Turbinen-Leittechnik ME 4012

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Kraftwerks- und Prozessleittechnik
Turbinen-Leittechnik
ME 4012
Anwendungsbericht
• Turbinen-Drehzahl- und -Leistungsregelung
• Elektronischer Turbinenschutz
• Turbinen-Hilfsregelkeise
• Betriebsweisen
• Leitsystem-Eigenschaften
Turbinen-Leittechnik ME 4012
Anwendungsbericht
Alle Rechte vorbehalten
Alle Beiträge sind urheberrechtlich geschützt, Nachdruck, Vervielfältigung (auch elektronisch), Kopie, auch auszugsweise, nur mit
schriftlicher Genehmigung der Helmut Mauell GmbH.
Betrachtungen zur digitalen Turbinenleittechnik mit ME 4012
Inhalt
Seite
Perspektiven der digitalen Turbinenleittechnik
5
Turbinenregler
6
Turbinen-Temperatur- und -Leistungsführungsgerät (TLFG)
6
Leittechnik der Turbinenhilfseinrichtungen
6
Turbinenlaufüberwachung
6
Elektronischer Turbinenschutz
7
Bedienen und Beobachten
7
Aufgabenstellung des Verfahrens und Regelstrategie
Inhalt
Seite
Regelstrategie
8
Turbinenregler
10
Aufbau des Turbinenreglers
10
Firmware mit Funktionsbausteinen
11
Digitale Drehzahlerfassung der Turbine
12
Impulseingabe IE2F2
12
Lastabwurf
13
Leistungs-/Druckregler
13
Umschalten, Vollbeaufschlagung und Teilbeaufschlagung
13
HD-/MD-Koordinator
14
HD-/MD-Trimmregler
14
HD-Begrenzungsregler
14
Servomotor und Regelventil
15
Verfügbarkeit und Redundanz
15
ME 4012 Systemschrank, typische Belegung für
die Funktionsbereiche
16
Elektro-Hydraulische Leistungssteller (E/H-Wandler)
16
Servomotor und Gruppenbetrieb der
Dampfeinström-Regelventile
16
Ventil-Stellungsregler
17
Wirkungsweise der Servomotoren in ihrer hydraulischen
Zusammenschaltung
17
Turbinen-Temperatur- und Leistungsführungsgerät (TLFG)
Inhalt
Seite
Eingriff des Temperatur- und Leistungsführungsgerätes
in den Turbinenregler
18
Funktionsüberblick
18
Rechenmodelle Thermodynamik, Wellentemperatur
und Spannung
18
Temperatur- und Leistungstransienten im Leistungsbereich
19
Gerätetechnik
19
Signalaustausch über den SUB-NET-Prozessbus
20
2
Inhalt
Messeinrichtung der Turbinen-Laufüberwachung
Turbinendrehzahl-Messeinrichtung
Wellenschwingungs-Messeinrichtung
Lagergehäuseschwingungs-Messeinrichtung
Relativdehnungs-Messeinrichtung
(Läufer/Gehäusedehnung)
Wellenlage-Messeinrichtungen
(Blocklagerverschleiß-Messung)
Absolutdehnungs-Messeinrichtung
Axialschub-Messeinrichtung (falls vorhanden)
Inhalt
Aufgaben des Turbinenschutzes
Tabelle der möglichen Schutz-Auslösekriterien
(VGB R-103-M) für den Turbinenschutz
Turbinenschutz-Ausführungsvarianten
Turbinenschutz als Ersatz des hydraulischen Überdrehzahlschutzes (Retrofit einer bestehenden Anlage)
Ruhestrom-Schutzsystem (RS-Turbinenschutz)
Besondere Spezifikationsmerkmale der DW-Baugruppen
Schutzblock für Zentralhydraulik
Arbeitsstrom-Schutzsystem (AS-Turbinenschutz)
Überwachungseinrichtung für das Arbeitsstrom-Schutzsystem
Verknüpfungslogik und Permutation der Auslösekriterien
Auslösekriterien
Prüfeinrichtungen Turbinenschutz
Testprogramm “Turbinen-Drehzahlwächter”
Testprogramm des hydraulischen Schutzblockes
"Scharfe" Prüfung Schnellschluss- und Regelventile
Überdrehzahlprobe
Elektronischer Turbinenschutz 2v3 mit dezentraler
hydraulischer Auslösung 1v2
Ansteuerung der Magnetventile ANS MV
Handauslösung der Not-Aus-Funktion
Testprogramme
Testprogramm “elektrische Auslöseeinrichtung”
Testprogramm “Dampfventile”
Inhalt
Turbinenhilfseinrichtungen
Wellendichtdampf-Druckregelung
Wellendichtdampf-Temperaturregelung
Lageröl-Temperaturregelung als Ölmengen-Regelung
Lageröl-Temperaturregelung als
Kühlwasser-Mengenregelung
Steuerfluid-Temperaturregelung
Kondensator-Niveauregelung
Kondensator-Mindestmengenregelung
Fahrweise der HD-Umleitstation (HDU)
Anfahrbetrieb
Anfahr- und Betriebsschaltung einer HDU-Station
Normalbetrieb mit Turbine
Turbinen-Leittechnik ME 4012 – Anwendungsbericht
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Druckkennlinie einer HD-Umleitstation als Beispiel
Vorsteuerung HDU-Einspritzung
Abfahren
Stillstand
Kaltfahren des Kessels
Sicherheitsfall
Turbinenschnellschluss
Drucküberschreitung
Inselbetrieb
Enthalphie-Regelung der HDU-Austrittstemperatur
Fahrweise der MD/ND-Umleitstation (MDU)
Absicherung des Zwischenüberhitzers ZÜ
Sicherheitsfall
Druckhaltung
Temperatur hinter der MD-Umformstation (MDU)
Steuerung des Wasser-Absperrventils
MD-Umleitregelung
HDU- und MDU-Sicherheitsfunktion mit Fail-Safe-Steuerung
Funktionsbeschreibung
Prüfschaltung
Generator-Hilfsregelkreise
Kondensatstau-Regelung
Funktionsgruppen – Steuerungen
Verfügbarkeit
Anlagengliederung
Arbeitsweise der Funktionsgruppen
Funktionsgruppe Kondensatförderung
Funktionsgruppe Ölversorgung und Dreheinrichtung
Funktionsgruppe Dichtdampfversorgung und Luftabsaugung
Funktionsgruppe Turbinensteuerung
34
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40
40
Anfahren, Abfahren und Leistungsänderung einer Turbine
mit Zwischenüberhitzung
Inhalt
Seite
Anfahren des Turbosatzes
41
Vorbereitungen
41
Heizen der Turbinengehäuse
41
Entwässern von Gehäusen und Rohrleitungen
41
Sperrdampf-Versorgung
41
Kriterien zum Einklinken der Schnellschlusseinrichtung
41
Anwärmen der Frischdampfleitungen und
der HD-Ventilgehäuse
41
Anwärmen der Einströmleitungen
42
Fahren auf Nenndrehzahl
42
Drehzahlsteigerung
42
Leistungsänderung
42
Aufnahme einer Mindestlast
42
Belasten bis zum Schließen der Umleitstationen
42
Belasten nach dem Schließen der Umleitstationen
43
Entlasten des Turbosatzes
43
Tiefste zulässige ZÜ-Temperaturen
43
Abfahren des Turbosatzes
43
Entlasten bis zum Schließen der Regelventile
43
Trennen vom Netz
43
Schnellschlussauslösung und Auslauf des Turbosatzes
43
Kaltfahren des Turbosatzes
43
Abstellen des Turbosatzes
43
Systemhardware der digitalen Turbinenleittechnik ME 4012
Inhalt
Seite
Automatisierungseinheit AE 4012
44
Kriteriengeber-Signalaufbereitung
45
Analogsignal-Aufbereitung
45
Interface-Baugruppe für kontinuierliche Regelantriebe
45
Antriebssteuerungen
47
Schutz- und Verriegelungslogik
47
Überwachung der Signalabfrage
47
Prozessregelungen
48
Optisch/akustische Meldungen
48
SUB-NET-Schnittstelle
48
Fremdsystem-Schnittstelle
48
Leistungssteller für stetige Regelantriebe
48
Leistungssteller für Schrittregelantriebe
49
Elektro/Hydraulische Leistungssteller (E/H-Wandler)
49
Regelventile und Regelantriebe
49
Verkabelung
49
Aufbau eines Systemschrankes
50
Peripherie-Anschlüsse
50
Stromversorgung und Schrankeinspeisung
50
Schrankmeldesystem
52
Hilfsenergieversorgung L+
52
Hilfsenergieversorgung L52
Verlustleistung
52
Umgebungsbedingungen für Systemschränke
ohne interne Gebläse und Fremdbelüftung
52
Peripherie-Schnittstellensignalpegel
52
Binärsignal-Definition (bezogen auf M Potential)
52
Analogsignal-Definition (bezogen auf Messerde MZ)
52
Schrankdaten
52
Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit
53
Prüfung der Störbeeinflussung
53
Prüfung der Störaussendung
53
EG-Konformitätserklärung zum CE-Kennzeichen
53
Planung und Dokumentation
53
Durchgängig rechnergestützte Projektierung (ME-DRP)
53
Werksprüfung
53
Montage
54
Beschriftung
54
Inbetriebnahme
54
Service und Diagnose
54
3
ME-DRP Projektierung,
Dokumentation und Diagnose
Gateway zum
Betriebsführungssystem
Ereignisse
Meldungen
ME-AIS
Server
Videoprinter
Druckerserver
Arbeitsplatzrechner
Arbeitsplatzrechner
PD-LAN
ME-DRP
Server
ME-AIS
Client 1
Arbeitsplatzrechner
Funkuhr
Leitrechner 2
Prozeßbus
SUB-NET
SUB-NET
Kanal 1
Binär/Analog
BlockLeistungskoordinator
Client n
DRP-LAN
Bridge
PD-LAN
Leitrechner 1
Client 1
ProjektDatenbank
AIS-LAN
Kanal 2
Kanal 3
Binär Turbinen leistungs druckregler
Turbinen drehzahl regler
Turbinent emp.und Leistungsführungsgerät
Funktions gruppen automatik
Analog eingabe
Antriebs steuerung
Regelung
Grenzwerte
Analog eingabe
Grenzwerte
Analog eingabe
Grenzwerte
Analog eingabe
Turbinen schutz RS
Prüfung
SSV Einzel
prüfung
Serielle
Kopplung
Fremdsystem
Blockleittechnik
&
&
&
P
FD
N
-
L
f
+
_1
>
&
L
2v3
_1
>
&
2s
0
2v3
&
F
DE
n
HD
G
~
MD/
ND
+
-
+
K
S
X
S
#
LS 01
HD
#
MD
ND
G
~
- Drehzahl- und Drehzahlführungsregler1v2
- Leistungs- und Leistungsführungsregler
- Frischdampf Vordruck und
FD-Grenzdruckregelung
- HZÜ-Anstauregelung
- Heizentnahme-Regelung
- HD / MD Koordinator
- Ventilstellungsregler HD, MD/ND
- MD-Umleitregelung mit
Druck- und Einspritzregelung
Nebenanlagen
- Rauchgasentschwefelung
- DeNOx, NH 3-Tanklager
- Wasseraufbereitung
- Kondensatreinigung
- Versorgung Kohle, Kalk
- Entsorgung Asche, Gips
Turbinen-Temperatur- und
Leistungsführungsgerät (TLFG)
- TFD ,TZÜ und Turbinenleistung
- Transientenbegrenzung
- Protokollfunktion
Block - Leistungskoordinator
- Sollwertführung Dampferzeuger
- Sollwertführung Turbine
0
SS Turbine
LS 01
SS Turbine
Regelungen
- Wellendichtdampf-Druckregelung
- Wellendichtdampf-Temperaturregelung
- Lageröl-Temperaturregelung
- Kondensator-Niveauregelung
- Kondensator-Mindestmengenregelung
- Generator Hilfsregelkreise
- Kondensatstau-Regelung
Turbinenwelle
G
TR
RV
Turbinenschutz Ruhestrom
- Wellenschwingung
- Lagergehäuseschwingung
- Relativdehnung
- Wellenlage
- Absolutdehnung
- Axialschub
- Überdrehzahl
- Kondensatordruck
- Lageröldruck
- Kesselschutz
- Generatorschutz
- Endschaufelschutz
- Wellenlage
- HD- Austrittstemperatur
Geber und
Verarbeitung
2v3,
Auslösung RS
1v2
Turbinen Arbeitsstromschutz
Funktionsgruppen
- Funktionsgruppe Kühlwasser
- FG Kondensatförderung
- FG Lageröl-, Steueröl- und Dreheinrichtung
- FG Evakuierung
- FG Sperrdampf
- FG Anzapfung
- FG Entwässerung
- FG Turbinensteuerung
- Geber 2-kanalig
- Verarbeitung 2-kanalig
- Auslösekriterium 1v2
Schnellschlussventil - Einzelprüfung
Digitale Turbinenleittechnik mit ME 4012 garantiert einheitliche, durchgängige Kraftwerksleittechnik
ME 4012-Systemschrank mit digitalem Turbinenregler und
digitalem Turbinenschutz
4
2s
&
Hydraulik- Schutzblock
2v3
SSV
Turbinenregler
2v3
LS 01
SS Turbine
F
M
- Bekohlung, Mühlen
- Luft / Rauchgas
- Feuerung ( Fail-Safe )
- Speisewasser
- Überhitzer
- Kondensat
- Fernwärmeauskopplung
- Eigenbedarf
0
#
M
Dampferzeuger
_1
>
&
2s
&
+
Schutzprüfung Ruhestrom
- elektronisches Schutzsystem
- hydraulischer 2v3 Schutzblock
- Schnellschlussventil- Einzelprüfung
- Regelventil- Einzelprüfung
Die technische Entwicklung hat in den letzten Jahren auf allen
Gebieten enorme Fortschritte gemacht. Auch in der Kraftwerkstechnik und speziell im Bereich der Dampfturbine ging diese
Entwicklung stetig voran. Durch neue Erkenntnisse bei Festigkeit,
Langzeitverhalten von Werkstoffen, Strömungsdynamik und
Konstruktion ist aus einer ehemals relativ einfachen Turbine heute
ein hochtechnisiertes Aggregat geworden.
Perspektiven der digitalen Turbinenleittechnik
Dieser erreichte technische Stand verpflichtet gleichzeitig dazu, die
Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit optimal zu gewährleisten,
sowie die Turbinenlebensdauer auf ein Maximum auszudehnen.
Heute steht für diese anspruchsvollen Aufgaben mit dem Prozessleitsystem ME 4012 eine digitale Turbinenleittechnik zur Verfügung,
die jeden einzelnen Vorgang so erfassen und selbständig, in vorgegebenen Grenzen steuern kann, wie es die DVG-Richtlinien
erfordern. Dabei sorgen übergeordnete FunktionsgruppenAutomatiken für ein nahtloses Ineinandergreifen aller Einzelvorgänge, so dass der Gesamtkomplex Kraftwerk, mit seinem
riesigen Investitionsvolumen auf lange Zeit sicher und wirtschaftlich
betrieben werden kann.
• Fertigung
Betrachtet man einmal den reinen Turbosatz, so ergeben sich für
die fünf Hauptbetriebszustände:
Mit der Entwicklung eines digitalen Turbinenreglers konnte
die Helmut Mauell GmbH die in vielen Jahren gesammelten
Erfahrungen aus
• Entwicklung
• Planung
• Montage
• Inbetriebnahme
leittechnischer Systeme in eine vollständige Durchgängigkeit
des Prozessleitsystems ME 4012 für alle Bereiche der Block- und
Turbinenleittechnik umsetzen. Dies gilt auch für Bereiche mit
besonders hohen Anforderungen an die
• Reglerzykluszeit, wie z.B. bei der Turbinendrehzahlregelung
• Messgenauigkeit (wie z.B. Frequenz- und Drehzahlverarbeitung)
• Sicherheit der Signal- und Informationsverarbeitung für den
elektronischen Turbinenschutz
Die wesentlichen Funktionen der Turbinenleittechnik sind:
• Anfahren und Synchronisieren
• Turbinenregler (Drehzahl, Leistung, FD-Druck)
• Belasten und Leistungsbetrieb mit Netzreglereinfluss und
Frequenzeinfluss
• Turbinen-Temperatur- und Leistungsführungsgerät (TLFG,
Temperatur- und Leistungs-Transistentenberechnung)
• geregeltes Abfangen bei Lastabwurf und Sicherung des
Eigenbedarfes bei Lastabwurf
• Turbinenschutz-Arbeitsstrom (Schwingungen, Dehnungen,
Temperaturen)
• Lastrampenbetrieb
• Turbinenschutz-Ruhestrom (Überdrehzahl-, Generator- und
Kesselschutz sowie Not-Aus)
• Abfahren
ganz bestimmte Forderungen, die durch das Prozessleitsystem
ME 4012 erfüllt werden, um für alle Betriebszustände jederzeit
eine sichere Führung, Steuerung und Regelung gewährleisten zu
können. Darüber hinaus ist das Prozessleitsystem ME 4012 noch
gefordert, Hinweise auf den jeweils aktuellen Istzustand der Anlage
zu geben, um aus Veränderungen die notwendigen Rückschlüsse
für den weiteren Betrieb ziehen zu können.
Alle diese Forderungen streben die folgenden Ziele an:
• höchste Anlagen- und Betriebssicherheit
• Turbinenhilfseinrichtungen (Messung, Antriebe, Regelungen,
inkl. HD-/MD-Umleitstation, Funktionsgruppen)
• Fail-Safe-Schutz der HD- und MD-Umleitstationen
• Schutz-Prüfautomatik-Arbeits- und -Ruhestrom
• Turbinenleitstand (Beobachtung, Bedienung und Meldeprotokollierung)
• Zentrale Leitsystem-Diagnose, -Konfiguration, Dokumentation
• Schnittstelle zur Blockleittechnik auf Basis des Prozessbusses
SUB-NET bzw. serieller Schnittstellen zu Fremdsystemen
Damit steht der Kraftwerksindustrie mit ME 4012 ein Prozessleitsystem zur Verfügung, das mit einer einheitlichen:
• höchstmögliche Verfügbarkeit
• geringerer Verschleiß
• Systemhardware
• Verlängerung der Lebensdauer
• Firmware
• homogene Integration in die Hauptleittechnik und übersichtliche
Bedienbarkeit
• hohe Diagnosetiefe und Servicefreundlichkeit
• Dokumentation
• Bedienoberfläche
alle Bereiche des Kraftwerksprozesses, also
• verlängerte Serviceintervalle
• Dampferzeuger
Zudem wird damit eine maximale Wirtschaftlichkeit des Turbosatzes gewährleistet und während der langen Gebrauchsdauer
erhalten.
• Turbosatz
• Nebenanlagen für Betrieb und Umweltschutz
in wirtschaftlicher und komfortabler Weise automatisiert, überwacht
und bedienungsfreundlich leiten hilft.
Die sich daraus ergebenden Vorteile für die Betreiber stellen unseren
Beitrag für neue Perspektiven der digitalen Turbinenleittechnik dar
und erlauben gleichermaßen den Einsatz zur Modernisierung
bestehender Altanlagen, als auch die Ausrüstung moderner
Neuanlagen aller Größenordnungen. Dabei können bestehende
Betriebsphilosophien und Regelkonzepte umgesetzt und mit
modernen Regelalgorithmen ergänzt werden.
5
Strategien der digitalen Turbinenleittechnik
bei Modernisierungsprojekten
Durch die Integration der TLFG-Hardware in den Turbinenreglerschrank und durch die direkte Prozessbusanbindung wird eine
optimale Einbindung in alle leittechnischen Abläufe erreicht.
