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Regeleinrichtung für Dampfturbinen (Die Prioritäten der USA-Stammanmeldungen
Serial No. 18992269 189,230 und 189,320 vom 14.10.1971 werden beansprucht) Bei mit
Sattdampf betriebenen Dampfturbinen von Kernkraft° werken kommt dem Turbinenschutz
besondere Bedeutung zu. Dies insbesondere deshalb, weil wegen der großen zu verarbeitenden
Dampfmengen die Dampfleitungen und evtlO zwischengeschalm tete Überhitzer ein großes
Dampfapeichervolumen aufweisen, das bei plötzlichen Beistungsabsenkungen oder einem
Schnell schluß vor der Turbine durch weiteres Ausdampfen zu-einem Hochlaufen der
Turbine in einen besonders gefährlichen Überdrehzahlbereich führen kann. Da der
eigentliche Reaktor nicht - wie bei konventionellen Dampferzeugern - sehr schnell
abgefahren werden kann, wird also bei einer Lastabschaltung noch über einen längeren
Zeitraum Dampf erzeugt9 wodurch besondere Sicherheitsanforderungen an das Regelsystem
gestellt werden.
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Ein Hochlaufen der Turbine in den kritischen tberdrehzahlbereich kann
zu einem Explodieren des Turbinenrotors fahrens wobei durch die umherfliegenden
Bruchstücke der Reaktor selbst oder die radioaktives Kühlmittel fahrenden Leitungen
zerstört werden können. Als Schutz könnte die Turbine zwar mit einem zusätzlichen
Schutzschild versehen werden; dies verschlechtert aber die Zugänglichkeit der einzelnen
Turbinenteile und ist darüber hinaus mit einem erheblichen fertigungstechnischen
und kostenmäßigen Aufwand verbunden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung
zu schaffen, mit der mit an Sicherheit grenzenden Wahrscheinlichkeit stets ein rechtzeitiges
Schließen der Turbinenventile erreicht und damit ein Hochlaufen der Turbine in kritische
Drehzahlbereiche verhindert wird. Es wird dabei ausgegangen von einer Regeleinrichtung
für Dampfturbinen mit
einer Steuerung und Regelung der Dampfzufuhr
durch Schnellschluß- und Regelventile in der Frischdampfleitung und durch Schnellschlußventile
und Abfangklappen in der oberhitzerdampfleitung, wobei die Ventilantriebe von einem
Ubergeordneten Betriebsregler oder -rechner in Abhängigkeit von der abgegebenen
Generatorleistung und der Turbinendrehzahl gesteuert sind.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, daß parallel zum Betriebsregler
ein unabhängiges Überdrehzahlschutzsystem vorgesehen ist, das mehrere unabhängige
Drehzahltibertrager mit Je einem Prüfglied zum Sollwertvergleich aufweist, dessen
Jeweils zwei parallele Ausgangskanäle mit Schaltelementen iUr eine Najoritätsauswahl
versehen sind und daß alle Ausgangskanäle in einer logischen Verkntipfungsschaltung
auf Signalkanäle zur Absteuerung der Schnellschlußablaßventile fUr das Hydrauliköl
der Ventilstellantriebe EberfUhrt sind. Es ist dabei zweckmäßig, wenn Jeweils drei
unabhängige DrehzahlUbertrager mit entsprechenden nachgeschalteten PrAf- und Verknllpfungselementen
vorgesehen sind.
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Durch dieses unabhängige und redundant ausgelegte Sohutzsystem kann
somit sicher verhindert werden, daß die Turbine in einen unzulässigen Drehzahlbereich
hochläuft. Durch eine zusätzliche 2 von 3-Auswahlschaltung der einzelnen UbertragungekanEle
ist darüber hinaus sichergestellt, daß auch bei einem fehlerhaften Ubertragungskanal
oder fehlerhaften einzelnen Meßgliedern ein sicheres Ansprechen des berdrehzahlschutzes
gegeben ist.
