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(11) | EP 1 191 190 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine und Dampfturbine |
| (57) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine (1), bei dem
Dampf der Dampfturbine (1) über mindestens drei Ventile zugeführt wird, wobei eines
der Ventile als ein Regelventil (9,11) geregelt und mindestens zwei Ventile als Steuerventile
(13,15) gesteuert werden. |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine, bei dem Dampf der Dampfturbine über mindestens drei Ventile zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Dampfturbine mit einer Ventilgruppe zur Regelung des Dampfeinlasses.
[0002] Ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine geht hervor aus dem Artikel "Praxisgerechte Auslegung von Drehzahl und Leistungsreglern für Dampfturbinen" von Johannes Dastych und Heinz Unbehauen, Martin Bennauer und Heribert Werthes, ATP 41(1999), Heft 5. Eine Dampfturbine wird nach Drehzahl oder Leistung geregelt. Der Regelkreis für Drehzahl und Leistung gemäß Bild 2 besteht aus Funktionsblöcken wie Drehzahl- / Leistungsregler (D-/LR), Frischdampf-Stellventil (FD-STV), Abfangstellventil (AF-STV), Dampferzeuger (DE) und Turbine (T) sowie elementaren Blöcken, wie z.B. Konstante, Rampe und Sprungfunktion für die Eingangssignale. Zur Bereitstellung elektrischer Leistung wird der Turbosatz mit Dampf aus einem Dampferzeuger versorgt, wobei die Dampfzufuhr über Stellventile so geregelt wird, dass die notwendige Leistung zur Verfügung steht. Die Regelung der Drehzahl und der Leistung erfolgt über einen gemeinsamen Drehzahl-/Leistungsregler sowohl für den Lastbetrieb mit wählbarer Statik als auch zur Regelung der Drehzahl bei Leerlauf. Das Ausgangssignal des Drehzahl-/Leistungsreglers wirkt auf die Frischdampf- und Abfangstellventile. Eine solche Regelung einer Dampfturbine erfordert einen sehr komplexen Regelkreis sowie Stellventile, die eine hinreichend schnelle Regelung gestatten. Bisher werden ausschließlich hydraulisch angetriebene Stellventeile zur Dampfeinlassregelung verwendet, da nur über einen solchen hydraulischen Antrieb eine hinreichend schnelle Einstellung des Ventilhubs möglich ist.
[0003] Ein Stellantrieb für ein Ventil einer Dampfturbine mit einem elektromotorischen Antrieb ist bekannt aus der WO98/13633. Ein solcher elektromotorischer Antrieb ist besonders kostengünstig und verringert zudem eine Brandgefahr durch Vermeidung des Einsatzes von Hydrauliköl. Ein solcher elektromotorischer Antrieb für ein Dampfventil kann für ein Schnellschlußventil einer Dampfturbine zum Einsatz kommen, bei dem es nur auf ein schnelles Schließen der Dampfleitung ankommt. Zur Dampfturbinenregelung sind die elektromotorischen Antriebe aber ungeeignet, da für die erforderlichen Ventilhubstellungen die Stellzeiten zu gering und die Ventilhubeinstellungen zu ungenau sind.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Regelung einer Dampfturbine, das insbesondere sehr kostengünstig ist und zudem eine erhöhte Betriebssicherheit bietet. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Dampfturbine mit den gleichen Vorteilen.
[0005] Erfindungsgemäß wird die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe gelöst durch die Angabe eines Verfahrens zur Regelung einer Dampfturbine, bei dem Dampf der Dampfturbine über mindestens drei Ventile zugeführt wird, wobei eines der Ventile als ein Regelventil geregelt und mindestens zwei Ventile als Steuerventile gesteuert werden.
[0006] Es wird somit der völlig neue Weg eingeschlagen, bei der Regelung einer Dampfturbine Ventile zweier verschiedener Kategorien zu verwenden. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass zur effizienten, sicheren und schnellen Regelung der Dampfturbine keineswegs alle Ventile als Regelventile ausgebildet sein müssen, so wie es die bisher übliche Auffassung war. Nach umfangreichen Tests konnte vielmehr belegt werden, dass eine Kombination aus Regelventilen und Steuerventilen tatsächlich eine ausreichend sichere und schnelle Regelung der Dampfturbine ermöglicht. Die Steuerventile werden dabei abhängig von einem Reglerausgangssignal auf einen bestimmten Wert ihres Ventilhubs eingestellt. Die Beibehaltung eines Regeldifferenzwertes von etwa Null wird von einem, gegebenenfalls auch mehreren, Regelventilen übernommen. Somit können mindestens zwei Regelventile durch sehr viel einfachere Steuerventile ersetzt werden, wodurch der Regelkreis erheblich vereinfacht wird.