Der Aufbau des TLFG umfasst:
Vorraussetzungen
für den weiteren Betrieb
Empfehlungen
für den weiteren Betrieb
DVG-Richtlinien
Anlagensicherheit
Lebensdauer
Verfügbarkeit / Zuverlässigkeit
Erweiterte Sicherheit
Betriebsüberwachung
Primärregelung
(Frequenzstützung)
Sekundärregelung
(Netzkennlinienverfahren)
Stellreserve
Überdrehzahlschutz
Fundamentalschutz
Erweiterter Schutz
Turbinen Temperatur und
Belastungsgrenzeinrichtung
HD / MD Trimmregelung
Schutzprüfung
Laufüberwachung
Turbinenhilfseinrichtung
• Industrie-PC
• SUB-NET-Prozessbusanschluss über serielle Kopplung zur
Turbinenregler CPU
für alle Prozessdaten und Steuerbefehle
• Festplattenlaufwerk
• Monitoranschluss
(nur für Administration und
• Tastaturanschluss
Parametrierung)
Zur Beherrschung und für den sicheren Betrieb der Turbine sind
die Turbinenhilfseinrichtungen neben der Turbinen-Drehzahl/Leistungsregelung von besonderer Bedeutung. Zu den Hauptaufgaben zählen z.B.:
• Wellendichtdampf-Druckregelung
• Wellendichtdampf-Temperaturregelung
Leittechnisches Gesamtkonzept
• HD- und MD-Umleitstation
Durch den Einsatz der Standard-Baugruppen des Prozessleitsystemes ME 4012 werden die einzelnen Aufgabenstellungen
strukturiert in leittechnische Lösungen umgesetzt.
Turbinenregler
Der modulare Aufbau des Turbinenreglers aus Standardbaugruppen
des Prozessleitsystems ME 4012 ermöglicht den einkanaligen
Aufbau für Industrieturbinen oder einen zweikanaligen Aufbau mit
stoßfreier Umschaltung für Kraftwerksturbinen.
Der Systemaufbau umfaßt:
• Feldgeräte der Messtechnik
• Feldinstallation und Verkabelung
• Messwertaufbereitung
Der Aufbau des Turbinenreglers umfaßt:
• Binärsignalaufbereitung
• Antriebssteuerung
• Drehzahlregelung
• Regelung und Leistungssteller
• Druckregelung
• Fail-Safe-Baugruppen mit Baumusterprüfung
• Leistungsregelung
• Meldungsbildung
• Koordination HD/MD-Teilturbine
• Funktionsgruppenautomatiken
• Ventilstellungsregelung
• Bedienebene und Protokollierung
• Steuerlogik
Die Hauptfunktionen sind:
• Meldungsbildung
• Regelung der Turbinenhilfsregelkreise
• Bedienerführung
• Steuerung der Hilfsantriebe
Zu den Besonderheiten des Turbinenreglers zählen:
• Fail-Safe-Schutz der HD- und MD-Umleitstationen
• Reglerzykluszeit
2 ms, typ.
• Funktionsgruppenautomatiken für einen kontrollierten Betrieb
• Regler-Reaktionszeit
5 ms typ.
• Bedienerführung
• Drehzahlsignalauflösung
0,5 mHz
• Bedienung und Beobachtung von einer zentralen Leitwarte aus
• Drehzahlmessgenauigkeit
2 mHz abs., bei 50 Hz
Turbinen-Temperatur- und -Leistungsführungsgerät (TLFG)
Die Laufüberwachung besteht aus:
Das TLFG errechnet aus verschiedenen Prozessparametern wie
Dampfdruck, Dampftemperatur, Turbinen-Ventilstellungen und
Turbinendrehzahl thermische Spannungen, die mit den zulässigen
Spannungen der am höchsten beanspruchten Bauteile (Turbinenwellen) verglichen werden.
Seine Aufgabe ist es, Temperatur-Änderungsgeschwindigkeiten
von Frischdampf und ZÜ-Dampf sowie die Leistungsänderungsgeschwindigkeit der Turbine so zu steuern, dass Grenzbeanspruchungen nicht überschritten werden. Damit wird eine optimierte
Betriebsweise in Grenzen des zulässigen Lebensdauerverbrauches
ermöglicht.
• Wellenschwingung (Wirbelstrommessung in x- und y-Ebene)
6
• Signalauswertung und Grenzwertbildung
• Messwertanzeige und Meldungsbildung
Zu den überwachten Prozessparametern gehören:
• Lagergehäuseschwingung (seismische Aufnehmer)
• Relativ- und Absolutdehnung (Wegmessung)
• Wellenlage (Wegmessung mit Wirbelstromsensor)
• Axialschub (Dehnungsmessstreifen-Auswertung)
Der Turbinenschutz erfasst alle die Prozesskriterien, die zu einer
Schädigung von Menschen oder der Anlage führen können.
Überschreitet eines der Kriterien einen zulässigen Grenzwert, so
unterbricht der Turbinenschutz den Turbinenbetrieb.
• erweiterter Schutz
Wellenschwingungen, Relativdehnung, Lagertemperaturen,
Abdampftemperaturen, Temperaturdifferenzen HD- und
MD-Gehäuse
Entsprechend der Einteilung in Kriteriengruppen für Schutzkriterien
(VGB-Broschüre VGB-R 103-M "Überwachungs-, Sicherheits- und
Schutzeinrichtungen an Dampfturbinenanlagen") berücksichtigt der
Turbinenschutz durch seine Struktur die Anforderungen der
Gesamtanlage bezüglich Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Die
Schutzauslösung wirkt auf alle Schnellschluss- und Regelventile
sowie alle gesteuerten Rückschlagklappen.
Der in allen Bereichen der Signalverarbeitung sicher und verfügbar
(2v3) aufgebaute Schutz verknüpft die Auslösekriterien des Fundamentalschutzes und des erweiterten Schutzes auf dem Fail-SafeÜberdrehzahl-Schutzmodul mit den Auslösesignalen der
Überdrehzahlwächter. Bei Modernisierungsprojekten erfolgt über
einen prüfbaren 2v3-Hydraulikblock die Umsetzung der elektronischen Signale in ein hydraulisches Steuersignal, welches die mit
Federkraft schließenden Schnellschluss- und Regelventile steuert.
Der Turbinenschutz besteht aus:
Bei Neuanlagen ist der Aufbau einer 2v3-Leistungselektronik zur
Direktansteuerung der Entlastungs-Magnetventile (2-kanalig je
SSV bzw. RV) die kostengünstigste Realisierungsvariante.
• Überdrehzahlschutz, 3-kanalig
• Grenzwertbildung und Signalverknüpfung
Durch ein Prüfprogramm ist eine kanalweise on-line-Prüfung des
gesamten Fail-Safe-Ruhestromschutzes, einschließlich Schnellschluss- und Regelventil-Auslösung, hydraulisch bzw. elektrisch
ohne Beeinträchtigung des Turbinenbetriebes jederzeit möglich.
• Ruhestrom-Auslösesignalbildung
• on-line-Prüfeinrichtung aller Schutzkomponenten
• Überdrehzahlschutz
• Fundamentalschutz
Lageröl und Kondensatordruck, Wellenposition,
Endschaufelschutz, Kesselschutz, Generatorschutz, Not-Aus,
HD-Austrittstemperatur
Bedienen und Beobachten
Für die Bedienung und Beobachtung der digitalen Turbinenleittechnik (TLT) lassen sich zwei Varianten unterscheiden:
1. Mauell-T-LT als autarkes Leitsystem ME 4012 mit Anbindung an
ein übergeordnetes Fremdleitsystem der Blockleittechnik mittels
serieller Schnittstellen.
2. Mauell-T-LT als integraler
Bestandteil des übergeordneten Blockleitsystems
ME 4012.
ME-VIEW
Diese Variante bietet gegenüber
der ersten eine Reihe von
Vorteilen wie z.B.:
Diagnose
ME-DRP
Server
• einheitliche Projektierung
Client
ProjektDatenbank
• einheitliche Dokumentation
DRP-LAN
• einheitliche Meldungsverarbeitung und Protokollierung
Bridge
• einheitliche Bedien- und
Beobachtungsphilosophie
SUB-NET
• zentrale Konfiguration und
Diagnose
Dampferzeuger
Leittechnik
Blockregelung
Turbinenschutz
T-Regelung
Funktionsgruppenautomatiken
Messtechniklaufüberwachung
Turbinenschutz
Regel.HDU/MDU
Regelung
Schutz
HDU/MDU
Antriebssteuerung
Turbinenschutz
Leistungsteil
Signalaufbereitung
TLFG
Überwachung
Überwachung
Überwachung
Überwachung
Überwachung
Einspeisung
Einspeisung
Einspeisung
Einspeisung
Einspeisung
Für die kostengünstige Vor-OrtBedienung und -Beobachtung
wird eine lokale ME-VIEWBedienstation eingesetzt.
Hardware-Systemüberblick der Dampferzeuger- und Turbinenleittechnik ME 4012
7
Aufgabenstellung des Verfahrens und Regelstrategie
Die erfolgreiche Entwicklung der digitalen Turbinenleittechnik für
Dampfturbinen in den Größen zwischen 9 MW und 600 MW basiert
auf den Standardkomponenten des Prozessleitsystems ME 4012.
Dieser Regler kann sowohl für den Einsatz in Neuanlagen als auch
für die Modernisierung bestehender Dampfturbinen eingesetzt
werden.
Die Regelung des Dampferzeugers erfolgt bei der vorzustellenden
Betriebsweise durch einen Leistungsregler, der die gewünschte
Übergabeleistung des Blockes mit hinreichender Genauigkeit zur
Verfügung stellen kann. In der amerikanischen Literatur ist ein
solches Regelverfahren eines Kraftwerkblockes als ”turbine follow
mode” oder ”Turbine folgt Kessel” bekannt. Es wird bei Trommelkesseln bisher häufiger angewandt als das bei Zwangsdurchlaufkesseln eher bekannte Verfahren des ”boiler follow mode”.
Die Regelung der Turbine erfolgt über die Frischdampfmenge zum
HD-Teil und im Falle einer Zwischenüberhitzungsturbine auch über
die ZÜ-Menge zum MD/ND-Teil durch servohydraulisch geregelte
Stellventile.
Mit Hilfe digitaler Prozessleitsysteme lassen sich heute jedoch
leicht komplexe Streckennachbildungen und aufwendigere Regelalgorithmen implementieren, so dass das vorzustellende Verfahren
bei höchstmöglicher Schonung der Kraftwerkskomponenten die
gewünschte maximale Dynamik zur Verfügung stellen kann. Dies
können z.B. Ein- und Ausspeichervorgänge sein, die durch Netzfrequenzschwankungen hervorgerufen werden oder bei programmgemäßen Laständerungen wünschenswert sind. Andererseits kann
bei Brennstoffstörungen des Dampferzeugers stabilisierend über
die Stellung der Turbinenventile eingegriffen werden.
Das vorgestellte Regelschema bezieht sich auf eine Kondensationsturbine mit Zwischenüberhitzung und ist auf dem Prozessleitsystem ME 4012 unter Verwendung von Funktionsbausteinen
der Standard-Firmware und speziell für hochdynamische
Anwendungen entwickelter Bausteine lauffähig. Die fertige
Konfiguration kann gemeinsam mit der Turbinenregler-Hardware
an einer Block-Simulationseinrichtung getestet werden. Es können
auch Konzepte für andere Turbinen realisiert werden, wie z.B.
Gegendruckturbine, Entnahme-/Gegendruckturbine,
Kondensations-/ Entnahmeturbine. Die Auslegung der
Regelstrategie erfolgt dabei nach VDI/VDE-Richtlinie 3521, Blatt 3.
Regelstrategie
Die Turbine darf in ihrem
Verhalten nicht isoliert betrachtet
werden, sondern sie ist vielmehr
in den technologischen Prozess
und besonders in den Kraftwerksprozess eingebunden und
damit integraler Bestandteil des
dynamischen Gesamtprozesses
bestehend aus Dampferzeuger
und Dampfturbine mit ihren
jeweiligen Nebenanlagen.
Es soll hier kurz ein Regelverfahren vorgestellt werden,
welches sowohl im Gleitdruck
als auch im Festdruckbetrieb
optimale dynamische Resultate
des gesamten Prozesses
ermöglicht. Fallweise kann auf
Vordruckregelung geschaltet
werden, falls eine exakte
Druckhaltung gewünscht wird.
Im zunächst nicht koordinierten Betrieb beim Anfahren des Dampferzeugers und der Turbine sorgt eine Anfahrführung für die
Steuerung des Brennstoffes, um den Dampferzeuger auf die
Leistungssollwert
PTx
E
DE/Turbine
PTx
DE
TLFG
X
+
-
"FFD "
Kannlast
BlockGradient
[MWE /min]
Turbine
KL
PTx
MD-/NDAnteil
MIN
p
+
SWF E
[MW ]
-
BlockModell
E
Frequenz-Stützung:
Primärregelung
KondensatstauRegelung
D
+ +
[MWE ]
C
X
+
+
PTx
+
+
+
+
[MWE ]
-
p
Tu
X
[MW]
n
+
-+
+
"M
[MW]
PTx
[t/h]
PTx
Drehzahl-/
Leistungsregelung
Turbine
PSWF
HDU
"PFD SW"
[bar]
"
BrnSt
+
+ +
-
DE-Modell "FFD
X
" [t/h]
Lastregelung
Dampferzeuger
-
PFD
H
P
E
H
G
-
G
-
E
G
Der Vorteil der Ventil-Positionien
rung ist, dass exakte Ventilpunkte, speziell bei Turbinen mit
Referenz: BAG, KW Pleinting Block 1, 300MW
Stufenventilen oder im Festdruck betriebene Turbinen mit
Regelrad, angefahren werden
können. Verschleißreduktion und Block Last- und Leistungsregelung mit Modellbildung für Dampferzeuger und Turbine
verbesserter Wärmeverbrauch
gewünschte Anfahrleistung zu fahren. Parallel erfolgt das
sind die wesentlichen Vorteile dieser Fahrweise, während eine
Anwärmen der Turbine und das anschließende Hochfahren des
derartige Einstellung der Ventilpunkte bei einer Beaufschlagung
Turbosatzes auf Nenndrehzahl. Die Anfahrführung der HD-/MDdurch einen Vordruck- oder auch Leistungsregler unweigerlich zu
Umleitstation sorgt dabei für die beim Kesselstart benötigte
Instabilitäten führen würde.
Durchströmung des Zwischenüberhitzers.
8
Abkürzungen:
EHU - Elektrohydraul. Umsetzer
f - Frequenz
h - Stellung
n - Drehzahl
nü - Überdrehzahl-Differenzwert
von/zur Blockführung
4
1 PG Soll
3
2 PFD Soll
- Messumformer
PV
f
N
- Nachführung
pV / p GV - Vor-/Grenz-Vordruck-Differenzwert
PG
- Generator-Wirkleistung
PG Soll - Generator-Solleistung
- Regelkreis/Signal-Bildung,
- Verarbeitung
- Sollwert
+
+
PG
-
-
+
-
PGV
+
+
MAX
PG2
PG1
n
+
N
N
PG
#
nü
+
PG/V
N
+
#
-
M I N
n
0
2
MAX
Nach dem Synchronisieren des
Turbosatzes wird der Generator
durch Vorgeben einer Zielleistung
am Sollwertsteller der Blockführung belastet. Dieser verändert den Leistungs-Grundwert
in der Blockführung entsprechend einem an einer Transientenauswahl gebildeten zulässigen Transienten, bis die vorgewählte Zielleistung erreicht ist.
n
Diese Transientenauswahl
+
+
begrenzt den vorgewählten
n
An-/
#
dn/dt
Abfahren
Betrieb
+
+
Leistungstransienten durch
externe Freibeträge, wie z.B.
+
h
h
den zulässigen DampferzeugerTransienten und den TurbinenTransienten, welcher aus den
M I N
p
EHU
+
Läuferspannungen der HD- und
h
+
f
MD-Teilturbinen durch das
P
Temperatur- und LeistungsEHU
P
n
n
+
h
HD
MD/ND
G
+
führungsgerät (TLFG) errechnet
wird. Übersteigt während des
Belastungsprozesses die SollLeistung des Blockes die Größe
des Anfahrfeuers, so schließt
Turbinen-Drehzahl- und Leistungsregelung
die HD-Umleitstation und eine
Parallel dazu wird der aus der Frequenzabweichung gebildete
weitere Steigerung der Leistung erfolgt koordiniert zwischen
dynamische Anteil der Sollleistung über ein Dampferzeugermodell
Dampferzeuger und Turbine. Dabei verändert sich nun der
geführt und dem Ausgang des Dampferzeuger-Beobachters,
Leistungs-Sollwert für die Turbine entsprechend eines
welcher nur die Änderungen des Blockleistung-Grundwertes
Beobachtermodelles exakt mit der Dynamik des
verarbeitet, aufaddiert, um den für den momentan geforderten
Dampfproduktionsprozesses des Dampferzeugers.
Betriebszustand korrekten Solldruck zu errechnen.
Der für die Brennstoffregelung eingesetzte Lastregler erhält die
Bei Netzfrequenzschwankungen nimmt der Turbosatz an der
Regelgröße ∆p. Das Turbinen-HD-Regelventil und der LeistungsFrequenzstützung (Primärregelung) teil: die Frequenzabweichung
regler der Turbine (über zwei Messumformer für die Generatorleisist dem Turbinenregler so aufgeschaltet, dass ein linearer Zusamtung) vergleichen die im Dampferzeuger-Beobachter ermittelte
menhang zwischen Istleistung und Frequenz besteht. Steigt die
tatsächliche Leistung mit der Generatorleistung. Während proNetzfrequenz und damit die Drehzahl der Turbine an, so reduziert
grammgemäßer Lastrampen ist diese Abweichung Null, es sei
der Regler die Ventilstellung und damit die Generatorleistung, sinkt
denn, der Vergleich eines Kessel-Modells mit dem Kesseldie Netzfrequenz, wird der Generator über die eingestellte SollleisBeobachter ergibt eine Differenz, welche z.B. auf abweichenden
tung hinaus belastet. Das Maß für die Beteiligung des Turbosatzes
Heizwert des Brennstoffes schließen lässt und steuert dann
an der Frequenzhaltung ist die Neigung der Frequenz-Leistungsentsprechend den Leistungsregler nach.
kennlinie, die als Proportionalgrad einstellbar ist.
Soll bei programmgemäßen Lastrampen das Speichervermögen
Der auf den Brennstoff wirkende Lastregler wird also nur aktiv,
des Frischdampfsystems in Anspruch genommen werden, so
wenn tatsächlich eine Heizwertänderung des Brennstoffes vorliegt,
können die Turbinenregelventile entsprechend vorgesteuert
während Eingriffe aufgrund dynamischer Vorgänge im Netz nicht
werden. Die sich dynamisch aus dem Entladen des Frischdampfzu einer Veränderung der Leistungsregler-Regeldifferenz führen.
speichers ergebende Mehrleistung wird jedoch über ein FrischZur Vermeidung des sogenannten Falschregeleffektes ist es also
dampf-Speichermodell an der Vergleichsstelle des Kessel-Lastnicht nötig, anstelle der elektrischen Leistung z.B. die mechanische
reglers kompensiert, da hierdurch lediglich eine Verschiebung der
Leistung des Turbosatzes, ermittelt als Radkammerdruck bei
Leistungsentbindung bewirkt wird, später jedoch im stationären
Festdruck-Regelradmaschinen oder als komplexer RechenZustand keine größere Brennstoffmenge benötigt wird.
algorithmus aus thermodynamischen Parametern, zu ermitteln.
Ähnlich verhält es sich mit dem für die Netzstützung benötigten
Frequenzeinfluss. Dem Block-Sollwert wird deshalb der in
bestimmten Lastfällen (z.B. Schwachlast) unterdrückbare Frequenzeinfluss aufaddiert und unverzögert zu Kessel und Turbine geleitet.
Im Sinne einer optimalen Netzstützung ist dabei die Inanspruchnahme des Frischdampfspeichers gewünscht und richtig. Es lassen
sich jedoch die Auswirkungen des Frequenzeinflusses auf die
Abweichung des Frischdampfdruckes in den Phasen in denen
wegen der langsameren Dampferzeugerdynamik die Dampfproduktion noch nicht der neuen Sollleistung, gebildet aus BlockSollwert und Frequenzeinfluss, entspricht, so begrenzen, dass
keine unzulässigen Betriebszustände auftreten können.