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Die von den Drehzahlübertragern beaufschlagten Prüfglieder weisen
dabei zweckmäßigerweise einen Prequenzspannungsumsetzer für das Drehzahlsignal und
zwei davon ausgehende, parallele Zweige mit einem Sollwertvergleichsglied in dem
einen Zweig sowie einem Zeitglied und einem Vergleichsglied zur Ermittlung einer
Signalunstetigkeit in dem anderen Zweig auf.
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Dabei wird zweckmäßigerweise das unverzögerte Ausgangssignal des Vergleichsgliedes
mit dem durch das Zeitglied verzögerte Ausgangssignal verglichen und bei Überschreiten
einer vorgegebenen Abweichung ein Endsignal zur Absteuerung der Schnellablaßventile
abgegeben. Das Vergleichsglied weist dabei eine zusätzliche, bei Vorliegen eines
Ausgangssignals Ueber Schaltglieder zu schaltbare Stromquelle zur Haltung des Ausgangssignales
auf.
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Bei den von diesen Prüfgliedern ausgehenden Ubertragungekanälen sind
Jeweils die vom Sollwertvergleichsglied ausgehenden Kanäle als Sicherheitskanäle
mit im Normalbetrieb geschlossenen Schaltelementen und die vom Vergleichsglied-ausgehenden
Kanäle als sogenannte Fehlerkanäle mit im Normalbetrieb offenen Schaltelementen
ausgebildet. Diese Schaltelemente der Sicherheitskanäle und die Schaltelemente der
Fehlerkanäle sind dabei jeweils in einer 2 von 3-Schaltung derart zusammengefaßt,
daß bei Ansprechen der Schaltelemente von mindestens zwei Sicherbitskanälen oder
zwei Fehlerkanälen an der nachgeschalteten logischen Schaltung ein Auslösesignal
für die Hydraulikablaßventile ansteht. Dabei ist es aus Sicherheitsgründen zweckmäßig,
wenn jeder Ventilstellantrieb zwei unabhängige Schnellablaßventile für das Hydrauliköl
aufweist.
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In der logischen Verknüpfungsschaltung erfolgt ferner eine Überfiihrung
der jeweils drei Ausgangskanäle der Prüfglieder in zwei unabhängige Signalkanäle
zur Absteuerung der-Schnellablaßventile.
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Besonders vorteilhaft ist noch die Tatsache, daß für die einzelnen
Vergleichsglieder und Übertragungskanäle gesonderte Prüfeinrichtungen vorgesehen
sind. Dabei weist das Sollwertvergleichsglied einen zusätzlichen Eingang zum Anlegen
einer einem Überdrehzahlwert entsprechenden Prüfspannung von einem veränderbaren
Potentiometer auf, während das Vergleichsglied
einen weiteren Eingang
zum Anlegen einer festen, einem Drehzahl sprung entsprechenden Prüfspannung aufweist.
Damit können die einzelnen Teile unabhängig auf ihre Funktionsweise überprüft werden.
Falls gleichzeitig ein echtes Fehlersignal anstehen sollte, wird die Funktionsweise
des unabhängigen Drehzahlschutzsystems nicht beeinträchtigt.
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Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise
von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig.
1 das prinzipielle Grund schema eines Kernkraftwerks mit dem erfindungsgemäßen Schutzsystem;
Fig. 1a die Gesamtschaltung der Turbinenanlage mit der Betriebsregelung und dem
unabhängigen Schutzsystem; Fig. ib das unabhängige Überdrehzahlschutzsystem; Fig.
2 die Prinzipschaltung eines Prüfgliedes; Fig. 2a den Aufbau des Vergleichsgliedes
innerhalb des PrUfgliedes; Fig. 3 den Aufbau der 2 von 3-Auswahlschaltung und die
nachtxesehaltete logische Verknüpfung; Fig. 3aund b zwei Varianten der Auswahlschaltung
und der logischein Verknüpfung zur Gewinnung der Ventilabsteuerungssignale sowie
Fig. 4 einen Querschnitt und eine prinzipielle Schaltung der Hydraulikölb1aßventi1e
In Fig. 1 ì St das Prinzipbild der gesamten Kernkraftanlage 100 dargestellt» Dabei
wird von dem eigentlichen Reaktor und den nachgeschalteten Dampferzeugern 102 der
erforderliche Dampf
über Sehnellschlußventile 106 und Regelventile
108 der Turbine 104 zugeführt, die den Generator 122 antreibt Das unabhängige Überdrehzahlschutzsystem
128, das auf die beiden Ventilgruppen 106 und 108 einwirkt, ist nur ganz schematisch
dargestellt.
