Система автоматического регулирования и защиты паровой турбины с электрогенератором

 

Использование: автоматическое регулирование и защита паровых турбин. Сущность изобретения: система содержит насос-регулятор, трансформатор давления с синхронизатором (С), сервомотор с отсечным золотником и концевым выключателем, подключенные к напору насоса-регулятора и гидравлически связанные между собой импульсной линией, стопорный клапан, первый масляный выключатель (MB) и второй MB, реле времени и выявитель сброса электрической нагрузки генератора, содержащий датчик СД) электрической нагрузки генератора, Д положения синхронизатора, сумматор. Второй MB содержит электромагнит (Э), подвижную буксу, кинематически связанную с синхронизатором. В расточке буксы размещен подпружиненный золотник , соединенный с якорем Э. Межпоясковая полость золотника второго MB окнами сообщена с импульсной линией и напором насоса-регулятора. Выявитель сброса электрической нагрузки генератора подключен к входу Э второго MB и через концевой выключатель и реле времени к входу Э первого MB. Вход Д электрической нагрузки генератора подключен к шинам генератора, выходы указанных Д подведены на вход сумматора. 2 з.п. ф-лы. 1 ил. 73 С

(я)5 F 01 0 17/00 (()ИВ

ПМВО 1ЕХКяцц :;,„..

НЬЛ:.1 тЕ„., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

C)

С>

О ф ("

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21)4902638/06 (22) 16.01.91 (46) 07,09.93. Бюл. N. 33 — 36 (71) Государственное предприятие "Калужский турбинный завод" (72) Благовещенский В.В., Жеманов Е,И., Крюков В.И„Семенов Ю.М. (73) Государственное предприятие "Калужский турбинный завод (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ С ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОМ (57) Использование: автоматическое регулирование и защита паровых турбин. Сущность изобретения: система содержит насос-регулятор. трансформатор давления с синхронизатором (С), сервомотор с отсечным золотником и концевым выключателем, подключенные к напору насоса-регулятора и гидравлически связанные между собой

Изобретение относится к области автоматического регулирования и защиты энергетических паровых турбин, Известна, например, система автоматического регулирования частоты вращения турбомашины, которая имеет три контура управления. Основной контур — контур автоматического регулирования частоты вращения ротора турбомашины, действующий при плавном уменьшении, а также при увеличении, в том числе резком, электрической нагрузки турбомашины.

Основной контур содержит датчик частоты вращения ротора турбомашины, гидро„„0 ÄÄ 2000445 С импульсной линией, стопорный клапан, первый масляный выключатель (MB) и второй МВ, реле времени и выявитель сброса электрической нагрузки генератора, содержащий датчик (Д) электрической нагрузки генератора, Д положения синхронизатора, сумматор. Втсрой МВ содержит электромагнит (Э), подвижную буксу, кинематически связанную с синхронизатором. В расточке буксы размещен подпружиненный золотник, соединенный с якорем Э. Межпоясковая полость золотника второго МВ окнами сообщена с импульсной линией и напором насоса-регулятора. Выявитель сброса электрической нагрузки генератора подключен к входу Э второго MB и через концевой выключатель и реле времени к входу Э первого

М В. Вход Д электрической нагрузки генератора подключен к шинам генератора, выходы укаэанных Д подведены на вход сумматора. 2 з.п, ф-лы, 1 ил, усилитель и отсечной золотник, управляющие положением (открытием) регулирующего клапана подачи топлива в турбомашину пропорционально сигналу датчика частоты вращения.

Второй контур — контур эащи-;ы турбомашины по повышению (забросу) частоты вращения ее ротора при резком сбросе электрической нагрузки, Этот контур содержит датчик электрической нагрузки, запорный клапан, предвключенный перед регулирующим клапаном, с гидроприводом и гидрораспределитель с электромагнитным приводом. управляющие закрытием запорного клапана по сигналу датчика

2000445 нагрузки при резком сбросе электрической нагрузки.