1
W
FD
G2
1
2
G1
9
Turbinenregler
Der digitale Turbinenregler ist integraler Bestandteil des KraftwerksGesamtprozesses. Er erfüllt die Forderungen der Deutschen
Verbundgesellschaft (DVG), indem er die Stellgröße der Leistungs-,
Drehzahl- und Begrenzungsleistungsregler in stoßfreier Ablösung
aufaddiert.
Der Turbinenregler besteht aus folgenden Komponenten:
Bei diesem Einsatz des Multifunktionsprozessors werden die
besonderen Eigenschaften einer schnellen Verarbeitung analoger
Prozessgrößen zur Realisierung aufwendiger Regelkreisstrukturen
und -berechnungen intensiv genutzt.
Die umfangreiche ME 4012 Firmware-Bibliothek ermöglicht durch
Konfigurieren die Strukturen der Aufgabenstellung auf diese
Baugruppe zu übertragen. Speziell für den Bereich der Turbinenleittechnik wurden hier Funktionsbausteine geschaffen, die aufwendige Rechen- und Regelschaltungen in besonders schneller Weise
abarbeiten. Es besteht eine vollständige Integrationsmöglichkeit
analoger und binärer Funktionen für die Verknüpfung des Turbinenreglers mit den entsprechenden Steuersequenzen für das Anfahren,
Belasten und Abfahren der Turbine sowie durch die Integration in
das redundante SUB-NET-Prozessbussystem als auch in die
Funktionsstrukturen des Dampferzeugers.
Der Turbinenregler ist modular aus Standardbaugruppen des
Prozessleitsystem ME 4012 aufgebaut und besteht grundsätzlich
aus einem Subprozessor für die Informationsverarbeitung und
Interface-Baugruppen für die Aufbereitung der aus der Peripherie
zu erfassenden Prozesssignale. Dazu kommen spezielle
Ansteuerungsbaugruppen für hochdynamische unterlagerte
Servoventile. Das Konzept sieht vor, je Einströmventil einen
eigenen Servomotor einzusetzen. Durch diese Grundkonzeption
kann der digitale Turbinenregler an die unterschiedlichsten
Erfordernisse aus der Prozessperipherie angepasst werden.
• Stromversorgung (dezentral auf allen Prozessorbaugruppen)
• Drehzahl- und Drehzahlführungsregler
• Leistungs- und Leistungsführungsregler (falls nicht Teil der
Blockregelung)
• Vordruckregler
• Grenzdruckregler
• Beschleunigungsmesser der Drehzahl, einschließlich MaximalAuswahl aus 2 Drehzahl-Messkanälen
• Impulsvorverstärker je Drehzahlsensor an der Turbine mit jeweils
3 entkoppelten Ausgangskanälen
• HD/MD-Trimmregler
• HD-Teilturbinen-Belastungsgrenzeinrichtung
• Stoßfreie Umsteuerung von Voll- auf Teilbeaufschlagung
• Ventilstellungsregler für die HD- und die MD-Regelventile mit
unterlagerter Voterschaltung zum Aufbau redundanter
Turbinenregler mit stoßfreier Umschaltung (Funktionalität 1v2) auf
den verbliebenen funktionsfähigen Peripheriekanal
• Optional Turbinenregler-Prüfgerät
Der Turbinenregler bietet die Möglichkeit der Einzelventilsteuerung
und somit eine sequentielle oder parallele Ansteuerung der HDVentile in beliebiger Kombination. Weiterhin erlaubt der digitale
Turbinenregler eine feinfühlige Ventilstellungsregelung der
Einströmventile und bietet damit eine ausgezeichnete Umsetzung
der Regeldynamik innerhalb der Stelleinrichtungen.
Der Turbinenregler teilt sich in die zwei Funktionsbereiche:
Der Turbinenregler kann 1- oder 2-kanalig in Master-SlaveAusführung mit stoßfreier Umschaltung aufgebaut werden. Mit
einer Zykluszeit von < 2 ms typ. und einer Genauigkeit der
~ 0,004 % bei Nenndrehzahl und
Drehzahlerfassung von ± 2 mHz =
einer Signalauflösung von 0,5 mHz ist er besonders für
nachfolgend beschriebene Aufgaben geeignet:
• Drehzahlregelung mit integrierten Ventil-Stellungsreglern
• Frequenzhaltung
• Drehzahl-Entnahmedruck-Regelung
• Dämpfung von Polrad- und Netzschwankungen
• Drehzahl-Gegendruck-Regelung
• Verknüpfung des Leistungsbegrenzungs- und Drehzahlreglers in
einer Summenschaltung
• Drehzahl-Vordruck-Regelung
• Sicheres Abfangen des Turbosatzes auf den Eigenbedarf des
Blockes bei einer Trennung vom Netz
• Entnahme-Vordruck-Regelung
• Sicheres Abfangen des Turbosatzes auf jede beliebige Teillast
oberhalb des Eigenbedarfskriteriums
• Leistungsregelung/Vordruckregelung
weitere Funktionsbereiche sind möglich:
• Blockleistungsregelung
• Entnahme-Gegendruck-Regelung
• Gegendruck-Vordruck-Regelung
• Beherrschung von Netzfehlern jeglicher Art
• Ausregelung von stoßartigen Laständerungen bis ca. 10 % bei
Nennleistung während des Inselbetriebes ohne eine
Frequenzabweichung von 1 Hz zu überschreiten
• Hohe Ansprechempfindlichkeit des Drehzahlreglers, um auch
geringste Frequenzänderungen im Inselbetrieb zu erfassen
10
Ein Funktionsbereich für zeitkritische Aufgaben ist als Drehzahlregler
konzipiert und realisiert die folgenden Funktionen:
• Drehzahlerfassung
• Drehzahlsollwertführung
• Beschleunigungserfassung
• Aufschaltung von additiven oder muliplikativen Korrektursignalen
auf die Grundstellgröße YDR
Der Basisdrehzahlregler ist mit einem speziellen Betriebssystem
ausgestattet, das für alle im Zusammenhang mit der Drehzahlregelung stehenden Funktionen eine Rechenzykluszeit von typisch
≤ 2 ms gewährleistet.
Die Ansteuerung der Leistungsverstärker für die Elektro-/hydraulischen Wandler mit integrierter Erzeugung einer Jitterspannung,
zur Erlangung einer höchstmöglichen Regelgenauigkeit der ServoRegelventile, erfolgt mit Normsignal 4-20 mA.
• Erfassung und Verarbeitung von binären Signalen, die als
Startbedingung für die Drehzahlsollwertführung benötigt werden.
• Hand-/Automatik-Steuerlogik
Alle übrigen Funktionsbereiche sind zur Lösung folgender
Regelaufgaben konzipiert:
• Störmeldeerfassung und Signalisierung
• Vordruckregelung
• Grenzwertverarbeitung und Ereignis-Zeitstempelung
• Grenzdruckregelung
• Sollwertvorgabe an die integrierten Ventilstellungsregler HD und
MD für die folgenden Aufgaben:
• HD-/MD-Trimmregelung
• Stellungsregelung je Servomotor ohne bleibende Regelabweichung der Positionierregelung
• Leistungsregelung mit Frequenzeinfluss
Der Turbinenregler kann zur Erhöhung der Verfügbarkeit in
redundanter Master/Slave-Ausführung mit Hot Stand-By
geliefert werden (Option).
• Ventilprüfung mit wählbarer Schließgeschwindigkeit
Die zuverlässige Aufbereitung der Peripheriesignale ist für die
Verfügbarkeit des Turbinenregler-Gesamtsystems von besonderer
Bedeutung. Aus diesem Grunde wurde großer Aufwand für die
Entwicklung von Peripherie-Baugruppen mit robusten elektronischen Eigenschaften für die hohen Anforderungen im Kraftwerk
getrieben. Die Spezifikation der eingesetzten Baugruppen ist im
Kapitel ”Systemhardware der digitalen Turbinenleittechnik
ME 4012” dieses Applikationsberichtes ausführlich beschrieben.
Wegen der besonderen Bedeutung für die Drehzahlregelung wird
im Folgenden nur die Drehzahlerfassung detailliert erläutert.
• Ansteuerung von elektrohydraulischen Wandlern mit eingeprägtem
Strom (4-20 mA)
Firmware mit Funktionsbausteinen
• schnelles Schließen über unterlagerte eigenmedium gesteuerte
Cartridge-Ventile
Die für die Realisierung erforderliche Anwender-Konfiguration
erfolgt mit den Funktionsmakros der ME 4012 Firmware-Bibliothek.
• Überwachung der Stellungsmessung
Durch den Anlagenplaner kann außerdem eine Aufteilung eines
langsamen und eines schnellen Funktionsbereiches definiert werden.
• Stellungsrückführung mit eingeprägtem Strom und Normierung
von steigender oder fallender Kennlinie
• Auswahl der Sollstellung über konfigurierbare Extremwertauswahlen
• Linearisierung von Ventilcharakteristiken
• stoßfreier Übergang der Betriebsart mehrerer parallelbetriebener
Servomotoren (Voll/Teilbeaufschlagung)
• Meldesignalisierung
• Funktionsbereich für zeitkritische Aufgaben (≤ 5 ms):
Dieser Funktionsbereich ist für die Bearbeitung der Regelalgorithmen der Turbinen-Drehzahlregelung und der EinzelventilStellungsregler vorgesehen.
Turbinenregler (B)
Slave (Option)
Turbinenregler (A)
Master
• Funktionsbereich für
Standard-Anforderungen
(≤ 20 ms):
In diesem Funktionsbereich
werden die übrigen Regelaufgaben, einschließlich des
Turbinenschutzes, realisiert.
nicht zeitkritische
Funktionsbereiche
<20ms
Regelung
- Dampferzeuger
- Netz
Option
FG-Automatiken
Leistungsführung
Leistungsregler
Frequenzeinfluss
HD/MD-Trimmregler
Druckregler
HD-Austritt-Belastungsgrenzeinrichtung
Turbinenschutzsystem (TS)
Arbeitsstrom 2 von 3
TS-Prüfautomaten
Turbinenschutz
Ruhestrom
(2 von 3)
2 von 3
zeitkritische
Funktionsbereiche
< 5 ms
Drehzahlführung
Drehzahlregler
Beschleunigungsmessung
Ventilstellungsregler
ImpulsVorverstärker
und
Entkopplung
Voter
Master / Slave
E / H-Wandler
E / H-Wandler
Servomotor
Servomotor
SSV
RV
G
Master/Slave-Turbinen-Drehzahl und Leistungsregler mit den Funktionsbereichen für schnelle und
zeitunkritische Aufgaben
Das Konfigurieren und das
Parametrieren können on-line
erfolgen. Dabei kann der
Konfigurationsumfang erweitert
werden, ohne die Zykluszeit im
schnellen Funktionsbereich
merklich zu beeinflussen.
Die Möglichkeit der on-lineParametrierung und on-lineKonfiguration ist für die
verschiedenen Phasen der
Inbetriebnahme, des Probebetriebes und der weiteren
Betriebsoptimierung von
größter Bedeutung.
11
Digitale Drehzahlerfassung
der Turbine
Impulsvorverstärker
Turbinenüberdrehzahl
Schutz 2 v 3
Kanal 1
Turbinen-
Kanal 2
2v3
&
welle
Kanal 3
ReserveAufnehmer
DW Kanal 1
DW Kanal 2
DW Kanal 3
SSV
IE2 FZ
Turbinendrehzahlmessung
1v2
E-/ A- Bus
digitale Drehzahlmessung :
Genauigkeit
: 0,004 % = +/- 2mHz bei 50Hz Netzfrequenz
Drehzahl- und
Signalauflösung : 0,5 mHz
Leistungsregler
Signalabtastrate : 5 ms.
Messbereich
: 3 min -1
Langzeit- und Temperaturstabil durch digitale Erfassung und Verarbeitung
SUB-NET
Zur Drehzahlerfassung besitzt
die Turbine ein Triggerrad. Die
Zähne werden von drei unabhängigen magnetischen Impulsgebern abgetastet. Die abgetasteten Signale werden vor Ort
verstärkt und als 24 V-Rechteckimpulse über abgeschirmte
Leitungen zum Turbinenregler
übertragen. (Frequenz bei Drehzahlnennwert ca. 10 kHz). Die
Versorgung, Absicherung und
Überwachung der maschinennahen Vorverstärker ISV 3
erfolgt von der gesicherten
Schiene des Turbinenreglerschrankes. Die Impulsgebersignale werden jeweils entkoppelt zum Turbinenregler,
zum Turbinenschutz und einmal
zur unabhängigen Turbinendrehzahlmessung geführt.
Impulssignalerfassung mit Sensor-, Impulsvorverstärker (dreikanalige entkoppelte Ausgänge) und
Signalaufbereitung in den Bereichen Turbinenschutz und Turbinen-Drehzahlregelung
Impulseingabe IE2F2
Zur Ermittlung der Turbinendrehzahl werden die Impulse der drei
Impulsgeber über eine Baugruppe mit speziellen Impulseingangskanälen aufbereitet.
Die Baugruppe ist mit redundanten Impulseingangsschaltungen
ausgestattet. Bei Störung eines Drehzahlgebers verbleibt über eine
Maximalauswahl im Turbinenregler aus Sicherheitsgründen der
jeweils höchste Drehzahlwert für die weitere Verarbeitung
durchgeschaltet.
Der Genauigkeit der Drehzahlmessung kommt besondere technologische Bedeutung bei der Turbinendrehzahlregelung zu. Damit
die Signale der Impulsgeber sicher und störungsfrei zur Impulseingangsbaugruppe gelangen, werden sie in abgeschirmten Kabeln
mit einem Pegel von 24 V ± 20 % übertragen. Die Eingangskanäle
sind für Impulsfrequenzen von 2 Hz bis zu 500 kHz ausgelegt und
arbeiten bei Nenndrehzahl der Turbine in einem Bereich von ca.
10 kHz. Die Auswertung der Impulse erfolgt durch eine drehzahlangepasste Torschaltung. So wird bei niedriger Turbinendrehzahl
nicht die Anzahl der Zähne während eines Zeitintervalles gezählt,
sondern es wird über einen quarzstabilisierten Oszillator die Zeitdauer zwischen zwei steigenden Zahnflanken ermittelt. Zum Ausgleich mechanischer Ungenauigkeiten wird dies drehzahlabhängig
über mehrere Zahnflanken ermittelt.
Mit diesem Verfahren kann bei niedrigen, aber insbesondere bei
hohen Turbinendrehzahlen, unter Zugrundelegung der Zähnezahl
des Zahnrades, die Turbinendrehzahl digital und präzise ermittelt
werden.
Die absolute Genauigkeit dieser Drehzahlmessung liegt bei
± 0,04 ‰, das entspricht 2,0 mHz bei 50 Hz Nennfrequenz. Die
Genauigkeit der quarzstabilisierten Zeitbasis liegt bei 15 ‰. Die
Auflösung der Drehzahlmessung erreicht 0,5 mHz.
12
Zur Überwachung des Impulssignals wird jeder Impulsgeber
zusätzlich auf Geberstörung und Aderbruch der Gebersignalleitung
überwacht. Zur Vermeidung von Potentialverschleppungen sind die
Impulseingänge galvanisch entkoppelt.
Die Stromversorgung der Impulseingangsbaugruppe erfolgt über
zwei getrennte Gleichspannungswandler, die die entkoppelte
Stromversorgung der beiden unabhängigen Eingangskanäle
sicherstellen. Aufgrund der hohen Messgenauigkeit der Impulseingangsbaugruppen kann der Turbinendrehzahlregler auch für den
Frequenzstützungsbetrieb eingesetzt werden.
Für die schnelle und präzise Umsetzung der Impulssignale in
Drehzahlsignale ist diese Baugruppe über den E/A-Bus mit der
Drehzahlreglerbaugruppe verbunden.
Der Drehzahlregler vergleicht die Eingangssignale der
Drehzahlaufnehmer mit dem vorgegebenen Sollwert und bildet
daraus die Führungsgröße für die Stellungsregelung der HD- und
MD-Regelventile. Die Steuerung der unterlagerten Servomotoren
erfolgt dabei so, dass ein Servoventil den Differenzdruck an einem
Folgekolbensystem, welches den Hauptsteuerschieber des
Servomotors bildet, entsprechend der Regelabweichung eines
Stellungsreglers moduliert. Die Einstellung des p-Grades (typ. 8 %)
kann in weiten Bereichen (2-11 %) stufenlos erfolgen.
Zum Hochfahren der Turbine aus dem Drehwerk-Betrieb auf
Nenndrehzahl dient der Anfahrteil des Drehzahlreglers. Ein
Drehzahl-Führungsregler verändert hierbei den Drehzahlsollwert
entsprechend einem fest eingestellten Transienten, bis eine
vorwählbare Zieldrehzahl erreicht ist. Der Drehzahlregler
verarbeitet die Regeldifferenz von Drehzahl-Sollwert und -Istwert
und steuert mit seinem Ausgang die HD- und MD-Regelventile.
Lastabwurf
Bei einer Lastabschaltung soll die Überschwingweite der Drehzahl
möglichst gering sein. Damit die Drehzahl auch bei einer Volllastabschaltung einen ausreichenden Abstand zur Schnellschlussdrehzahl aufweist, ermittelt ein Beschleunigungsmesser das dn/dt der
Turbinenwelle. Übersteigt diese einen einstellbaren Grenzwert, so
erscheint ein Signal, welches steuernd in den Stellungsregelkreis
der Servomotoren eingreift und hier ein rasches Schließen der
Regelventile bewirkt.
Die bleibende Regelabweichung xW richtet sich nach dem
eingestellten Proportionalbereich,
Der Leistungsgrenzwert wird hierbei in die Kannlasteinrichtung des
Blockes eingebunden und stellt somit eine obere Begrenzung für
Dampferzeuger und Turbine dar.
Ein Grenzdruckregler reduziert die Stellung der Turbineneinströmventile, sobald der Frischdampfdruck um einen bestimmten
Betrag unter seinen Sollwert abgefallen ist. Bei einem weiteren
Absinken des Frischdampfdruckes bewirkt der Grenzdruckregler
eine dem Druckabfall proportionale Leistungsverminderung.
Vorgesehen ist ebenfalls ein FD-Druckregler, falls die Turbine die
Regelung des Frischdampfdruckes übernehmen soll (Turbine folgt
Kessel). Der FD-Druckregler arbeitet als PID-Regler. Das zur
Verarbeitung benötigte Frischdampfdruck-Signal muss von außen
zugeführt werden. Eine Umschaltung von Leistungsregelung (falls
Teil der Turbinenregelung) auf FD-Druckregelung ist während des
Betriebes möglich. Bei eingeschalteter Leistungsregelung wird die
Stellgröße des FD-Druckreglers, bei eingeschalteter FD-Druckregelung die Stellgröße des Leistungsreglers nachgeführt, so dass
ein Umschalten auf einen anderen Regler immer stoßfrei
durchgeführt werden kann.
xP ca. 4 bis 6 %.
xW max. ist abhängig von verschiedenen Einflussgrößen wie:
• eingestellter Proportionalbereich
• FD-Druck
• Restlast bei Inselbetrieb
• Reaktion der Regelventile (100 % Schließhub < 200 msec.) und
eingeschlossener Dampfvolumina und beträgt maximal +5 % bis
8 % entsprechend + 150 bis + 240 min-1.
Leistungs-/Druckregler
Ein Leistungsführungsregler verarbeitet die von der Blockführung
ausgegebene Zielleistung zu einem Leistungsgrundwert, dem der
abschaltbare Frequenzeinfluss aufaddiert wird. Der Leistungsregler
verarbeitet die aus dem frequenzabhängigen Leistungssollwert und
der Istleistung gebildete Regelabweichung mit einem PI-Algorithmus.
Seine Stellgröße wird der Stellgröße des Drehzahlreglers aufaddiert.
Die DVG-Empfehlung wird somit erfüllt. Der Einsatz eines Leistungsreglers in der Turbinenregelung erfolgt entsprechend der gewählten
Blockregelstruktur.