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In Fig. 7a ist im einzelnen ein Prinzipbild der Gesamtanlage und der
Turbinenregelung gezeigt Dabei besteht die Turbine 104 aus einem Hochdruckteil 110
und zwei Niederdrucktellen 112 und 114 mit einem zwischengeschalteten-Dampfentwässerer
115 und einem frischdampfbeheizten Zwischenüberhitzer 116.
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Der Dampf wird dem Hochdruckteil 110 der Turbine von dem Dampferzeuger
103 im eigentlichen Reaktorsystem über entsprechende Dampfleitungen zugeführt, in
die Jeweils Schnellschlußventile 106 und Regelventile 108 eingeschaltet sind. Zwischen
dem Zwischenüberhitzer 116 und den Niederdruckteilen 112 und 114 der Turbine sind
dabei noch weitere Schnellschlußventile 120 und Abfangklappen 118 eingeschaltet
Der aus den Niederdruckm teilen 112 und 114 der Turbine abströmende Naßdampf wird
im Kondensator 117 kondensiert und über das Vorwärmsystem 119 in den Dampferzeuger
103 zurückgeführt. In die Ausgangsleitungen des Generators 122 ist ferner ein Beistungsschalter
123 einige schaltet. An diese Ausgangsleitungen ist ein Beistungswandler 125 angeschlossen,
dessen Signale in den übergeordneten Bea triebsregler 131 eingegeben werden, der
auch als Rechner ausm gebildet sein kann. Dieser Rechner 131 erhält weitere Signale
von einem Druckabertrager 107 aus dem Hochdruckteil 110 der Turbine sowie Drehzahlsignale
von einem Drehzahlübertrager 105 an der Turbinenwelle 126. Über diesen Rechner 131
werden nunmehr jeweils die Stellantriebe 130 der Schnellschlußventile 106, die Stellantriebe
132 der Regelventile 108, die Stellantriebe 134 der Schnellschlußventile 120 hinter
dem Überhitzer 116 und die Stellantriebe 136 für die Abfangklappen 118.angesteuert.
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Während des Anlaufens des Turbinen systems 104 können die Ventile
106
in unterschiedliche Stellung durch den Rechner 131 gesteuert werden, wodurch eine
Drehzahlregelung möglich ist.
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Diese Ventile 106 arbeiten während des Normalbetriebes åedoch als
Sicherheitsventile und sind dann voll geöffnet oder voll geschlossen, während die
Regelventile 108 die Dampfzufuhr zum Hochdruckteil 110 der Turbine regeln. Auch
die Zwischenüberhitzer-Schnellschlußventile 120 sind ebenfalls entweder voll geöffnet
oder geschlossen, während die Abfangklappen 118 unter bestimmten Bedingungen den
Dampffluß regeln können, beispielsweise während einer Schnellabschaltung.
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Bei einer plötzlichen Lastabsenkung oder Lastabschaltung kann das
konventionelle Regel system 131 zwar auch ein Hochlaufen der Turbine verhindern;
bei auftretenden Schäden im Regelsystem oder eventuellen Fehlmessungen ist jedoch
die vorhandene Sicherheit gegen gefährliche Überdrehzahl nicht ausreichend.
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Um ein derartiges gefährliches Hochlaufen zu verhindern, ist erfindungsgemäß
ein unabhängiges Schutzsystem 128 vorgesehen, das seine Signale von einem Drehzahlübertrager
124 erhält, der unabhangig vom Drehzahlübertrager 105 ist, Jedoch ebenfalls mit
der Welle 126 der Turbine 104 in Verbindung steht.
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Dieser unabhängige Drehzahlübertrager 124 und das Schutzsystem 128
sind auch unabhängig vom Betriebsrechner 131.
