FSNL или режиме нагрузки на собственные нужды (то есть, при значении ниже Z).

[0030] Если активирована логическая схема, обеспечивающая безопасность при неустановившемся давлении на выхлопе, система регулирования турбины будет обеспечивать необходимую защиту согласно локализации на эксплуатационной схеме. Если полученная рабочая точка лежит в неустановившемся рабочем диапазоне 230, соответствующем скачку давления на выхлопе, система регулирования турбины будет контролировать время эксплуатации, а если оно превысит заданное значение, турбина будет автоматически отключена.

[0031] Если падения давления на выхлопе ниже нижнего предела 240 рабочего диапазона 230 в течение отведенного времени, автоматического отключения узла не происходит, и логическая схема защиты для неустановившегося режима не может препятствовать входу и выходу в/из неустановившейся зоны.

[0032] Когда узел отключен, (клапан управления перекрыт, автоматически отключен и т.д.), защита от скачка давления на выхлопе дезактивирована. В примерном варианте выполнения это происходит, когда число оборотов падает до 75% от номинального значения, и защита не активируется до тех пор, пока нагрузка на узле не достигнет нагрузки запуска.

[0033] Когда рабочая точка попадает в неустановившийся рабочий диапазон 230 по давлению на выхлопе и логическая схема защиты для неустановившегося режима активирована, система регулирования может считать отклонение от режима, как отказ, и контролировать период времени, в течение которого узел работает в неустановившемся диапазоне. Количество отказов и время, в течение которого происходил каждый отказ, а также суммарное время отказов, может быть зарегистрировано и заархивировано. Система регулирования может создавать на дисплее оператора нормативную кривую VAN для допустимого давления на выхлопе узла, и показывать рабочую точку в режиме реального времени. Аварийная сигнализация может быть объявлена по громкой связи и отображена на табло.

[0034] На Фиг.4 изображен вариант выполнения логической схемы 400 обеспечения безопасности в неустановившемся режиме, применяемой для отсрочки автоматического отключения по давлению на выхлопе в условиях сброса нагрузки. Давление 5 на выхлопе турбины и давление 10 на впуске НД пара (LPIP) посылаются и попадают в устройство 15 вычисления VAN. Расчетная VAN 16 и давление 6 на выпуске турбины направляются в программную функцию 20 автоматического отключения по давлению на выпуске турбины, для диапазона, соответствующего штатному отключению. Если давление 6 на выпуске турбины выше порога автоматического отключения для расчетной VAN 16, создается условие 21 автоматического отключения. Если имеет место условие 21 автоматического отключения и при этом получено низкое значение сигнала 22 отсрочки, элемент И 25 не пропускает логический сигнал 26 к выходу 30 автоматического отключения в устройстве 35 отключения посредством MSCV клапанов. Если нет сигнала 22 отсрочки автоматического отключения или он находится в режиме ожидания, то может быть активировано устройство отключения посредством MSCV клапанов.

[0035] Подтверждающая логика для сигнала 22 отсрочки автоматического отключения может заключаться в следующем. Анализ сброса нагрузки выполняется у элемента И 55. Сигнал 17 вычисления VAN направляется для проверки 40 под нагрузкой на собственные нужды, с целью определения, упала ли нагрузка пара до уровня нагрузки на собственные нужды, что имело бы место после отключения турбины. Сигнал 41 подтверждения нагрузки на собственные нужды проходит к элементу И 55. Проверка 45 под нагрузкой может быть выполнена для минимального уровня нагрузки с целью установки готовности 46 элемента И 55 к сигналу PLU события. PLU 50 устанавливает окончательный входной параметр для элемента И 55. PLU событие 50 определяют по падению заданного значения электрического выходного параметра 49 нагрузки относительно нагрузки пара, которая определяется LPIP 10. Элемент ИЛИ 75 может включать логику для пограничных допусков расширенных порогов неустановившегося давления на выхлопе. Сигнал 7 давления на выхлопе сравнивается с максимально допустимым 60 и минимально допустимым 65 порогом скачка давления на выхлопе. Если максимально или минимально допустимое переходное давление на выхлопе нарушены, то срабатывает элемент ИЛИ 75. Подобным образом, если на основании измерения 70 числа оборотов турбины, блок 71 определения числа оборотов турбины обнаруживает, что скорость турбины уменьшилась до значения меньше, чем заданная часть полного числа оборотов (что указывает на то, что турбина вероятно уже отключена), отпадает необходимость препятствовать отключению MSCV.

