DE2707974A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung einer dampfturbinenanlage - Google Patents

Description

7/77

BtiC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Verfahren und Einrichtung zur Regelung einer Dampfturbinenanlage.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbinenanlage mit Vordruckregelung, insbesondere einer von einem Siedewasserreaktor gespeisten Dampfturbinenanlage. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens für eine Dampfturbinenanlage mit einem Vordruckregelkreis und einer Bypass-Ventilanordnung sowie mit einer den Dampfdurchsatz der Turbine bestimmenden Regelventilanordnung.

Die Vordruckregelung, d.h. die Druckregelung des Frischdampfes vor der Turbinenanlage, bietet Vorteile vor allem im Dauerbetrieb mit im wesentlichen konstanter Last und ist insbesondere für Turbinenanlagen mit einem Siedewasserreaktor als Dampferzeuger die normale Betriebsweise. Der Siedewasserreaktor ist hierbei als Beispiel für einen mit einfach geschlossenem und unmittelbar über die Turbine geführtem Dampf-

809831/0527

BBC Baden __/77

270797*

kreislauf arbeitenden Dampferzeuger genannt, dessen Rezirkulations-Dampfdurchsatz im Normalbetrieb konstant zu halten ist. Für die Bewältigung der bei üblichen Dampfturbosätzen mit elektrischem Generator auftretenden, schnellen Laständerungen ist eine solche Vordruckregelung wenig geeignet. Im Falle des Siedewasserreaktors oder eines ähnlichen Dampferzeugers der vorgenannten Art wird der Vordruck und der Rezirkulations-Dampfdurchsatz mit Hilfe einer Bypass-Ventilanordnung aufrechterhalten, die bei Lastabsenkungen die überschüssige Dampfmenge unter Umgehung der Turbine zum Kondensator leitet.

Andererseits werden Dampfturbinenanlagen mit konventionellen Dampferzeugern, bei denen Dampfdurchsatz und Vordruck vergleichsweise verzögerungsarm gesteuert und veränderlichen Betriebszuständen angepasst werden können, üblicherweise mit der bekannten Drehzahl-Leistungsregelung betrieben, d.h. mit einer Drehzahlregelung mit unterlagerter Leistungsregelung. Diese allgemein bekannte Regelung ist im stationären Zustand gekennzeichnet durch Drehzahl-Leistungskennlinien, die ihrerseits durch je zwei Parameter bestimmt sind, nämlich z.B. die der Statikeinstellung entsprechende Kennlinienneigung und die Drehzahl bei einer vorgegebenen Bezugsleistung, etwa Leerlauf oder Nennlast. Im stationären Regelzustand liegt der durch die beiden Regelgrössen "Drehzahl" und "Leistung" bestimmte Arbeitspunkt - abgesehen von einer etwaigen bleibenden Regelabweichung im Falle einer Proportio-

809831/0527

BBC Baden 7/"7

nalregelunp - auf der jeweils massgeblichen Kennlinie, jedoch ist die jeweilige Lage des Arbeitspunktes auf der Kennlinie durch die wirksamen Drehzahl- bzw. Frequenz- und Last-Störgrössen bestimmt. In den Grenzfällen mit eingeprägter Drehzahl (Generator an einem Netz starrer Frequenz) einerseits und mit eingeprägter Last andererseits ergeben sich für ein bestimmtes Paar der bestimmenden Kennlinienparameter jeweils die Turbinenleistung bzw. die Turbinendrehzahl zwangsläufig. Eine Konstanthaltung der Drehzahl bedarf daher im allgemeinen einer Verstellung der Kennlinienparameter, im allgemeinen der Leerlauf- oder Nennlast-Drehzahl (Frequenzregelung).

Die Drehzahl- bzw. Frequenz-Leistungsregelung ist grundsätzlich für die Bewältigung der verschiedenartigen, in der Praxis auftretenden Betriebszuständen und insbesondere Laständerungen geeignet, jedoch stehen ihre Eigenschaften nicht ohne weiteres im Einklang mit den Gegebenheiten einer Vordruckregelung. Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines RegelungsVerfahrens bzw. einer entsprechenden Regeleinrichtung, die eine Kombination von Vordruckregelung und Drehzahl-Leistungsregelung unter Berücksichtigung der jeweiligen Betriebsverhältnisse der Dampfturbinenanlage ermöglicht. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Verfahren mit Vordruckregelung der eingangs genannten Art dadurch, dass eine Drehzahlregelung mit unterlagerter Leistungsregelung (Drehzahl-Leistungsre-

809831/0527

BBC Baden

7/77

gelling) vorgesehen ist und dass der Dampfdurchsatz der Turbine in Abhängigkeit von einem laufenden Vergleich der Reglerausgangsgrössen der Vordruckregelung einerseits und der Drehzahl-Leistungsregelung andererseits jeweils ausschliesslich oder vorherrschend durch die im Sinne des Dampfdurchsatzes kleinere der Reglerausgangsgrössen (Kleinstwertauswahl) gesteuert wird. Die Lösung der gestellten Aufgabe für eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art kennzeichnet sich dadurch, dass ein Drehzahlregler mit unterlagertem Leistungsregler (Drehzahl-Leistungsregler, RnP) vorgesehen ist, dass der Eingang mindestens eines Steuerkanals der Regelventilanordnung an den Ausgang einer Vergleichs- und Umschalteinrichtung angeschlossen ist, die eingangsseitig an mindestens einen Reglerausgang des Vordruckregelkreises und mindestens einen Ausgang des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) angeschlossen ist, und dass der Ausgang der Vergleichs- und Umschalteinrichtung jeweils mit dem im Sinne der Ve^ntilöffnung kleineren seiner Eingangssignale in ausschliesslicher oder vorherrschender Steuerverbindung steht (Kleinstwertauswahl).

In einem Betriebszustand mit dominanter Vordruckregelung könnte an sich die Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung in die Kleinstwertauswahl dauernd eingeschaltet bleiben. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht

jedoch vor, dass in Abhängigkeit vom Ergebnis eines Vergleichs der
Reglerausgangsgrössen der Vordruckregelung und der Drehzahl-

809831/0527

BBC Baden 7/77

Leistungsregelung jeweils im Anschluss am einen Uebergang auf Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch die Vordruckregelung ein Ersatzsignal vorgegebener Grosse anstelle der Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung in den Vergleich der Reglerausgangsgrössen der Vordruckregelung und der Drehzahl-Leistungsregelung, d.h. in die Kleinstwertauswahl, eingeführt und hierin erst im Falle einer Herabsetzung der Turbinenleistung wieder gegen die Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung ausgetauscht wird.

Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass im Dauerbetrieb mit maximalem Dampfdurchsatz etwa auftretende und an sich geringfügige Störungen im System der Drehzahl-Leistungsregelung, die zu einem unnötigen'Eingriff in die Kleinstwertauswahl und damit zu einer unnötigen Leistungsverminderung führen würden, unwirksam bleiben und ohne Betriebsstörung behoben werden können.

Weiterhin empfiehlt es sich nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, jeweils im Anschluss an einen Uebergang auf Steuerung des Turbinendampfdurchsatzes durch die Vordruckregelung die Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung auf einen bezüglich der Reglerausgangsgrösse der Vordruckregelung um einen vorgegebenen Betrag grösseren Wert zu steuern und erst im Falle einer Herabsetzung der Turbinenleistung wieder auf einen durch die tatsächliche Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregelung bestimmten Wert zurückzuführen. Dadurch wird ein unerwünschtes

809831/0527

BBC Baden

7/77

Hin- und Herschalten der Kleinstwertauswahl infolge geringfügiger Schwankungen der Betriebsgrößen im Uebergangsbereich vermieden.

