[发明专利]调节涡轮机负荷变化过程的涡轮机控制设备及方法

说明书

本发明涉及一种调节涡轮机，尤其是蒸汽涡轮机负荷变化过程的涡轮机控制设备及方法，其中在负荷变化过程中顾及最大允许的材料负荷。

在Hitachi Review27卷No.7/1978中由N.Honda、Fh.Kavano、J.Matsumura著的论文“用于涡轮机起动的数字化计算机控制系统-DigitalComputer Control System for Turbine Start-Up”，已知用于实施蒸汽涡轮机加速起动过程的计算机系统及方法。其中，起动过程借助于作为调节参数的热应力进行调节，这些热应力被预先计算出并用作提升涡轮机转速的调节参数和用作涡轮机与用于负荷输出的发电机耦合的调节参数。起动过程再分成许多小的时间步骤，其中针对每个时间步骤通过求解一个偏微分方程得出沿涡轮轴的温度分布。若由此算出的热应力在允许的范围内，则向涡轮机转速调节器或功率调节器传输一个相关的信号，它与涡轮机是否处于加速阶段(即此时轴的转速增加)，或与涡轮机是否处于功率耦合阶段(即此时涡轮机与发电机连接和为了获得所需的功率而加速)有关。该方法和相关的计算机系统在考虑到对于一定的起动频度所允许的材料负荷的情况下，可使涡轮机的起动时间尽可能短。

在BWK第36卷No.12/1984中P.Martin等人著的论文“发电站涡轮机的温度控制装置-Temperaturleitgeraet fuer Kraftwerksturbinen”中介绍了一种设备，通过它监控所选定的涡轮机零件的应力。借助于此设备调节涡轮机的每一个起动过程，所以在预期的涡轮机运行时间内材料的疲劳保持低于临界值。其中的前提条件是，涡轮机在其使用寿命期间约完成4000次起动过程，其中约3000次热态起动，700次热机起动和300次冷态起动。对于调节规定了目标功率和额定功率过渡过程。在考虑测得的转速的情况下确定蒸汽向转子材料的热传导，由此确定转子内的温度分布，以及再由此确定作为热应力与机械应力的叠加值的应力值。由转子及阀门体内部的总应力计算出由持久应力与交变拉伸应力组成的疲劳度部分，并累加成总疲劳度，每天记录此总疲劳度。所算得的应力值用于调节起动过程，在这里规定额定温度过渡过程作为极限。

在西门子公司-能源技术第4册(2/1982)中由E.Gelleri和F.Zerrmayr著的论文“用于监控蒸汽轮机热态的涡轮机控制用计算机-Turbinenleitrechnerzur thermischen Ueberwachung von Dampfturbinen”介绍了一种涡轮机控制用计算机，其中起动变化速度和功率变化速度通过考虑材料疲劳得以控制，且同时测量所造成的材料疲劳。构件的平均温度T_m与表面温度T₁之间的差值用于衡量热应力。为了使调节适应于不同的起动和停车过程以及在定压运行涡轮机的功率变化时，设有三个不同的调节模块，它们对应于快速、中速和慢速变化。视不同的模式，根据平均温度T_m预先给定最大允许温度差(T_m-T₁)。由涡轮机控制用计算机确定当前的温度差，由此计算出相对于最大允许温度差的裕度。除了确定瞬时裕度外还展望裕度预期的变化过程。由这两个值构成一个控制参数，利用此控制参数并通过对转速和功率的额定值的控制，提前改变起动速度和加载速度，进而实现装置特性的动力学匹配。为伴随运行来调节起动或停车过程以及功率变化过程，计算出因交变拉伸疲劳引起的寿命折损，从而可以及时和有预见性地确定，须在何时仔细检查涡轮机。起动模式“正常”相当于通过这种起动模式可以保证涡轮机能安全承受4000次负荷变换。起动模式“快速”导致可承受相应于更高负荷的约800次的负荷变换，以及起动模式“慢速”导致较少的材料疲劳，所以此时可保证安全承受约10000次的负荷变换。

本发明的目的是提供一种调节涡轮机负荷变化过程的涡轮机控制设备，通过它在考虑到最大允许的材料应力的情况下，可根据发电方面的运行要求柔性地改变涡轮机的运行条件。此外，本发明的目的是提供一种调节涡轮机负荷变化过程的相应方法。

有关涡轮机控制设备方面的目的，按本发明通过权利要求1的特征来实现，有关调节涡轮机负荷变化过程的方法方面的目的，按本发明通过权利要求7的特征来实现。

在从属权利要求中记载了涡轮机控制设备及方法的有利设计。

本发明的涡轮机控制设备的优点是，在考虑到物理极限值的条件下，间接或直接地给定用于涡轮机组起动和停车以及功率变化所期望的时间。