Третий контур обеспечивает вэведение запорного клапана (после его закрытия по сигналу датчика нагрузки) в случае, если сигнал датчика нагрузки был ложным и гидропривод регулирующего клапана остался в прежнем положении (не переместился) или когда гидропривод после резкого сброса электрической нагрузки занял новое установившееся положение, соответствующее новой нагрузке турбомашины.

Контур содержит электрогидравлическое реле. взводящее запорный клапан путем изменения электрических коммуникаций датчика нагрузки и электромагнитного привода гидрораспределителя при указанных выше условиях.

Недостаток системы-аналога заключается в том, что она при всей своей сложности не предотвращает неконтролируемое повышение частоты вращения ротора турбомашины при резком сбросе электрической нагрузки и отказе основного контура регулирования, так как отказ этого контура (неизменное положение гидроусилителя регулирующего клапана) при сбросе электрической нагрузки воспринимается системой как ложный сигнал датчика нагрузки, В результате запорный клапан не закрывается, несмотря на то, что частота вращения ротора турбомашины неконтролируемо повышается, Наиболее близким к заявляемому техническому решению AB "чется система регулирования паровой турбины, которая содержит насос-регулятор, гидравлический сервомотор с отсечным золотником и трансформатор давления с синхронизатором, подключенные к напору насоса-регулятора и соединенные между собой гидравлической импульсной линией. Сервомотор управляет паровпускными регулирующими клапанами турбины. Система содержит также стопор«ый клапан и масляный выключатель с электромагнитным приводом, посредством которых осуществляется защита турбины при срабатывании регулятора безопасности tlo предельной частоте вращения ротора турбины.

Недостаток системы-прототипа заключается в том, что при сбросе электрической нагрузки и отказе при этом системы регулирования происходит весьма большое повышение частоты вращения турбины сверх уровня, соответствующего уставке срабатывания регулятора безопасности. что снижает надежность турбины.

Значительное повышение частоты вращения ротора турбины сверх уставки сраба5

15

25

ЭО

35 ключатель стопорного клапана с электро40 магнитным приводом. Сервопривод

55 тывания регулятора безопасности происходит из-эа больших паровых объемов, эаключенных между стопорными клапанами (на электростанциях стопорные клапаны, как правило, устанавливаются отдельно от турбины, часто на значительном расстоянии от нее), недостаточного быстродействия стопорного клапана (время закрытия стопорного клапана после срабатывания регулятора безопасности не менее 0,5 ... 1 с), относительно малой инерционности турбины и для паровых турбин с промышленным отбором пара из-за больших расходов пара через турбину.

Цель изобретения — повышение надежности турбины путем перенастройки системы регулирования при резком сбросе электрической нагрузки на холостой ход турбины с последующим срабатыванием стопорного клапана при отказе системы регулирования.

Сущность изобретения: система автоматического регулирования и защиты паровой турбины содержит насос-регулятор, гидравлический сервомотор с отсечным золотником и концевым выключателем и трансформатор давления с синхрониэатором, подключенные к напору насоса-регулятора и соединенные между собой гидравлической импульсной линией. Поршень сервомотора системой рычагов соединен с регулирующими паровпускными клапанами турбины и управляет клапанами пропорционально частоте вращения ротора турбины и по положению синхронизатора.

Система содержит стопорный клапан, предвключенный по пару регулирующим клапаном турбины, и первый масляный выстопорного клапана по маслу подключен череэ золотник первого масляного выключателя и автоматический затвор регулятора безопасности турбины к линии масла высокого давления и маслобаку.

Новым является то, что система дополнительно содержит синхронизатор, второй масляный выключатель, выполненный в виде подвижной относительно корпуса и кинематически связанной с синхронизатором втулки, в которой установлен подпружиненный золотник, соединенный с электромагнитным приводом, и сигналиэатор сброса электрической нагрузки генератора, выполненный в виде датчика положения синхронизатора, кинематически связанного с синхронизатором, датчика электрической нагрузки генератора, подключенных к сумматору, выход которого соединен с электромагнитным приводом второго масляного

2000445

55 выключателя и через концевой выключатель с электромагнитным приводом первого масляного выключателя.