Die Wiedereinführung der Reglerausgangsgrösse der- Drehzahl-Leistungsregelung in die Kleinstwertauswahl bzw. die Zurückführung dieser Reglerausgangsgrösse auf einen von der tatsächlichen Sollwert-Istwertdifferenz bestimmten Wert kann in Abhängigkeit von verschiedenen Kriterien selbsttätig durchgeführt werden. Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht hierfür als Rückschaltkriterium den Eintritt einer Betriebsstörung in einem Zustand mit Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch die Vordruckregelung vor, und zwar insbesondere das Ueberschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Drehzahl und/oder Drehzahlbeschleunigung der Turbine. Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Frequenz im Lastkreis eines mit der Turbine gekuppelten elektrischen Generators mindestens einem Grenzwertvergleich· unterzogen und eine Grenzwertüberschreitung als Rückschaltkriterium im vorgenannten Sinne verwendet. Ferner kommt als Rückschaltkriterium die Detektion eines Lastabwurfes im Lastkreis des Generators in Verbindung mit einer Grenzwertüberschreitung der Drehzahlbeschleunigung in Betracht.

Weiterhin hat es sich in gewissen Fällen als vorteilhaft erwiesen, die Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregelung - unbeschadet einer etwaigen Abschaltung der

80 98 31/0527

BBC Baden

7/Y7

entsprechenden Reglerausgangsgrösse von der Kleinstwertauswahl im Sinne der vorstehend erläuterten Ausführungsformen mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen und den Eintritt einer Grenzwertüberschreitung des Betrages dieser Sollwert-Istwertdifferenz in Richtung eines zu grossen Leistungs-Istwertes als Rückschaltkriterium für die Reaktivierung der Kleinstwertauswahl und der tatsächlichen Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregelung innerhalb dieser Auswahl zu verwenden.

Schliesslich kann die Reaktivierung der Kleinstwertauswahl selbsttätig in Abhängigkeit von einem Schnellschluss der Turbine vorgenommen werden, der zum Schutz der Turbine ausgelöst wird. Im Schnellschlussfall erfolgt diese Reaktivierung der Kleinstwertauswahl mit einer Schnellschluss-Ersatzstellgrösse, die am Eingang der Kleinstwertauswahl in Abhängigkeit von entsprechenden Kriterien aufgeschaltet wird und dem Ausgang der Kleinstwertauswahl verzögerungsfrei ein Schliesssignal für die "Regelventilanordnung aufzwingt und entsprechend verzögerungsarm über die Dampfdurchsatz-Differenzsteuerung das Oeffnen der Bypass-Ventilanordnung bewirkt. Dadurch gelingt es, den Rezirkulations-Dampfdurchsatz konstant zu halten, ohne auf die Veränderung der Druck-

i regelabweichung warten zu müssen.

Es ist hervorzuheben, dass' die vorgenannten Rückschaltkriterien für die Reaktivierung der Kleinstwertauswahl mit der tatsächlichen Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungs-

809831/0527

BBC Baden

7/77

oLOr

regelung bzw. der Schnellschluss-Ersatzstellgrösse nach den Gegebenheiten des jeweiligen Anwendungsfalles einzeln für sich oder auch in verschiedenen Kombinationen und insbesondere in ihrer Gesamtkombination anwendbar sind. Damit lässt sich für einen breiten Bereich verschiedener Betriebsanforderungen ein hohes Mass an Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit der Gesamtanlage ohne Einschränkung der Sicherheit gegen gefährliche und schadensträchtige Betriebszustände verwirklichen.

809831/0527

BBC Baden

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierin zeigt.

Fig. 1 das Blockschaltbild eines ersten Teils einer Dampfturbinenregelung mit Drehzahl-Leistungsregler und

Vordruckregler,

Pig. 2 das Blockschaltbild eines zweiten Teils der Regelung mit Rezirkulations-Dampfdurchsatzsteuerung und Regelventilanordnung sowie Bypass-Ventilan-Ordnung,

Fig. 3 das Wirkschaltbild der Rezirkulations-Dampfdurchsatzsteuerung gemäss Fig. 2 und

Fig. 4 das Blockschaltbild des Vordruckreglers mit Kleinstwertauswahl gemäss Fig. 1 in ausführlicher Darstellung,

Fig. 5 das Wirkschaltbild des Druck-Sollwertgebers mit einer einkanaligen Druckreglereinheit innerhalb des Vordruckreglers nach Fig. 4,

Fig. 6 das Wirkschaltbild des Leistungsregelteils innerhalb des Drehzahl-Leistungsreglers nach Fig. 1,

Fig. 7 die Einzeldarstellung einer Störungs-Rückschalteinrichtung für de.n Drehzahl-Leistungsregler gemäss Fig. 1.

Vorausgeschickt sei, dass für die Ausgangssignale von

809831/0527

BBC Baden

7/77

Funktionsblöcken - sofern keine besonderen Symbole eingeführt sind - der Einfachheit halber die gleichen Bezugszeichen gelten wie für die Funktionsblöcke selbst bzw. für die betreffenden Ausgänge, sofern die Ausgänge mit eigenen Bezugszeichen versehen sind. Innerhalb der Blöcke sind gegebenenfalls allgemeine Funktionssymbole angegeben, nämlich Σ, für Summierglieder, PI für Glieder mit proportional-integraler sowie PID für solche mit proportionalintegral-differentialer Uebertragungsfunktion, 3/1 für Konzentrationsglieder bzw. Mittelwertbildner zwischen dreikanaligen und einkanaligen Uebertragungsabschnitten und E/H für elektro-hydraulische Wandler. Weiter sind im Bedarfsfall innerhalb der Blöcke vereinfachte Uebertragungsdiagramme (Ausgangssignal = Ordinate über Eingangssignal = Abszisse) angedeutet.

Die Fig. 1 und 2 geben einen Ueberblick der gesamten Regelungsanlage in Form eines zusammenhängend zu betrachtenden Blockschaltbildes, wobei die Verbindung zwischen den beiden Anlagen- bzw. Schaltungsteilen durch die noch im einzelnen zu erläuternden Anschlüsse ERV, ER und Ep gebildet wird. Fig. 1 umfasst im wesentlichen den Drehzahl-Leistungsregler RnP und den Vordruckregler Rp sowie die sie verbindende Vergleichs- und Umschalteinrichtung RVMin, während Fig. 2 neben dem nur schematisch angedeuteten Reaktor R als Dampferzeuger sowie der Turbine T mit Kondensator KD die Regelventilanordnung RV und die Bypass-

809831/0527

BBC Baden

7/77

Ventilanordnung BV, jeweils mit zugehörigem Steuerkanal SRV bzw. SBV, und eine Vergleichsschaltung DV für die Konstanthaltung des Rezirkulations-Dampfdurchsatzes wiedergibt. Zwischen Reaktor und Kondensator sind die Strömungskanäle über die Turbine mit Regelventilanordnung einerseits und über die Bypass-Ventilanordnung andererseits parallelgeschaltet. Der durch den jeweiligen Betriebszustand des Reaktors vorgegebene Rezirkulations-Dampfdurchsatz entspricht also jeweils der Summe der Teildurchsätze von RV und BV.

Innerhalb des Drehzahl-Leistungsreglers RnP ist für die Bildung der drehzahlabhängigen Stellgrössenkomponente ein der Drehzahl zugeordneter Sollwert-Istwertvergleicher SIVn vorgesehen, der über gegensinnige Eingänge mit einem Drehzahl-Sollwertgeber ns und mit einem Drehzahl-Istwertgeber η verbunden ist.