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Wenn dieser Rechner 131 oder irgendein System, das damit verbunden
ist, ausfallen, so daß dadurch eine Uberdrehzahlbedingung für die Turbine erreicht
werden kann, so soll diese durch das unabhängige Schutzsystem 128 verhindert werden.
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Dieses unabhängige Schutzsystem 128 wirkt dabei ebenfalls auf die
Ventilstell3ntriebe ein, wie noch später beschrieben werden wird.
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In Fig. ib ist schematisch das unabhängige Sberdrehzahl-Schutzsystem
128 und eeine Wirkungsweise näher erläutert.
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Der Drehzahlübertrager 124 besteht dabei zunächst aus drei
unabhängigen
Übertragungskanälen und Übertragern 124-1, 124-2 und 124-3. Die darin ermittelten
Drehzahlsignale werden dann jeweils gesonderten Prüfgliedern 138, 140 und 142 eingegeben,
die im einzelnen in Big. 2 erläutert sind. Hinter diesen rrüfgliedern erfolgt eine
2 von 3-Auswahl der Signale, die dann ggf. zu einer Absteuerung der Schnellablaßventile
für d Hydrauliköl der Ventilantriebe führen.
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Die Prüfkreise 138, 140 und 142 und ihre Regellogik können auch durch
ein digitales Computerprogramm ausgeführt werden.
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Der digitale Rechner kann derselbe wie der Anlagenrechner 131 sein,
wodurch der Aufwand an hardware-vermindert wird, trotz eines Anstiegs der Wirkeamkeit.
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Die Prüfkreise 138, 140 und 142 vergleichen die Signale von den unabhängigen
Drehzahlübertragern 124-1, 124-2 und 124-3 mit einem Sollwert der Drehzahl, um festzustellen,
ob die Drehzahl der Turbine 104 in einem vorgegebenen Bereich bleibt.
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Jedes dieser Prüfglieder 138, 140 und 142 erzeugt zwei Signale, wovon
eines eine Störung an der Turbine 104 anzeigt, während das andere Signal angibt,
daß die Drehzahl innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt. Bei Verwendung dieser-zwei
Signale wird nicht nur die Turbine auf Überdrehzahl überwacht, sondern auch Jede
plötzliche Änderung des Drehzahlsignals wird angezeigt, was eine Störung des unabhängigen
Überdrehzahlschutzsystems 128 oder eine verhängnisvolle Störung der Turbine 104
anzeigen kann. Die Ausgangsklemme der Prüfkreise 138, 140 und 142 sind mit einer
logischen Steuerschaltung 144 verbunden, wie später anhand von Fig. 3 beschrieben
wird. ijach dem dargestellten Ausfahrungsbeispiel sind logische Schaltungen oder
Relais 146 bis 168 zwischen die Prüfglieder 138, 140 und 142 und die logische Steuerschaltung
144 eingeschaltet.
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Die relais 146 und 148 werden dabei durch das Prüfglied 138, die Relais
154 und 156 durch das Prüfglied 140 und die Relais
162 und 164 durch
das Prüfglied 142 angesteuert. Die Relais 146, 148, 154, 156, 162 und 164 sind während
des Normalbetriebes des Systems bei normaler Leistungsabgabe in erregter oder Ein-Stellung.
Wenn eines der Prüfglieder 138, 140 oder 142 eine Uberdrehzahlbedingung feststellt,
sprechen die logischen Schaltungen oder Relais 146, 148, 154, 156, t62 und 164 an;
daher werden diese Kanäle als Sicherheits-Kanäle bezeichnet.
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Die logischen Schaltelemente oder Relais 150, 152, 158, 160, 166 und
168 sind auf analoge Weise so verbunden, daß sie Störsignale erzeugen, wenn ein
Sprung oder eine Unregelmäßigkeit in der Drehzahlkennlinie festgestellt worden ist.