Новым является также и установка между концевым выключателем и электромагнитным приводом первого масляного выключателя реле времени и нэ выходе сумматора сигнализатора сброса нагрузки генератора порогового реле.

Схема предлагаемой системы изображена на чертеже.

Система автоматического регулирования и защиты паровой турбины с злектрогенератором содержит насос-регулятор 1, выполненный заодно с ротором турбины, линией 2 масла высокого давления (напор насоса-регулятора) сообщенный с камерой

3 трансформатора давления 4, с дроссельной диафрагмой 5, питающей импульсную линию 6 системы регулирования, с межпоясковой полостью 7 золотника 8 отсечного золотника 9, а также с рабочими окнами 10 второго масляного выключателя 11 и через автоматический затвор регулятора безопасности турбины (на чертеже не изображены) с рабочими окнами 12 первого масляного выключателя 13, Из импульсной линии 6 масло подведено к торцовой камере 14 отсечного золотника 9, к регулирующим окнам

15 трансформатора давления 4, к устройству обратной связи 16 по положению поршня

17 гидравлического сервомотора 18 и к рабочему окну 19 второго масляного выключателя 11. Импульсная линия b через регулирующие окна 15 и межпоясковую камеру 20 золотника 21 трансформатора давления 4 и через щель 22 обратной связи и камеру 23 устройства обратной связи 16 сервомотора 18 линией 24 масла низкого давления подключена к всосу насоса-регулятора 1. К линии 24 подключены также торцевые камеры 25 и 26 трансформатора давления 4 отсечного золотника Э и межпоясковые полости 27, 28 золотника 8. Золотники 21. 8 нодпружинены соответственно пружинами 29, 30.

Трансформатор давления 4 снабжен синхронизатором 31, который рычагом 32 соединен с подвижной буксой 33. Опора 34 является осью вращения рычага 32.

В корпусе второго масляного выключателя 11 закреплен электромагнит 35, якорь которого соединен с золотником 36, подпружиненным пружиной 37, К рычагу 32 подсоединен также привод датчика 38 положения синхронизатора 31.

В зависимости от относительного положения золотника 36 межпоясковая полость

39, подсоединенная окном 19 к импульсной линии 6. соединена окном 10 с линией 2 или

50 отсечена от нее (соединена при нижнем (по чертежу) и отсечена от нее при верхнем положении золотника 36), Рабочие окна 40, 41 отсечного золотника 9 перепускными каналами 42, 43 соединены с рабочими полостями 44, 45 сервомотора 18.

В зависимости от положения золотника

8 перепускные каналы 42, 43 и рабочие полости 44, 45 отсечены или по различному соединены с межпоясковыми полостями 7, 27, 28 отсечного золотника 9: при среднем положении золотника 8 межпоясковые полости 7, 27, 28 отсечены, при отклоненном вверх (по чертежу) от среднего положения перепускной канал 42 соединен с межпоясковой полостью 7 и перепускной канал 43 — с межпоясковой полостью 28. При отклоненном же золотнике 8 вниз от среднего положения, наоборот, межпоясковая полость 7 сообщена с перепускным каналом

43 и межпоясковая полость 27 — с перепускным каналом 42, Поршень 17 сервомотора 18 сообщен рычагом 46 с регулирующим паровпускным клапаном 47 парораспределения 48 турбины, К штоку поршня 17 сервомоторэ 18 подсоединен рычагом 49 с опорой 50 привод концевого выключателя 51. Концевой выключатель 51 настроен так. что при положении поршня 17, соответствующем холостому ходу турбины, он включен (замкнут), а при работе турбины с электрической нагрузкой выключен (разомкнут).

Свежий пар по трубопроводу 52 подведен через стопорный клапан 53 в паровую коробку 54 парораспределения 48 турбины и из нее по каналу 55 в турбину (на чертеже не показана), Стопорный клапан 53 содержит паровой клапан 56, поршень 57, пружину 58 и седло 59. Камера 60 сервопривода стопорного клапана 53 соединена каналом 61 через межпоясковую полость 62 золотника 63 и окна 12 и 64 соответственно с линией 2 или со сливом в маслобак(на чертеже не изображен).