Die Sollwert-Istwertdifferenz am Ausgang von SIVn wird in einem Multiplikator Mn mit einem Paktor aus einem Konstantengeber Kl gewichtet und in einem nachfolgenden Summierglied SnP mit einem Bezugs-Leistungssollwert aus einem entsprechenden Geber Po überlagert. Als reale Leistungsgrösse gilt dieser Bezugs-Sollwert nur für eine bestimmte Drehzahl, die

809831/0527

BBC Baden

7/77

Bezugsdrehzahl, während er als Parameter for die stationäre Regelungskennlinie (Drehzahl über Leistung) deren Höhenlage bestimmt. Der Gewichtungsfaktor Kl der Drehzahl-Regelabweichung bestimmt demgegenüber als Parameter die Kennlinienneigung, d.h. die Drehzahlstatik. Der wirksame und drehzahlabhängig Leistungssollwert Ps ergibt sich am Ausgang des Summiergliedes SnP und ist zusammen mit einem Leistungssollwert P aus einem entsprechenden Geber an gegensinnige Eingänge eines Sollwert-Istwertvergleichers SIVnP der resultierenden Drehzahl-Leistungsregelung geführt. Ein dem letztgenannten Sollwert-Istwertvergleicher nachgeschaltetes Proportional-Integralglied ZnP setzt die resultierende Leistungs-Sollwert-Istwertdifferenz in eine Stellgrösse mit entsprechendem Zeitverhalten um, verleiht dem Regler also eine üebergangsfunktion mit Integralkomponente. Dies ergibt die Möglichkeit einer im stationären, abgeglichenen Reglerzustand abweichungsfreie Regelung auf der statischen Drehzahl-Leistungskennlinie .

Für das Anfahren der Turbinenanlage ist ferner ein Drehzahl-Hilfsregler Rnh sowie für Zwecke einer raschen Oeffnung der Bypass-Ventilanordnung bei Turbinen-Schnellschluss ein Ersätzetellgrössengeber Rsh vorgesehen. Die erforderliche Akti-

809831/0527

BBC Baden

vierung des Ausgangssignals jeweils nur einer der vorgenannten Einheiten SIVnP/PI bzw. Rnh bzw. Rsh wird durch eine Kleinstwertauswahl mittels einer Vergleichs- und Umschalteinrichtung TLMin besorgt, die jeweils nur das im Sinne einer Ventilöffnung kleinste ihrer Eingangssignale zum Ausgang AnP durchschaltet. Diese Kleinstwertauswahl kann mit Schaltungen an sich üblicher Art durchgeführt werden, die hier keiner näheren Erläuterung bedürfen. In der Praxis stellt die Vergleichs- und Umschalteinrichtung TLMin eine Turbinen-Leitstation dar, deren Ausgang AnP im Normalbetrieb die resultierende Stellgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung führt. Ueber einen samt seiner Steuerung noch zu erläuternden Umschalter SlO'gelangt das Ausgangssignal AnP an einen der Drehzahl-Leistungsregelung zugeordneten Eingang EnP der bereits erwähnten Vergleichs- und Umschalteinrichtung RVMin, die über einen zweiten, dreikanaligen Eingang Ep an den Ausgang des ebenfalls bereits erwähnten Vordruckreglers Rp angeschlossen ist. Der Vordruckregler ist aus Sicherheitsgründen in noch näher darzustellender Weise entsprechend dreikanalig aufgebaut, wobei die verschiedenen, unter sich zunächst gleichwertigen Reglerkanäle innerhalb der Vergleichs- und Umschalteinrichtung RVMin in einer Mittelwertbildung auf eine resultierende Stellgrösse von hoher Ausfallsicherheit konzentriert werden. Infolge der Kleinstwertauswahl in RVMin wird jeweils das im Sinne einer Ventilöffnung kleinere der Eingangssignale, nämlich der Aus-

809831/0527

BBC Baden

->*- 2W974

gangsgrösse des Drehzahl-Leistungsreglers an AnP bzw. EnP einerseits und der Ausgangsgrösse des Vordruckreglers an Ep andererseits, zum Ausgang von RVMin durchgeschaltet. Dieser Ausgang ist identisch mit dem Eingang ERV des in Fig. 2 dargestellten Steuerkanals SRV der Regelventilanordnung RV.

Die in Fig. 2 angedeuteten Steuerkanäle SRV bzw. SBV der Regelventilanordnung bzw. Bypass-Ventilanordnung sind einander ähnlich aufgebaut und umfassen - ausgehend von ihren Eingängen ERV bzw. EBV je einen Positionierregler NVR bzw. NVB mit nachfolgendem, elektro-hydraulischem Wandler WR bzw. WB und hydraulischem Stellmotor MR bzw. MB. Der Eingang EBV der Bypass-Ventilsteuerung ist an den Ausgang der Vergleichsschaltung DV angeschlossen, deren dreikanalige Eingänge Ep und ER mit entsprechenden Anschlüssen von RVMin gemäss Fig. verbunden und über eine in DV enthaltene Mittelwertbildung konzentriert sind.

Weitere Merkmale und Schaltungseinzelheiten der Regelungsanlage werden im Zusammenhang der folgenden Funktionsbe-Schreibung erläutert.

Während des Druckaufbaues nach dem Betriebsstart des Reaktors bleibt die Regelventilanordnung zunächst geschlossen, indem der auf einem Tiefstwert festgehaltene und somit über die Kleinstwertauswahl dominante Ausgang von RnP den Eingang ERV des Regelventil-Steuerkanals auf Schliessniveau

809831/0527

BBC Baden

7/2fl07974

hält. Gleichzeitig wird der Sollwert des Vordruckreglers entsprechend dem Anfahren des Reaktors hochgeführt und erzeugt am Anschluss Ep eine entsprechende DruckstellgrÖsse. Der - von RVMin her gesehen ausgangsseitige - Anschluss ER führt das gleiche Signal wie der Ausgang ERV, jedoch wie in Fig. 1 angedeutet dreikanalig. Zwischen den Anschlüssen Ep und ER liegt also jeweils die Differenz über der Kleinstwertauswahl, d.h. im vorliegenden Betriebszustand im wesentlichen die zur Herstellung des Drucksollwertes benötigte Ventilöffnungs-Stellgrösse. Ein entsprechendes Differenzsignal wird in dem eingangsseitig an Ep und ER angeschlossenen Vergleicher DV gebildet, welcher seinerseits über EBV und SBV die Bypass-Ventilanordnung in die entsprechende Oeffnungsstellung steuert. Der Bypass übernimmt somit den Rezirkulations-Dampfdurchsatz entsprechend dem jeweiligen Drucksollwert und Reaktorzustand.

Sobald die Bedingungen für das Anfahren der Turbogruppe (Turbine mit Generator) erfüllt sind, übernimmt der Drehzahl-Hilfsregler Rnh mit entsprechend ansteigender Sollwertführung die Steuerung der Regelventilanordnung. Weil die Ausgangsgrösse des Drehzahl-Leistungsreglers bezüglich des Hilfsreglers Rnh grosser ist, gelangt nur die Ausgangsgrösse von Rnh an den Ausgang AnP' und damit an den Eingang EnP der

809831/0527

BBC Baden

zweiten Vergleichs- und Umschalteinrichtung RVMin. Allein dieser Eingang wird auch durch die Kleinstwertauswahl in RVMin zum Steuereingang ERV durchgeschaltet, weil die Ausgangsgrösse des Vordruckreglers Rp immer noch die grössere ist. Nach Hochfahren der Turbine bis zur Synchrondrehzahl wird der Drehzahl-Hilfsregler vor der Synchronisierung abgeschaltet, und der unter die alleinige Wirkung der Leistungs-Sollwert-Istwertdifferenz zurückgeführte Ausgang des Drehzahl-Leistungsreglers übernimmt über TLMin und RVMin die Führung, und zwar zunächst entsprechend einem Leerlauf- oder Schwachlastbetrieb mit geringer Oeffnung der Regelventilanordnung.