Dem jeweiligen Grundregelsystem werden zusätzliche Größen
aufgeschaltet.
Ein Leistungsgrenzwert ermöglicht die Vorgabe einer maximalen
Block- und Turbinenleistung.
Umschalten, Vollbeaufschlagung und Teilbeaufschlagung
Zum schonenden Anwärmen und Hochfahren einer Regelradmaschine kann eine Umschaltlogik für die Öffnungsfolge der
Regelventile aktiviert werden.
Diese Umschaltlogik erlaubt in jedem Betriebspunkt den kontinuierlichen Übergang von Vollbeaufschlagung (parallele Öffnung) auf
Teilbeaufschlagung (sequentielle Öffnung) und umgekehrt, wobei
sichergestellt ist, dass während des Betriebsartwechsels die
Summe aller Teildampfmengen durch die einzelnen Regelventile
unabhängig vom Umsteuersignal konstant bleibt. Zusätzliche
thermische Läuferspannungen werden somit vermieden.
Turbinenverhalten im Anfahr- und Lastbetrieb und bei Lastabwurf
1
min
Überdrehzahl - Schutzauslösung (Schnellschluss)
3300
dn
= 300 U/s =Turbinenlaufzeitkonstante
dt
3240
3150
Lastaufnahme,
Lastbetrieb auf das Netz
Zieldrehzahl
Dxd
max. = 5-7%
Dxw
3000
2990
10s
10 rpm
dn
dt
350-500 ms
Synchronisierphase
zur Netzfrequenz
Lastabwurf
bleibende Regelabweichung
abhängig von der Last und
dem Proportionalbereich
(Xp = 4-6%, V = 16-25)
600 rpm
1 min
dn
dt
Drehwerkbetrieb
40
5 min
10s
(PI-Regelverhalten)
(P-Regelverhalten)
t
min
Turbinenverhalten bei Lastabwurf
13
Turbinenregler B
Turbinenregler A
Leistungsführung
SUB-NET
Leistungsregler
Vordruckregler
Grenzdruckregler
(Öffnungssollwert)
Drehzahl
Führung
n1 (n2)
n2 (n3)
Drehzahl
Regler
Beschleunigungsmesser
HD/MD
Trimmregler
ZüGrenzdruckregler
HD/MD Koordinator
HD-VentilStellungsregler
MD-VentilStellungsregler
Zü
n 1 n 2 n3
HD
HD-/MD-Koordinator
Die Stellgrößen des Turbinenreglers entsprechen dem geforderten
Massenstrom für die beiden HD- und MD-Teilturbinen, wobei ein
Koordinator die Öffnung der Ventile entsprechend thermischer
Grenzzustände so steuert, dass ein schnellstmögliches Anfahren
und Belasten des Turbosatzes durch Verschieben der DampfMassenströme erfolgen kann.
HD-/MD-Trimmregler
Im Anfahr- und Leerlaufbetrieb sind zwei Aufgaben mit gegenläufigen Anforderungen zu lösen. Einerseits soll genügend Kühldampf
für die Endschaufeln des ND-Teiles zur Verfügung stehen und
andererseits darf die Austrittstemperatur der HD-Turbine nicht über
ein zulässiges Maß ansteigen. Über einen Trimmregler wird der
HD-Teilturbine mehr Dampf zugeteilt, sobald ein von der Frischdampftemperatur abhängiger Austrittswert überschritten ist.
Bei einem Kaltstart (Gehäusetemperatur < 100 °C) wird die Dampfmenge zur MD-Teilturbine nach dem Synchronisieren mit einem
langsamen Transienten auf ca. 10 % der Nennmenge gesteigert.
Die Schwierigkeiten des Leerlauf- und Schwachlastbetriebes von
Dampfturbinen größerer Leistung resultieren aus der Tatsache,
dass bei diesen Betriebsarten der dafür notwendige Dampfdurchsatz in der HD-Teilturbine so gering ist, dass Ventilation in den
letzten Stufen auftreten kann. Das heißt, in diesen Stufen wird
Leistung in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben.
Der HD-Begrenzungsregler wird wirksam bei:
• Belasten nach längerer Leerlauffahrt
14
MD
G
• Wiederbelasten nach einer Lastabschaltung
• Wiederbelasten nach Schwachlast- und Inselbetrieb
Der HD-Begrenzungsregler ermöglicht bei der Lastaufnahme nach
vorgenannten Betriebsweisen, die Öffnung der HD-Regelventile
und damit die Leistungsaufnahme der HD-Teilturbine gemäß der
Flanschtemperatur am HD-Austritt so zu steuern, dass an dieser
Stelle keine thermische Überlastung eintritt. Die zulässige
Temperaturdifferenz Dampf minus Flansch – Mittenfaser am
Austritt – soll 60 K nicht dauerhaft unterschreiten.
Deshalb sorgt der HD-Begrenzungsregler für ein Umlasten der
Dampfströme von der HD-Teilturbine auf die MD-/ND-Teilturbine
dergestalt, dass ein definierter Abkühltransient des HD-Austritts
nicht überschritten wird und damit im Extremfall eine Verformung
der Teilfuge verhindert wird. Sollte dabei der ZÜ-Mindestdruck
unterschritten werden, so verhindert ein ZÜ-Grenzdruckregler ein
weiteres Öffnen der MD-Ventile.
Die Zuordnung der beiden Ventilgruppen für HD- und MD-Teil ist
über eine Vertrimmung einstellbar. Im Normalfall liegen die statischen
Kennlinien so, dass die Stellgröße für den Massenstrom der MDVentile proportional zur Stellgröße für den Massenstrom der HDVentile geändert wird. Durch Division dieser Stellgrößen durch den
Frischdampf- bzw. ZÜ-Drucksollwert wird eine konstante Kreisverstärkung des Reglers in allen Betriebszuständen erreicht. Nach
Durchlaufen eines Linearisierungsnetzwerkes pro Regelventil-Servomotor, welches die Aufgabe hat, das stark nichtlineare Durchsatzverhalten der Regelventile zu kompensieren, gelangt das so
gebildete Stellsignal zu den individuellen Stellungsreglern und wird
dann an die E/H-Wandler der einzelnen Hydraulik-Servomotoren
weitergeleitet.
∂ FD
Drehzahl- Leistungs- Vordruckregler
regler
regler
∂ HDA
∂ HDA
f(x)
NI
p ZÜ
Trimmregler
C
ZÜ-Grenzdruckregler
+ +
+ ++
+- -
C
C
C
pZÜ
p FD
+
-
HD-VentilStellungsregler
MD-VentilStellungsregler
HD
MD
nnn
1 2 3
G
falle ist ein Cartridgeventil vorhanden. Es stellt die hydraulische
Verbindung des Regelventil-Servomotors mit dem zentralen
Schutzimpuls-Öl (Pi) her und sorgt für ein gesteuertes Schnellschließen des Regelventils.
Grundsätzlich wird die Sicherheit jedoch über die Turbinenschnellschlussventile gewährleistet.
Im Schnellschluss- oder Lastabwurffalle erreicht der Servomotorkolben mit der angekuppelten Regelventilspindel eine hohe Schließgeschwindigkeit. Um am Ende der Schließbewegung ein Aufschlagen des Ventilkegels auf seinen Sitz mit großer Geschwindigkeit zu
vermeiden, taucht ein Ansatz am Kolben in einen Dämpfungsraum
ein und bremst kurz vor Hubende die Aufsetzgeschwindigkeit ab.
Diese Geschwindigkeit ist durch eine Drossel einstellbar. Die zum
Servomotor führende Steuerfluidleitung wird von unten her dem
Servomotor zugeführt. Wegen der horizontalen Lage des Servomotors verlaufen somit keine Ölleitungen im Bereich der Einströmorgane über Heißdampfleitungen. Außerdem werden zur Vermeidung eines Ölbrandes bei Ölleckagen die Druckölleitungen an den
freiliegenden Stellen in einem Schutzrohr (guarded pipe) verlegt.
Schlauchleitungen an den Zuführungen der Ölleitungen zu den
Servomotoren gestatten die freie Beweglichkeit des gesamten
Ventilkörpers.
Verfügbarkeit und Redundanz
Für das Erreichen einer möglichst hohen Verfügbarkeit der Baugruppen des Turbinenreglers wurde eine dezentrale redundante
Struktur des Gesamtkonzeptes gewählt. Äußere Merkmale dafür
sind:
• redundante Eingänge für die Drehzahlerfassung je Regler, also
Master und Slave (1v4)
• unabhängige Hardware-Eingänge für die AnalogsignalAufbereitung mit Einzelabsicherung (1v2)
• hohe Verarbeitungsqualität der Baugruppen, der Systemkabel
und des Schrankaufbaues
• Schaltungsdimensionierung auf hohem Sicherheitsniveau
hinsichtlich der Versorgungsspannung
• störsignalfeste Peripherie Ein-/Ausgänge
Turbinenregler Kanal B
Turbinenregler Kanal A
Servomotor und Regelventil
Die Einström-Regelventile sind als Einsitzventile ausgebildet. Sie
regeln durch Ändern der freien Fläche zwischen Ventilkegel und
Ventilsitz den Dampfstrom zur Turbine.
Jedes Regelventil hat einen eigenen Servomotor. Durch ein
Servoventil, das am hydraulischen Verstärker angeflanscht ist,
erhält der Servomotor seine Steuerbefehle.
Bei einem Öffnungsvorgang führt ein vom Ventilstellungsregler
gebildetes Steuersignal im Servoventil durch eine hydraulische
Verstärkung zur Auslenkung
Master
eines Steuerkolbens. Dadurch
Maximierung der Turbosatz-Verfügbarkeit
CPU
lenkt der im hydraulischen Verdurch Wichtung der Ein-/Ausgabe-Störungen
A1
stärker eingebaute, federbelasdes Master- und des Slave-Turbinenreglers.
Impulseingabe
B1
tete Hauptsteuerschieber so
2 von 3
Binäraus, dass er eine Verbindung
1
Arbeitsstrom..
ausgabe
Voter
Turbinenschutz
30
zwischen dem Steuerfluiddruck
1 2 3
1
Analog..
und dem Raum unter dem Kolausgabe
16
ben herstellt – der Kolben verAnalog1
..
eingabe
fährt dadurch mit dem angekup2 von 3
16
RuhestromTurbinenschutz AS
1
Turbinenschutz
pelten Regelventil gegen die
Kanal 1
Schließfederkraft in ÖffnungsTurbinenschutz AS
2
Kanal 2
richtung. Ein am Kolbenstangen1
Analog..
ende angebrachter elektrischer
eingabe
16
Rückführgeber meldet die ausAnalog1
..
ausgabe
geführte Hubbewegung des
16
G
BinärRegelventils an den Stellungs1
..
ausgabe
30
regelkreis und beendet die
A2
ImpulsCV
SSV
Bewegung des Regelventils,
eingabe
B2
Diagnose und
lokale
wenn Soll- und Istwert der VenDokumentation
Bedienung
z.B.
CPU
Modbus
tilstellung übereinstimmen. In
Melde3964R
Serielle
ME-VIEW
ME-DRP
Slave
protokolle
Fremdsysteme
Schnittstelle
analoger Weise läuft der Schließ3
Turbinenschutz AS
vorgang des Regelservomotors
Kanal 3
LAN
TLFG
unter Einfluß des VentilstelSUB-NET
zur Dampferzeugerlungsreglers ab.
Leittechnik
Zum Schließen des RegelventilServomotors im Schnellschluss- Prinzipbild der Turbinenregler Hardware (Master/ Slave) und des Arbeits-/ Ruhestrom-Schutzes (2v3)
Turbinenwelle
15
• hohe Ausnutzung modernster Bauelemente durch verstärkten
Einsatz von VLSI-Schaltkreisen und der verlustleistungsarmen
HCMOS-Schaltkreise
• Verwendung hochintegrierter Bauelemente, SMD-Technik und
vollständig lüfterfreier Betrieb
• rechnergestützte Prüfung aller Baugruppen
• Wärmedauerlauf und Funktionstest des Turbinenreglers
• Hard- und Software-Prüfung im Zusammenhang mit dem
Turbinensimulator
ME 4012 Systemschrank, typische Belegung für die
Funktionsbereiche
Turbinenregler (Master/Slave), Turbinenschutz Arbeitsstrom (2v3),
Turbinenschutz Ruhestrom (2v3), Turbinentemperatur- und
Leistungsprüfungsgerät, Regelung der HD- und MD-Umleitstationen, Fail-Safe-Absicherung der Umleitstationen und
Elektronische Leistungsstufen (2v3) für die Ansteuerung der
RV- und SSV-Schutzfunktionen.
Gruppenabsicherungen
Bedien- und MeldeLeitfelder für die
Vor- Ort Diagnose ohne PC
( am Schwenkrahmen des
Systemschrakes )
Drehzahl Prüfung
1
Schritt
Testprogramm
Turbinenregler
Kanal A
(Master)
Turbinenregler
Kanal B
(Slave)
Turbinenschutz
Kanal 3
Regelung
HD- Umleitstation
MD- Umleitstation
TurbinenschutzPrüfprogramm
A B C D E
4
A
B
5
Regler Vorwahl Master / Slave
TurbinenTemperatur- und
Leistungsführung
(TLFG)
Schutz HD- und
MD- Umleitstationen
(Fail-Safe)
ON
OFF
6
Überdrehzahl- Test
Elektro-Hydraulische Leistungssteller (E/H-Wandler)
Moderne, entlastete Ventile erfordern heute nur geringe Betätigungskräfte. Aus diesem Grunde kommen die Servomotoren mit
niedrigen Fluid- und Federkräften aus. Bei neueren Turbinen hat
jedes Einströmventil einen eigenen hydraulischen Servomotor, der
mit Öldruck gegen Schließfedern öffnet.
Die Umsetzung des elektrischen Turbinenregler-Stellsignals erfolgt
über ein Proportionalventil. Dieses basiert auf einer Steuerbuchse
mit Steuerkolben zur Erzeugung der ölhydraulischen Stellsignale.
Die Ansteuerung des Steuerkolbens erfolgt mit 4-20 mA über einen
Linearmotor. Dieser ist mittels Rückstellfeder so eingestellt, dass
bei Signalausfall oder Aderbruch eine Sicherheitsstellung (A nach
Tank, P nach B) angefahren wird.
Der in das Gehäuse des Proportionalventils integrierte elektronische
Lageregelkreis sorgt für eine Leistungsverstärkung des Stellsignals
und über einen integrierten Wegaufnehmer für einen Soll/Istvergleich der Steuerkolben-Position. Der Lageregler steuert
damit den Steuerkolben so lange an, bis Stell- und Istwert gleich
sind. Damit ist die Stellung des Steuerkolbens stets proportional
zum elektrischen Stellsignal.
Turbinenschutz
Kanal 2
2
3
1
2
3
Turbinenschutz
Kanal 1
7
Funktionsgruppenleitfeld zur
1 zyklischen Drehzahlprüfung (9xDW)
bei Drehzahl > 100 min -1
2 Schrittanzeige für die
Funktionsgruppe Drehzahlprüfung
3 Platzreserve für Sonderfunktionen
Ansteuerungen der
Auslösemagnetventile
(SSV und RV) ANS
L
S
N
1
Schutz 2 von 3
EAM- Module
L
S
N
2
L
S
N
3
Drehzahlüberwachung
DW 1-3
Absicherungen
für Leistngsteil
Absicherung und
Schranküberwachung
4 Anzeige der nicht erfüllten
Kriterien der Funktionsgruppe
5 Vorwahl für Master / Slave
Turbinenregler
6 Schlüsselschalter für Programmstart Überdrehzahltest
Schrankeinspeisung
(2x +24V DC, 1x -24V DC)
7 Platzreserve für Sonderfunktionen
Schrankbelegung für Turbosätze bis 300 MW
Übertragungseigenschaften moderner E/H Wandler
Servomotor und Gruppenbetrieb der DampfeinströmRegelventile
Die Einström-Regelventile der Turbine sind als Einsitzventile
ausgebildet. Sie regeln durch Ändern der freien Fläche zwischen
Ventilkegel und Ventilsitz den Dampfstrom zur Turbine. Die 4 HDVentile werden von einem Servomotor über einen Gruppenantrieb
(Gestänge mit Nockenwelle) angesteuert. Für die Ansteuerung des
Gruppenantriebes der 5 MD-Ventile werden 2 parallel geschaltete
Stellzylinder durch ein gemeinsames Proportionalventil beaufschlagt.
Proportionalventil (elektro/hydraulischer Wandler)
Durch die geringen bewegten Massen erreicht das ProportionalVentil eine sehr hohe Dynamik (Stellzeit für 0 bis 100 % Hub
≤ 12 ms) und sorgt für exzellente Umsetzung des elektrischen
Stellimpulses in ein volumenstrom-proportionales, hydraulisches
Stellsignal für den Servomotor.
16
Bei einem Öffnungsvorgang führt ein vom Ventilstellungsregler
gebildetes Steuersignal im Proportionalventil durch elektrische
Verstärkung zur Auslenkung eines Steuerkolbens. Dadurch wird
eine Verbindung zwischen dem Steuerfluiddruck und dem Raum
unter dem Kolben des Regelantriebes herstellt – der Kolben
verfährt dadurch mit dem angekuppelten Einströmventil gegen die
Schließfederkraft in Öffnungsrichtung. Ein am Kolbenstangenende
angebrachter elektrischer Rückführgeber meldet die ausgeführte
Hubbewegung des Regelventils an den Stellungsregelkreis und
beendet die Bewegung des Regelventils, wenn Soll- und Istwert
der Ventilstellung übereinstimmen. In analoger Weise läuft der
Schließvorgang des Regelservomotors unter Einfluß des Ventilstellungsreglers ab.
Grundsätzlich wird die Sicherheit jedoch über die Turbinenschnellschlussventile gewährleistet.
Im Schnellschluss- oder Lastabwurffall erreicht der Servomotorkolben mit der angekuppelten Regelventilspindel eine hohe Schließgeschwindigkeit. Um am Ende der Schließbewegung ein Aufschlagen des Ventilkegels auf seinen Sitz mit großer Geschwindigkeit zu
vermeiden, taucht ein Ansatz am Kolben in einen Dämpfungsraum
ein und bremst kurz vor Hubende die Aufsetzgeschwindigkeit ab.
Diese Geschwindigkeit ist durch eine Drossel einstellbar (Option).
Die zum Servomotor führende Steuerfluidleitung wird von unten
her dem Servomotor zugeführt. Wegen der horizontalen Lage des
Servomotors verlaufen somit keine Ölleitungen im Bereich der
Einströmorgane über Heißdampfleitungen. Außerdem werden zur
Vermeidung eines Ölbrandes bei Ölleckagen die Druckölleitungen
an den freiliegenden Stellen in einem Schutzrohr (guarded pipe)
verlegt. Schlauchleitungen an den Zuführungen der Ölleitungen zu
den Servomotoren gestatten die freie Beweglichkeit des gesamten
Ventilkörpers.
Der Kolbendruck pK sinkt rasch auf Null und der Servomotor
schließt über das Cartridgeventil mit maximaler Schließgeschwindigkeit. Ein Wiedereinklinken des Turbinenschutzes führt automatisch zum Schließen des Cartridgeventiles und stellt damit die Öffnungsbereitschaft des Servomotors für Signale aus dem digitalen
Turbinenregler wieder her. Bei einem Lastabwurf werden die beiden
Cartridgeventile über das Lastabwurfmagnetventil (Arbeitsstromprinzip) schnell entlastet. Gleichzeitig wird der über das Proportionalventil zugeführte Kolbendruck pK abgesperrt und entlastet
zusätzlich das Cartgridgeventil. Die Schließbewegung des
Servomotors wird eingeleitet.
Über zwei Absperrventile (po, pi) kann nach Demontage eines
Schutzdeckels die Ölzufuhr zum Servomotor abgesperrt werden.
Damit ist ein Auswechseln gestörter Bauelemente, wie z.B.
Lastabwurfmagnet-, Proportional- und Cartridge-Ventil bei
laufender Pumpe möglich.