Первый масляный выключатель 13 стоflopllofo клапана 53 содержит электромагнит 65, якорь которого соединен с золотником 63, подпружиненным пружиной

66, Система снабжена также датчиком 67 электрической нагрузки генератора, сумматором 68 и реле времени 69.

Датчик 67 электрической нагрузки генератора представляет собой устройство типа обычного ваттметрового элемента, формирующего на выходе 70 электрический сигнал, пропорциональный электрической

2000445 нагрузке генератора. с этой целью он соогветствующим образом подключен к шинам

71 генератора (через трансформаторы тока и напряжения. которые на чертеже не изображены). Выход 72 датчика 38 положения синхронизатора 31 и выход 70 датчика 67 электрической нагрузки генератора подведены на вход сумматора 68. Выход 73 сумматора 68 подведен на вход электромагнита

35 второго масляного выключателя 11 и на вход концевого выключателя 51. Выход 74 концевого выключателя 51 подведен на вход реле времени 69, а выход 75 последнего — на вход электромагнита 65 первого масляного выключателя 13, На выходе сумматора 68 установлено пороговое реле

76.

Система работает следующим образом.

Все элементы системы регулирования и защиты турбины изображены на чертеже в положении, соответствующем установившемуся режиму работы турбины. Турбина вырабатывает и генератор отдает по шинам

71 в электрическую сеть некоторую мощность, При этом частота вращения насосарегулятора 1 и его напор на всех энергетических режимах определяется частотой переменного тока в сети. Открытие рабочих окон 15 трансформатора давления

4 и щели 22 обратной связи 16 сероомотора

18 таково, что давление масла о импульсной линии 6 и в камерах 14, 26 отсечного золотника 9 равны номинальному значению и зопотник 8 находится в г еднем положении, при котором поршеньки золотника 8 перекрывают окна 40, 41 и отсекают рабочие полости 44, 45 сервомотора 18 от межпоясковых полостей 7. 27, 28. Рычаг 49 замкнул концевой выключатель 51.

Положение рычага 32 таково, что подвижная букса 33 относительно корпуса второго ласляного выключателя 11 смещена (от упора) на некоторую величину так, что поршенек золотника 36 перекрывает окно

10 с некоторой перекрышей.

Датчик 38 положения синхронизатора

31 формирует при этом на выходе 72 электрический сигнал, пропорциональный положению синхронизатора 31 и соответственно пропорциональный заданной нагрузке генератора.

Датчик 67 при этом формирует на своем выходе 70 электрический сигнал, пропорциональный фактической нагрузке генератора.

Для упрощения дальнейшего изложения присвоим сигналам (выходным) датчиков 38, 67, сумматора 68, концевого

50 выкл|очателя 51 и реле времени 69 номера их выходов соответственно, т.е, сигналы 72, 70, 73, 74 и 75:

Сигналы 70 и 72 датчика 67 электрической нагрузки генератора и датчика 38 положения синхронизатора при номинальной работе турбины равны по модулю, но имеют разную полярность, Результирующий сигнал 73 на выходе сумматора 68 равен нулю. При этом электро лагнит 35 второго масляного выключателя 11 обесточен и золотник 36 Ilод действием пружины 37 находится в крайнем верхнем положении. Электромагнит 65 первого масляного выключателя 13 стопорного клапана 53 также обесточен и золотник 63 под действием пружины 66 находится в нижнем положении, при котором сливное окно 64 отсечено, а окно 12 открыто. В результате камера 60 через межпоясковую полость 62 сообщена (через автоматический затвор) с линией масла высокого давления.