Am dreikanaligen Anschluss ER von RVMin liegt in den vorgenannten Hochfahr-Betriebszuständen wiederum die, nun jedoch von Null verschiedene, Regelventil-Stellgrösse, so dass die Vergleichsschaltung DV ausgangsseitig nun ein Bypass-Ventilsteuersignal entsprechend der Differenz zwischen Regelventil-Stellgrösse und Vordruck-Stellgrösse liefert, d.h. eine der Differenz zwischen Turbinen- und Rezirkulations-Dampfdurchsatz entsprechende Steuergrösse. Letztere bestimmt wiederum die Oeffnung der Bypass-Ventilanordnung, so dass diese genau den zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Rezirkulation erforderlichen Dampfdurchsatz abführt. Dies gilt auch für die anschliessende Lastübernahme durch die Turbogruppe mit ansteigender Führung des Bezugs-Leistungssollwertes durch Po. Dieser Betriebsbereich erstreckt sich bis

809831/0527

BBC Baden

zu einer Ausgangsgrösse des Drehzahl-Leistungsreglers, die der Ausgangsgrösse des Vordruckreglers bzw. dem Signal eines der Ausgangskanäle dieses Reglers gleichkommt. Dabei wird die Bypass-Ventilanordnung jeweils gegensinnig zur Regelventilanordnung gesteuert. Mit zunehmender Oeffnung der Regelventilanordnung und steigender Leistung wird also die Bypass-Ventilanordnung zunehmend geschlossen, bis sie bei der vorerwähnten Stellgrössengleichheit vollständig geschlossen ist. Der gesamte Rezirkulations-Dampfdurchsatz wird dann über die Regelventilanordnung von der Turbine übernommen.

Der Aufbau der Vergleichsschaltung DV als wesentliches Schaltungsteil für die vorstehend erläuterte Differenz-Bypasssteuerung ergibt sich im einzelnen aus Fig. 3· Entsprechend den dreikanaligen Eingängen Ep und ER umfasst die Schaltung drei Vergleichereinheiten DVA, DVB und DVC, von denen nur der erste dargestellt ist. Der Eingang ERA dieser Einheit ist über einen Begrenzer Bd geführt, der eine negative Regelventil-Stellgrösse, wie sie im allgemeinen vor dem Anfahren der Turbine als Schliesssicherheit vorgegeben wird und welche den Einsatzpunkt der Differenzsteuerung verschieben würde, von der Differenzbildung zwischen Vordruck- und Regelventil-Stellgrösse fernhält. Sodann folgt der eigentliche Stellgrössenvergleich in einem Differenzglied DA, der mit gegensinnigen Eingängen an den Eingang EpA und an den Ausgang von Bd angeschlossen ist.

809831/0527

BBC Baden

-K-

Ein nachfolgender Umschalter S3 ermöglicht für gewisse Betriebszustände, die eine fest vorgegebene Bypassöffnung verlangen, eine Umschaltung vom Ausgang des Differenzgliedes DA auf einem Konstantengeber K4 ermöglicht. Diese Umschaltung ist über einen entsprechenden Eingang Ec steuerbar. Weiterhin folgt ein Summierglied VA mit einem weiteren Konstantengeber K5, mit dem eine Schliesssicherheit für die Bypass-Ventilanordnung vorgegeben werden kann. Die Ausgänge der drei Vergleichereinheiten DVA, DVB und DVC werden schliesslieh in einem Mittelwertbildner MI2 konzentriert, dessen Ausgang dem Steuereingang EBV der Bypass-Ventilanordnung entspricht .

Im Betriebszustand mit dominantem Drehzahl-Leistungsregler kann die Turbinenanlage vom Änfahr- und Schwachlastbetrieb bis zur Vollast notwendigen Leistungsänderungen mit einer raschen Regelung nachgeführt werden, ohne dass die Vordruckregelung beeinträchtigt werden könnte, weil die Bypass-Ventilanordnung jeweils verzögerungsarm gegensinnig zur Regelventilanordnung verstellt wird. Solche raschen Leistungsänderungen treten z.B. bei Frequenzänderungen im Lastkreis der Turbogruppe auf. Bei Lastabsenkungen nimmt der Bypass den erhöhten Ueberschuss auf, während der Bypass-Dampfdurchsatz für kurzfristige Lastzunahmen eine rasch verfügbare, dynamische Leistungsreserve darstellt.

Andererseits ist für eine kurzfristige Lastzunähme unter

809831/0527

BBC Baden

2W7974

Umständen eine ebensolche Vergrösserung des Vordruckes zulässig und erwünscht. Hierfür ist, wie in Fig. 1 angedeutet und im einzelnen weiter unten noch näher ausgeführt, eine zusätzliche Steuerverbindung zwischen dem Drehzahl-Leistungs regler und dem Druckregler vorgesehen, nämlich über ein Dynamik-Zeitglied ZD, welches eine Uebertragungsfunktion mit einer Differentialkomponente aufweist und mit entsprechendem Uebergangsverhalten ein zur Sollwert-Istwertdifferenz des Drehzahl-Leistungsreglers (bei vorzeichengerechter Betrachtung) gegensinniges Korrektursignal liefert. Somit bewirkt z.B. eine rasche Heraufsetzung des Leistungs-Sollwertes über das dynamische Korrektursignal eine Absenkung des Drucksollwertes und dadurch eine stärkere Oeffnung der Rege1vent ilanordnung.

Nun wird die Führungsübernahme durch den Druckregler im Vollastbetrieb anhand von Fig. 1 und Fig. *· näher erläutert.

Der Vordruckregler ist, wie bereits erwähnt, mehrkanalig ausgeführt, und zwar im Beispielsfall dreikanalig. In der Blockdarstellung gemäss Fig. h sind diese drei Kanäle RpA, RpB, RpC angedeutet. Jeder Kanal wird durch einen vollständigen Regler mit Sollwertgeber, Istwertgeber und SoIlwert-Istwertvergleicher gebildet. In Fig. ^ sind diese Geber schematisch in je einem dreikanaligen Block ps bzw. P zusammengefasst angedeutet. Entsprechend ist auch die nach-

809831/0527

BBC Baden

2W974

folgende Vergleichs- und Umschalteinrichtung RVMin im Anschluss an ihren dreikanaligen Eingang Ep mit drei Vergleichs- und Umschalteinheiten RMA, RMB, RMC versehen, deren jede eingangsseitig einerseits mit dem gemeinsamen Eingang EnP vom Drehzahl-Leistungsregler und andererseits mit je einem Ausgang der Vordruckreglerkanäle verbunden ist. Für jedem dieser Kanäle wird also die Kleinstwertauswahl gesondert durchgeführt, wobei die entsprechenden Ergebnissignale vor der Konzentration in einem Mittelwertbildner MIl an den bereits erwähnten, dreikanaligen Anschluss ER geführt sind. Ferner ist ein Detektor DAR vorgesehen, der an einem Ausgang ARp jeweils dann einen

Schaltbefehl erzeugt, wenn alle drei Kanäle des Vordruckreglers Rp durch entsprechendes Ergebnis der Kleinstwertauswahl die Ausgangsgrösse des Drehzahl-Leistungsreglers an EnP unterschritten haben. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird dadurch eine Steuerschaltung Sl des bereits erwähnten Umschalters5"l0 beeinfluest, so dass letzterer den Eingang EnP vom Ausgang AnP des Drehzahl-Leistungsreglers auf einen Ersatzsignalgeber ES umschaltet. Das Ersatzsignal ist in einer Grosse vorgegeben, die im Sinne einer Ventilöffnung über Vollast bzw. jedenfalls über der Reglerausgangsgrösse der Vordruckregelung liegt, so dass der Drehzahl-Leistungsregler nicht mehr ohne weiteres in die Kleinstwertauswahl eingreifen kann. Die Rückschaltung wird jedoch in Abhängig-· keit von bestimmten Bedingungen, insbesondere beim Eintritt

809831/0527

BBC Baden

gewisser Störungen, automatisch freigegeben bzw. ausgelöst.