Die Kreise, die mit den Relais 150, 152, 158, 160, 166 und 168 verbunden sind und
diese einschließen, werden daher als Pehlerkanäle bezeichnet. Jeder Sicherheits-Kanal,
der beiepieleweise die Relais 146 und 148 enthält und jeder Fehlerkanal, der die
Relais 150 und 152 enthält, umfaßt somit die beiden Teile des dualen Kanals, der
mit dem Prufglied 138 verbunden und von diesem gesteuert wird. Die Kanäle mit den
Relais 154, 156, 158 und 160 bilden ebenfalls einen Dualkanal, der vom T'rüfglied
140 gesteuert und mit diesem verbunden ist, während die Kanäle mit den Relais 162,
164, 166 und 168 einen dualen Kanal, abhängig vom Prüfglied 142, bilden.
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In dem Fall, daß die Drehzahl der Turbine einen vorgegebenen Wert
erreicht oder überschreitet, beispielsweise 111 96 der synchronen Drehzahl, wird
dies von der Drehzahlmeßeinrichtung 124 gemeldet und die Relais 146, 148 werden
vom Prüfglied 138, die Relais 154 und 156 vom Prüfglied 140 und die Relais 162,
164 vom PrUfglied 142 angesteuert, wodurch die Relais abfallen und in die Aus-Stellung
übergehen. Die Relais 150, 152, 158, 160 und 168 sind normalerweise in der Aus-Stellung,
wenn keine Unregelmäßigkeit oder Systemströung auftritt. Wenn das elektronische
System jedoch nicht ordnungsgemäß arbeitet,werden die Relais 150 usw. erregt und
in die Einschaltung gebracht,
wodurch ein Fehlersignal ansteht.
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Die Überdrehzahlsignale lösen dann die Sicherheitsventile, die noch
weiter unten beschrieben werden, aus, so daß die Dampfzufuhr abgesperrt und ein
Hochlaufen der Turbine vermieden werden kann.
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In Fig. 2 ist nunmehr die innere Schaltung des Prüfgliedes 138 dargestellt;
die Prüfglieder 140 und 142 weisen die gleiche Schaltung auf. Ein Drehzahlsignal
vom Übertrager 124-1 wird zunächst einem Frequenz-Spannungs-Umsetzer 200 zugeführt.
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Dás Ausgangsaignal dieses Umsetzers 200 wird dann einem Sollwertvergleichsglied
210 und parallel dazu einem Vergleichsglied 220 mit parallelgeschaltetem Zeitglied
222 zugeführt.
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Der Brequenz-Spannungs-Umsetzer 200 besteht aus einem monostabilen
Multivibrator, der durch den Nulldurchgang des Eingangssignals vom Drehzahlübertrager
124-1 angestoßen wird, wobei der Multivibrator'eine konstante Kippdauer aufweist.
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Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators erfährt dadurch
eine Änderung im Arbeitszyklus, der der Frequenz des Eingangssignals proportional
ist. Das Ausgangssignal ist somit gleichgerichtet und gefiltert und erzeugt dadurch
ein Gleichapannungsaignal, das linear-proportional der Eingangsfrequenz vom Übertrager
124-1 ist.
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Das Vergleichsglied 220, das Zeitglied 222 und die Umkehrstufe 225
sowie der Leistungsverstärker 227 sind im einzelnen in Fig. 2a dargestellt. Das
Ausgangssignal des Frequenz-S,pannungs-Umsetzers 200 ist einmal an den Eingang 249
eines Verstärkers 250 über einen Impedanzkreis 252 und andererseits über eine Impedanz
252 an das Zeitglied 222 angeschlossen und wird somit verzögert zur Summation mit
dem Originalsignal vom Umsetzer 200 an den Eingang 249 des Verstärkers 250 geführt.
Das Zeitglied 222 weist bei dem dargestellten Ausfahrungsbeispiel eine Verzdgerung
von 1,4 sek auf.