Поршень 57 сжимает пружину 58 и удерживает паровой клапан 56 стопорного клапана

53 в открытом положении. Соежий пар по каналу 55 поступает о турбину в количестве, достаточном для выработки генератором электрической мощности, заданной положением синхронизатора 31, При плавном воздействии на синхронизатор 31 происходит изменение открытия регулирующего клапана 47 и соответственно изменение мощности турбины. Так, при ооздейстоии на синхронизатор 31 в сторону увеличения натяжения пружины 29 золотник 21 смещается вниз и увеличивается открытие сливного сечения окна 15, что приводит к уменьшению давления масла в импульсной линии 6. Золотник 8 смещается вниз и герхнilA рабочая полость 45 сервомотора 18 будет сообщена через межпояскооую полость 7 с линией 2 масла высокого давления, Нижняя же полость 44 сервомотора 18 будет через межпояскооую полость 27 сообщена с линией 24 масла низкого давления, В результате поршень 17 переместится вниз и рычагом 46 увеличит открытие регулирующего клапана 47 на увеличение мощности турбины. При перемещении синхронизатора 31 рычаг 32 увеличит подьем вверх буксы 33 с соответстоующим уменьшением перекрытия окна 10. Датчик

38 положения синхронизатора 31 уоеличиоает величину сигнала 72 в соответствии с увеличением заданной мощности турбины

По мере перемещения поршня 17 вниз уменьшается щель 22 обратной связи 16 сервомотора 18 и тем самым оосстанавливается перьоначальное давление масла в импульсной линии 6. Золотник 8 под

2000445

10

20

30

40

50

55 действием пружины 30 возвращается вниз.

При достижении среднего положения золотника 8 перемещение поршня 17 прекратится и наступит новый установившийся режим с увеличенной мощностью турбины, Соответственно увеличится сигнал 70 датчика 67 электрической нагрузки генератора.

При этом сигналы 70 и 72 будут равны по модулю и результирующий сигнал 73 будет равен нулю.

Аналогично, но в другом направлении происходит процесс и воздействие на синхронизатор 31 в сторону ослабления пружины 29. При этом золотник 21 перемещается вверх, прикрывая окно 15, давление масла в импульсной линии 6 повышается, золотник

8 смещается вверх. Нижняя рабочая полость 44 сервомотора 18 сообщится с линией 2 масла высокого давления,а верхняя рабочая полость 45 через межпоясковую полость 28 — с линией 24 масла низкого давления. Поршень 17 перемещается вверх на прикрытие клапана 47 и на уменьшение мощности турбины. Щель 22 обратной связи увеличивает слив масла иэ импульсной линии 6. По мере понижения давления масла в импульсной линии 6 до расчетного значения золотник 8 возвратится в среднее положение и отсечет поршень 17 сервомотора

18. Наступит новый равновесный режим при новой, уменьшенной мощности турбины. Результирующий сигнал 73 сумматора

68 па-прежнему будет равен нулю.

При резком сбросе электрической нагрузки (для турбин, включенных в энергосистему. это означает отключение генератора от электросети) происходит уменьшение сигнала 70 и сумматор 68 формирует репейный сигнал 73, по которому якорь электромагнита 35 перемещает золотник 36 вниз.

Таким образом, датчик 38 положения синхронизатора 31, датчик 67 электрической нагрузки генератора и сумматор 68 в совокупности выполняют функции выявителя резкого сброса электрической нагрузки.

В результате окно 10 открывается и масло высокого давления иэ линии 2 через межпоясковую полость 39 и окно 19 второго масляного выключателя 11 поступает в импульсную линию 6 и повышает в ней давление. Степень открытия окна 10 определяется положением буксы 33. Поскольку букса

33 кинематически связана рычагом 32 с синхронизатором 31, то положение буксы 33 (смещение) пропорционально заданной мощности турбины. При этом чем больше заданная мощность турбины, тем на большую величину вверх смещается букса 33 и тем меньше перекрыша окна поршеньком золотника 36. Собственно, тем большая площадь окна 10 открывается при срабатывании электромагнита 35.

Благодаря этому обеспечивается автоматическая регулировка интенсивности воздействия второго масляного выключателя

11 на импульсную линию 6 в соответствии с заданным значением мощности, вырабатываемой турбиной.