• Steuerölfilter
Um eine ausreichend lange Standzeit der hydraulischen
Komponenten zu erreichen, ist es erforderlich, den HauptSteuerölfilter mit 10 µm nominal und den Regelölfilter mit 10 µm
absolut zu betreiben.
• Steuerölleitungen
Sie sollten möglichst in Edelstahl ausgeführt sein.
Ventil-Stellungsregler
Die Verstellung der HD-Regelventile sowie der MD-Regelventile
erfolgt über mechanische Kupplungen von je einem GruppenServomotor. Die Stellungsregler der einzelnen Servomotoren sind
als Funktionsbaustein in den Turbinenregler integriert.
Funktionsplan Turbinenregelung
(hydr. Funktionsplan in Betriebstellungen)
po= 8,5 bar
po=Steueröl
pi=Schnellschlussimpulsöl
10µm/abs.
10µm/abs.
Wirkungsweise der Servomotoren in ihrer hydraulischen
Zusammenschaltung
Der Servomotor wird mit Steueröl gegen Federkraft geöffnet und
schließt durch Federkraft beim Absinken des Steueröldruckes.
Durch den Einklinkvorgang des hydraulischen Turbinenschutzes (pi)
wird ein Cartridgeventil in seine Dichtposition gedrückt und schafft
somit die Abhängigkeit zwischen digitaler Turbinenregelung und
hydraulischem Turbinenschutz. Das vom digitalen Turbinenregler
gebildete Regelsignal wird in einem Proportionalventil, das seitlich
am Servomotor mittels Adapterplatte angeschraubt ist, in einen
Stellimpuls, den sogenannten Kolbendruck pK, umgewandelt.
Dieser bestimmt je nach Regelgröße das Öffnen und Schließen
des Servomotors.
hydr. Steuerblock
Lastabwurf
HD-RV 1
Proportionalventil
HD-RV 2
HD-RV 3
Rückschlagventil
HD-RV 4
Schnelle Schließbewegungen des Servomotors werden durch ein
zusätzlich eingebautes Cartridgeventil ermöglicht.
Ein elektrischer Rückführgeber, der am Kolbenstangenende des
Servomotors angebaut ist, meldet die momentan ausgeführte
Hubbewegung. Wenn Soll- und Istwert der aufgeschalteten
Regelgröße übereinstimmen, wird die Hubbewegung durch den
digitalen Turbinenregler beendet.
Mit Hilfe des Rückführgebers wird auch die Endstellung Auf und Zu
des Servomotors angezeigt.
G
HD-Servomotor
hydr. Steuerblock
MD-RV 1
Lastabwurf
MD-RV 2
Proportionalventil
pi
Cartidgeventil
MD-RV 3
MD-RV 4
Im Schnellschlussfall der Turbine wird ein unabhängig vom
Regelkreis wirkendes Cartridgeventil direkt aus dem hydraulischen
Turbinenschutzsystem (pi = Schnellschlussimpulsöl) angesteuert.
pi
Cartidgeventil
Rückschlagventil
MD-RV 5
G
MD-Servomotor
Funktionsplan Turbinenregelung (hydraulischer Funktionplan in
Betriebsstellungen)
17
errechneten Transient als Minimalwert zur Regelung durchgeschaltet wird. Bei einem Ausfall
des TLFGs übernehmen Turbinen- und Kesselregler keine
Transienten vom TLFG. Mit im
Turbinenregler fest vorgegebenen Sicherheitstransienten ist
der ungestörte weitere Betrieb
des Blockes mit dem Turbinen-/
Kesselregler sichergestellt. Das
Verhalten der Turbinenregelung
im Störfall wird vom TLFG nicht
beeinflußt.
Blockwarte
ϑ Hand
ϑ HD
p FD
y HD
p KZÜ
ϑ HZÜ
p HZÜ
y MD
p
n
PHand
M
I
N
ϑ
M
I
N
TLFG
P
Turbinen- /
Kesselregler
ϑ
ϑ
P
Funktionsüberblick
ϑ HD
ϑ HZÜ
y HD
HD
MD / ND
DE
TLTG-Einflussgrößen für das Anfahren von Block und Turbine
Die Aufgabe des TLFG ist die Ermittlung von Temperatur- und
Leistungstransienten in Abhängigkeit von den Spannungen an den
Turbinenwellen. Hierzu wird an definierten Stellen die Materialbeanspruchung berechnet. Der Einsatz der TLFG ermöglicht also ein
Ausnützen zulässiger Grenzen in allen Betriebsphasen (Kalt-,
Warm-, Heißstart, Leistungsbetrieb).
Eingriff des Temperatur- und Leistungsführungsgerätes in
den Turbinenregler
Die Turbinenregelung erfolgt über das autonome Turbinenund Blockregelsystem, dem vom Blockleitstand Zielleistung und
als zulässig erachtete Temperatur- und Leistungstransienten
vorgegeben werden.
Temperatur- und Leistungssollwertänderungen werden durch den
jeweils niedrigsten Wert
• des von der Warte vorgegebenen Transienten,
• des vom TLFG zugelassenen Transienten
• oder des Maximalwertes des Transienten
aufgrund einer Minimalwertauswahl gesteuert.
Der Temperaturtransient geht in die Blockführung ein und der
Leistungstransient wirkt auf den Leistungsführungsregler. Das
TLFG greift also nur mittelbar in die Regelung von Turbine und
Kessel ein. Die schematische Darstellung dieses Vorganges in der
Grafik zeigt stark vereinfacht die Blockwarte, das TLFG und den
Turbinen-/Kesselregler mit seinen Eingriffsstellen für Temperaturen
und Ventilstellungen an den zum Kessel zählenden Einspritzventilen E und den Turbinen-Regelventilen R. Sie ist auf das
Zusammenwirken von Blockwarte und Turbinen-/Kesselregelung
(Turbinenregelsystem) mit dem TLFG reduziert.
Entsprechend der vorliegenden Schaltung kann das TLFG nur
dann in die Turbinenregelung eingreifen, wenn der vom TLFG
18
Bei Turbinenanlagen treten
infolge von Temperaturänderungen an verschiedenen Bauteilen
erhöhte Beanspruchungen auf.
Bei großen Turbinen sind die
höchstbeanspruchten Stellen
die Scheibenübergänge an den
Wellen im Bereich der ersten
Stufe.
Da direkte Messungen an den
Wellen nicht möglich sind, werden die örtlichen Dampfparameter Druck, Temperatur, Wärmeübergang, die Temperaturverteilung und die Wärmespannung an den zu untersuchenden
Wellenquerschnitten rechnerisch ermittelt. Aus dem Vergleich mit
der zulässigen Spannung lassen sich dann Temperatur- und
Leistungstransienten ableiten.
Die rechnerische Erfassung der höchstbeanspruchten Stellen erfordert außer den geometrischen, thermodynamischen, strömungstechnischen und werkstoffspezifischen Kenndaten der Turbine eine
Reihe von Messwerten und logischen Größen, die zur Programminitialisierung und im laufenden Turbinenbetrieb zur Bestimmung
der verschiedenen Betriebszustände benötigt werden.
Rechenmodelle Thermodynamik, Wellentemperatur und
Spannung
Im Rechenmodell Thermodynamik wird die dampfdurchströmte
Turbine als Mehrblendensystem aufgefaßt. Die Dampfparameter
Druck, Temperatur und Wärmeübergang im betrachteten Querschnitt werden unter Berücksichtigung von Ventilkennlinien und
Stufenwirkungsgraden iterativ ermittelt. Für die Bestimmung der
Stoffwerte ist im TLFG-Programm die Wasserdampftafel integriert.
In den Betriebszuständen Heizen und Abkühlen wird die Gehäusetemperatur als Referenztemperatur für die weitere Berechnung
verwendet.
Im nächsten Rechenschritt wird die radiale Temperaturverteilung
mit einem eindimensionalen Differenzverfahren ermittelt. Durch
Integration über die 11 Stützstellen erhält man die mittlere Wellentemperatur. Unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen
Werkstoffkennwerte kann die Wärmespannung im Scheibenübergang berechnet werden. Aus der Wärmespannung und den
mechanischen Spannungen wird eine Vergleichspannung abgebildet, die mit der zulässigen Spannung verglichen wird. Daraus wird
ein Sicherheitskoeffizient S gebildet, der ein Maß für die momentane
Werkstoffbeanspruchung darstellt.
Scheibe
Welle
Leistungstransient
1,0
0,5
Wm = 100 °C
Wm = 300 °C
Wm = 500 °C
- 0,2 - 0,1 0
Radius
Temperaturverteilung
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
.
Der Leistungstransient P wird aus dem Sicherheitskoeffizient S und
der mittleren Wellentemperatur ϑWm gebildet und wirkt
auf den
.
Leistungsregler. Die Grafik zeigt den Verlauf von P in Abhängigkeit
von S und ϑWm.
Der Prozessrechner für das Temperatur- und Leistungsführungsgerät (TLFG) wird im Systemschrank des Turbinenreglers
untergebracht.
Rechenmodell zur Wellen-Temperatur-Verteilung
Temperatur- und Leistungstransienten im Leistungsbereich
Temperaturtransient K/min
Der Dampfturbinentransient ϑ für Temperaturänderungen an der
Turbine wird aus dem Sicherheitskoeffizient S und der Wellenoberflächentemperatur ϑWo bestimmt und ist im folgenden Bild
dargestellt.
5
I
II
Wellenoberflächentemperatur ≤ 410 °C
II : Wellenoberflächentemperatur > 410 °C
- 0,2 - 0,1
0
1
Leistungstransienten-Bestimmung
ϑ
I:
0,5
Sicherheitskoeffizient S
0,5
1
Sicherheitskoeffizient S
Temperaturtransienten-Bestimmung
Ist S = 1, so ist die Spannung = 0 und die Temperatur kann mit
maximalem Transienten gesteigert werden. Ist S = 0, so ist. die
Vergleichspannung gleich der zulässigen Spannung und ϑ wird
eingeschränkt. Ist S. < 0, dann ist die zulässige Spannung
überschritten und ϑ muss
weiter eingeschränkt werden. Der
.
Temperaturtransient ϑ geht in die Blockführung und wirkt auf die
Stellgröße der Einspritzventile.
Gerätetechnik
Der Industrie-PC für das Turbinen-Temperatur-Leistungsführungsgerät wird in einem Gehäuse zur Hutschienenmontage im Systemschrank des Turbinenreglers untergebracht und hat folgenden
Aufbau:
• Industrie-PC
• Serielle Kopplung zum Multifunktionsprozessor mit SUB-NETAnschluss von Kanal 3 des Ruhestromschutzes
• Druckeranschluss (Centronics)
• Tastaturanschluss
• Monitoranschluss
• Festplattenlaufwerk
• Floppylaufwerk
Der Rechner arbeitet mit dem Betriebssystem OS 2. Als Bedienperipherie sind in der Grundausstattung erforderlich:
• 1 Tintenstrahldrucker
• 1 Tastatur, Mouse
• 1 Monitor
Die gesamte Prozessdatenaufbereitung- und -vorverarbeitung
erfolgt in den Peripherie-Baugruppen und Subprozessoren des
Prozessleitsystems ME 4012. Die Übertragung zwischen TLFG
und Turbinenleittechnik erfolgt redundant über den SUB-NETProzessbus. Die Ergebnisse des TLFG können grafisch aufbereitet
auf dem Farbmonitor der lokalen Bedienstation ME-VIEW dargestellt werden. Die Übergabe an die Fremdsysteme im Kraftwerk
kann seriell erfolgen.
19
Signalaustausch über den SUB-NET-Prozessbus
Analogsignale vom Prozessbus
ϑFD
.
ϑ HDIi
PFD
PHDA
YRV1HD
YRV2HD
YRV3HD
YRV4HD
ϑZÜ
ϑMDIi
PZÜ
P1MD
YRV1MD
YRV2MD
YRV3MD
YRV4MD
fT
P
Binärsignale vom Prozessbus
= Frischdampftemperatur vor SSV
Drehzahl
>100 min-1
= Temperatur HD-Innengehäuse Flansch innen
Alle RV
=0%
= Frischdampfdruck vor SSV
SSV in Hubbegrenzung
= Druck HD-Austritt
Ein SSV
= Stellung Regelventil 1, HD
HD-Heizventil = 0 %
MD-Heizventil = 0 %
Störung analoger Eingänge
Generator am Netz
= 100 %
= Zwischenüberhitzertemperatur (HZÜ) vor SSV
= Temperatur MD-Innengehäuse Flansch innen
Analogsignale zum Turbinenregler
= Zwischenüberhitzerdruck (HZÜ) vor SSV
ϑ oFD(t)
.
ϑ oMD(t)
hHDo(t)
Po(t)
= Druck 1. MD-Anzapfung
= Stellung Regelventil 1, MD
= zulässiger Temperaturtransient FD
= zulässiger Temperaturtransient MD
= zulässiger Stellungstransient HD-Ventile
= zulässiger Leistungstransient
Die zulässigen Transienten für Temperatur und Ventilstellungen
werden, wie auch die führenden Sicherheitskoeffizienten von HDund MD/ND-Teilturbinen, im Leitstand angezeigt.
= Turbinendrehzahl
= Leistung
Binärsignale zum Meldesystem:
TLFG-Freigabe
TLFG-gestört
HD- und MD-Teilturbine bei Revisionsarbeiten
20
Turbinen-Laufüberwachung
Messeinrichtungen der Turbinen-Laufüberwachung
Wellenschwingungs-Messeinrichtung
Messort
Lager HD vorn, Zwischenlager I, Zwischenlager II,
Generatorlager turbinenseitig (TS),
Generatorlager erregerseitig (ES)
Messprinzip
Da die Geber für Wellenschwingungen an den Lagerschalen direkt
befestigt sind, wird mit berührungslosen Gebern die relative Wellenschwingung nach dem induktiven oder Wirbelstrom-Verfahren
gemessen.
Aufbau
Die Messeinrichtung ist mit Steckkarten in 19"-Rahmen in einem
Schrank zusammen mit anderen Messeinrichtungen der
Laufüberwachung untergebracht.
Die Turbinen-Laufüberwachung besteht aus den Messeinrichtungen für:
• Turbinendrehzahl
• Wellenschwingung
• Lagerbockschwingung
• Relativdehnung
• Wellenlage (Blocklager)
• Absolutdehnung
• Axialschub
Lagerbockschwingung
Wellenschwingung
Relativdehnung
Drehzahl
Absolutdehnung
Triggerimpuls für Welle
Wellenposition
Axialschubmesseinrichtung
M
Drehwerk
HD
MD
G
ND
Ölpumpe
Lager HD- vorn
Zwischenlager 1
Zwischenlager 2
Mittellager
TS
Generatorlager
ES
Messstellenanordnung zur Turbinen-Laufüberwachung
Turbinendrehzahl-Messeinrichtung
Messort
Stirnrad am vorderen Lagerblock bzw. im Zwischenlager I
Unabhängig von der Turbinendrehzahl/-Leistungsregelung ist eine
hochgenaue Turbinendrehzahlmessung mit Digitalanzeige für das
Betriebspersonal erforderlich. Damit die erreichte hohe Messgenauigkeit nicht durch toleranzbehaftete D/A- und A/D-Wandler
beeinträchtigt wird, erfolgt die Signalübertragung zum Anzeigeinstrument digital.
Anzeigebereich
0-3600 min-1
Anzeigegenauigkeit
± 0,027 %
Zur Ansteuerung von Funktionsgruppen-Automatiken im Bereich
der Turbine werden über den gesamten Drehzahlbereich einstellbare Grenzwerte mit absoluter Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
abgeleitet.
Eine Besonderheit stellt dabei die Stillstandsüberwachung der
Turbine dar. Es wird je ein aktives Signal für die Drehzahlen
n = < 2 min-1 und n ≥ 2 min-1 ausgegeben.
Messprinzip
Hochfrequente Impulszählung (500 kHz) zwischen 2 Zahnflanken
des Triggerrades und Multiplikation mit der Zahnzahl.
Aufbau
Die Messeinrichtung basiert auf einem Multifunktionsregler mit
redundantem Impulseingang.
Zur Messeinrichtung gehören:
• Impulsgeber
• Vorverstärker
• Impulseingabe Baugruppe IE2FZ
Zur Messeinrichtung gehören:
• Geber,
• Messumformer,
• Geberüberwachung.
Verwendung
Analog
Ausgang 4-20 mA, >> 0-200 µm
Grenzwerte für Verriegelungen,
Alarm und Turbinenschutz +
(SS) werden im Leitsystem
ME 4012 gebildet.
Lagergehäuseschwingungs-Messeinrichtung
Messort
Lager HD vorn, HD/MD-Zwischenlager I, MD/ND-Zwischenlager II,
ND hinten, Generatorlager (TS), Generatorlager (ES)
Messprinzip
Die absoluten mechanischen Schwingungen am Lagergehäuse
werden mit einem seismischen System gemessen.
Aufbau
Der Geber wird an geeigneter Stelle am Lagergehäuse außen
montiert. Die Messeinrichtung ist mit Steckkarten in 19"-Rahmen
in einem Schrank mit anderen Messeinrichtungen der Laufüberwachung montiert.
Zur Messeinrichtung gehören
• 5 Geber
• 1 Scanner mit 5 Kanälen
• 1 Messumformer
Verwendung
Analog
Ausgang 4-20 mA, >> 0-50 µm
21
Turbinen-Laufüberwachung
Relativdehnungs-Messeinrichtung (Läufer/Gehäusedehnung)
Absolutdehnungs-Messeinrichtung
Messort
Lager HD vorn, Zwischenlager II (MD, ND), Mittellager (ND/Generator)
Messort
Lager HD vorn
Messprinzip
Das Messprinzip beruht auf der Strommessung an Induktionsspulen. Die axiale Verlagerung eines Wellenbundes bewirkt eine
Änderung des induktiven Widerstandes. Die Einrichtung arbeitet
berührungslos.
Aufbau
Die Messeinrichtung ist mit Steckkarten in 19"-Rahmen in einem
Schrank zusammen mit anderen Messeinrichtungen der Laufüberwachung untergebracht.
Messprinzip
Zur Erfassung der Absolutdehnung wird ein linearer induktiver
Wegaufnehmer verwendet. In Verbindung mit seinem Messumformer steht ein Ausgangssignal 4-20 mA zur Verfügung.
Aufbau
Die Messeinrichtung ist mit Steckkarten 19"-Rahmen in einem
Schrank zusammen mit anderen Messeinrichtungen der Laufüberwachung untergebracht.
• Geber
• Geber
• Messumformer
• Messumformer
Verwendung
Analog
Ausgang 4-20 mA, >> 0-50 mm
• Geberüberwachung
Axialschub-Messeinrichtung (falls vorhanden)
Verwendung
Analog
Binär
Ausgang 4-20 mA,
>> z. B. - 5 + 15 mm
Grenzwerte für Alarm ± und für
Turbinenschutz ± werden im
Arbeitsstrom-Schutzsystem
(AE 4012) gebildet.
Wellenlage-Messeinrichtungen (BlocklagerverschleißMessung)
Messort
Blocklager
Messprinzip
Mit Hilfe von Druckmessbolzen werden die Zug- und Druckspannungen in den Haltestangen des Blocklagers gemessen.
Aufbau
Die Druckmessbolzen sind in den Schubstangen eingebaut. Die
Messeinrichtung ist mit Steckkarten in 19"-Rahmen in einem
Schrank zusammen mit anderen Messeinrichtungen untergebracht.
• Geber
Messort
Zwischenlager I
Messprinzip
Das Messprinzip für die Überwachung der Wellenlage im Blocklager ist gleich dem Messprinzip für Wellenschwingung, jedoch
als statische Messung angewendet.
• Messumformer
Verwendung
Analog
Aufbau
Relativdehnungs-Messeinrichtung
Verwendung
Analog
Binär
22
Ausgang 4-20 mA, >> -2 +1 mm
Grenzwerte für Alarm ± und für
Turbinenschutz ± werden im
Arbeitsstrom-Schutzsystem
(AE 4012) gebildet
Ausgang 4-20 mA, >> ± 400 kN
Aufgaben des Turbinenschutzes
Der Turbinenschutz erfasst alle Kriterien, die zu einer Schädigung
von Menschen und Maschine führen können. Überschreitet eines
der Kriterien einen zulässigen Grenzwert, so unterbricht der
Turbinenschutz den Turbinenbetrieb.