[0036] Выходной параметр 22 элемента И 90 определяет, задерживает ли элемент И 25 сигнал 21 автоматического отключения по давлению на выхлопе. Состояние с низким уровнем элемента И 90 приведет к тому, что элемент И 25 выпускает сигнал автоматического отключения немедленно, в ответ на условие на входе автоматического отключения. Состояние с высоким уровнем элемента И 90 приведет к тому, что элемент И 25 отсрочит сигнал автоматического отключения. Для того чтобы элемент И 90 соответствовал высокому уровню состояния: входной параметр 81 от элемента ИЛИ 80 должен быть низким (ни один из входов 60, 65 или 71 не активирован), входной параметр 96 от заданного временного предела (TDPU) 95 должен быть низким (отсрочка времени не должна закончиться) и выходной параметр 76 от элемента ИЛИ 75 должен быть высоким (работа в условиях пограничного переходного давления, и число оборотов турбины выше предполагаемого значения). Выходные параметры элемента ИЛИ 80 низкие, если ни выходной параметр 22 элемента И 90, ни выходной параметр элемента И 55 не являются низкими.

[0037] На Фиг. 5 изображена блок-схема способа эксплуатации паровой турбины при расширенных безопасных допусках неустановившегося давления на выхлопе. На этапе 510 производят постоянный контроль рабочих параметров турбины, включая давление пара на выхлопе турбины, давление по вертикальному разъему турбины, электрическую нагрузку, число оборотов турбины. На этапе 520 вычисляют VAN. На этапе 530 устанавливают, превышает ли давление пара на выхлопе турбины пороги давления на выхлопе турбины в штатном состоянии, затем на этапе 535 с помощью устройства автоматического отключения дают сигнал автоматического отключения турбины.

[0038] Далее определяют, существуют ли какие-либо условия, разрешающие продолжение эксплуатации при неустановившемся давлении на выхлопе турбины, таким образом, не пропуская сигнал автоматического отключения к устройству автоматического отключения посредством MSCV клапанов. На этапе 540 устанавливают, имело ли место событие PLU. Как описано выше, такое событие возникает, когда при нагрузке генератора, выше заданного уровня, приводится в действие PLU функция, и имеет место заданная величина падения нагрузки генератора относительно нагрузки турбины, которая зависит от VAN. На этапе 550 определяют, является ли расчетное значение VAN ниже заданного уровня, подтверждая, что турбина находится в режиме нагрузки на собственные нужды.

[0039] На этапе 560 устанавливают, выходит ли давление на выхлопе турбины за пределы неустановившегося рабочего диапазона. На этапе 565 устанавливают, выходит ли давление на выхлопе турбины за нижнюю границу неустановившегося рабочего диапазона. На этапе 570 устанавливают, составляет ли число оборотов турбины менее 75% от максимального числа оборотов, что указывает на то, что турбина уже отключена. Если какая-либо из указанных ситуаций имеет место, то работа в пределах пороговых значений неустановившегося давления на выхлопе турбины не должна продолжаться, и должен быть пропущен любой активный сигнал автоматического отключения. Для иных условий на этапах 560, 565 и 570 предполагают, что активный сигнал автоматического отключения может быть отсрочен на заданное время, в процессе эксплуатации в рабочем диапазоне неустановившегося давления на выхлопе. Реле задержки на заданное время отсрочки включается на этапе 575. Если время ожидания реле не истекло, то активный сигнал автоматического отключения не проходит. Если на этапе 580 реле вышло за рамки установленного времени, то на этапе 585 решается, проходит ли сигнал автоматического отключения. Активный сигнал автоматического отключения проходит на этапе 590 через устройство автоматического отключения турбины, приводя к запиранию MSCV клапанов на этапе 595.