Одновременно с изложенным сигнал 73 проходит через замкнутые контакты концевого выключателя 51 на реле времени 69, Реле временно не пропускает сигнал 75 на электромагнит 65 первого масляного выключателя 13. В течение этого времени золотник 8 под действием повышенного давления масла в импульсной линии 6 переместится вверх, что вызовет перемещение поршня 17 сервомотора 18 вверх, на прикрытие регулирующего паровпускного клапана 47. По мере перемещения поршня 17 увеличивается слив масла из импульсной линии 6 через щель 22 устройства обратной связи 16. Процесс продолжается до тех пор. пока давление масла в импульсной линии 6 не восстановится и золотник 8 не остановится. Турбина при этом выйдет на режим холостого хода. При соответствующем выборе плеч рычага 32 и размеров окна 10 автоматическая регулировка интенсивности воздействия второго масляного выключателя

11 на импульсную линию 6 будет таково, что при срабатывании второго масляного выключателя 11 при любом уровне заданной мощности турбины частота вращения ротора турбины будет практически одна и та же, в частности равной номинальной частоте вращения турбины.

При верхнем положении поршня 17, ñîответствующем режиму холостого хода турбины, рычаг 49 размыкает контакты концевого выключателя 51 и снимает сигнал

74.

После срабатывания второго масляного выключателя 11 перед повторным включением турбины в электрическую сеть необходимо установить синхронизатор 31 в положение, соответствующее холостому ходу турбины.

В случае, если второй масляный выключатель 11 по каким-либо причинам не сработал и не исполнил сигнал 73 или если гидромеханическая исполнительная часть системы регулирования не сработала (например, заклинила), в результате чего при резком сбросе нагрузки паровпускной.клапан 47 не переместился вниз, в положение, соответствующее холостому ходу, и рычаг

49 не разомкнул контакты концевого выключателя 51, то реле времени 69 по истечении

2000445

12 заданного интервала времени пропустит сигнал 74 и сигнал 75 поступит на электромагнит 65. В результате якорь электромагнита 65 переместит золотник 63 вверх и его поршеньки перекроют окно 12 и откроют сливное окно 64. При этом камера 60 сообщится со сливом и поршень 57 под действием пружины 58 посадит паровой клапан 56 на седло 59 и отсечет подачу свежего пара в турбину.

Взвод стопорного клапана 53 также возможен лишь после возврата синхронизатора 31 в исходное положение. при котором сигналы 70 и 72 равны по модулю и сумматор 68 формирует нулевой сигнал 73.

При небольших уменьшениях электрической нагрузки нет необходимости осуществлять перенастройку системы регулирования, поэтому на выходе сумматора 68 установлено пороговое реле 76. с помощью которого устанавливается значение рассогласования сигналов 70 и 72, при которых происходит перенастройка системы регулирования.

Формула изобретения

1. Система автоматического регулирования и защиты паровой турбины с электрогенератором, содержащая насос-регулятор, магистраль нагнетания которого подключена к сервомотору регулирующего клапана, соединенному рычажной передачей с концевым выключателем, а импульсной гидролинией — с отсечным золотниковым клапаном и золотниковым трансформат 5

30 ром давления, стопорный клапан с сервоприводом, связанным через золотник первого масляного выключателя, имеющего электромагнитный привод. с магистралью нагнетания и масляным баком, о т л и ч а ющ а я с я тем. что, с целью повышения надежности турбины, она дополнительно содержит сумматор, синхронизатор, второй масляный выключатель, выполненный в виде подвижной относительно корпуса и кинематически связанной с синхронизатором втулки, и установленного в ней подпружиненного золотника, соединенного с электромагнитным приводом, и сигнализатор сброса электрической нагрузки генератора, выполненный в аиде датчика положения синхронизатора, кинематически связанного с синхронизатором, датчика электрической нагрузки генератора, подключенного к сумматору, выход которого соединен с электромагнитным приводом второго масляного выключателя и через концевой выключатель — с электромагнитным приводом первого масляного выключателя.

2. Система по и, 1, о тл ич а ю ща я с я тем, что она дополнительно содержит реле времени, установленное между концевым выключателем и электромагнитным приводом первого масляного выключателя.

3, Система по п, 1, or n ич а ю ща я с я тем, что она дополнительно содержит пороговое реле, установленное на выходе сумматора сигнализатора сброса нагрузки генератора.

2000445

Составитель Л.Антонюк

Техред М.Моргентал Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., 4/5

Заказ 3071

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101