СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ СВЕРХНОМИНАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ОДНОВАЛЬНОЙ ГАЗОПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2017 года по МПК F01D21/20 

Изобретение относится к способу испытания защиты от сверхноминальной скорости вращения одновальной газопаротурбинной установки, причем во время испытательной эксплуатации газовая и паровая турбины приводятся в действие с испытательной скоростью вращения, при этом генератор работает с подключенной нагрузкой и при испытательной эксплуатации производится ее сброс.

Для обеспечения надежной эксплуатации газопаротурбинной установки требуется, чтобы определялась и контролировалась скорость вращения. Как правило, скорость вращения газовых и паровых турбин электростанции поддерживается при постоянной частоте, составляющей 50 или 60 Гц. При известных условиях может случиться, что такая скорость вращения будет превышена, тогда она называется сверхноминальной скоростью вращения. Если такая сверхноминальная скорость вращения превысит критическую величину, то должен сработать защитный механизм и принимаются меры по предупреждению последующего увеличения скорости вращения. Как правило, в этом случае отключается подвод пара в паровую турбину и подача топлива в газовую турбину. В этом случае производится останов паровой турбины после газовой турбины.

В ЕР 2372482 А2 раскрыты метод и система для испытания защиты от сверхноминальной скорости вращения турбоустановки.

В DE 29908581 U1 описано устройство для контроля за эксплуатационной надежностью турбины при сбросе нагрузки.

В FR 2947300 А1 раскрыт способ испытания турбоустановки.

До настоящего времени испытательные механизмы для защиты от сверхноминальной скорости вращения парогазотурбинных установок проверялись так, что предельное значение срабатывания защиты от сверхноминальной скорости вращения задавалось равным скорости вращения, которая была меньше рабочей скорости вращения. При испытательной эксплуатации эта меньшая скорость вращения могла превышаться, при этом проверялось, функционирует ли защита от сверхноминальной скорости вращения.

Однако желательно проводить такую испытательную эксплуатацию также с подлинными предельными значениями срабатывания. Это означает, что проверка защиты от сверхноминальной скорости вращения должна проводиться на основе рабочей скорости вращения. Это также желательно с той точки зрения, что в определенных странах законом предписана такая защита от сверхноминальной скорости вращения, которая должна работать при подлинных предельных значениях срабатывания. Такой контроль может проводиться при наличии одновальных установок только совместно для газовой и паровой турбин с учетом допустимых расчетных параметров.

Задача изобретения заключается в создании способа испытания одновальной газопаротурбинной установки, причем испытание защиты от сверхноминальной скорости вращения возможно проводить на основе рабочих скоростей вращения.

Эта задача решается способом испытания защиты от сверхноминальной скорости вращения одновальной газопаротурбинной установки, при этом во время испытательной эксплуатации газовая и паровая турбины работают с испытательной скоростью вращения, генератор эксплуатируется с подключенной нагрузкой и во время испытательной эксплуатации производится сброс нагрузки, скорость вращения паровой турбины возрастает, и при достижении ее предельного значения срабатывания срабатывает защита от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины.

Следовательно, важный замысел изобретения состоит в том, что электрический генератор приводится в действие при работе паровой и газовой турбин при испытательной скорости вращения, соответствующей рабочей скорости вращения 50 или 60 Гц, при этом к электрическому генератору подключена электрическая нагрузка. Такая электрическая нагрузка вызывает повышенный вращательный момент роторов газовой и паровой турбин. В результате сброса нагрузки, т.е. после резкого отключения электрической нагрузки, изменяется противодействие вращательного момента на роторах газовой и паровой турбин, что приводит к более или менее резкому повышению скорости вращения, поскольку не обеспечивается регулирование подвода пара и топлива для газовой турбины из-за инертности системы.

Таким образом, в результате сброса нагрузки возрастает скорость вращения паровой турбины и неизбежно газовой турбины и при достижении предельного значения срабатывания паровой турбины срабатывает ее защита от сверхноминальной скорости вращения.

Предпочтительные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно первому предпочтительному варианту выполнения предельное значение срабатывания достигается сначала паровой турбиной, при этом срабатывает ее защита от сверхноминальной скорости вращения, и затем свое предельное значение достигает газовая турбина, при этом после достижения предельного значения газовой турбины срабатывает защита от сверхноминальной скорости вращения. Таким образом, согласно этому предпочтительному варианту выполнения требуется последовательное выполнение двух условий срабатывания для того, чтобы сначала сработала защита от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины и затем такая же защита газовой турбины. Сначала должно быть достигнуто предельное значение срабатывания паровой турбины и после этого предельное значение газовой турбины.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения во время испытательной эксплуатации паровая турбина находится в совершенно прогретом состоянии. Это означает, что рабочие параметры паровой турбины при испытательной эксплуатации достигаются идеальным образом и что не требуется учитывать временные эффекты при строгой эксплуатации.

Согласно предпочтительному варианту выполнения газовая турбина работает во время испытательной эксплуатации с пониженной мощностью.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения газовая турбина работает во время испытательной эксплуатации при постоянной температуре отработавших газов.

Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения между срабатыванием защиты от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины и сбросом нагрузки проходит время t_срабат, при этом t_срабат<t_макс, останов паровой турбины происходит в том случае, когда t_cpaбат>t_макс, срабатывания же защиты от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины еще не произошло.

Ниже подробнее описывается пример выполнения изобретения. На фигурах схематически изображено:

фиг. 1 - схематический вид одновальной газопаротурбинной установки;

фиг. 2 - кривая скорости вращения после сброса нагрузки.

На фиг. 1 показана одновальная газопаротурбинная установка 1. Она содержит паровую турбину 2, газовую турбину 3 и электрический генератор 4, которые общим валом 5 соединены между собой с возможностью передачи вращающего момента. Между газовой турбиной 3 и электрическим генератором 4 установлена муфта 6, посредством которой может прерываться передача вращающего момента.

К выходу 7 электрического генератора 4 подключен через выключатель 8 электроприемник или электрическая нагрузка 9. На фиг. 1 выключатель 8 изображен в замкнутом состоянии.

На фиг. 2 показана кривая скорости вращения газовой турбины (n_DT) и паровой турбины (n_DT). Представленные на фиг. 2 кривые скорости вращения показывают характеристику скорости вращения газовой турбины 3 и паровой турбины 2 при сцепленной муфте 6. Сначала газовая 3 и паровая 2 турбины работают при постоянной скорости вращения, равной 3000 оборотов в минуту. В момент времени t=t_{сброса нагрузки} электроприемник 9 отсоединяют выключателем 8 от генератора 4. В результате скорость вращения газовой турбины (n_GT)) и паровой турбины (n_DT) возрастает в течение короткого времени и, если достигается предельное значение срабатывания, происходит отключение паровой турбины 2, что ведет к резкому снижению скорости вращения, как это следует из фиг. 2.

Строгая защита от сверхноминальной скорости вращения должна срабатывать, по сравнению с нормальным режимом работы, при постоянном пороговом значении срабатывания. В процессе испытания газовая 3 и паровая 2 турбины ускоряются преднамеренно до достижения предельного значения срабатывания соответствующей защиты от сверхноминальной скорости вращения. При превышении предельных значений срабатывания защита от сверхноминальной скорости вращения должна управлять исполнительными элементами газовой 3 и паровой 2 турбин и таким образом предупреждать критические сверхноминальные скорости вращения. Строгое испытание защиты от сверхноминальной скорости вращения не является в смысле функциональной надежности подлинным требованием к защите, так как регуляторы задают соответствующие предельные значения срабатывания с заданной динамикой и критическая сверхноминальная скорость вращения исключается.

У одновальных газопаротурбинных установок 1 как газовая турбина 3, так и паровая турбина 2 снабжены каждая отдельной защитой от сверхноминальной скорости вращения. Благодаря наличию механической муфты 6 на участке между газовой турбиной 3 и паровой турбиной 2 одновальных установок скорость вращения паровой турбины 2 не превышает ту же скорость газовой турбины 3. Кроме того, газовая турбина 3 должна обеспечивать достаточную паропроизводительность котла при строгом проведении испытания паровой турбины 2 на сверхноминальную скорость вращения. Следовательно, испытание паровой турбины 2 на сверхноминальную скорость вращения не может проводиться независимо от газовой турбины 3. Способ испытания защиты от сверхноминальной скорости вращения одновальной газопаротурбинной установки 1 проводится следующим образом. Во время испытательной эксплуатации газовую 3 и паровую 2 турбины приводят в действие с испытательной скоростью вращения, которая равна рабочей скорости вращения 3000 об/мин. Генератор 4 работает с подключенной нагрузкой 9, причем при испытательной эксплуатации в момент времени t_сброс нагрузки производится сброс нагрузки, вследствие чего возрастает скорость вращения паровой 2 и газовой 3 турбин и при достижении предельного значения срабатывания паровой турбины происходит срабатывание ее защиты от сверхноминальной скорости вращения, а при достижении предельного значения срабатывания газовой турбины - срабатывание ее защиты от сверхноминальной скорости вращения. В результате скорость вращения паровой 2 и газовой 3 турбин снижается.

После сброса нагрузки момент инерции масс или постоянная времени разгона воздействуют на динамические свойства газовой 3 и паровой 2 турбин. Соотношение между постоянными времени разгона оказывает влияние на выбор предельного значения срабатывания.

Сброс нагрузки в одновальной газопаротурбинной установке 1 автоматически ведет к аварийному отключению паровой турбины 2. Поэтому предельное значение срабатывания защиты от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины может задаваться (например, при 104%) без снижения коэффициента готовности установки до величины, несколько превышающей максимальную частоту в сети (например, 61,5 Гц). Интервал между максимально допустимой частотой в сети и предельным значением срабатывания защиты от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины выбирается с таким расчетом, чтобы во время эксплуатации не произошло нежелательное отключение.

Другим краевым условием является то, что предельное значение срабатывания защиты от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины не должно превышать то же значение защиты от сверхноминальной скорости вращения газовой турбины.