Neben dem bereits erwähnten Eingang ED weist der Vordruckregler Rp einen dreikanaligen Korrektureingang EK auf, der in noch näher darzustellender Weise für den Ausgleich der drei Reglerkanäle untereinander sorgt. Dies ist insbesondere bei Verwendung von Reglern mit Integralkomponente angebracht, um ein Auseinanderlaufen der einzelnen Stellgrössen zu verhindern. Die Korrektursignale werden als Differenz der jeweiligen Stellgrösse an den Reglerausgängen EpA, EpB, EpC einerseits und den Mittelwert dieser Ausgangsgrössen andererseits gebildet. Hierfür ist ein Mittelwertbildner MI3 vorgesehen, dessen Ausgang mit den genannten Reglerausgängen zusammen an entsprechend gegensinnige Eingänge eines Mehrfach-Summiergliedes SK geführt ist. Die Ausgänge des letzteren bilden den genannten, dreikanaligen Eingang EK.

Im einzelnen geht der Aufbau des Vordruckreglers aus Fig. 5 hervor, wobei nur der Kanal RpA dargestellt ist.

809831/0527

BBC Baden

34 - _7/77

Hauptbestandteil des Reglerkanals RpA ist ein Sollwert-Istwertvergleicher SIVp mit PID-Uebertragungsfunktion und gegensinnigen Eingängen für den Sollwert ps sowie für den Istwert p. Letzterer ist zur unterdrückung von höherfrequenten Resonanzschwingungen über ein Bandsperrfilter Fp geführt. Ein weiterer, zum Istwert gleichsinniger Eingang des Sollwert-Istwertvergleichers ist an den bereits erläuterten Reglereingang ED für dynamische Sollwertverschiebungen geführt, während ein Kanal des Korrektureinganges EK an einen zum Istwert gegeneinnlger Eingang des Sollwert-Istvergleichers angeschlossen ist. Ein dem Vergleicher nachfolgender Begrenzer Bp ist entsprechend den Aussteuergrenzen zwischen Schliesssicherheit und maximaler Ventilöffnung eingestellt. Weil die Ausgangsgrösse eines Reglers mit Intepralkomponente bei Auftrennung seines Regelkreises die vorgenannten Ausste'uergrenzen überschreiten kann, was beim Schliessen des Regelkreises zu stark verzögertem Eingriff führen würde, wird das Erreichen der Aussteuergrenzen durch zwei zugeordnete Grenzwertschalter GsI, Gs2 festgestellt, die über vorgeschaltete Differenzbildner (Summierglieder mit gegensinnigen Eingängen) eingangsseitig an Eingang und Ausgang des Begrenzers Bp angeschlossen sind

809831/0527

BBC Baden

7/77

und ausgangsseitig entsprechende Eingänge Ersl, Ers2 des Sollwert-Istwertvergleichers SIVp im Sinne einer. Rückführung in dem Aussteuerbereich ansteuern.

Bei der vorangehend beschriebenen Führungsübernahme durch den Vordruckregler ist die Bypass-Ventilanordnung infolge der Dampfdurchsatz-Differenzsteuerung vollständig geschlossen. Die Rege!ventilanordnung führt also den gesamten Dampfdurchsatz, wobei der Vordruckregler die Turbine führt, und zwar unter maximaler Ausnutzung der vom Reaktor verfügbaren Dampfmenge sowie unter Aufrechterhaltung des verlangten Vordruckes.

Um einen sicheren Uebergang zwischen der Führung der Regelventilanordnung durch den Drehzahl-Leistungsregler und Führung durch den Vordruckregler sicherzustellen und Undefinierte Schaltzustände sowie ein Hin- und Herschalten im Uebergangsbereich zu vermeiden, wird der Ausgang AnP des Drehzahl-Leistungsreglers mittels eines Zusatzsignalgebers ZS auf einen bezüglich der Ausgangsgrösse des Vordruckreglers um ein vorgegebenes Mass, z.B. 10Ϊ, grösseren

809831 /0527

BBC Baden

. 25 - 7/77

Wert gesteuert, sobald zwei von drei Kanälen des Vordruckreglers über die Kleinstwertauswahl in RVMin durchgeschaltet sind. Hierfür ist ein Ausgang ARpI des bereits erwähnten Detektors DAR in RVMin vorgesehen, der über die bereits erwähnte Steuerschaltung Sl, und zwar über eine hierin enthaltene Schaltstufe S2, einen Schalter S20 über einen entsprechenden Steuereingang ES20 im Sinne einer Aktivierung des Zusatzsignalgebers ZS ansteuert. Durch diese Hochsteuerung des Drehzahl-Leistungsreglers wird sichergestellt, dass nunmehr sämtliche Kanäle des Vordruckreglers über die Kleinstwertauswahl durchgeschaltet werden und der Vordruckregler somit insgesamt die Führung der Regelventilanordnung ohne Unsicherheitsbereich voll übernimmt. Sodann wird über den bereits erwähnten Ausgang ARp des Detektors DAR wie erläutert über einen Steuereingang ESlO der Umschalter SlO und damit der Eingang EnP der Vergleichs- und Umschalteinrichtung RVMin auf den Ersatzsignalgeber ES umgeschaltet.

Zusammenfassend gilt also: Die Aktivierung des Zusatzsignalgebers in Abhängigkeit von der Unterschreitung der Ausgangsgrösse des Drehzahl-Leistungsreglers durch eine andere Steuergrösse, und zwar im Beispielsfall durch einen Teil der Ausgangsgrössen des mehrkanaligen Vordruckreglers, bewirkt eine sichere Uebernahme der Regelventilführung durch die ablösende Steuergrösse bzw. durch die Gesamtheit der Mehrkanalanordnung des Vordruckreglers. Die anschliessende Umschaltung des Einganges der Kleinstwertauswahl, welcher

809831/0527

BBC Baden

- 3* - 7/77

270797A

dem Drehzahl-Leistungsregler zugeordnet ist, auf einen Ersatzsignalgeber hat zur Folge, dass der Drehzahl-Leistungsregler im Normal- oder Vollastbetrieb mit Regelventilführung durch den Vordruckregler ausser Betrieb bleibt und bei etwaigen Störungen nicht unnötig oder fälschlich in die Kleinstwertauswahl wieder eingreifen kann. Die Verfügbarkeit der gesamten Regelungsanlage wird dadurch verbessert. Ausserdem wird durch die WIedereingriffsmöglichkeit - in Verbindung mit der blossen Bereitschaftsfunktion des Drehzahl-Leistungsreglers im Normalbetrieb bei dominantem Vordruckregler - die einkanalige Ausführung des Drehzahl-Leistungsreglers erleichtert und insoweit auch der Schaltungsaufwand vermindert.

Bei der Ausführung nach Fig.* 6 wirkt der Zusatzsignalgeber ZS auf den Drehzahl-Leistungsregler über einen Hilfsregelkreis, welcher den Ausgang AnP über ein Summierglied SH mit einem Eingang des Sollwert-Istwertvergleichers SIVnP verbindet, und zwar in Abhängigkeit von der Schliessung des Schalters S20. Ueber den, zugehörigen Eingang ES3 dieses Summiergliedes erfolgt eine Vorzeichenumkehr, so dass die resultierende Rückwirkung des Ausganges AnP auf den SoIlwert-Istwertvergleicher SIVnP zum Leistungs-Istwert P gleichsinnig ist. Die Auftrennung des Drehzahl-Leistungsregelkreises durch die Kleinstwertauswahl wird also für den Drehzahl-Leistungsregler durch den Hilferegelkreis künstlich ausgeglichen, so dass der Reglerausgang trotz der Integralkomponente nicht an eine Grenze des Aussteuerbereiches läuft, sondern einen

