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Gasturbinenregler...

Description

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AufgabendesGasturbinenreglers

DerGasturbinenregleristeinewichtigeKomponenteinderLeittechnikamTurbosatz.Daelektrische Leistungnichtnennenswertgespeichertwerdenkann,mußdieerzeugteLeistungimNetzimmerder verbrauchtenLeistungangepaßtwerden.DieseAufgabeerfülltderGasturbinenreglerimRahmender Primärregelung. Eristu.a.zuständigfür: • SchonendesAn‐undAbfahrenderTurbine • SynchronisierenmitdemNetz • BelastenderTurbine • Frequenzstützung • AbfangenderTurbinebeiLastabschaltungmitSicherungdesEigenbedarfs • VerhinderneinerÜberbeanspruchungvonGasturbineundVerdichter 

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AufbaudesGasturbinenreglers

DerGasturbinenreglersetztsichausfolgendeneinzelnenReglernzusammen: • HochlaufgebermitSchutzfunktion • Drehzahl‐/Leistungsregler • Austrittstemperaturregler • Grenzleistungsregler • Verdichterenddruckgradienten‐Begrenzungsregler • Verdichterdruckverhältnis‐Begrenzungsregler • Verdichterendtemperatur‐Begrenzungsregler • Kühlluftgrenzregler 

3 MeßwerterfassungundSignalverarbeitung 3.1 Drehzahlistwert‐Aufbereitung DieTurbinendrehzahlwirdmit6SondenamUmfangderGasturbinenwellegemessen.Durch eingefrästeNutenaufderTurbinenwelleerzeugendieSondeneinerechteckförmige Wechselspannung,derenFrequenzgleichdemProduktausNutenzahlundWellendrehzahlist.Die FrequenzwirdimGasturbinenregler3‐kanaligeingelesen.IneinerAuswahlschaltungwirdeinKanal ausgewähltundalsrepräsentativerDrehzahlistwertimReglerverwendet. Vonden6Drehzahlaufnehmern,dieallevoneinerElektronikimGasturbinenschutzversorgtund aufbereitetwerden,werdendreiDrehzahlsignaleandenGasturbinenreglerausgekoppelt.Darauswird dermittlereWertermitteltundalsReferenzmitallendreiEingangssignalenverglichen.Sindalle Signalestörungsfrei,wirdineiner1v3AuswahlschaltungimmerdasersteSignalausgewählt.Wennein KanaldesDrehzahlistwertesgestörtist,wirddiesinderAuswahlschaltungerkanntund unterbrechungsfreiaufeinenanderenKanalumgeschaltet.GleichzeitigwirddieMeldungStörung Drehzahlistwertausgegeben.BeiAusfallaller3DrehzahlsignalewirddasSignalAusfallaller3 DrehzahlmessungengebildetundzurSchnellschlußauslösungverarbeitet. 

3.2 Leistungsistwert‐Aufbereitung DieGeneratorwirkleistungwirdmitzweiunabhängigenLeistungsmeßumformerngemessen.Beide IstwertewerdendirektindenGasturbinenreglereingelesen.ÜbereineMaximalwert‐Auswahlwirdder größerederbeidenWerteausgewähltundalsrepräsentativerLeistungsistwertzurWeiterverarbeitung ausgegeben. 

3.3 TurbinenaustrittstemperaturAufbereitung BeiderGasturbinedürfendieTurbineneintrittstemperaturenvorgegebeneGrenzennicht überschreiten.DieseEintrittstemperaturensindsehrhoch,sodaßdafüreingebaute TemperaturfühlernureinekurzeLebensdauerhätten.AusdiesemGrundwirdalsErsatzgrößedie wesentlichniedrigereTurbinenaustrittstemperaturgemessen.Dieserfolgtmit24Thermoelementen,