Предельное значение срабатывания защиты от сверхноминальной скорости вращения газовой турбины должно быть задано равным величине, которая больше максимальной скорости вращения после сброса нагрузки и меньше критической сверхноминальной скорости вращения. Предельное значение срабатывания должно выбираться таким образом, чтобы оно достигалось паровой турбиной 2 раньше газовой турбины 3.

Управляющая техника газовой 3 и паровой 2 турбин одновальной газопаротурбинной установки 1 дополняется настолько, чтобы присутствовал выключатель, посредством которого активируется проведение точного испытания на сверхноминальную скорость вращения. Эта функция автоматически деактивируется после максимального промежутка времени с целью защиты паровой турбины 2 от контакта с холодным паром. Максимальный промежуток времени должен выбираться с учетом длительности проведения точного испытания на сверхноминальную скорость вращения при соблюдении краевого условия, согласно которому температурные показатели пара во время испытания сохраняются в допустимом диапазоне. Способ отличается следующим. В зависимости от выключателя сначала в газовой турбине 3 блокируется распознавание сброса нагрузки и производится автоматическое, например, смещенное по времени размыкание выключателя 8 генератора 4. Для паровой турбины 2 сначала в зависимости от выключателя задается уставка регулятора скорости вращения, равная величине, несколько превышающей предельное значение срабатывания защиты от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины и составляющей, например, 105%, при этом регулятор должен достигнуть предельного значения при заданном ускорении. Величина ускорения влияет на длительность испытания. После этого влияние предельной частоты деактивируется, затем предупреждается влияние мощности факела газовой турбины на регулятор паровой турбины. При этом в случае необходимости при неисправностях муфты необходимо отрегулировать общее аварийное отключение на время проведения испытания на сверхноминальную скорость вращения, которое необходимо только в том случае, когда газовая турбина 3 отключается в результате общего аварийного отключения до момента достижения предельного значения срабатывания.

Способ испытания защиты от сверхноминальной скорости вращения одновальной газопаротурбинной установки 1 применяется в том случае, когда паровая турбина 2 полностью прогрета и проработала более пяти часов. Газовая турбина 3 эксплуатируется при по возможно низкой мощности и при постоянной температуре отработавших газов, что отражается через точку IGV. В результате приведения в действие выключателя в управляющей технике активируется испытание на сверхноминальную скорость вращения. При активированном испытании на сверхноминальную скорость вращения необходимые переключения производятся автоматически, при этом происходит с некоторым запаздыванием автоматическое размыкание выключателя 8. После этого газовая 3 и паровая 2 турбины достигают, как задано, предельного показателя срабатывания. Паровая турбина 2 достигает своего предельного значения срабатывания первой, причем газовая турбина 3 достигает своего предельного значения срабатывания через короткое время после этого. Весь этот процесс не должен превышать определенное заданное время, поскольку иначе пар недопустимо охладится. Поэтому функция точных испытаний на сверхноминальную скорость вращения деактивируется автоматически через несколько часов, которые могут быть заданы, вследствие чего происходит отключение паровой турбины.

Изобретение относится к способу испытания защиты от сверхноминальной скорости вращения одновальной газопаротурбинной установки, при этом во время испытательной эксплуатации сначала подключается электрическая нагрузка к генератору, в момент испытания производится сброс нагрузки и может достигаться предельное значение срабатывания, в результате чего срабатывает защита от сверхноминальной скорости вращения. Технический результат изобретения – повышение точности способа испытания защиты от сверхноминальной скорости скорости вращения. 2 ил.

1. Способ испытания защиты от сверхноминальной скорости вращения одновальной газопаротурбинной установки (1), при котором во время испытательной эксплуатации газовая (3) и паровая (2) турбины работают с испытательной скоростью вращения, генератор (4) работает с подключенной нагрузкой, причем во время испытательной эксплуатации выполняют сброс нагрузки, скорость вращения паровой турбины (2) возрастает и при достижении ее предельного значения срабатывания срабатывает защита от сверхноминальной скорости вращения.

2. Способ по п. 1, при котором предельное значение срабатывания сначала достигается паровой турбиной (2) и затем газовой турбиной (3), причем защита от сверхноминальной скорости вращения срабатывает после достижения предельного показателя срабатывания паровой турбины.

3. Способ по п. 2, при котором защита от сверхноминальной скорости вращения газовой турбины срабатывает после достижения ею предельного значения срабатывания.

4. Способ по любому из пп. 1-3, при котором во время испытательной эксплуатации паровая турбина (2) находится в полностью прогретом состоянии.

5. Способ по любому из пп. 1-3, при котором во время испытательной эксплуатации газовая турбина (3) работает с малой мощностью.

6. Способ по любому из пп. 1-3, при котором во время испытательной эксплуатации газовая турбина (3) работает при постоянной температуре отработавших газов.

7. Способ по любому из пп. 1-3, при котором между срабатыванием защиты от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины и сбросом нагрузки проходит время t_срабат, при этом t_сpaбат<t_макс, отключение паровой турбины происходит при t_срабат>t_макс, причем еще не произошло срабатывания защиты от сверхноминальной скорости вращения паровой турбины.