809831/0527

BBC Baden

- 29 - 7/77

scheinbaren Abgleichzustand einnimmt. Dieser wird aber über zueinander gleichsinnig sowie gegensinnig zum Eingang ES3 wirkende Eingänge ESl und ES2 des Summiergliedes SH vom Ausgang ERV der Kleinstwertauswahl und vom Zusatzsignalgeber ZS bestimmt. Durch diese Eingangsbeschaltung des Summiergliedes wird der Ausgang des Drehzahl-Leistungsreglers auf einen Wert geregelt, der jeweils um das Zusatzsignal über dem Ausgang ERV der Kleinstwertauswahl liegt. Im Augenblick der Einschaltung des Hilfsregelkreises über S20, d.h. bei Führungsübernahme durch z.B. zwei der drei Vordruckreglerkanäle, entspricht die Ausgangsgrösse an ERV einem Mittelwert aus den Ausgangsgrößen der bereits führenden Druckreglerkanäle und des Drehzahl-Leistungsreglerausganges. Der Mittelwert liegt also jedenfalls innerhalb des Streubereiches aller Vordruckreglerkanäle, so dass die nun erfolgende Hochregelung des Drehzahl-Leistungsreglerausganges jedenfalls über den grössten Vordruckreglerkanalausgang hinausgeht. Auf dem geeignet innerhalb des Aussteuerbereiches von RnP eingestellten Ueberhöhungswert bleibt dann der Ausgang AnP eingeregelt. Der* Hilfsregelkreis hat also eine doppelte Funktion, nämlich diejenige der raschen Durchsteuerung des Uebergangsbereiches zwischen beiden Reglern und diejenige der Aufrechterhaltung eines für den raschen Wiedereingriff geeigneten Regelzustandes für den Drehzahl-Leistungsregler.

Die Einschaltung des Hilfsregelkreises mit Zusatzsignalgeber

809831/0527

BBC Baden

- & - 7/77

sowie des Ersatzsignalgebers erfolgt geraäss Fig. 6 von den Ausgängen ARp und ARpI des Detektors DAR in TLMin, wobei ARpI einen Schaltbefehl bei Führungsübernahme durch eine vorgegebene Teilanzahl der Reglereinheiten des mehrkanaligen Vordruckreglers und ARp einen Schaltbefehl bei vollständiger Führungsübernahme durch den Vordruckregler liefert. Der erstgenannte Schaltbefehl gelangt an wie bereits erwähnt an die Schaltstufe S2, während der letztgenannte Schaltbefehl eine UND-Schaltung LE sperrt und damit über den Steuereingang ESlO des Umschalters SlO die Rückschaltung bewirkt. Im Beispielsfall ist die Einschaltung des Zusatzsignalgebers und des Ersatzsignalgebers mit Auslösung von dem gemeinsamen Detektor DAR vorgesehen, grundsätzlich kommt jedoch auch eine blosse Anwendung der Zusatzsignalgabe - mit Hilfsregelkreis oder einer direkten Steuerung - ebenfalls in Betracht, wobei die Hochsteuerung oder Hochregelung des Drehzahl-Leistungsreglerausganges ebenfalls für ausreichende Sperrung unnötiger Wiedereingriffe über die Kleinstwertauswahl sorgt. Andererseits kann gegebenenfalls die Ersatzsignalgabe für sich angewendet werden, sofern anderweitig eine pendelfreie Durchsteuerung des Uebergangsbereiches der Regelventilsteuerung durch die beiden Regler sichergestellt ist.

In bestimmten Betriebsfällen muss der Drehzahl-Leistungsregler die Möglichkeit zum,Wiedereingreifen in die Regelventilsteuerung haben. Hierfür werden der Umschalter SlO und S20 zurückgeschaltet, und zwar gemeinsam vom Ausgang

809831/0627

BBC Baden

^ 270797A

einer ODER-Schaltung LS innerhalb der Steuerschaltung Sl (siehe Fig. 6), die verschiedene mögliche Auslösesignale für die Rückschaltung disjunktiv überträgt und die Schaltstufe S2 im Sinne einer Auftrennung des Hilfsregelkreises mit Zusatzsignalgeber ZS zurücksetzt, sowie über den Inverseingang der UND-Schaltung LE den Rückschaltbefehl an den Steuereingang ESlO des Umschalters SlO gibt.

Eine erste Möglichkeit des Wiedereingriffs der Drehzahl-Leistungsregelung in Abhängigkeit von einer Grenzwertüberwachung der Regelabweichung (Sollwert-Istwertdifferenz) der Drehzahl-Leistungsregelung ist in Fig. 6 durch einen an den Ausgang AnPd des Sollwert-Istwertvergleichers angeschlossenen Grenzwert schalter GS angede'utet. Wenn somit die jeweils auftretende Regelabweichung einen unter Berücksichtigung des Zusatzsignales einzustellenden, negativen Grenzwert unterschreitet, d.h. wenn der Istwert der Leistung entsprechend überhöht ist, so wird der Ausgang des Drehzahl-Leistungsreglers durch Auftrenne/i des Hilf sregelkreises auf einen nur von der wirklichen Regelabweichung abhängigen Wert zurückgeführt und in der Kleinstwertauswahl reaktiviert.

Ueber die Drehzahlabhängigkeit des wirksamen Leistungssollwertes kann auch eine entsprechende Drehzahl- bzw. Frequenzüberhöhung im Lastkreis des Turbogenerators diese Rückschaltung auslösen.

809831/0527

BBC Baden

- 2» - 7/77

Weitere Rückschaltkriterien können von einer Ueberwachungsschaltung US über die ODER-Schaltung LS zur Wirkung gebracht werden. Eine beispielhafte Ausführung einer solchen Ueberwachungsschaltung ist in Fig. 7 angedeutet.

Als Messglieder sind hiernach der Drehzahlgeber η der Turbine sowie im Lastkreis des Turbogenerators ein Frequenzgeber f und ein Lastabwurfindikator La vorgesehen. Die eigentliche Ueberwachung der verschiedenen Messwerte erfolgt mittels Grenzwertschaltern Gl bis G5, deren Ausgänge in unterschiedliehen Kombinationen über Logikschaltungen Ll bis L4 zusammengefasst sind.

Die disjunktive Logikschaltung Ll ermöglicht die Auslösung bei Grenzwertüberschreitung der Drehzahl selbst über Gl, der Drehzahlbeschleunigung über ein Differenzierglied Zu mit G2 oder der Frequenz über G5. Die konjunktive Logikschaltung L2 löst die Rückschaltung aus in Abhängigkeit von gleichzeitiger Grenzwertüberschreitung der Drehzahlbeschleunigung und der Drehzahl selbst, während die ebenfalls konjunktiven Logikschaltungen L3 und Lk jeweils bei gleichzeitiger Grenzwertüberschreitung der Drehzahlbeschleunigung und der Frequenz bzw. bei gleichzeitigem Lastabwurf die Rückschaltung auslösen. Allen diesen Auslösekriterien ist gemeinsam der Eintritt eines in Richtung auf eine Drehzahlüberhöhung wirkenden Betriebs- bzw. Störzustandes.

809831/0527

BBC Baden

_ 29 - ^7/77

Im Ausführungsbeispiel rait kombinierter Ersatz- und Zusatzsignalgabe für den Führungsübergang ist die Rückschaltung des Zusatzsignalgebers mit derjenigen des Ersatzsignalgebers gekoppelt. Es versteht sich, dass bei der als grundsätzlich möglich erwähnten, gesonderten Anwendung beider Signalgeber eine entsprechend gesonderte Auslösung des Zurückschaltens anzuwenden ist.

Zu Flg.6 1st noch nachzutragen, dass das Dynamik-Zeitglied ZD Im Beispielsfall als Multiplikator mit zwei Eingängen ausgebildet 1st, von denen einer an den Ausgang AnPd des Sollwert-Istwertverglelchers SIVnP angeschlossen 1st und das bereits erwähnte, gegensinnig zum Drucksollwert bzw. gleichsinnig zum Druckistwert auf den Vordruckregler wirkende Korrektursignal entsprechend der Jeweiligen Regel- abwelchung des Drehzahl-Leistungsreglers bestimmt, während der andere eine multlpllkatlve Veränderung des Korrektursignals entsprechend dem (drehzahlabhängigen) Lelstungssollwert bedingt. Dadurch ergibt sich ein besonders günstiges Dynamikverhalten, wobei die multlpllkatlve Wirkung des letztgenannten Einganges Insbesondere nichtlinear im Sinne einer Begrenzung des Korrektursignals gemacht werden kann. Die bereits erwähnte Dlfferentlalkomponente der Uebertragungsfunktlon 1st zusätzlich zu der Multiplikatorfunktion vorhanden.