diegleichmäßigaufdenUmfangdesAbgasaustrittsverteiltsind.AlleThermoelementesind Dreifachelemente,wovonjeweilszweiimGasturbinenschutzaufbereitetwerden.DerTurbinenregler verarbeitetdirektnurjedevierteMeßstelle(dynamischerMeßwert).AusdiesensechsMeßwerten wirdderarithmetischeMittelwertgebildet,dermiteinemEinflußausVerdichtereintrittstemperatur undTurbinendrehzahlkorrigiertwird.DiesekorrigierteTurbinenaustrittstemperaturaus6 MessungenATK6wirdimstationärenZustandaufdiekorrigierteTurbinenaustrittstemperaturaus24 MessungenATK24vonderGasturbinensteuerungabgeglichen(statischerMeßwert).Diesogebildete AustrittstemperaturATKistdieRegelgrößefürdenAustrittstemperaturreglerundden Verdichterleitschaufel‐Temperaturregler. Temperaturmessung: DiesechsTurbinenaustrittstemperaturenwerdenmitThermoelementen(Ni‐CrNi)gemessenundüber sechsTemperaturmeßumformerindenGasturbinenreglereingelesen.AusdiesensechsEinzelwerten wirdderarithmetischeMittelwertgebildet.JedereinzelneTemperaturistwertwirdaufGeber‐bzw. MeßumformerausfallundAbweichungzumMittelwertüberwacht.BeiAnsprecheneinerdieser ÜberwachungenwirddasfehlerhafteSignalausderMittelwertbildungherausgenommenundals ErsatzwertderAusgangderMittelwertbildungaufgeschaltet.DergefilterteAusgangbildetdie TurbinenaustrittstemperaturAT. Korrektursignal: DiekorrigierteTurbinenaustrittstemperaturATKistvonzweizusätzlichenEinflüssenabhängig,die jeweilsdenLuftmassenstrombeeinflussen: • VerdichtereintrittstemperaturTV(beeinflußtdieAnsaugluftdichteunddamitdenLuftmassenstrom) ⇒BeifallenderVerdichtereintrittstemperaturinBezugaufNenntemperaturbewirktdieKorrektur eineErhöhungderATK,beisteigenderEintrittstemperatureineReduzierung. • TurbinendrehzahlNT(beeinflußtdenVolumenstromunddamitdenLuftmassenstrom) ⇒BeisteigenderDrehzahlinBezugaufNenndrehzahlbewirktdieKorrektureineErhöhungderATK, beifallenderDrehzahleineReduzierung. AusdiesenbeidenKorrektureinflüssenwirddasKorrektursignalgebildet.DiesesSignalwirdvonder AustrittstemperaturATsubtrahiertundergibtdiekorrigierteAustrittstemperaturaus6 TemperaturmessungenATK6.UmimstationärenBetriebeinoptimalesTemperaturabbildder Austrittstemperaturzuerhalten,wirddiekorrigierteAustrittstemperaturaus24Temperaturmessungen ATK24alsbestimmendeGrößewirksam.DieSchaltungistsoaufgebaut,daßmiteinereinstellbaren Zeitkonstante(z.B.30s)ATK6sokorrigiertwird,daßATKstationärgleichATK24wird.Sinddreioder mehrdersechsAustrittstemperaturmessungengestört,wirddieStörmeldungDreifachfehler AustrittstemperaturandieGasturbinensteuerungausgegeben.InderGasturbinensteuerungwird damitdasStillstandsprogrammangeregt,dasseinerseitsdemGasturbinenreglereinSignalzum StillsetzenderTurbinegibt.DieGasturbinewirddannmitdemNormalgradientenabgefahren. 

4 Sollwertbildung 4.1 Drehzahlsollwert DerDrehzahlsollwertNSwirdbeibestimmtenBetriebsbedingungenaufvorgegebeneWertegesetzt. StehtkeinesdieserSetzkriterienan,kannervomOM‐System,demörtlichenLeitstand(sofern vorhanden)bzw.derSynchronisiereinrichtunginbestimmtenGrenzenverändertwerden.Die SollwertführungfolgtmiteinemGradientenabhängigvonbestimmtenBetriebsbedingungen. ErgebnisderSollwertführungistderverzögerteDrehzahlsollwertNSV,derdem Drehzahl/LeistungsreglerzurVerfügunggestelltwird. Setzwerte: • DerDrehzahlsollwertwirdsolangeaufSynchronisierdrehzahlgesetzt,bisbeimAnfahrender GrenzwertDrehzahlsollwertuntereGrenzeerreichtist. • BeimUmschaltenderReglerstrukturvonLastbetriebmitLeistungsregleraufLastbetriebmit DrehzahlreglerundumgekehrtwirdmiteinemSetzimpulskurzzeitigsowohlderDrehzahlsollwert alsauchderverzögerteDrehzahlsollwertaufSetzwertDrehzahlsollwertgesetzt. OptionÜberdrehzahltest:

DasPrüfendesÜberdrehzahlschutzeswirdmitdemSignalPrüfenSchnellschlußeingeleitet.Dazumuß derGeneratorschalteraussein.DerDrehzahlsollwertwirdaufeinendafürausgelegtenhöheren SollwertSchnellschlußgesetzt.DieSollwertführungfolgtsolange,bisderGrenzsignalgeberimSchutz ansprichtoderdiePrüfungabgebrochenwird.DerSollwertwirdwiederaufNenndrehzahlgesetztund dieSollwertführungläuftinRichtungNenndrehzahl. 

4.2 Leistungssollwert DerLeistungssollwertPSwirdbeibestimmtenBetriebsbedingungenaufvorgegebeneWertegesetzt. StehtkeinesdieserSetzkriterienan,kannervomOM‐Systembzw.derBlockleitebeneverändert werden.DieSollwertführungkanninbesonderenFällengesetztwerden.Ansonstenfolgtsiemit einemGradientenabhängigvonbestimmtenBetriebsbedingungenoderVorwahlendemZielwert. ErgebnisderSollwertführungistderverzögerteLeistungssollwertPSV,derdem Drehzahl/LeistungsreglerzurVerfügunggestelltwird. Vorgabemöglichkeiten: • DieVorgabedesLeistungssollwertesdurchdasOM‐SystemkannmitdemSignalVorgabewert Leistungssollwertdannerfolgen,wennsievonkeinerweiterenEinrichtungblockiertwird. • FürdieSekundärregelungkannderLeistungssollwertvonderBlockleitebenemitdenSignalen LeistungssollwertexternundLeistungssollwertexterneinvorgegebenwerden. VerhaltenbeiStörfällen: • BeiGuD‐BetriebundStörungenimAbhitzekesselwirdderLeistungssollwertmitdemSignalschnell abfahrenvonderBlockleitebeneaufeinenLeistungssollwertAbhitzekesselPSAKgesetzt. • IstderGeneratorüberlastet,wirdvomSpannungsreglerdasSignalGeneratorleistungsbegrenzung angesprochengesendetundderLeistungssollwertPSwirdaufdenverzögertenLeistungssollwert nachgeführt. • BeimAnsprechenderBrummüberwachung,derenLogikinderGasturbinensteuerungaufgebautist, werdenLeistungssollwertundverzögerterLeistungssollwertsprungartigreduziert,bisder Brummgrenzwertunterschrittenist..  Abfahrvorgang: DasStillsetzenderGasturbinewirdentwedervonderGasturbinensteuerungmitdemSignalGasturbine stillsetzeneingeleitet.DabeiwirdderverzögerteLeistungssollwertdabeimitNormalgradientLeistung aufLeistungssollwertuntereGrenzeabgesenkt.BeimVorhandenseineinerBlockleitebeneundeinem nachgeschaltetenAbhitzekesselkannderAbfahrgradientalsvariableGrößeüberdasSignal BlockleitgradientderLeistungvorgegebenwerden.DieseSchaltungermöglichtdemKesseleine schonendeEntlastung,dadermaximalzulässigeLeistungsgradientdesKesselsvielkleineralsder NormalgradientderGasturbineist. Schnellabgleich: DamitderLeistungsreglerschnellerinEingriffkommenkann,wirdeinAbgleichdesverzögerten LeistungssollwertesPSVaufdenLeistungsistwertPELbeifolgendenEreignissendurchgeführt: • AbfahrenvonHandoderüberdieGasturbinensteuerung • Generatorleistungsbegrenzungangesprochen DieseKriteriensindnurwirksam,solangedasSignalLeistungsreglerimEingriffnichtansteht. • WennderATK‐ReglerüberdieexterneAnwahlinEingriffgebrachtwurdeunddieFührungbeiden Brennstoffreglernübernommenhat.