[0040] Хотя в данном документе описаны различные варианты выполнения, исходя из описания понятно, что могут быть выполнены различные комбинации элементов, изменения или усовершенствования, которые не выходят за рамки объема изобретения.

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ

5 давление на выхлопе турбины

6 сигнал давления на выхлопе, необходимый для расчета VAN и отключения по VAN

6 сигнал давления на выхлопе, сравниваемый с макс/мин неустановившимся давлением на выхлопе

10 давление на впуске пара НД

15 вычисление VAN

16 расчетная VAN

17 сигнал вычисления VAN

20 функция автоматического отключения давления на выхлопе

21 условие автоматического отключения по сигналу автоматического отключения по давлению на выхлопе

22 сигнал отсрочки автоматического отключения

25 элемент И

26 сигнал логической схемы на автоматическое отключение

30 сигнал автоматического отключения, посылаемый в устройство автоматического отключения

35 устройство автоматического отключения посредством MSCV клапанов

40 нагрузка, меньше нагрузки на собственные нужды

41 сигнал подтверждения нагрузки на собственные нужды

45 проверка под нагрузкой

46 готовность

49 электрический выходной параметр нагрузки

50 PLU

55 элемент И

56 выходной параметр элемента И 55

60 значение, большее максимально допустимого порога неустановившегося давления на выхлопе

65 минимально допустимый порог неустановившегося давления на выхлопе

70 частота оборотов

71 блок определения частоты оборотов турбины

75 элемент ИЛИ

76 выходной параметр элемент ИЛИ 75

80 элемент ИЛИ

81 выходной параметр элемент ИЛИ 80 90 элемент И

95 TDPU

105 паровая турбина

106 паровая турбина высокого давления

107 паровая турбина с промежуточным перегревом

108 паровая турбина низкого давления

109 общий вал

110 система регулирования турбины

111 нагрузка

115 главные регулирующие паровые клапана

116 клапана, регулирующие пар промежуточного перегрева

117 конденсатор

120 устройство автоматического отключения турбины

125 датчик давления ступени турбины

127 давление на впуске пара низкого давления

128 давление на выхлопе турбины

130 VAN

131 расчетная VAN

135 автоматическое отключение по давлению на выхлопе турбины

140 отсрочка времени

150 функция рассогласования нагрузки по мощности

151 PLU сигнал

160 трансформатор тока

165 выходной сигнал электрического генератора

210 кривая срабатывания аварийной сигнализации

220 кривая автоматического отключения

230 неустановившийся рабочий диапазон при скачке давления на выхлопе

400 логический алгоритм обеспечения безопасности в неустановившемся режиме

Изобретение относится к энергетике. Система регулирования, предназначенная для выполнения логического алгоритма обеспечения безопасности в неустановившемся режиме, с целью предотвращения автоматического отключения турбины по давлению на выхлопе, обусловленного скачком давления на выхлопе турбины, который вызван сильным снижением расхода потока через турбину, связанным с внезапным повышением давления на выхлопе турбины. Когда условия полного сброса нагрузки обнаружены посредством рассогласования 50 нагрузки по мощности и подтверждены вспомогательными средствами, штатные уставки автоматического отключения по давлению на выхлопе турбины блокируют на период отсрочки, пока действуют переходные эксплуатационные допуски. Также представлен способ эксплуатации паровой турбины согласно изобретению. Изобретение позволяет обеспечить безопасную работу паровой турбины в неустановившемся режиме работы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система (110) регулирования паровой турбины для работы паровой турбины в условиях кратковременного подъема давления (5) на выхлопе турбины, содержащая:
программную функцию (30) автоматического отключения, предназначенную для активации устройства (120) автоматического отключения посредством главных регулирующих паровых клапанов (115) паровой турбины, в соответствии со штатным допуском (210) по давлению (5) на выхлопе турбины,
программную функцию (150) рассогласования нагрузки по мощности, предназначенную для определения сброса нагрузки, и
логический алгоритм (400) обеспечения безопасности в неустановившемся режиме, технический эффект которого заключается в блокировке на период отсрочки активации (22) указанной функции (30) автоматического отключения посредством указанных клапанов (115) паровой турбины в рабочем диапазоне (230) неустановившегося давления на выхлопе турбины и в условиях ограниченного сброса нагрузки.