A) Bevorzugt werden die Steuerventile elektromotorisch angetrieben. Ein elektromotorischer Antrieb bietet gegenüber einem etwa elektrohydraulischen Antrieb erhebliche Kostenvorteile. Darüber hinaus verringert sich das Brandrisiko durch den Wegfall von Hydrauliköl. Durch die Übernahme der Feinregelung mittels des Regelventils genügt auch die geringere Stelldynamik bei dem elektromotorischen Antrieb für den Einsatz im Regelprozess.
B) Bevorzugt werden zwei Regelventile und zwei Steuerventile verwendet. Üblicherweise kommen bei Regelprozessen in der Dampfturbine vier Ventile zum Einsatz. Grundsätzlich genügt nach dem neuen Regelkonzept ein Regelventil, das mit drei Steuerventilen zusammenarbeitet. Hinsichtlich einer verbesserten Verfügbarkeit ist es jedoch vorteilhaft, zwei Regelventile und zwei Steuerventile zu verwenden.
C) Vorzugsweise wird das Verfahren bei einer Leistungsaufnahme der Dampfturbine so gestaltet, dass zunächst das Regelventil öffnet und bei Überschreiten eines festgelegten ersten Wertes eines für die Regelung des Regelventils verwendeten Reglerausgangssignals und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz eines der Steuerventile öffnet. Weiter bevorzugt liegt der erste Wert etwa bei einem Viertel des maximalen Reglerausgangssignals. Die positive Regeldifferenz zeigt an, dass der gewünschte Wert für die Leistung oder auch die Drehzahl noch nicht erreicht ist.
D) Weiter bevorzugt öffnet beim Überschreiten eines zweiten Wertes des Reglerausgangssignals und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz das zweite Regelventil. Der zweite Wert des Reglerausgangssignals ist dabei größer als der erste Wert des Reglerausgangssignals. Es wird somit eine weitere Stufe bei der Leistungsaufnahme erreicht, bei der das dritte Ventil, und zwar das zweite Regelventil, zugeschaltet wird. Der zweite Wert des Reglerausgangssignals liegt dabei weiter bevorzugt bei etwa der Hälfte des maximalen Werts des Reglerausgangssignals.
E) Vorzugsweise öffnet bei Überschreiten eines dritten Wertes des Reglerausgangssignals und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz das zweite Steuerventil. Der dritte Wert des Reglerausgangssignals liegt dabei über dem Wert des zweiten Wertes des Reglerausgangssignals. Es wird somit eine weitere Stufe bei der Leistungsaufnahme der Dampfturbine erreicht, bei der das zweite Steuerventil zugeschaltet wird. Bei einem Reglerausgangssignal von 100% sind alle Ventile vollständig geöffnet.
F) Vorzugsweise wird eine Schließgeschwindigkeit jedes der Steuerventile abhängig von der jeweils vorliegenden Größe der Regeldifferenz eingestellt. Die Regeldifferenz gibt, wie ausgeführt, den Unterschied zwischen dem Soll- und dem Istwert der Drehzahl oder der Leistung der Dampfturbine an. Bei einer großen Regeldifferenz werden die Steuerventile mit einer großen Geschwindigkeit in ihre Sollstellung gefahren. Bei einer kleineren Regeldifferenz genügt eine kleinere Stellgeschwindigkeit. Für die elektromotorischen Antriebe kann insbesondere ein Frequenzumrichter abhängig vom Vorzeichen der Regeldifferenz die Stellrichtung für die Regelventile vorgeben.
[0007] Die Ausgestaltungen nach den Punkten A bis F können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
[0008] Die auf eine Dampfturbine gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Angabe einer Dampfturbine mit einer Ventilgruppe zur Regelung des Dampfeinlasses, welche Ventilgruppe ein Regelventil und mindestens zwei Steuerventile umfaßt.
[0009] Die Vorteile einer solchen Dampfturbine ergeben sich entsprechend den obigen Ausführungen zu den Vorteilen des Verfahrens zur Regelung einer Dampfturbine .
[0011] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:
- FIG 1
- eine Dampfturbinenanlage,
- FIG 2
- einen Satz von Dampfeinlaßventilen mit zugehöriger Regelungsbeschaltung und
- FIG 3
- eine Kennliniendarstellung für die Dampfeinlaßventile.
[0013] Figur 1 zeigt schematisch eine Dampfturbinenanlage. Einer Dampfturbine 1 wird Dampf aus einem Dampferzeuger 3 über die Zufuhrleitung 5 zugeführt. In die Zufuhrleitung 5 ist eine Ventilgruppe 7 eingebaut. Die Ventilgruppe 7 umfaßt ein erstes Regelventil 9 und ein zweites Regelventil 11. Die Ventilgruppe 7 umfaßt weiter ein erstes Steuerventil 13 und ein zweites Steuerventil 15. Über die Ventilgruppe 7 wird die in die Dampfturbine 1 eingeleitete Dampfmenge geregelt. Dies geschieht in Abhängigkeit von der für die Dampfturbine 1 gewünschte Leistung oder Drehzahl. Dies wird näher anhand der Figuren 2 und 3 erläutert.