Entsprechend der Einteilung in Kriteriengruppen für Schutzkriterien
(VGB-Broschüre VBG R-103-M "Überwachungs-, Sicherheits- und
Kriteriengruppe
Benennung
Auslösewert
Schutzeinrichtungen an Dampfturbinenanlagen") berücksichtigt der
Turbinenschutz durch seine Struktur die Anforderungen der
Gesamtanlage bezüglich Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit.
Wird der Schutz ausgelöst, schließen alle Schnellschlussventile
(SSV) und alle Regelventile (RV) sowie alle Rückschlagklappen
(RSK).
Verzögert, (s)
Ruhestromsystem (RS)
unverzögert
Drehzahl (Kanal 1)
≥ 110 %
0
Drehzahl (Kanal 2)
≥ 110 %
0
Drehzahl (Kanal 3)
≥ 110 %
0
Not-Aus
0
Arbeitsstromsystem (AS)
2
Kondensatordruck
≥ 250 mbar
0
2
MD-Abdampfdruck
0
3
Dampftemperatur Kondensator
100 °C
2
3
Abdampftemperatur HD-Gehäuse
430 °C
60
Temperatur-Differenz
4
- Frischdampf/HD-Innengehäuse
≤ 0K
2
4
- HD-Innengehäuse o./u.
≥ 40 K
2
4
- MD-Innengehäuse o. / u.
≥ 40 K
2
Wellenlage
2
Wellenposition (Drucklager)
> 0,7 mm
0
2
Wellenposition (Drucklager)
< -1,7 mm
0
Relativdehnung
3
- HD vorn
≥ max.
2
3
- ND 1 vorn
≥ max.
2
3
- ND 2 hinten
≥ max.
2
Wellenschwingungen (Resultierende aus x, y)
3
- HD vorn
≥ 100 µm
2
3
- MD vorn
≥ 100 µm
2
3
- ND 1 vorn
≥ 100 µm
2
3
- ND 2 vorn
≥ 100 µm
2
3
- ND 3 vorn
≥ 100 µm
2
3
- Gen. TS
≥ 100 µm
2
3
- Gen. ES
≥ 100 µm
2
Lageröldruck
< 1,2 bar
0
2
3
- Traglager 1
≥ max.
2
3
- Drucklager vorn
≥ max.
2
3
- Drucklager hinten
≥ max.
2
3
- Traglager 2
≥ max.
2
3
- Traglager 3
≥ max.
2
3
- Traglager 4
≥ max.
2
3
- Traglager 5
≥ max.
2
3
- Traglager 6
≥ max.
2
3
- Traglager 7
≥ max.
2
3
- Traglager 7
≥ max.
2
3
- Traglager 8
≥ max.
2
3
- Traglager 9
≥ max.
2
3
- Traglager 10
≥ max.
2
3
- Traglager Generator TS
≥ max.
2
3
- Traglager Generator ES
≥ max.
2
3
- Traglager Erreger
≥ max.
2
FG-Automatik
2
Not-Aus-Leitstand
0
2
Not-Aus vor Ort
0
2
Brandschutz
0
2
Dampferzeugerschutz
0
2
Generatorschutz technologisch
0
2
Generatorschutz elektrisch
0
Legende zur Tabelle
Kriteriengruppe
Schutzlevel
1
Turbinenüberdrehzahlschutz
2
Fundamentalschutz
3
erweiterter Schutz mit verzögerter Auslösung
4
erweiterter Schutz mit verzögerter Auslösung
1
1
1
1
Bemerkungen
Ruhestrom/Failsafe
Ruhestrom/Failsafe
Ruhestrom/Failsafe
Ruhestrom/Failsafe
Bei Turbinen mit Drosselklappen
FD-Temperaturtransient
Auslösung für beide Schubrichtungen
Auslösung für beide Schubrichtungen
bzw. letzte ND-Flut
beim dritten ND-Teil
Tabelle der möglichen Schutz-Auslösekriterien und beispielhaften Auslösewerten (VGB R-103-M) für den Turbinenschutz
23
Die Verarbeitungslogik und die Drehzahlwächter auf der Baugruppe sind durch eine Fail-Safe-Schaltungslogik realisiert. Zur
Erhöhung von Sicherheit und Verfügbarkeit werden die DW-Baugruppen zu einer 2v3-Ruhestrom-Struktur verknüpft. Fehlauslösungen werden damit vermieden.
Die Auslösesignale der DW-Baugruppen sind puls-weiter-modulierte Signale (PWM), die an 3x 2-Magnetventile auf einem
zentralen hydraulischen 2v3-Schutzblock weitergeleitet werden.
Turbinenschutz-Ausführungsvarianten
Turbinenschutz als Ersatz des hydraulischen
Überdrehzahlschutz
(Retrofit einer bestehenden Anlage)
Soll ein bestehender hydraulisch arbeitender Turbinen-Überdrehzahlschutz modernisiert werden, kann dies kostengünstig durch
eine Kombination von neuen Sensoren, elektronischer Aufbereitung
und Verarbeitung sowie einem zentralen 2v3-Hydraulik-Schutzblock, welcher in das bestehende Hydrauliksystem integriert wird,
realisiert werden.
Besondere Spezifikationsmerkmale der DW-Baugruppen
Aufbau
Der Drehzahlwächter ist eine hoch integrierte Elektronik-Baugruppe im Doppeleuropa-Format. Die Drehzahlüberwachung, der
Logikteil und wichtige Funktionseinheiten sind in 2v3-Struktur
realisiert. Durch die Verwendung von SMD-Bauteilen konnte
jeder Kanal redundant und autark aufgebaut werden.
Alle binären Eingänge sind überspannungsfest und über Optokoppler getrennt. Die binären Ausgänge sind kurzschlussfest und
rückwirkungsfrei.
Die Frontplatte zeigt Betriebszustände und Störungen an. Wichtige
Parameter können über 2 mm Büschelstecker angemessen werden.
Mit einem Schlüsselschalter oder einem Binäreingang kann die
elektrische Überdrehzahl-Auslösung auch bei Turbinendrehzahlen
< 3300 min-1 eingeleitet werden.
Mögliche Auslösewerte liegen bei:
750 min-1
1500 min-1
3000 min-1
3300 min-1
Beim Aufbau des Schutzsystemes ist den unterschiedlichen
Anforderungen an Sicherheit der Auslösung und Verfügbarkeit in
jedem Bereich des Gesamtsystems
• Erfassung
• Verarbeitung
• Auslösung
Rechnung zu tragen.
Ruhestrom-Schutzsystem (RS-Turbinenschutz)
Nach VGB R-103-M gehören zu dieser Kriteriengruppe die
Überdrehzahl-Überwachung und die Not-Aus-Schalter.
Überdrehzahlschutz 2v3
Die in den Vorverstärkern entkoppelten Signale der 3 Impulsaufnehmer werden 3 unabhängigen DW-Baugruppen zugeführt.
Auf jeder DW-Baugruppe wird die Turbinendrehzahl von jeweils
3 Drehzahlwächtern auf Unter- und Überdrehzahl (<3 min-1,
>3300 min-1 ) überwacht.
GeneratorSchutz
Schutzkriterien und Lauf¸berwachung
+L1
C
>1
=
>
=1
2v3
#
C
>
=1
>1
=
#
>1
=
>1
=
2v3
+L2
C
Turbinenwelle
2v3
Turbinenregler
(Master)
ASSchutz 1
>1
=
AS-Schutzsystem
ASSchutz 2
ASSchutz 3
>1
=
Turbinenregler
(Slave)
>1
=
+L3
SUB-NET
AS-Schutz (‹bertragung in Ruhestrom)
# Durch Permutation erfolgt die 2 v 3 Signalverknüpfung kriterienspezifisch
Quarzvergleich
DW
DW
DW
Quarzvergleich
DW
DW
DW
Quarzvergleich
DW
DW
DW
von FG Turbinensteuerung
24V +L1
24V +L2
24V +L3
&
&
2v3
&
t 0
RS
RS
AS
RS
&
&
AS
AS
RS
RS
AS
RS
&
t 0
AS
AS
RS
RS
&
2v3
&
AS
RS
&
t 0
AS
AS
Test Programm
Drehzahlwächter
&
2v3
&
&
Turbine einklinken
>3 Umdrehungen min-1
Turbinenschutz
Handauslösung
2 von 3
LSN24
Fail-Safe
Ruhestromschutz
DW-Modul 1
Fail-Safe
Ruhestromschutz
DW-Modul 2
#
Fail-Safe
Ruhestromschutz
DW-Modul 3
#
#
Not-Aus Schalter
(Turbinenschnellschluss)
hydraulische
Schutzsensoren
Pi hydraulische
Schutzauslösung
Sitzventile
Impulsöl Pi
Kanal 1
P
Sitzventile
Hydraulischer 2 v 3 Schutzblock
Test Programm
hydraulische
Auslösung
Kanal 2
P
Kanal 3
Übersicht des Turbinenschutzes (AS) mit dem unterlagerten Turbinenschutz (RS)
24
Sitzventile
P
Steueröl
Arbeitsweise
Die Trubinendrehzahl, gemessen über 3 Aufnehmer an der
Turbinenwelle, wird an 3 autarken Phasenkomparatoren mit
der zulässigen
Maximaldrehzahl f max und
Minimaldrehzal f min
verglichen.
Übersteigt, bzw. unterschreitet die Turbinendrehzahl den Aulösegrenzwert, so kippt der Phasenkomparator. Zeigen 2 der 3 Phasenkomparatoren einer Baugruppe eine Über- oder Unterschreitung
der Grenzdrehzahlen an, so wird die 3-kanalige, im RS arbeitende
Auslösekette abgesteuert. Ein nachgeschaltetes zentrales bzw.
dezentrales Magnetventil bzw. eine Magnetventil-Ansteuerbaugruppe (ANS MV) löst ein Sitzventil aus, welches seinerseits
den Schutzöldruck absteuert.
Die Max/Min-Drehzahlerkennung wird aus einer Referenzfrequenz
abgeleitet, jede DW-Baugruppe erzeugt sich diese Referenzfrequenz
selbst. Bilden 2 oder 3 DW-Baugruppen eine Schutzeinheit, übernimmt die erste DW-Baugruppe dabei die Aufgabe der Führungskarte. Alle nachfolgenden DW-Baugruppen synchronisieren sich
auf die Referenzfrequenz dieser Führungskarte.
Die DW-Baugruppen sind mit einer elektrischen ÜberdrehzahlTestfunktion ausgestattet.
Über den Schlüsselschalter auf der Frontplatte wird der jeweiligen
DW-Baugruppe eine Überdrehzahl-Grenzwert vorgegeben.
Obwohl die tatsächliche Turbinendrehzahl keine Auslösung fordert,
erkennt die DW-Baugruppe daraufhin eine “Test-Überdrehzahl”
und löst den Schutz aus. Mit dieser Einrichtung kann während des
Hochfahrens der Turbine der gesamte Überdrehzahlschutz scharf
getestet werden. Der Zeitbedarf und die mechanische Belastung
der Turbine sind minimiert.
Um alle Schutzkanäle auszulösen, muss der Schlüsselschalter auf
der DW-Führungskarte betätigt werden. Wird der Schlüsselschalter
der zweiten DW-Baugruppe betätigt, so wird nur mit der zweiten
und aller folgenden DW-Karten der scharfe Überdrehzahltest
durchgeführt.
Das elektrische Auslösesignal der DW-Baugruppe wird zur Reduzierung der Verlustleistung der Magnetspule durch PW-Modulation
so geregelt, dass die Verlustleistung an der Magnetspule erheblich
reduziert. Der sich durch das PWM-Signal einstellende mittlere
Strom weist einen genügend großen Abstand zum minimalen
Haltestrom des Magnetventils auf. Außerdem wird die Entregungszeit (Remanenz des Magneten) im Auslösefall auf ein Minimum
reduziert. Die Stromregelung erlaubt darüber hinaus auch die
Überwachung des in Ruhestrom betriebenen Leistungstransistors.
Es wird kontinuierlich überwacht, ob der Leistungsschalter in der
Lage ist, den Strom bei Anforderung durch den Turbinenschutz so
abzusteuern, dass der minimale Haltestrom des MV sicher unterschritten werden kann. Bahnt sich ein blockierender Fehler an, so
löst sich die Schutzkette selbständig aus.
Der zuvor beschriebene Aufbau der DW-Baugruppen ermöglicht
einen in seinen Sicherheits-, Diagnose- und Betriebseigenschaften
dem konventionellen rein hydraulischen Schutz, weit überlegenen
Turbinenschutz.
• Über den AS- (Arbeitsstrom) Eingang kann der Turbinenschutz
unverzögert oder verzögert angeregt werden.
• Die DW-Baugruppe steuert über ein PWM-RS-Signal das MV an.
Die Verlustleistung am MV wird mittels PWM-Ansteuerung um
30-70% reduziert. Die Verfügbarkeit und Lebensdauer wird stark
erhöht, die Reaktionszeit des Ventiles merklich verkürzt.
• Die Echzeiterfassung des Stromes erlaubt bei jedem Schaltvorgang des Stromreglers die Überwachung des Null-Durchganges
des Leistungsschalters und damit sein Schaltvermögen auf
Stromunterbrechung kontinuierlich zu überwachen.
• Mit einer internen Überwachung wichtiger Funktionsbereiche
werden vorhandene Fehler erkannt und gemeldet, bei anbahnenden blockierenden Fehlern wird die DW-Baugruppe selbständig
in einen sicheren Betriebszustand gefahren (optional).
• Über einen auf der Frontplatte der DW-Baugruppen angebrachten
Schlüsselschalter läßt sich die elektrische Überdrehzahlauslösung
durchführen.
Die dreifach vorhandenen Ruhestrommodule (DW-Module) mit
integrierten Drehzahlwächtern steuern die Sitzventile des
hydraulischen 2v3-Schutzblockes. Diese Sitzventile pilotieren
6 in 2v3-Logik verschaltete Cartridgeventile.
Schutzblock für Zentralhydraulik
Über ein Zweiblendensystem wird der Raum zwischen zwei
zusammengehörigen Cartridgeventilen gespeist und der sich etwa
auf halben Betriebsdruck einstellende Zwischenwert mittels DruckMessumformer überwacht. Im Normalbetrieb können so Leckagen
der Cartridgeventile kontinuierlich überwacht werden. Überschreitet
die Turbinendrehzahl die Auslösedrehzahl, wird der Ausgang des
Drehzahlwächters spannungslos und über die interne Ruhestromschaltung der DW-Module wird das nachgeschaltete Auslösemagnetventil stromlos. Bei Ansprechen von mehr als einem
DW-Modul erfolgt im hydraulischen 2v3-Auslöseblock der
Druckabbau im Schutzimpulsfluidkreis.
Als Stellglieder des Schutzsystems dienen die Schnellschlussventile (SSV) und die Regelventile (RV) der Turbine. Jedes Ventil
(SSV) wird über einen eigenen federbelasteten Servomotor
betätigt, welcher zentral über den oben erwähnten hydraulischen
2v3-Auslöseblock angesteuert wird.
Bei Schnellschlussauslösung schließen die Servomotoren durch
das Druckloswerden des zentralen Impulsölstranges. Das
Schließen der SSV durch die Servomotoren erfolgt im Auslösefall
in ca. 150 ms.
Im Schnellschlussfall werden auch die Regelventile RV durch
Öffnen eines Cartridge-Ventiles, welches durch den zentralen
Impulsölstrang pilotiert wird, geschlossen.
Kanal 1
I P
Merkmale
• Die Turbinendrehzahl wird 3-kanalig in 2v3-Logik überwacht.
Jeder Kanal ist autark aufgebaut und kann über ein Prüfprogramm zyklisch und benutzerdefiniert geprüft werden.
• Mittels Prüfprogramm läßt sich die Funktionalität der DW-Baugruppe überprüfen. Man unterscheidet 3 Prüfprogramme
1. Test Turbinenschutz DW
2. Test Turbinenschutz elektrische Auslöseeinrichtung
3. Test Turbinenschutz Dampfventil (SSV)
• Eine interne Testabwurfeinrichtung bricht die extern angelegten
Prüfprogramme im Störfall einer DW-Baugruppe selbständig ab.
Kanal 2
Kanal 3
I P
I P
po
pi
Hydraulischer 2v3-Schutzblock (Betriebsstellung) für die sichere
elektrohydraulische Umsetzung der Ruhestrom-Schutzauslösung
sowie der Möglichkeit der Überwachung und Prüfung der
hydraulischen 2v3-Schutzfunktion
25
Arbeitsstrom-Schutzsystem (AS-Turbinenschutz)
Kriterien der Klasse 2 bis 4 werden in einem Arbeitsstromschutzsystem (AS) überwacht, welches dem festverdrahteten
Ruhestromsystem (RS) überlagert ist. Die Schutzketten des
Arbeitsstromsystems sind zwei- oder dreikanalig ausgeführt. Die
Signale von Sensoren und Messumformern der Turbine werden im
Leittechnikschrank aufbereitet. Die Grenzwertbildung und Binärsignalverarbeitung erfolgt dabei auf drei unabhängig arbeitenden
Prozessorbaugruppen.
Das Arbeitsstromsystem des Turbinenschutzes besteht aus
folgenden Komponenten:
• Analog-Signal-Aufbereitung
• Binär-Signal-Aufbereitung
• Prozessorgruppen für die Verknüpfungslogik
Alle für den Turbinenschutz erforderlichen analogen Messgrößen
sind in einer Analog-Signal-Aufbereitung zusammengefasst.
Verfahrenstechnisch redundante Messungen werden auf
unabhängigen Prozessoren und Aufbereitungsbaugruppen
kanalweise zusammengefasst.
SUB-NET übertragenen Signale vor Einfügen in die 2v3-Logik
erneut negiert. Durch die sichere SUB-NET-Übertragung (redundant,
dezentrale, gleichberechtigte, aktive Teilnehmer) ist eine hohe
Sicherheit gegen Fehlauslösungen gewährleistet. Durch Ausfall
eines Prozessbus-Teilnehmers bleibt die Auslöserichtung des
AS-Schutz unberührt, jedoch entfällt die Permutierung, fallen mehrere
Teilnehmer aus, führt dies augenblicklich zur AS-Schutzauslösung
Die Analogsignale und Kriterien stehen zur weiteren Verarbeitung,
z.B. Meldung mit Zeitstempel oder FG-Automatik sowie zur
Archivierung und Anzeige zur Verfügung.
Auslösekriterien
Je nach Ausführung der bestehenden hydraulischen Schutzeinrichtungen sind neben den Hydraulik-Klinken für die ÜberdrehzahlAuslösung auch die Schutzkriterien:
• Lageröldruck
• Vakuum Maschinenkondensator
• Wellenposition im Blocklager
durch hydraulisch arbeitende Geber-Einrichtungen realisiert.
Damit eine höchstmögliche Verfügbarkeit erreicht wird, erhält das
Arbeitsstromsystem eine Doppel-Einspeisung, 24 V DC.
Einzig die Wellenpositionsmessung erfordert im Falle einer Umrüstung auf eine elektronische Messung mechanische Anpassungsarbeiten am Blocklager für die Integration des Mess-Systemes.
Überwachungseinrichtung für das Arbeitsstrom-Schutzsystem
Je nach Maschinenzustand und Betreiberphilosophie erfolgt eine
Umrüstung der rein hydraulischen Geber ganz oder teilweise auf
elektronische Geber und ihre Verarbeitung im AS-Schutzsystem.
Statische Überwachung der Messketten
Die Messketten im Arbeitsstromsystem werden auf folgende Fehler
überwacht, so dass diese nicht unnötig zur Auslösung führen
• Drahtbruch
• Kurzschluss
• Erdschluss
• Spannungsausfall
• Spannungswiederkehr
• Signalüber- oder -unterschreitung
Bei Anstehen eines derartigen Fehlers wird der entsprechende
Grenzwert zwar gebildet, die Auslösung wird jedoch unterdrückt.