809831/0527

BBC Baden

- 7/77

Bei Turbinen-Schnellschluss muss die Bypass-Ventilanordnung schneller geöffnet werden, als dies durch eine Reaktivierung des Drehzahl-Leistungsreglers allein erreichbar ist. Daher wird wird von einem an sich bekannten und nicht dargestellten Schnellschluss-Auslöser über einen Eingang esh der Ersatzstellgrössengeber Rsh eingeschaltet« der die Ersatzstellgrösse ash an seinem Ausgang infolge entsprechender Bemessung in der Kleinstwertauswahl von TLMin dominant zum Eingang EnP von RVMin sowie über die letztere KIeinstwertauswahl auch zum Ausgang bzw. Eingang ER durchschaltet und damit sofort über die Dampfdurchsatz-Differenzsteuerung in DV die Bypass-Ventilanordnung öffnet.

Dazu muss der Eingang EnP selbstverständlich vom Ersatz-Signalgeber ES auf den Ausgang AnP von TLMIn umgeschaltet sein. Dies wird durch gleichzeitige Zuführung des Schaltbefehls von esh an einen entsprechenden Eingang der Steuerschaltung Sl des Umschalters SlO erreicht.

809831 /0527

Claims (33)

1. BBC Baden

   27Q797A

   Patentansprüche

   (1.!Verfahren zur Regelung einer Dampfturbinenanlage mit Vordruckregelung, insbesondere einer von einem Siedewasserreaktor gespeisten Dampfturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahlregelung mit unterlagerter Leistungsregelung (Drehzahl-Leistungsregelung) vorgesehen ist und dass der Dampfdurchsatz der Turbine in Abhängigkeit von einem laufenden Vergleich der Reglerausgangsgrössen der Vordruckregelung einerseits und der

   ■ *> ■ C.

   Drehzahl-Leistungsregelung andererseits j-weils ausschliesslich oder vorherrschend durch die im Sinne des Dampfdurchsatzes kleinere der Reglerausgangsgrössen (Kleinstwertauswahl) gesteuert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, für eine von einem Siedewasserreaktor gespeiste Dampfturbinenanlage mit einer Bypass-Ventilanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebszustand mit ausschliesslicher oder vorherrschender Steuerung des Dampfdurchsatzes der Turbine durch die Drehzahl-Leistungsregelung ein dem Turbinen-Dampfdurchsatz entsprechendes Signal gebildet und mit einer dem jeweiligen Rezirkulations-Dampfdurchsatz des Reaktors zugeordneten Bezugsgrösse verglichen wird und dass die Bypass-Ventilanordnung auf eine dem

   809831/0527

   ORIGINAL INSPECTED

   BBC Baden

   7/77

   Durchsatz der Differenz zwischen Turbinen- und Rezirkulations-Dampfdurchsatz entsprechende Oeffnungsstellung gesteuert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Ergebnis eines Vergleiches der Reglerausgangsgrössen der Vordruckregelung und der Drehzahl-Leistungsregelung jeweils im Anschluss an einen Uebergang auf Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch die Vordruckregelung ein Ersatzsignal vorgegehener Grosse anstelle der Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung in den Vergleich der Reglerausgangsgrössen der Vordruckregelung und der Drehzahl-Leistungsregelung eingeführt und hierin erst im Falle einer Herabsetzung der Turbinenleistung wieder gegen die Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung ausgetauscht wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass jeweils bei Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch eine von der Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung verschiedene Grosse, insbesondere der Vordruckreglerausgang auf einen bezüglich dieser anderen Grosse um ein vorgegebenes Mass grösseren Wert gesteuert und erst'im Falle einer Herabsetzung der Turbinenleistung wieder auf einen durch die tatsächliche

   809831 /0527

   BBC Baden

   7/77

   Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregelung bestimmten Wert zurückgeführt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Eintritt einer Betriebsstörung in einem Zustand mit Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch die Vordruckregelung die Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung auf einen durch die tatsächliche SoIlwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregerlung bestimmten Wert gebracht wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ueberschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Drehzahl und/oder Drehzahlbeschleunigung der Turbine in einem Zustand mit Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch die Vordruckregelung die Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung auf einen durch die tatsächliche Sollwert-Istwertdifferenz bestimmten

   «
   Wert gebracht wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz im Lastkreis eines mit der Turbine gekuppelten elektrischen Generators mindestens einem Grenzwertvergleich unterzogen wird und dass bei einer Grenzwertüberschreitung in einem Zustand mit Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch die Vordruckregelung die

   809831/0527

   BBC Baden

   7/77"

   Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung auf einen durch die tatsächliche Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregelung gebracht wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 und 6* dadurch gekennzeichnet, dass der Lastkreis eines mit der Turbine gekuppelten elektrischen Generators auf Eintritt eines Lastabwurfes überwacht wird und dass bei Eintritt eines solchen Lastabwurfes und einer Grenzwertüberschreitung der Drehzahlbeschleunigung der Turbine in einem Zustand mit Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch die Vordruckregelung die Reglerausgangsgrösse der Drehzahl-Leistungsregelung auf einem durch die tatsächliche Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregelung bestimmten Wert gebracht wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregelung mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird und dass bei einer Grenzwertüberschreitung des Betrages der Sollwert-Istwertdifferenz in Richtung eines zu grossen Leistungs-Istwertes in einem Zustand mit Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch die Vordruckregelung die Reglerausgangsgrösse auf einen durch die tatsächliche 'Sollwert-Istwertdifferenz bestimmten Wert gebracht wird.

   809831/0527

   BBC Baden
10. 10. Verfahren nach Anspruch 2 und nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Eintritt einer Störung mit einer Drehzahl-Grenzwertüberschreitung und/oder Lastabwurf eines mit der Turbine gekoppelten elektrischen Generators die Reglerausgangsgrösse auf einen durch die tatsächliche Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregelung bestimmten Wert gebracht und in den laufenden Vergleich der Reglerausgangsgrössen der Vordruckregelung und der Drehzahl-Leistungsregelung eingeführt wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schnellschluss der Turbine eine Schnellschluss-Ersatzstellgrösse (ash) in die Kleinstwertauswahl (RVMin) eingeführt wird, die den Eingang des Steuerkanals der Bypass-Ventilanordnung über den Vergleich des Turbinen- und Rezirkulations-Dampfdurchsatzes mit einem verzögerungsarmen Schliessignal beaufschlagt.
12. 12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für eine Dampfturbinenanlage mit einem Vordruckregler und einer Bypass-Ventilanordnung sowie mit einer den Dampfdurchsatz der Turbine bestimmenden Regelventilanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlregler mit unterlagertem Leistungsregler (Drehzahl-Leistungsregler, RnP) vorgesehen ist, dass der Eingang