[0014] Figur 2 zeigt die Ventilgruppe 7 aus Figur 1 mit der zugehörigen Regelungsbeschaltung. Ein Regler 21 erzeugt abhängig vom Istwert der Drehzahl oder Leistung und dem Sollwert der Drehzahl oder Leistung ein Reglerausgangssignal kennzeichnend für eine Regeldifferenz. Das Reglerausgangssignal wird einem ersten Servöverstärker 23 des ersten Regelventils 9 zugeleitet. Das Reglerausgangssignal wird auch einem zweiten Servoverstärker 27 des zweiten Regelventils 11 zugeleitet. Das Reglerausgangssignal wird auch einem ersten Frequenzumrichter 25 des ersten Steuerventils 13 zugeleitet. Das Reglerausgangssignal wird auch einem zweiten Frequenzumrichter 29 des zweiten Steuerventils 15 zugeleitet. Das Regelungsverfahren wird näher anhand von Figur 3 beschrieben.
[0015] Figur 3 zeigt in einem Diagramm beispielhaft den Ventilhub jedes der Ventile 9, 11, 13, 15 in Abhängigkeit vom Reglerausgangssignal. Die Angaben sind in Prozent vom jeweiligen Maximalwert dargestellt. Die Kennlinie 9K gibt den Verlauf des Ventilhubs 33 des ersten Reglerventils 9 in Abhängigkeit vom Reglerausgangssignal 31 an. Die Kennlinie 13K gibt die entsprechende Kennlinie für das erste Steuerventil 13 an. Die Kennlinie 11K gibt die entsprechende Kennlinie für das zweite Regelventil 11 an. Die Kennlinie 15K gibt die entsprechende Kennlinie für das zweite Steuerventil 15 an. Das erste Regelventil 9 öffnet proportional zur Größe des Reglerausgangssignals 31. Bei einem Wert von 22,5% des Reglerausgangssignals 31 öffnet das erste Steuerventil 13. Bei einem Wert von 47,5% des Reglerausgangssignals 31 ist der Ventilhub 33 für das erste Regelventil 9 und für das erste Steuerventil 13 bei 100%. Ab diesem Punkt öffnet sich das zweite Regelventil 11. Bei einem Wert von 72,5% wird schließlich das zweite Steuerventil 15 zugeschaltet. Bei einem Wert von 100% des Reglerausgangssignals 31 sind alle Ventile 9, 11, 13, 15 vollständig geöffnet. Das Anfahren, Hochfahren auf Nenndrehzahl und die Synchronisierung erfolgt mit dem ersten Regelventil 9. Die Größe der Regeldifferenz bestimmt die Öffnungsgeschwindigkeit der Steuerventile 13, 15. Bei Lastabwürfen kommt es zu einer negativen Regeldifferenz. Die Größe der Negativ-Regeldifferenz bestimmt die Schließgeschwindigkeit der Steuerventile. Aufgrund der geringeren Stelldynamik der Steuerventile, die im gezeigten Beispiel elektromotorisch angetrieben werden, kann der Ansprechwert für einen Schaltvorgang "Schließen" bei Lastabwurf für die Regelventile 9, 11 und die Steuerventile 13, 15 unterschiedlich sein.
bei dem Dampf der Dampfturbine (1) über mindestens drei Ventile (9, 11, 13, 15) zugeführt wird, wobei eines der Ventile (9, 11) als ein Regelventil geregelt und mindestens zwei Ventile (13, 15) als Steuerventile gesteuert werden.
bei dem die Steuerventile (13, 15) elektromotorisch angetrieben werden.
bei dem zwei Regelventile (9, 11) und zwei Steuerventile (13, 15) verwendet werden.
bei dem für eine Leistungsaufnahme der Dampfturbine (1) zunächst das Regelventil (9, 11) öffnet und bei Überschreiten eines festgelegten ersten Wertes eines für die Regelung des Regelventils (9,11) verwendeten Reglerausgangssignals (31) und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz eines der Steuerventile (13,15) öffnet.
bei dem bei Überschreiten eines zweiten Wertes des Reglerausgangssignals (31) und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz das zweite Regelventil (11) öffnet.
bei dem bei Überschreiten eines dritten Wertes des Reglerausgangssignals (31) und bei Vorliegen einer positiven Regeldifferenz das zweite Steuerventil (15) öffnet.
bei dem eine Schliessgeschwindigkeit jedes der Steuerventile (13, 15) abhängig von der jeweils vorliegenden Größe der Regeldifferenz eingestellt wird.