Gleichzeitig wird der Fehler durch Generieren einer Meldung
signalisiert, protokolliert und es erfolgt eine Strukturumschaltung
von 2v3 in 1v2 bzw. von 2v2 in 1v1.
Verknüpfungslogik und Permutation der Auslösekriterien
Schnellschluss-Auslösesignale werden je nach Wichtung des
Kriteriums in 2v3- oder 2v2-Logik verarbeitet und zur Auslösung
den DW-Modulen aufgeschaltet. Eine Meldung erfolgt für das
auslösende Kriterium sowie für die Betriebs- und Fehlerzustände.
Eine umfassende Überwachung der Signale und der Baugruppen
fängt Fehler ab und meldet diese.
Zur Vermeidung von Fehlauslösungen des Arbeitsstromschutzes
erfolgt durch Permutation der Schutzkriterien der 3 Schutzkanäle
eine kriterienspezifische 2v3-Verknüpfung.
Damit wird eine Schutzauslösung vermieden, die beispielsweise für
Kanal 1 "Kondensatordruck > max."
Kanal 3 "Wellenschwingung > max."
signalisiert.
Die wichtigsten Schutzkriterien und ihre zulässige Auslöseverzögerung:
Ruhestromsystem (fail safe, 2 v 3), unverzögerte Auslösung
• Drehzahl (Kanal 1-3)
• Not-Aus
Fundamentalschutz (2v3), unverzögerte Auslösung
• HD-Austrittstemperatur (Verzögerung 60 s)
• Kondensatordruck
• Lageröldruck
• Wellenposition am Drucklager
• Endschaufelschutz
• MD-Austrittsdruck (bei Drosselklappen in der Überströmleitung)
Arbeitsstromsystem (1v2), verzögerte Auslösung (2 s)
• Lagertemperaturen
• Dampf- und Gehäusetemperaturen
• Dampfdruck vor Teilturbinen
• Wellenschwingungen (vektoriell)
• Relativdehnung
• externe Kriterien - Generatorschutz, Kesselschutz, Brandschutz
Prüfeinrichtungen Turbinenschutz
Die Prüfprogramme des Turbinenschutzes gestatten eine
Funktionsprüfung der
• DW-Module für Überdrehzahl und Sensorausfall
• der Auslöse-Magnetventile (Sitz- und Cartridge-Ventile)
Der Schutz wird nur ausgelöst, wenn in 2 von 3 Kanälen das gleiche
Kriterium die Schutzgrenzen verletzt. Die übrigen Fehlermeldungen
werden signalisiert, dienen der Anlagenüberwachung und können
im Allgemeinen bei laufender Turbine behoben werden.
• der Schnellschluss- und Regelventile
Der Datenaustausch zum Status der Schutzkriterien erfolgt über
den Prozessbus SUB-NET. Dabei werden die Signale an der
Quelle negiert und so quasi als Ruhestromsignal übertragen. Damit
im Nachbarkanal dadurch keine Auslösung erfolgt, werden die vom
Das Prüfen der DW-Module für Drehzahl und des HydraulikSchutzblockes erfolgen durch Anstoßen eines Schrittprogramms
entweder automatisch in regelmäßigen Abständen oder
entsprechend der Betriebsvorschrift manuell von der Warte.
26
während des laufenden Betriebes, wobei der Schutz der Turbine
ohne Unterbrechung gewährleistet ist.
Testprogramm ”Turbinen-Drehzahlwächter”
Durch Simulation wird ein Drehzahlwächter auf einem DW-Modul
im Nennbetrieb zum Auslösen gebracht. Dies geschieht durch
Abschalten der Ist-Drehzahl und Aufschalten eines Drehzahlsignales, das dem Auslösewert +10,1 % entspricht (quarzgenau). Es
erfolgt eine Rückmeldung an das Prüfprogramm. In ähnlicher
Weise wird auch der Ausfall eines Drehzahlsensors mit der kompletten Übertragungsstrecke (Verdrahtung, Vorverstärker) auf
Funktion (unterschreiten der Mindestdehzahl <3 min-1) überprüft.
Aufgrund dieser 2v3-Ruhestromlogik erfolgt der Test ohne Auslösung des 2v3-Hydraulikblockes.
Die Prüfung erfolgt zyklisch während des Turbinenbetriebes. Fehler
können mittels LED-Kriterienanzeige und Schrittnummer direkt am
Elektronikschrank analysiert werden.
Im weiteren Verlauf des Testprogrammes wird auch die Auslösefunktion der nachgeschalteten Ruhestromlogik einschließlich des
elektronischen Leistungsschalters auf Abschaltwirkung geprüft.
Durch die Auslösung des Schutzkanals wird der Schaltausgang
des DW-Moduls stromlos und die beiden zugeordneten Sitzventile
des hydraulischen 2v3-Schutzblockes öffnen.
sinkt auf Null, da über Cartridgeventil 2.2 der Druckraum mit dem
Ablauf verbunden wurde. Nach Beendigung der Kanalprüfung
müssen beide Druck-Messumformer wieder den vorher gemessene
Zwischenwert anzeigen, um sicher zu stellen, dass beide Cartridgeventile sicher geschlossen haben. Dies ist Voraussetzung für die
Freigabe der Schutzprüfung am nächsten Kanal, um eine
Fehlauslösung durch die Prüfung zu verhindern.
"Scharfe" Prüfung Schnellschluss- und Regelventile
Zum echten Testen einer Schnellschluss-/Regelventilkombination
wird durch ein Prüfprogramm zuerst das zugehörige Regelventil
durch den Turbinenregler transientengeführt in 10 %-Schließstellung gesteuert und anschließend durch Betätigen des Prüfventils
am zugehörigen Servomotor eine Auslösung erzwungen. Nach
Abschluss der Auslöse-Prüfung wird zunächst das SSV und
anschließend das RV in Betriebsstellung gebracht.
Absteuerbeschleuniger
pi
Testprogramm des hydraulischen Schutzblockes
Die Prüfung des Hydraulikschutzblockes erfolgt durch ein SchrittProgramm ohne Unterbrechung des Turbinenbetriebs durch
Auslösen eines elektronischen Schalters auf einem DW-Modul und
Überwachen des Verhaltens des hydraulischen 2v3-Schutzblockes.
Das Bild auf Seite 25 zeigt den Schutzblock in Betriebsstellung.
Das Druckniveau aller drei Messumformer an den Verbindungsleitungen von jeweils zwei zusammengehörigen Cartridgeventilen
zeigt einen Mittelwert zwischen Betriebsdruck des Fluidsystems
und dem Ablauf. Wird beispielsweise Schutzkanal 1 zu Testzwecken
ausgelöst (Bild unten), so öffnen die beiden Sitzventile von Kanal 1
und die zugehörigen Cartridgeventile 1.1 und 2.2 öffnen. Der Druck
an Messumformer 1 steigt auf Betriebsniveau, da das System
nunmehr mit dem Schutzimpuls-Fluiddruck (Pi) verbunden ist und
das Cartridgeventil 1.1 geöffnet hat. Der Druck an Messumformer 2
Proportionalventil
für Heizhub
po
P
T
B
A
Ablauf
G
SV-Servomotor
Hydraulikschaltung zur SSV-Prüfung
Überdrehzahlprobe
Kanal 1
Kanal 2
1
I P
1.1
Po
Kanal 3
2
I P
1.2
2.1
3
I P
2.2
3.2
3.1
Die Auslösedrehzahl kann für
eine scharfe Überdrehzahlprobe auf 3000 min-1 (wahlweise auch 1500 min-1 oder
750 min-1) abgesenkt werden.
Daher kann diese während
jedes beliebigen Startvorganges
insbesondere nach Revisionen,
ohne verkürzenden Einfluss auf
die Restlebensdauer des
Turbosatzes in kürzester Zeit
durchgeführt werden.
Da bei der Prüfung der Drehzahlwächter die Auslösedrehzahl exakt ermittelt wird, kann
auf eine Prüfung bei tatsächlicher Überdrehzahl von
3300 min-1 sicher verzichtet
werden.
po
pi
2v3-Hydraulik-Schutzblock in Teststellung
27
Elektronischer Turbinenschutz 2v3 mit dezentraler
hydraulischer Auslösung 1v2
Bei Neuanlagen, oder für den Fall, dass größere Überholungsarbeiten am Hydrauliksystem und den Servomotoren erforderlich
sind, ist ein Turbinenschutz mit dezentraler, hydraulischer Auslösung vorteilhaft und wirtschaftlich.
Dabei ist der grundsätzliche Aufbau, was die Aufbereitung und
Verarbeitung der Schutzkriterien betrifft, dem zuvor beschriebenen
Konzept identisch, erst bei der Umsetzung des Auslösesignals
unterscheidet sich die Realisierung.
Anstelle des zentralen 2v3-Hydraulik-Schutzblockes steuern die
DW-Baugruppen elektronisch Schutzbaugruppen (EAM 15A) an.
Diese sorgen für die jeweils 2-kanalige Unterbrechung der Magnetventil-Steuerspannung, die zur Auslösung der SS-Ventile führt.
Durch entsprechende Verschaltung von 3 gleichen Baugruppen
entsteht eine 2v3-Ruhestrom-Auslöseschaltung für die Abschaltung der 24 V-Leistungssammelschiene, von der die SSV-Magnetventile und ihre jeweilige MV-Stromregeleinheit (ANS-MV) versorgt
werden.
Die Ansteuerung der EAM 15A Schutzbaugruppen erfolgt über die
Ausgänge (NF-Signal) der DW-Baugruppen. Zur kontinuierlichen,
selektiven Prüfung während des Betriebes der 3 Schutzkanäle
verfügen die Baugruppen über Testeingänge, die nach Auslösung
durch eine Funktionsgruppe ”elektrische Auslöseeinrichtung” die
Schutzauslösung des jeweiligen Kanals anregt.
Überwachungskanäle der Baugruppe erzeugen die Rückmeldungen
der Schutzauslösung, die als Weiterschaltkriterien der Funktionsgruppe zur Fortsetzung des Prüfprogrammes dienen. Im Fehlerfall
erfolgt eine Meldung und das zyklische Prüfprogramm stoppt.
Ansteuerung der Magnetventile ANS MV
Handauslösung der Not-Aus-Funktion
Die 3-kanaligen Not-AUS-Schalter in der Warte und vor Ort bewirken im nicht ausgelösten Zustand das Einschalten der 3 Leistungsschütze LNS 24V. Die Kontakte dieser Leistungsschütze versorgen
über eine 2v3-Auswahl die Turbinenleittechnik einschließlich der
Turbinenschnellschussventile und Regelantriebe. Durch diese
2v3-Schaltung ist ein hohes Maß an Sicherheit und Verfügbarkeit
gewährleistet. Der einkanalige Fehler kann während des Betriebes
behoben werden. Bei Auslösen von zwei der drei Kanäle erfolgt die
sichere Abschaltung.
Testprogramme
Neben den bereits beschriebenen Testprogrammen werden
anstelle der Prüfung des entfallenen Hydraulikschutzblockes alle
Bereiche des Turbinenschutzes mit dezentraler, hydraulischer
Auslösung während des Betriebes zyklisch überprüft.
Testprogramm ”elektrische Auslöseeinrichtung”
Dieses Prüfprogramm wird über Handanregung vom Operator oder
automatisch (z.B. täglich) angeregt. Die Fehleranalyse erfolgt
ebenfalls im Elektronikschrank. Die Fehlerbeseitigung kann
ebenfalls wegen des 3-kanaligen Aufbaus während des Betriebes
erfolgen. Die elektrische Schutzeinrichtung erfolgt über die
Leistungsschalter EAM 15A 2v3 und ersetzt vollwertig den bisher
üblichen, aber weitaus aufwendigeren hydraulischen Turbinenschutz.
Testprogramm ”Dampfventile”
Die Prüfung der Gängigkeit der Dampfventile wird vom Operator
oder automatisch angeregt und kann meisst nur im Teillastbereich
der Maschine erfolgen. Dies ist abhängig von der Anzahl und
Anordnung der Schnellschluss- und Regelventile.
Diese Baugruppe dient zur Anschaltung der Magnetventile, die
dezentral für die elektro-/hydraulische Umsetzung einer Schutzauslösung an den SSV- und RV-Antrieben verantwortlich sind.
Zur Erreichung kürzester Abfallzeiten der Magnetventile werden
diese nach dem Anziehen durch Pulsweitenmodulation (PWM) auf
die für das sichere Halten der Magnetventile erforderliche Leistung
zurückgeregelt.
Zur scharfen Schutzprüfung während des Betriebes verfügen die
ANS MV-Baugruppen über Testeingänge.
28
GeneratorSchutz
Schutzkriterien und Laufüberwachung
+L1
C
>
=1
>
=1
2v3
#
C
>
=1
>1
=
#
C
>
=1
>1
=
2v3
+L2
Turbinenwelle
2v3
Turbinen regler
(Master)
ASSchutz 1
>1
=
AS-Schutzsystem
ASSchutz 2
ASSchutz 3
>1
=
Turbinen regler
(Slave)
>1
=
+L3
SUB-NET
AS-Schutz (Übertragung in Ruhestrom)
# Durch Permutation erfolgt die 2 v 3 Signalverknüpfung kriterienspezifisch
Quarzvergleich
DW
DW
Quarzvergleich
DW
DW
DW
Quarzvergleich
DW
DW
DW
DW
&
t 0
Turbine einklinken
>3 Umdrehungen min
&
2v3
&
&
&
2v3
&
t 0
RS
RS
AS
RS
&
&
AS
AS
RS
RS
AS
RS
&
t 0
AS
AS
RS
RS
AS
RS
AS
AS
Test Programm
Drehzahlwächter
&
2v3
&
&
-1
von FG Turbinensteuerung
Fail-Safe
Ruhestromschutz
DW-Modul 1
Turbinenschutz
Handauslösung
2 von 3
LSN24
#
#
Fail-Safe
Ruhestromschutz
DW-Modul 3
#
Elektronische
Abschaltung
Magnetventile
(2v3)
#
#
EAM 15A
Überwachung
Testprogramm
elektrische
Auslöseeinrichtungen
Überwachung
Not-Aus Schalter
(Turbinenschnellschluss)
Überwachung
24V +L1
24V +L2
24V +L3
Fail-Safe
Ruhestromschutz
DW-Modul 2
#
#
EAM 15A
#
#
EAM 15A
Leistungssammelschiene 24V Test Programm
SSV und RV
Ansteuerung
Magnetventile
(Stromregler)
Test
Test
Test
Test
ANS-MV
ANS-MV
ANS-MV
ANS-MV
SSV 1
Kanal 1
SSV 1
Kanal 2
MV
SSV n
Kanal 1
SSV n
Kanal 2
MV
MV
G
SSV-Servomotor
MV
G
SSV-Servomotor
Elektronischer Turbinenschutz 2 v 3 mit dezentraler hydraulischer Auslösung 1 v 2
29
Zur Beherrschung und für den sicheren Betrieb der Turbine sind
die Turbinenhilfseinrichtungen neben der Turbinen-Drehzahl/-Leistungsregelung von besonderer Bedeutung.
Zu den Hauptaufgaben zählen üblicherweise:
• Wellendichtdampf-Druckregelung
• Wellendichtdampf-Temperaturregelung
• Lageröl-Temperaturregelung als Ölmengen-Regelung
• Lageröl-Temperaturregelung als Kühlwasser-Mengenregelung
• Steuerfluid-Temperaturregelung
• Kondensator-Niveauregelung
• Kondensator-Mindestmengenregelung
• MD-Umleitregelung mit Druck- und Einspritzregelung
• Generator-Hilfsregelkreise
• Kondensatstau-Regelung
Kessellast
p -
SW
z. MDU1
-Führung
HDU
P
Hilfsdampf
M
M
Lageröl
M
HD
DE
MD/ND
G
SSV1
MDU1
SSV2
MDU2
EHU
Steuerfluid
SSV1
P
SSV2
F
Mako
Abkürzungen:
L
M
F
- Durchfluss
L
- Höhenstand
MDU - Mitteldruck Umformer
PV/G - Druck ( Vor-, Gegen- )
PGG - Grenz-Gegendruck
SSV - Schnellschlussventil
Einspritzwasser
- Messumformer
F
-Verarbeitung
F
M
- Sollwert
S
- Teil-, Untergruppensteuerung
#
- Verknüpfungen
M
z. SpW-Beh
Übersicht der Turbinenhilfsregelkreise
30
M
EHU
pV/G
Wellendichtdampf-Druckregelung
Auf
+
-
Zu
S
S
Einspritzwasser
+
P
T
#
#
#
S
Steuerklappe
ÜberströmM
M
P
T
Hilfs-/MD-Dampf
Dichtdampfkühler
WellendichtdampfTemperaturregelung
MD / ND
HD
Abkürzungen:
EHU
F
L
MDU
P V/G
P GG
SSV
#
#
#
M
-
- Elektrohydraul. Umsetzer
- Durchfluss
- Höhenstand
- Mitteldruck Umformer
- Druck ( Vor-, Gegen- )
- Grenz-Gegendruck
- Schnellschlussventil
- Messumformer
- Verarbeitung
#
- Verknüpfungen
- Sollwert
Wellendichtdampf-, Druck- und Temperatur-Regelung
+
Kühlwasser
T
S
Die Regeleinrichtung hat die
Aufgabe, den Dampfdruck im
Dichtdampfsystem, in dem sowohl Dampfmangel als auch
-überschuß entstehen kann, auf
einen geringen einstellbaren
Überdruck von ca. +15 mbar
konstant zu halten, durch Zuleiten von Sperrdampf mit einem
überkritisch arbeitenden Dichtdampf-Druck-Regelventil. Im
Falle von Dampfüberschuß soll
eine weit unterkritisch arbeitende Überström-Steuerklappe so
viel Dampf mehr ableiten, dass
das Dichtdampf-Druck-Regelventil mit geringem Hub im
Regeleingriff bleibt und die
Sperrdampf-Zuleitung warm
hält.
Es ist Aufgabe der TemperaturRegeleinrichtung durch Zuleiten
entsprechender Kondensatmengen zu den Zerstäuberdüsen des Dichtdampfkühlers, den
vom Dichtdampf-Druck-Regelventil oder den Wellen- und
Spindeldichtungen mit lastabhängig unterschiedlich hoher
Mischtemperatur kommenden
Dampf mit konstant niedriger
Temperatur (ca. 150 °C) den
ND-Wellendichtungen zuströmen zu lassen.
Lageröl-Temperaturregelung als Ölmengen-Regelung
-
Ölseitige Regelung
Die Regelung hat die Aufgabe, durch Änderung der Öldurchflußmenge die Lageröltemperatur auf einem eingestellten Wert zu halten.
#
#
Lageröl-Temperaturregelung als Kühlwasser-Mengenregelung
M
T
Lageröl
- Messumformer
S
- Verarbeitung
#
- Verknüpfungen
Die Regelung hat alternativ zu vorstehendem Prinzip die Aufgabe,
durch Änderung der Kühlwassermenge die Lageröltemperatur auf
einen eingestellten Wert zu halten.
- Sollwert
Lageröl-Temperatur-Regelung als Ölmengen-Regelung
31
Steuerfluid-Temperaturregelung
+
T
-
Die Regelung hat die Aufgabe, durch Änderung der Kühlwassermenge die Steuerfluid-Temperatur auf einem eingestellten Wert zu
halten.
K
+
-
S
#
S
X
#
#
#
M
T
T
Steuerfluid
Heizung
Kühlwasser
- Messumformer
Abkürzungen:
-Verarbeitung
F
- Durchfluss
L
- Höhenstand
P V/G - Druck ( Vor-, Gegen- )
P GG - Grenz-Gegendruck
Kondensator-Niveauregelung
Die Regelung hat die Aufgabe, den Wasserstand im Kondensator
konstant zu halten.