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Die Zeitkonstante von 1,4 sek ist so gewählt, daß normale Änderungen
des Drehzahlsignals des Turbinen systems ausgefiltert werden. Allein Drehzahlsprünge
und Signale,die eine außergewöhnliche Störung darstellen, werden durch das Vergleichsglied
220 durchgelassen. Wenn das Ausgangssignal vom Frequenz-Spannungs-Umsetzer 200,
das der Turbinendrehzahl proportional ist, sich nur langsam ändert, wird das Auegangssignal
des Verstärkers 250 beim Nullwert verbleiben. Wenn sich Jedoch das Signal vom Umsetzer
200 plötzlich ändert, achwingt das Ausgangssignal des Verstärkers 250 entweder ins
Positive oder Negative. Das Ausgangssignal des Verstärkers 250 wird dann weiter
verstärkt durch die Verstärker 256 und 227. Wenn ein Signal am Ausgang des Verstärkers
227 erscheint, wird entweder das Relais 258 oder das Relais 260 entsprechend der
Diodendurchlaßrichtung erregt. Wenn entweder Relais 258 oder 260 erregt sind,'verbinden
eines der entsprechenden Kontakte 259 oder 261 eine positive Energieversorgungsquelle
262 mit dem Eingang des Verstärkers 256, wodurch das Ausgangssignal am Verstärker
227 gehalten wird.
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Um den Kreis für eine neue Operation zuriickzustellen, ist ein Reset-Knopf
264 vorgesehen, der den Stromkreis der Kontakte 259 und 261 unterbricht, wodurch
das Ausgangssignal des Verstärkers 227 auf Null zurückgeht.
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Entsprechend anderer Ausführungsformen der Erfindung können verschiedene
gleichwertige Änderungen vorgenommen werden, so kann z. B. das Frequenzsignal, das
vom Drehzahlmeßgerät 124-1 erzeugt wird, in eine digitale Darstellung übergefUhrt
und dann durch einen digitalen Rechner mit einem entsprechenden digitalen Sollwert
verglichen werden.
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Zurückgehend auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kEnn der Sollwert
des Vergleichsgliedes 210 durch Anlegen einer veränderlichen Spannung, die von einem
Potentiometer 212 abgegriffen
wird, getestet werden, wodurch festgestellt
werden kann, ob das Prüfglied 138 richtig arbeitet und die Relais 146 und 148 auslösen.
Die Erregung'der Relais 146 und 148 wird durch ein Nichtinvertierendes-Gatter 215
gesteuert, das eine Emitterfolger-Transistorstufe 216 enthält. Die ransistorstufe
216 wird dann gesperrt, wenn das Vergleichsglied 210 eine Überdrehzahl feststellt,
wodurch die Relais 146 und 148 abfallen. So kann mit einer Mehrheitslogik, die später
noch im einzelnen erläutert wird, die Arbeitsweise der Prüfglieder 138, 140 und
142 geprüft werden, um ihre sichere Arbeitsweise unter wirklichen Überdrehzahlbedingungen
sicherzustellen, ohne daß irgendeine Unterbrechung im System erfolgt, Wenn bei Prüfen
eines der Prüfglieder 138, 140 oder 142 ein Überdrehzahlsignal oder eine plötzliche
Drehzahlabweichung zusammen mit dem Prüfsignal ansteht, wirkt sich das so aus, als
ob zwei der Doppelkanäle eine Überdrehzahl oder ein diekontinuierliches Signal anzeigen,
wodurch das Stromerseugungesystem abgeschaltet und eine Zerstörung der Anlage verhindert
wird. Die sehr hohe Verfügbarkeit des Schutzsystems 128 ist somit auch unter Testbedingungen
erhalten.
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Obwohl bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Relais als geeignete
Mittel für die Schaltlogikelemente dargestellt sind, können auch andere Elemente,
wie Festkörperschaltelemente, Gatter, Flip-Flops oder entsprechend programmierte
Rechner verwendet werden, ohne daß vom Wesen der vorliegenden Erfindung abgewichen
wird.
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Das Vergleichsglied 220 ist so vormagnetisiert, daß, wenn die Differenz
zwischen dem direkt zugeführten Signal vom Frequenz-Spannungs-Umsetzer 200 und dem
Signal vom Zeitglied 222 einen vorgegebenen Wert überschreitet, ein entsprechendes
elektrisches Signal abgegeben wird. Mit den Testknöpfen 230 und 232 kann dieses
Vergleichsglied 220 durch Anlegen einer Spannung geprüft werden. Wenn entweder der
Prüfknopf 230 oder 232 gedrückt wird, gibt das Vergleichsglied 220 ein Signal
ab,
wodurch die Relais 150 und 152 eingeschaltet oder zum Abfallen gebracht werden.