4.3 Austrittstemperatur‐Sollwert InderTemperatursollwertbildungwerdendiefürjedeTurbineangepaßtenSollwertefürGrundlast festvorgegebenundübereineSollwertführungverzögertdemTurbinenaustrittstemperatur‐Regler aufgeschaltet.DerVerdichterleitschaufel‐Temperaturreglererhältdenjeweilswirksamen,aber unverzögertenGrundlasttemperatursollwert,daerseineeigeneSollwertführunghat.Fürbestimmte BetriebsartenimKombibetriebwerdenvonderBlockleitebeneexterneTemperatursollwerte vorgegeben.DieseTemperaturwertewirkeninAbhängigkeitihrerFunktionentwedernuraufden Turbinenaustrittstemperatur‐RegleroderauchaufdenVerdichterleitschaufel‐Temperaturregler. DerGasturbinenreglerhatzweiRegler,diedieTurbinenaustrittstemperaturregelnkönnen: • DerVerdichterleitschaufel‐TemperaturreglerregeltdieTemperatur,indemerüberdieStellungder VerdichterleitschaufeldenLuftmassenstromverändert. • DenAustrittstemperaturreglerregeltdieTemperatur,indemerdieBrennstoffmengeverändert. DamitaberimmernureinerdieserbeidenReglerzurZeitimEingriffist,müssensieentkoppeltwerden. Dieserreichtman,indemdieTemperatursollwertevertrimmtwerden.  Betriebsarten: • ImKombibetriebkannderTemperatursollwertTSMAXvonderBlockleitebenevorgegebenwerden. DerWertvonTSMAXwirderstdurchgeschaltet,wenndasSignalKesselklappenichtzuvonder Blockebeneansteht.IndieserBetriebsartistesmöglich,ineinemgewissenLeistungsbereicheine demKesselbzw.derDampfturbineangepaßteTemperaturzufahren.Dabeiwirdderverzögerte SollwertderAustrittstemperaturaufdenTurbinenaustrittstemperatur‐ReglerundderSollwert AustrittstemperaturaufdenLeitschaufel‐Temperaturregleraufgeschaltet.DamitkannüberTSMAX derwirksameGrundlasttemperatursollwertfürATKRundLTRgleichermaßenabgesenktwerden, ohnedieStaffelungderReglerzubeeinträchtigen. • WirdbeirelativniedrigerTurbinenaustrittstemperaturundnochgeschlossenerVorleitschaufeleine bestimmteTemperaturbenötigt,z.B.zumBelüftendesKessels,sowirddernuraufdenATK‐Regler wirkendeexterneTemperatursollwertTSXvonderBlockleitebeneinVerbindungmitdemSignal TemperatursollwertexterneinTSXEvorgegeben. SowohlbeiTSMAXalsauchTSXwirddasKorrektursignalabgezogen,welchesbeiderBerechnungder korrigiertenAustrittstemperaturATKaddiertwird.Diesisterforderlich,dasichdievonder BlockleitebenevorgegebenenSollwerteaufdieAustrittstemperaturAT(Kesseleintrittstemperatur)und nichtaufdiekorrigierteAustrittstemperaturATKbeziehen. 