2. Система (110) регулирования по п. 1, в которой указанная программная функция (30) автоматического отключения по давлению (5) на выхлопе турбины представляет собой автоматическое отключение (30) по давлению (5) на выхлопе турбины как функцию окружной скорости (16) лопаток последней ступени паровой турбины (105).

3. Система (110) регулирования по п. 2, в которой окружная скорость (16) лопаток последней ступени паровой турбины вычисляется, исходя из измерения (10) давления перед ступенью турбины и давления (5) на выхлопе турбины.

4. Система (110) регулирования по п. 3, в которой рабочий диапазон (230) неустановившегося давления на выхлопе турбины считается эксплуатационным, если указанный логический алгоритм (400) обеспечения безопасности в неустановившемся режиме отсрочивает функцию (30) автоматического отключения по давлению (5) на выхлопе турбины.

5. Система (110) регулирования по п. 4, в которой указанная функция рассогласования нагрузки по мощности приводится в действие, когда нагрузка генератора превышает заданное значение.

6. Система (110) регулирования по п. 5, в которой указанная функция (150) рассогласования нагрузки по мощности запускается, когда разница между измеренной мощностью турбины, определяемой при измерении (10) давления на входе ступени турбины, и измеренной нагрузкой (49) генератора, превышает заданное значение в течение заданного периода времени при заданном темпе роста.

7. Система (110) регулирования по п. 6, в которой условия ограниченного сброса нагрузки для логической схемы обеспечения безопасности в неустановившемся режиме включают:
активацию функции (150) рассогласования нагрузки по мощности и
нагрузку на паровую турбину (105), которая определяется, исходя из расчетной окружной скорости (16) лопаток последней ступени турбины, которая ниже заданного значения, соответствующего нагрузке (40) на собственные нужды.

8. Система (110) регулирования по п. 4, в которой отсрочка (140), блокирующая штатное автоматическое отключение (26) по давлению (5) на выхлопе турбины, не включается в условиях, когда имеет место по меньшей мере одно из перечисленных ниже событий: работа за пределами пороговых значений (230) неустановившегося давления на выхлопе; паровая турбина находится в состоянии автоматического отключения, которое определяется частотой (75) оборотов; и работа в диапазоне (230) эксплуатационных допусков неустановившегося давления на выхлопе дольше заданного периода (95).

9. Способ эксплуатации паровой турбины (105) при повышенном неустановившемся давлении на выхлопе турбины, включающий:
работу паровой турбины (105) в соответствии со штатными уставками (210) срабатывания аварийной сигнализации и штатными уставками (220) автоматического отключения по давлению (5) на выходе турбины, как функции окружной скорости (10) лопаток последней ступени,
контроль условий (40, 46, 50) предполагаемого падения нагрузки,
использование рабочего диапазона (230) срабатывания аварийной сигнализации и автоматического отключения по неустановившемуся давлению на выхлопе турбины в условиях (40, 46, 50) предполагаемого падения нагрузки, работу согласно рабочему диапазону (230) неустановившегося давления на выхлопе,
активацию штатных уставок (220) автоматического отключения по давлению (5) на выхлопе турбины, если время работы в рабочем диапазоне (230) неустановившегося давления на выхлопе превышает заданный временной предел (95),
работу в соответствии со штатными уставками (220) автоматического отключения по давлению (5) на выхлопе турбины, если давление (5) на выхлопе турбины, или окружная скорость (10) лопаток последней ступени, или оба указанных параметра не попадают в рабочий диапазон (230) неустановившегося давления на выхлопе.

10. Способ по п. 9, в котором при контроле условий предполагаемого падения нагрузки:
запускают функцию (50) рассогласования нагрузки по мощности при заданных условиях,
контролируют мощность турбины по давлению (10) на входе ступени турбины и нагрузке (49) генератора и
определяют, имеет ли место рассогласование (50) по нагрузке по мощности, когда разница между мощностью турбины, устанавливаемой по давлению (10) на выходе ступени турбины, и нагрузкой (49) генератора превышает заданное значение, темпы роста и длительность.