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In Fig. 3 ist die Auswahlschaltung im Detail näher erläutert.
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Die Relais 146, 148, 154, 156, 162 und 164 der Sicherheitskanäle sind
mit den entsprechenden Kontakten 147, 149, 155, 157, 163 und 165 gezeigt. Die Relais-kontakte
nach Fig. 4 sind in ihrer normalerweise offenen, entregten Stellung gezeigt. Während
des Normalbetriebes der Turbine jedoch werden diese Relais erregt und die Kontakte
schließen. Wenn alle Relais erregt sind, ist eine Spannungsquelle an der Eingang
klemme 170 mit der Eingangsklemme 173 eines herkömmlichen Und-Gatters 172 verbunden,
da's in dem Kasten 144 für die Steuerlogik nach Fig. 1b enthalten ist. Ein herkömmliches
Und- Gatter erfordert, daß alle Eingänge Strom führen, damit ein Ausgangssignal
erhalten wird. Zurückkommend auf Fig. Ib und unter Berücksichtigung, daß das Prüfglied
138 die Relais 146 und 148 entregt, werden dann die Relais-kontakte 147 und 149
öffnen. Trotzdem behält des Spannungssignal an der Eingangaklemme 173 des Und-Gatters
172 seinen alten Wert, da die Relaiskontakte 157 und 165 geschlossen bleiben. Die
2 von 3-Auswahl ist somit sichergestellt, da zwei der drei Kanäle, die durch die
Prüfglieder 138, 140 und 142 gesteuert werden, eine Überdrehzahlbedingung anzeigen
müssen. Dadurch führt das =ausfallen oder ein Fehler nur eines Kanals nicht zum
Abschalten des Turbinensystems. Wenn zusätzlich jedoch das Prüfglied 140 die Relais
154 und 156, die miteinander verbunden sind, entregt, werden die Relaiskontakte
155 und 157 ebenfalls öffnen. Im letzten Falle sind also alle drei Zweige der Relais
schaltung 145 nach Fig. 4 offen und das Eingangsaignal am Und-Gatter 172 wird auf
Null gehen.
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Der andere Eingang 175 des Und-Gatters 172 ist mit der SchaltlogOik
der Fehler-Kanal-Relais 150, 152, 158, 160, 162 und 168 in entsprechender Weise
verbunden, um ein Eingangseignal an dao Und-G^tter 172 zu führen, solange zwei der
drei Prüfglieder
138, 140 und 142 entsprechende Ausgangssignale
ausweisen.
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Das Und-Gatter 172 versorgt einen der Eingänge eines der Schnellablaßventile
Jedes der Stellantriebe 130 t, 130 R und 132, wie noch später beschrieben wird.
Dadurch wird ein Ablaßventil auf Jedem der Stellantriebe 130, 132, 134 und 136 ausgelöst,
wodurch die Hydraulikflüssigkeit von diesen Stellantrieben abfließt und die Ventile
der Turbine 104 schließen.
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Dadurch wird ein Hochlaufen der Turbine und eine Beschädigung des
Gesamtsystems 100 vermieden.
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Ein ähnliches Und-Gatter 176 ist an eine ähnliche Auswahlschaltung
178 angeschlossen, die die gleiche Funktion für jedes der anderen Ablaßventile,
die an jede der Stellantriebe 130, 132, 134 und 136 angeschlossen sind, aufweist.
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In Fig. 3a ist die Äuswahlschaltung 145, die auf die Ventile 130 und
132 einwirkt, in einer anderen Ausführungsform gezeigt. Die Relaiskontakte 147,
151, 155, 159, 163 und 167 sind in Reihenparallelschaltung angeordnet und bewirken
dadurch eine Arbeitsweise, wie die der Und-Gatter 172 und 176 nach Fig. 3.
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Diese logische Relaiskombination erregt zwei Relais 401, die aus Gründen
der Redundanz doppelt angeordnet sind. Die Kontakte 401a der Relais 401 sind in
Serie geschaltet, um zu verhindern, daß bei Festschweißen eines der Relaiskontakte
das System funktionsuntüchtig wird.