5 FührungsreglerundHochlauffunktion 5.1 Hochlaufgeber DieGasturbinewirdmitdemAnfahrumrichtersolangehochgefahren,bisdervomVerdichter erzeugteLuftmassenstromunddervomHochlaufgeberzugeschalteteBrennstoffausreichendist,um dieTurbineselbständigzubeschleunigen.DerHochlaufgeberdientsomitzumgesteuertenAnfahren derGasturbinebisNenndrehzahl.ErwirderstabeinergewissenDrehzahlfreigegeben.Jenach gewähltemBrennstoffundabhängigobNormal‐oderSchwarzstartvorliegt,erfolgtdieser HochlaufvorgangmitunterschiedlichenGradienten.DerHochlaufgeberbestimmtüberdiezentrale Minimalwert‐AuswahlinderStellungsollwert‐BildungsolangedieBrennstoffzufuhr,bisder DrehzahlreglerinEingriffkommt. BeimAnfahrvorgangderGasturbinewirddiesezunächstvomAnfahrumrichterhochgeschleppt. NachdemdieZünddrehzahlerreichtist,werdendieSchnellschlußventiledesvorgewähltenBrennstoffs, ErdgasoderHeizöl,geöffnet.AbeinergewissenTurbinendrehzahlwirdderHochlaufgeberfreigegeben underhöhtdieBrennstoffmenge.AbeinerhöherenTurbinendrehzahlwirdderFeuerleistungsgradient umgeschaltet.NunwirddieFeuerleistungsolangeerhöht,bisbeimErreichenderNenndrehzahlder DrehzahlreglerdenHochlaufgeberinderzentralenMinimalwert‐Auswahlablöstunddie Brennstoffzufuhrregelt. Überwachungen:

• SollteeswegenProblemenamAnfahrumrichteroderdurcheineschlechteVerbrennungtrotzdes ÖffnenderRegelventilezukeinerentsprechendenErhöhungderDrehzahlkommen,soverhindert dieSchutzfunktioneinweiteresÖffnenderRegelventile.DieSchutzfunktionläßtinAbhängigkeitvon derDrehzahleinenbestimmtenFeuerleistungssollwertzu,derinMIN‐AuswahlmitdemAusgang desHochlaufgeberssteht. • KommtwährenddesHochfahrvorgangsderAbgastemperaturreglerinEingriff,wirdder Hochlaufgeberangehalten. 

5.2 Drehzahl‐/Leistungsregler DerDrehzahl‐/LeistungsreglerregeltdieDrehzahlunddieelektrischeLeistunginfolgendenFällen: • LeerlaufaufNenndrehzahl • SynchronisierenmitdemelektrischenNetz • BelastenderTurbine • Lastabwurf • AbfahrenderGasturbine SolangeGenerator‐oderLeistungsschalteroffensind,kanndieserReglernuralsDrehzahlregler arbeiten.NachSynchronisationmitdemNetzhaterdieAufgabederLeistungsregelung.BeiBedarf kannerdieErzeugerleistungandieVerbraucherleistungimelektrischenNetzanpassen.Istdie NetzfrequenzhöheralsdieNennfrequenz,mußdieerzeugteLeistungreduziertwerden.Istdie NetzfrequenzniedrigeralsdieNennfrequenz,mußdieerzeugteLeistungerhöhtwerden.Der Drehzahl‐/LeistungsregleristinderLage,dieseLeistungsanpassungenüberden PrimärfrequenzeinflußmiteinerdefiniertenStatikauszuführen.Durchdiesewirdfestgelegt,wieviel LeistungmehroderwenigerdieGasturbineerzeugenmuß,wenndieNetzfrequenzvonder Nennfrequenzabweicht.EineStatikvon5%bedeutet,daßtheoretischbei5%Frequenzabweichung dieGasturbinenleistungum100%derNennleistungverändertwird.BeimAnsprechender LastabwurferkennungmitBetriebsartenumschaltungwirddieVorwahlautomatischauf Drehzahlreglergesetzt. Leistungsregelung: WennmitdemLeistungsreglerbelastetwerdensoll,läuftnachdemSynchronisierenfolgendes Programmab: • DerGeneratorschalterwirdeingeschaltet. • DerverzögerteLeistungssollwertwirdeingeschaltetunddirektaufdenReglerausganggeschaltet. AmReglereingangistsomitdieRegelabweichungLeistungwirksam. • DieStatikDrehzahlreglerwirdabgeschaltetundderPrimärfrequenzeinflußwirdzusätzlichaufden ReglereingangaufgeschaltetundumgerechnetinDrehzahlaufdenReglerausgangwirksam. DerLeistungsreglererhöhtnunsolangedieLeistung,bisdervorgegebeneZielsollwerterreichtistoder einandererReglerinEingriffkommt. Primärfrequenzeinfluß: SollsichdieGasturbineimLastbetriebmitLeistungsregleranderFrequenzstützungbeteiligen,mußder Frequenzeinflußeingeschaltetsein.BeiFrequenzabweichungenwirdnunmitdieserFunktiondie erzeugteLeistunginnerhalbeinesgewünschtenBereichesdemVerbrauchangepaßt.Beizuhoher NetzfrequenzwirddienegativeDrehzahldifferenz‐bewertetmitderStatikPrimärfrequenzeinfluß‐am ReglereingangunddirektaufdenReglerausgangaufgeschaltet,wodurchdieLeistungreduziertwird. BeizuniedrigerNetzfrequenzwirddiepositiveDrehzahldifferenz‐bewertetmitderStatik Primärfrequenzeinfluß‐amReglereingangunddirektaufdenReglerausgangaufgeschaltet,wodurch dieLeistungerhöhtwird.UmunnötigeVentilbewegungenzuvermeiden,isteinTotbandindiesem Signalwegeingebaut. Grenzfrequenzeinfluß ZurVermeidungvonAuslösungendesGasturbinenschutzeswegenÜber‐oderUnterfrequenz,wirktbei größerenFrequenzabweichungenderdemPrimärfrequenzeinflußüberlagerteGrenzfrequenzeinfluß mitzweiseparatenTotbändernundStatiken.PrimärfrequenzeinflußundGrenzfrequenzeinflußwerden überAuswahlschaltungen(MAX‐AuswahlderBeträge)demReglereingangaufgeschaltet.