    809831 /0527

    BBC Baden

    7/77

    (ERV) mindestens eines Steuerkanals (SRV) der Regelventilanordnung (RV) an den Ausgang einer Vergleichs- und Umschalteinrichtung (RVMin) angeschlossen ist, die eingangsseitig an mindestens einen Reglerausgang des Vordruckregelkreises und mindestens einen Ausgang des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) angeschlossen ist, und dass der Ausgang der Vergleichs- und Umschalteinrichtung (RVMin) jeweils mit dem im Sinne der Ventilöffnung kleineren seiner Eingangssignale in ausschliesslicher oder vorherrschender Steuerverbindung steht (Kleinstwertauswahl ).
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12 für eine von einem Siedewasserreaktor gespeiste Dampfturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass eine eingangsseitig mit dem Druckregler (Rp) und mit mindestens einem Steuerkanal (SRV) der Regelventilanordnung (RV) in Steuerverbindung stehende Vergleichsschaltung (DV) vorgesehen ist, die ausgangsseitig ein der Differenz zwischen dem Rezirkulations-Dampfdurchsatz und dem Turbinen-Dampfdurchsatz entsprechendes Steuersignal bildet, und dass mindestens ein Steuerkanal (SBV) der Bypass-Ventilanordnung (BV) an den Ausgang der Vergleichsschaltung (DV) angeschlossen ist.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet,

    809831/0527

    BBC Baden

    7/77

    of 270797A

    dass der Eingang (EnP) der Vergleichs- und Umschalteinrichtung (RVMin) an den Ausgang eines Umschalters (SlO) angeschlossen ist, der mit einem ersten Eingang an einen Ausgang (AnP) des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) und mit einem zweiten Eingang an den Ausgang eines Ersatzsignalgebers (ES) angeschlossen ist, der ein Ersatzsignal vorgegebener Grosse liefert, und dass dieser Umschalter (SlO) jeweils bei einem Uebergang auf dominante Steuerung des Turbinen-Dampfdurchsatzes durch den Vordruckregler (Rp) eine das Ersatzsignal aktivierenden Schaltbefehl erhält.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (SlO) in Abhängigkeit von einer Grenzwertüberschreitung der Drehzahl und/oder Drehzahlbeschleunigung der Turbine einen den Drehzahl-Leistungsregler (RnP) aktivierenden Schaltbefehl erhält.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (SlO) in Abhängigkeit von einer Grenzwertüberschreitung der Frequenz im Lastkreis eines mit der Turbine gekuppelten Generators einenden Drehzahl-Leistungsregler (RnP) aktivierenden Schaltbefehl erhält.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet,

    809831/0527

    BBC Baden

    dass ein Steuereingang (ESlO) des Umschalters (SlO) mit einem auf eine Grenzwertüberschreitung der Drehzahlbeschleunigung der Turbine ansprechenden Grenzwertschalter (G2) und mit einer an den Lastkreis eines mit der Turbine gekuppelten Generators angeschlossenen Ueberwachungseinrichtung (f, La) in konjunktiver, den Drehzahl-Leistungsregler (RnP) aktivierender Steuerverbindung steht.
18. 18. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang (ESlO) des Umschalters (SlO) über einen Grenzwertschalter (GS) mit einem Sollwert-Istwertdifferenzausgang (AnPd) des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) in einer den Drehzahl-Leistungsregler aktivierenden Steuerverbindung steht.
19. 19. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Drehzahl-Leistungsregler (RnP) in Steuerverbindung stehender Zusatzsignalgeber (ZS) vorgesehen ist, der den Drehzahl-Leistungsregler (RnP) in Abhängigkeit von einer Unterschreitung seiner Ausgangsgrösse durch wenigstens eine andere Steuergrösse auf einen im Sinne einer Ventilöffnung grösseren Ausgangswert bringt.
20. 20. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

    809831/0527

    BBC Baden

    dass ein mit dem Drehzahl-Leistungsregler (RnP) in Steuerverbindung stehender Hilfsregelkreis vorgesehen ist, der den Ausgang (AnP) des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) in Abhängigkeit von einer Unterschreitung seiner Ausgangsgrösse durch wenigstens eine andere Steuergrösse in den Sollwert-Istwertvergleich der Drehzahl-Leistungsregelung zurückkoppelt.
21. 21. Einrichtung nach den Ansprüchen 18 und 19» dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsregelkreis eine Summierschaltung (SH) aufweist, die über einen ersten Eingang (ESl) mit dem Vordruckregler (Rp) in Steuerverbindung steht, über einen zweiten Eingang (ES2) mit gleichem Vorzeichen an den Zusatzsignalgeber (ZS) sowie über einen dritten Eingang (ES3) mit entgegengesetztem Vorzeichen an einen Ausgang (AnP) des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) angeschlossen ist und ausgangsseitig mit einem Sollwert-Istwertvergleicher (SIVnP) des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) in Steuerverbindung steht.
22. 22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebertragungsfunktion des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) neben einer Proportionalkomponente eine Integralkomponente aufweist.
23. 23. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

    809831/0527

    BBC Baden

    7/77

    dass ein den Ausgang des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) bei Auftreten eines in Richtung auf eine Drehzahlüberhöhung wirkenden Betriebszustandes auf alleinige Steuerung durch die Sollwert-Istwertdifferenz der Drehzahl-Leistungsregelung zurückführender Schalter (S20) vorgesehen ist.
24. 24. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Hilfsregelkreis des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) bei Auftreten eines in Richtung auf eine Drehzahlüberhöhung wirkenden Betriebszustandes inaktivierender Schalter (S20) vorgesehen ist.
25. 25. Einrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuereingang (ES20) des Schalters (S20) in Steuerverbindung mit einer Einrichtung (US) zur Grenzwertüberwachung der Drehzahl und/oder Drehzahlbeschleunigung der Turbine steht.
26. 26« Einrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuereingang (ES20) des Schalters <S20) in Steuerverbindung mit einer Qrenzwertüberwachung für die Frequenz im Lastkreis eines mit der Turbine gekuppelten Generators steht.
27. 27. Einrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekenn-

    80S831/0527

    BBC Baden

    7/77

    zeichnet, dass ein Steuereingang (ES20) des Schalters (S20) mit einer auf eine Grenzwertüberschreitung der Drehzahlbeschleunigung der Turbine ansprechenden Ueberwachungseinrichtung (n; D) und mit einer an den Lastkreis eines mit der Turbine gekuppelten Generators angeschlossenen Lastabwurf-Ueberwachungseinrichtung (La) in konjunktiver Steuerverbindung steht.
28. 28. Einrichtung nach Anspruch 22 oder 23» dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuereingang (ES20) des Schalters (S20) über einen Grenzwertschalter (GS) an einen Ausgang (AnPd) des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) angeschlossen ist, der ein der Sollwert-Istwertdifferenz dieses Reglers entsprechendes Signal führt.
29. 29· Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Vordruckregelkreis wenigstens abschnittsweise mehrkanalig, vorzugsweise dreikanalig, aufgebaut ist.
30. 30. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Vordruckregler (Rp) eine Uebertragungsfunktion mit einer Integralkomponente aufweist, vorzugsweise eine PID-Uebertragungsfunktion.

    θ Ο 9 8 31/0527

    BBC Baden

    7/77
31. 31. Einrichtung nach den Ansprüchen 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, dass für die einzelnen Kanäle des Vordruckreglers (Rp) Rückführungen vorgesehen sind, die einen Differenzbildner (SK) mit einerseits an einen Mittelwertbildner (MI3) und andererseits an einen Stellgrössen- oder Sollwert-Istwertdifferenzausgang (EpA, EpB, EpC) des Vordruckreglers (Rp) angeschlossenen Eingängen aufweisen.
32. 32. Einrichtung nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Ausgang des Vordruckreglers (Rp) verbundener Begrenzer (Bp) vorgesehen ist, der über mindestens eine Rückführung (GsI, Gs2) mit mindestens ei- nem entsprechenden fiüclcsteHeingang (Ersl, Ers2) für die Sollwert-Istwertdifferenz in Steuerverbindung steht.
33. 33. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Vordruckregler (Rp) einen über ein Dynamik-Zeitglied (ZD) mit differentieller Uebertragungsfunktion an einen Stellgrössen- oder Sollwert-Istwertdifferenzausgang des Drehzahl-Leistungsreglers (RnP) angeschlossenen Sollwertverschiebungseingang (ED) aufweist.

    BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

    8Q9S31/0527