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Ferner ißt ein Prüfrelais 405 vorgesehen, das die Zuführungsleitungen
der Ablaßventilspulen 50, die auf den Stellantrieben 130, 73 t32, 134 und 136 nach
Fig. Ib montiert sind, unterbricht und die Anzeigelampen 407 mit Erde verbindet.
Taster 402 sind vorgesehen, um die Kontinuität und Arbeitsfähigkeit der Schaltung,
die mit den Ablaßventilspulen 50 verbunden aind, zu überprüfen. Die Anzeigeleuchten
407 sind mit dem Relais 405 verbunden, um einen durchgehenden Pfad für Testzwecke
vorzusehen,
der eine Verbindung über die Relaiskontakte 401a der
Relais 401 darstellt. In Fig. 3b ist eine idetische Schaltung 145b für den anderen
Ablaßkanal dargestellt, der das zweite Ablaßventil in jedem der Stellantriebe 130,
132, 134 und 136 antreibt.
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In Fig. 4 ist schematisch die Schaltung der Ablaßventile 506 und 508
gezeigt, die mit einem der Stellantriebe 132, 134 und 136 verbunden ind. Ein Stellantriebszylinder
500 mit zwei Einlässen 520 und 521 vom Druckölbehälter 113 (Fig. 1a) und zwei Auslässen
502 und 504 ist ebenfalls gezeigt. Die Auslässe 502 und 504 sind über Rohrleitungen
503 und 505 mit den beiden Ablaßventilen 506 und 508 verbunden. Die Ausgangeseite
dieser Ablaßventile 506 und 508 ist mit dem AblaßUlbehälter 510 verbunden. Eine
Feder 518 zieht die Kolbenatange und somit das Ventil sehr schnell zurück, um die
zugehdrige Dampfventile schnell zu schließen. Schnellablaßventile, ähnlich den dargestellten
Ventilen, lassen das Öl von allen Stellantrieben 130, 132, 134 und 136 ab, wodruch
die Ventile 106, 108, 118 und 120 geschlossen werden. Während dieses Schließvorganges
wird der Dampfstrom zur Turbine 104 sehr schnell abgesperrt, so daß Uberdrehzahlen
vermieden und somit eine Zerstörung des Turbinenläufers und Nachfolgeschäden verhindert
werden können.
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Der vom Reaktor und vom Dampferzeuger 109 erzeugte Dampf wird dann
in die Atmosphäre abgelassen oder in einen zusätzlichen Sekundärkreis geführt.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß zur Verhütung eines
plötzlichen Hochlaufens in den UberdrehsGhlbereich der Turbine 104 mit der Gefahr
eines plötzlichen Bruches des Turbinenläufers und einer Zerstörung der Turbine sowie,
anderer Kreislaufteile ein unabhängiges Uberdrehzahlschutzsystem 128 vorgesehen
ist, das unabhängig vom normalen Drehzahlregelsystem der Turbine arbeitet. Durch
dieses Uberdrehzahlschutzsystem
128 werden die Unzulänglichkeiten
der bisherigen Regeleinrichtungen vermieden, da es dann die Turbine regelung im
Überdrehzahlbereich übernimmt, so daß Schäden vermieden werden können.
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Die Turbine ist also mit drei unabhängigen Drehzahlmessern ausgerüstet,
die drei unabhängige Drehzahlsignale erzeugen.
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Diese drei Signale werden dann durch eine logische Schaltung in zwei
Signale zum Öffnen der Hydrauliköl-Schnellablaßventile umgewandelt, wodurch die
Daxpfventile dann sehr schnell schließen. Durch die dreifache Redundanz und die
2 von 3-Auswahl der Signalkanäle kann Jeder Kanal ohne Störung des Gesamtsystems
überprüft werden. Durch die Erfindung ist ein hohes Maß an Sicherheit gegeben, da
bei Schließen der Ventile tatsächlich ein entsprechendes Überdrehzahl- oder sonstiges
Fehlersignal vorgelegen hat, das diesen Eingriff rechtfertigt.
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4 Fig.
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13 Ansprüche