Betriebsartenumschaltung: InbestimmtenSituationenkannesnotwendigseindenLastbetriebmitLeistungsreglerzuverlassen undvonHandaufLastbetriebmitDrehzahlreglerumzuschalten.DazumußderLeistungssollwert abgeschaltetunddafürderDrehzahlsollwertentsprechendderStatikhöhereingestelltwerden. DabeiläuftfolgendesProgrammab: • DasSignalLastbetriebeinverschwindetundschaltetdenLeistungssollwertabundden proportionalenDurchgriffum. • AusdermomentanenIstleistung,derStatikDrehzahlreglerundderIstdrehzahlwirdder entsprechendeSetzwertDrehzahlsollwertfürdieSollwertführungerrechnet. • DieSollwertführungNSwirdaufdenSetzwertDrehzahlsollwertgesetzt. • AusdiesemneuenverzögertenDrehzahlsollwertundderIstdrehzahlwirddieneueRegeldifferenz Drehzahlgebildet. • DiesewirddemReglerüberdieStatikDrehzahlregleramEingangunddirektamAusgangdesReglers aufgeschaltet. 

5.3 Austrittstemperaturregler DerAustrittstemperaturreglerregeltdieTurbinenaustrittstemperaturderGasturbineentsprechend demwirksamenTemperatursollwert.ErbeeinflußtdieBrennstoffzufuhrundbegrenztdamitindirekt dieTurbineneintrittstemperaturaufeinenzulässigenWert.ImKombibetriebkannderATK‐Regler vonderBlockleitebeneinEingriffgebrachtwerden,wenneinedemKesselbzw.derDampfturbine angepaßteniedrigereAustrittstemperaturineinemgewissenLeistungsbereichgefahrenwerdensoll. DerATK‐ReglerkannfernerzumBelüftendesKesselsbeinochniedrigerTemperaturundnoch geschlossenerVerdichterleitschaufelvonexterninEingriffgebrachtwerden.  DerATK‐ReglererhältseinenverzögertenSollwertAustrittstemperaturWATKvonderSollwertbildung TemperaturTSunddenaufbereitetenkorrigiertenTemperaturistwertATKvonder Meßwertaufbereitung.AusdenbeidenGrößenWATKundATKwirddieRegeldifferenzTemperatur gebildetunddemPI‐Reglerzugeführt.DerReglerausgangYATKbeeinflußtüberdiezentrale Minimalwert‐AuswahldieBrennstoffmenge.WennderATK‐RegleraußerEingriffist,wirdder ReglerausgangYATKaufdenAusgangderzentralenMinimalwert‐Auswahlplusverstärkte Regeldi...