[发明专利]用于在瞬时升高的背压力下操作蒸汽涡轮的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及蒸汽涡轮，且更具体地涉及用于在瞬时升高的背压力下操作蒸汽涡轮的方法。

背景技术

冷凝式蒸汽涡轮提供有可容许的排气压力操作指引(guideline)，其旨在保护蒸汽涡轮免受在排气(冷凝器)压力过高的情况下可能发生的潜在破坏。该指引包括排气压力报警和跳闸极限，该跳闸极限通常表现为随末级轮叶(LSB)的环空速率(VAN)而变化。环空速率是在轮叶出口处测得的蒸汽速率，且为穿过末级的流量(flow)、其面积以及冷凝器压力倒数的正函数。

涡轮级压力随流量大致线性地变化。为了表示蒸汽速率(流量)，可在各点处监测级压力，以便由涡轮控制系统用作末级轮叶流量的指示。通常，再加热或中压(IP)涡轮排气或低压(LP)涡轮入口压力用于确定LP涡轮中的流量。利用低压抽取的蒸汽涡轮可将LP抽取压力用作末级流量的指标。如果实际的涡轮排气压力超过对于给定计算环空速率的报警设定(setting)，则涡轮控制系统可向操作人员提供实际排气压力超过极限的告警，以便操作人员能够采取备选动作(如果可能的话)。涡轮控制系统可允许单元在可容许排气压力操作曲线的报警区域中继续操作，而不会使该单元跳闸。然而，如果测得的排气压力超过对于给定计算环空速率的跳闸设定，则涡轮控制系统将立即通过关闭蒸汽控制阀而使单元跳闸。提供快速关闭类型操作的这些阀可称之为各种名称，例如进入阀、截止阀、控制阀、跳闸阀、涡轮跳闸和控制阀等。

在制定可容许排气压力操作指引中，已认识到的是，末级轮叶破坏的潜在可能在环空速率较低时增大，且在低流量和较高排气压力的组合情况下最高。结果，可变的操作极限在VAN很低时适用较低的可容许压力，而在VAN较高时适用较高的可容许排气压力，且压力在其间变化。蒸汽涡轮操作中的排气压力极限对VAN的现有报警和跳闸曲线在VAN值较低时赋予更受限制的排气压力要求。

在甩负载(或甩负荷)期间，蒸汽涡轮流量通过主蒸汽涡轮控制阀和用于再加热和LP进入的控制阀(如果适用的话)而快速地减小，以便防止涡轮超速。涡轮负载减小至空载或厂用负载(house load)，以及由于这些负载都很小，故VAN由于流量很低而几乎为零。

对于具有水冷式冷凝器的单元以及没有涡轮旁通系统的单元而言，与甩负载相关的排气压力瞬变通常不成为问题，因为排气压力瞬变保持在可容许的排气压力极限内。然而，对于具有空气冷却式冷凝器和/或旁通系统的单元而言，所产生的压力瞬变则是更成问题的，且在甩负载期间由于高排气压力而会增大跳闸的潜在可能。对于具有可变排气压力操作极限的单元，这已成为很大的问题，因为在VAN较低时容许的排气压力相比于满负载(或全负荷)时所容许的容许排气更低。

即使涡轮蒸汽流量减少，旁通系统也会将锅炉蒸汽转移至冷凝器，从而增大冷凝器压力。该转移的流量导致冷凝器的热损耗增大以及更高的排气压力。热源的回流(例如，对于联合循环单元的补充燃烧或燃气涡轮回流，或对于化石单元的燃烧)可导致排气压力尖峰。图1示出了甩负载之后的模拟排气压力和VAN。在t＝0时，VAN 10下降至接近于0，而排气压力达到尖峰20。在数分钟内，排气压力瞬变衰减30。如果压力超过极限(未示出)，则当前的蒸汽涡轮控制系统逻辑(logic)将使该单元跳闸，即使该尖峰可能持续时间很短。

用于控制蒸汽涡轮的一个所需要素在于避免在甩满负载的情况下超速跳闸。该要求在IEEE-122，″用于蒸汽涡轮发电机控制系统功用性能特征的IEEE建议操作规程″，或类似管制文件中规定。按照规定，该要求通常扩展至指定蒸汽涡轮在不会引起涡轮跳闸的情况下能够甩满负载。

因此，期望的是将蒸汽涡轮保持在安全状态下，且同时避免伴随排气压力瞬时升高的涡轮流量大幅减少所造成的短持续时间的冷凝器压力瞬变而导致涡轮排气真空跳闸，这特别是发生在甩满负载期间。

发明内容

简言之，根据本发明的一个方面，一种控制系统提供为用于避免蒸汽涡轮在甩负载状态下的瞬变涡轮排气跳闸。蒸汽涡轮控制系统适于在瞬时升高的排气背压力下进行操作。该蒸汽涡轮控制系统包括跳闸功能，该跳闸功能适于根据涡轮排气压力的正常操作极限来启动用于关闭主蒸汽关闭阀(MSCV)的跳闸装置。功率负载不平衡(PLU)功能提供为用于确定甩负载。瞬变保护逻辑提供为用于在限定的甩负载状态下，阻止在瞬变压力操作带(band)中启动对于MSCV的跳闸功能，直至达到延迟周期(或延迟时间)。