- Sollwert
#
- Verknüpfungen
Steuerfluid-Temperatur-Regelung
Kondensator-Mindestmengenregelung
In Abhängigkeit von der Anzahl der im Betrieb befindlichen
Kondensatpumpen ist ein Kondensatmindestmengendurchsatz
zu gewährleisten.
von der Turbine
Abkürzungen:
L
+
L
+
-
-
+
F
- Durchfluss
L
- Höhenstand
P V/G - Druck ( Vor-, Gegen- )
P GG - Grenz-Gegendruck
+
- Messumformer
F
K
S
- Regelkreis/SignalVerarbeitung
X
S
#
- Sollwert
#
#
#
M
F
Kond. Pumpe
MindestmengenRegler
Makro-Höhenstands-Regler
M
z. SpW. Behälter
Kondensat-Mindestmengen-Regelung
32
S
#
- Verknüpfungen
Fahrweise der HD-Umleitstation (HDU)
Anfahrbetrieb
Die HDU hat die Aufgabe, beim Anfahren die erzeugte Dampfmenge solange an der Turbine vorbei zur kalten ZUE zu leiten, bis
die erforderlichen Parameter Druck, Temperatur und Dampfqualität
zum Anstossen der Turbine erfüllt sind und die vom Kessel erzeugte Dampfmenge von der Turbine voll übernommen werden kann.
Dabei muss ständig eine ausreichende Kühlung der HD- und ZUEHeizflächen gewährleistet sein. Weiterhin müssen die zulässigen
Druck- und Temperaturänderungsgeschindigkeiten des Kessels
berücksichtigt werden.
Es wird zwischen Kalt-, Warm- und Heissstart unterschieden,
wobei die Steuerung der Ventile sowie die Mindestöffnung bei
jedem Anfahren von den vorliegenden Parametern des Kessels
abhängt.
+
Lastführung
-
PFD
SWF
mit gleitender
Druckkennlinie
s. Diagramm
F
+
max
+
-
+
-
X
X
MAX
h
DE
P
MIN
T
Anfahren/Betrieb
F
Ablöseschaltung
Im Normalbetrieb mit Turbine ist die HDU geschlossen. Sie greift
erst ein, wenn bei Betriebsstörungen der Turbine ein unzulässig
hoher Druck im Dampferzeuger entsteht. In diesem Fall öffnet sie
und regelt den FD-Druck auf den vorgegebenen lastabhängigen
Sollwert.
Die "Gleitende Absicherung" bietet den Vorteil, dass der ansteigende Frischdampfdruck schon vor dem Erreichen des Berechnungsdruckes abgefangen werden kann.
Das ist besonders im Teillastbereich notwendig, da bei einem
Turbinenschnellschluss der Vorgang des Druckanstauens, von der
Auslösung bis zum Erreichen des Ansprechdruckes des Dampfprüfstockes (Genehmigungsdruck), je nach Kessellast, mehrere
Minuten erfordern kann. Während dieser Zeit wären bei einer nicht
gleitenden Absicherung die Überhitzerheizflächen nicht ausreichend
gekühlt bzw. ungekühlt der Beheizung ausgesetzt.
Eine gleitende Druckabsicherung schafft die Öffnungskriterien für
die HDU, die parallel, oberhalb der modifizierten Gleitdruckkennlinie,
verlaufen.
Die HDU öffnet je nach erreichtem Systemdruck im Regelgang
(Stellzeit ca. 30 sek) oder im Schnellgang (Stellzeit ca. 5 sek). Im
Sicherheitsfall, d.h. bei Erreichen des Genehmigungsdruckes und
bei einer betrieblichen Ansteuerung des Sicherheitsganges öffnet
die Armatur mit einer Stellzeit von < 2 sek.
G
HD
X
Vorsteuerung
KZÜ
F
h=Enthalpie
F
T
h
P
Die Drucksollwerte für ein Öffnen der HDU im Regelgang bzw. im
Schnellgang werden entsprechend der Kessellast mit einem
Gradienten nachgeführt.
Für den Normalbetrieb wird die jeweilige Temperatur der KZÜ
abgespeichert und im Falle eines plötzlichen Umleitbetriebes als
Sollwert für die Dampftemperatur hinter HDU verwendet.
33
200
Druckkennlinie der HDUmleitstation als Beispiel
180
Sicherheitsgang
170
Überhitzer Austritt
Schnellöffnungsgang
Turbinen-Einlassventil
Druck [bar abs.]
Ab einer spezifischen HDUDampfleistung wirkt zusätzlich
zu der normalen Temperaturregelung eine Vorsteuerung auf
die HDU Einspritzung, um
sicherzustellen, dass bereits
beim Öffnen der HDU die
geforderte KZÜ-Temperatur
erreicht wird.
Das Vorsteuersignal wird in
Abhängigkeit der HDU-Stellung,
der Dampfleistung und der
Temperaturdifferenz zwischen
FD-Temperatur und KZÜ-Sollwerttemperatur gebildet. Die
Begrenzung der Dampftemperatur hinter HDU nach unten
beträgt 20 °K über der jeweiligen Siedetemperatur.
Sicherheitsfunktion. Auslegungsdruck 190 bar ü
190
Vorsteuerung HDU-Einspritzung
160
Regelgang
150
140
130
120
Gleitdruck-Regelung
110
100
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Kessellast in %
Gleitdruck-Kennlinien der HDU-Station
Abfahren
Beim Abfahren wird zunächst die Kessellast bis in den Umwälzbetrieb abgesenkt und dann die Turbine abgeschaltet. Die HDU
öffnet und regelt den erforderlichen Dampfdruck von ca. 120 bar.
Mit "Feuer aus" wird auch die HDU geschlossen, um den Kessel
auf einem möglichst hohen Druckniveau zu halten. Eine eventuell
erforderliche Druckabsenkung vor erneutem Anfahren der Anlage
erfolgt mit der HDU. Die Druckabsenkung wird gezielt durch
Vorgabe eines Gradienten und Zielsollwertes eingeleitet.
Die gleitende Druckabsicherung ist nur bei "Feuer EIN" aktiv. Ein
Überschreiten der gemäß Diagrammbeispiel hinterlegten modifizierten Gleitdruckkennlinie, um mehr als ca. 8 bar, bewirkt eine
Öffnung der Ventile durch den Regelgang.
Ein Überschreiten der Gleitdruckkennlinie um mehr als ca. 12 bar
bewirkt eine Schnellöffnung mit anschließender Druckregelung,
entsprechend der Druckkennlinie.
Überschreitet der Druck die Schnellöffnungskennlinie um mehr als
5 bar, bewirkt das eine betriebliche Ansteuerung des Sicherheitsganges mit anschließender Druckregelung, entsprechend der
Gleitdruckkennlinie.
Stillstand
Die HDU´s bleiben nach FEUER - AUS geschlossen.
Liegt der Druck am HD-Austritt beim Wiederanfahren oberhalb des
maximalen Anfahrdruckes wird der Druck mittels HDU gradientengeführt abgesenkt. Liegt der Druck am HD Austritt unterhalb des
maximalen Anfahrdruckes, wird keine Druckabsenkung vorgenommen; die HDU öffnet erst, wenn nach FEUER-EIN ein Druckanstieg
zu verzeichnen ist.
Kaltfahren des Kessels
Soll der Kessel kaltgefahren werden (z.B. für eine Reparatur), wird
er über die HDU drucklos gefahren (Gradient: ca. 3 bar / min).
Sicherheitsfall
Bei Erreichen des Auslösedruckes von 190 barü sprechen die
Druckschalter des Dampfprüfstockes an. Eine Auslösung erfolgt,
wenn einer von drei Druckschaltern angesprochen hat. Bei 2-strängigen Anlagen öffnen jeweils beide HD-Umleitstationen.
Bei Erreichen des Rückschaltdruckes von ca. 188 barü an allen drei
Druckschaltern, wird das Öffnungssignal der Druckschalter aufgehoben. Die Armaturen schließen bzw. die Regelung übernimmt die
Aufgabe der Druckhaltung.
Turbinenschnellschluss
Bei einem Turbinenschnellschluss (Netzbetrieb) werden die HDU´s
direkt angesteuert. Aktivierung der Schnellöffnung mit anschließendem Druckregeln entsprechend der Druckkennlinie.
34
Inselbetrieb
Bei einem Lastabwurf werden die HDU´s bei Dampfleistungen
>...% in Abhängigkeit der abgeworfenen Leistung direkt angesteuert.
Ausgangszustand des Kessels vor Beginn eines Volllastabwurfes
(Beispiel)
Kessel-Austritt über HDU zur Turbine ZUE-Eintritt
Massenstrom [t/h] 1068
0
1068
922,4
Druck [barü]
172,5
172,5
165,7
40,3
Temperatur [°C]
540
540
538
333,5
Zustand des Kessels im stationären Inselbetrieb bei 40 % Dampfleistung und ca. 8 % elektrischer Leistung
HD-Austritt
Massenstrom [t/h] 415
Druck [barü]
136,8
Temperatur [°C]
540
über HDU zur Turbine ZUE-Eintritt
299
116
337,1
136,8
135,5
10,3
540
538
340
Enthalpie-Regelung der HDU-Austrittstemperatur
Der Energieinhalt des Frischdampfes wird aus den Dampfparametern Druck und Temperatur
abgeleitet.
.
Die Sollwertbildung ( msoll) des Einspritzwasser-Mengenreglers
wird durch eine Energiebilanz aus Frischdampf und gewünschtem
Temperaturgefälle über HDU und Enthalpie des Kühlwassers
gebildet.
Fahrweise der MD/NDUmleitstationen (MDU)
SW-Führung
v. Kessellast
Drucksollwert
(heiße Zü)
Im Normalbetrieb mit Turbine
sind die MDU geschlossen. Ein
gesteuerter Eingriff der MDU
erfolgt erst, wenn bei Betriebsstörungen und "Feuer EIN" ein
unzulässig hoher Druck ansteht.
In diesem Fall öffnen sie und
regeln den Druck der heißen ZÜ
auf den vorgegebenen lastabhängigen Sollwert.
S
NF
N
X
N
W
SW
Hand
SW
W
+
+
-
-
-
+
+
-
HD
MAX
MAX
Zü
#
S
#
S
"N"
"N"
P
#
#
P
+
-
-
+
#
#
#
MD/ND
#
G
MDU1
MDU2
EHU
EHU
Steuerfluid
P
Max
Sicherheitsfall
0
Steuerfluid
P
SSV1/SSV2
SSV1/SSV2
Der Drucksollwert für ein Öffnen
der MDU wird entsprechend der
Kessellast nachgeführt.
Bei Erreichen des Auslösedruckes von 44 barü sprechen
die Druckschalter des Dampfprüfstockes an. Eine Auslösung
erfolgt, wenn einer von drei
Druckschaltern angesprochen
hat.
Bei Erreichen des Rückschaltdruckes von ca. 42 barü an allen
drei Druckschaltern werden die
Armaturen geschlossen bzw.
die Regelung übernimmt die
Aufgabe der Druckhaltung.
W
PGG
+
-
-
+
0
Max
Die gleitende Druckabsicherung
liefert das Öffnungskriterium der
MDU. Sie verläuft ab ca. 60%
Kessellast parallel oberhalb der
Gleitdruckkennlinie und ist
aktiviert mit "Feuer EIN".
X
Block
An- Abfahren
NF
W
Auto
-dp/dt
-pMAX
-pMIN
Absicherung des Zwischenüberhitzers ZÜ
Die "Gleitende Absicherung"
bietet den Vorteil, dass der
ansteigende ZÜ-Druck schon
vor Erreichen des Auslegungsdruckes abgefangen werden
kann.
Das ist besonders im Teillastbereich notwendig, da bei einem
Turbinenschnellschluss der
Vorgang des Druckanstauens,
von der Auslösung bis zum
Erreichen des Ansprechdruckes
des Dampfprüfstockes
(Genehmigungsdruck), je nach
Kessellast, mehrere Minuten
erfordern kann.
Während dieser Zeit wären bei
einer nicht gleitenden Absicherung die Überhitzerheizflächen
nicht ausreichend gekühlt bzw.
ungekühlt der Beheizung
ausgesetzt.
#
+
+
Abkürzungen:
F
- Durchfluss
L
- Höhenstand
PV/G - Druck ( Vor-, Gegen- )
PGG - Grenz-Gegendruck
- Messumformer
S
-Verarbeitung
#
- Verknüpfungen
- Sollwert
MDU-Vordruckregelung
35
Druckhaltung
Bei der Druckhaltung kann keine Feinstregelung erwartet werden.
Erreicht der Druck die Regelkurve, so öffnen die Ventile auf eine
Mindestöffnung. Bei einem weiteren Druckanstieg vergrößert sich
die Öffnungsstellung entsprechend.
Sinkt der Druck auf einen Wert unterhalb der Öffnungskennlinie, so
werden die Ventile geschlossen. Die Schließdruckdifferenz soll
nicht mehr als ca. 2 bar betragen.
Die gleitende Druckabsicherung
ist nur bei "Feuer EIN" aktiv. Ein
Überschreiten der im Diagramm
dargestellten Gleitdruckkennlinie bewirkt eine Öffnung der
Ventile mit anschließender
Druckregelung.
60
50
Auslegungsdruck 47,5 barü
Druck [bar abs.]
Sicherheitsfunktion 44 barü
40
Temperatur hinter der MDUmformstation (MDU)
30
Regelgang-Funktion
20
Vorwärmer-Austritt
Vorwärmer-Slop-Ventil
10
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Kessellast in %
Wenn die Temperatur geregelt
werden soll, so ist dies nicht
aufgrund der Temperaturmessung im Wärmeaustauscher
möglich. Wenn die Dampftemperatur nach der Einspritzung
also nicht zuverlässig gemessen werden kann, muss die
Kühlwassermenge nach einem
Modell geregelt werden.
Druckkennlinie der MDU-Station mit gleitender Absicherung
Enthalpie
Zü
Zü
P T
MDU
MD/ND
EHU
EnthalpieRegelung der
MDU-Austrittstemperatur
mKw, Sollw
Tkonst.
P
F
-
MD-Umleitregelung
M
Kondensatpumpe
T
T
Mako
Funktionsablauf
Sobald das HD-Umleitventil
öffnet, öffnet auch das WasserAbsperrventil auf 100%.
Schließt das HD-Umleitventil,
so schließt auch das WasserAbsperrventil.
+
Mako
Enthalpie
KW
P
MDU-Temperatur-Regelung
36
Steuerung des WasserAbsperrventils
G
Enthalpie
Mako
Moderne Konstruktionen von
Turbosatz- und Maschinenkondensator fordern die Integration
der MDU auf engstem Raum.
Daraus folgen oft messtechnische Probleme. Z.B. ist die Entfernung zwischen der Druckreduzierstation und dem Maschinenkondensator zu kurz zur
Verdampfung des Kühlwassers
vor der Temperaturmessung.
Bei genügend groß bemessener MD-Umleitstation kann im
Falle eines Lastabwurfes die
gesamte überschüssige MDDampfmenge direkt in den Kondensator bzw. in die Heizentnahme geleitet werden. Man
vermeidet dadurch das Ansprechen der ZÜ-Sicherheitsventile
und die damit verbundenen
Nachteile wie Geräuschentwicklung, Verschleiß und bleibende
Undichtheiten.
Pfad A
abzusicherndes
System
Abkürzungen:
E : 2/2-Wegeventile
L : hydraulische Leitungen
MV : 3/2-Wegeventile
R : Rückschlagventile
PS : Druckschalter
IV : Absperrventile für Druckschalter
VP : Absperrventile für Prüfdruck
Pfad B
Pfad C
Prüfung Aus
Prüfen Kanal A
Prüfen Kanal B
Prüfen Kanal C
+48V
IVA
Auslösung
(von Kesselregelung)
IVB
+48V
IVC
VPC
VPB
VPA
PSA
PSB
P
Handauslösung
vom Pult
+48V
PSC
P
P
Prüflogik
(PLS)
vom Hydraulikaggregat
(Pumpe mit Speicher)
prüfen
+48V
Fail-Safe
RuhestromSchutzverriegelung
P0
4-20mA
+48V
KC
KB
Proportionalventil
Blockierelement
hydraulischer
Antrieb HD/U
KA
Anzeige
PS abgesperrt
A
1v3
ZA
+48V
ZB +48V
ZC
+48V
B C
EA
EB
EC
hydraulischer Schutzblock
HDU
MVA
MVB
MVC
R
R
R
Blockschaltbild zur Fail-Safe-Steuerung der HDU- bzw. MDU-Sicherheitsfunktion
HDU- und MDU-Sicherheitsfunktion mit Fail-Safe-Steuerung
Mit der Fail-Safe-Steuerung ME 4002S wird die Sicherheitsfunktion
von hydraulisch angetriebenen HD-Überströmventilen, HD- und
ZÜ-Sicherheitsventilen realisiert (Schutz gegen zu hohen
Dampfdruck).
Funktionsbeschreibung
Die Funktion der Sicherheitssteuerung ist für HD-Überströmventile
mit Sicherheitsfunktion oder für ZÜ-Sicherheitsventile identisch.
Für die Funktion ist es auch unerheblich, ob im Dampfsystem
zwei, drei oder vier parallele Sicherheitsventile eingesetzt sind.
Die Steuerung basiert auf dem Konzept "3 von 3", d.h. das Ansprechen eines der drei Pfade A, B, C führt zum Öffnen der Sicherheitsventile. Elektrisch arbeiten die drei Pfade nach dem Ruhestromprinzip. Im Normalfalle sind die Relais und Magnetventile unter
Spannung und demzufolge angezogen.
Auf der Hydraulikseite umfasst das System drei Magnetventile pro
Sicherheitsventil. Diese Magnetventile stehen normalerweise unter
Spannung und sind somit geschlossen. Wird ein Magnetventil
stromlos, öffnet es und in der Folge wird das Sicherheitsventil
durch Federkraft geöffnet. Auch ein Stromausfall bewirkt also
das Öffnen des Sicherheitsventils. Um zu verhindern, dass dieses
ausfallsichere System die Verfügbarkeit beeinträchtigt, wird die
Steuerung redundant eingespeist.
Da für das sichere Öffnen keine hydraulische Kraft benötigt wird,
wird die Sicherheitsfunktion durch Ausfall des Hydraulikdruckes
nicht beeinträchtigt.
Bei Anstieg des Druckes im abzusichernden System über den
Ansprechdruck des Druckschalters PS wird über das Zwischenrelais Z der Stromkreis zum 3/2-Wege-Sitzventil M unterbrochen.
Letzteres öffnet den Weg für den Steuerflüssigkeitsdruck zum 2/2Wege-Einbauventil E, wodurch dieses entlastet wird. Der Flüssigkeitsdruck, welcher am Ventilkegel des 2/2-Wege-Einbauventiles E
herrscht, öffnet das Ventil gegen die Federkraft. Über die Hydraulikleitungen L1 und L4 fließt Druckflüssigkeit vom unteren in den
oberen Kolbenraum des hydraulischen Servomotors. Das Sicherheitsventil öffnet durch die vom Medium auf den Ventilkegel
wirkende Kraft.
Beim Ansprechen der Sicherheitsfunktionen muss die normale
Regelfunktion der HD-Überströmventile unterbrochen werden.
Diese Unterbrechung erfolgt zweikanalig. Die fehlersichere Steuerung stellt dafür zwei Relaiskontakte pro Ventil zur Verfügung. Beim
Unterschreiten des Ansprechdruckes schließen die Ventile wieder
über die normale Regelfunktion. ZÜ-Sicherheitsventile haben keine
Regelfunktion. Die Sicherheitssteuerung hat daher pro Sicherheitsventil einen Ausgang zur Ansteuerung eines Magnetventils, das
das Sicherheitsventil im Normalbetrieb geschlossen hält.
Das Abfallen des Zwischenrelais Z, und als Folge das Öffnen der
Sicherheitsventile, kann auch durch Handauslösung vom
Bedienpult oder durch ein zusätzliches Signal von der
Kesselregelung erfolgen. Auch diese Signale werden in der Regel
redundant zur Sicherungheitssteuerung geführt.
37
In der Sicherheitssteuerung werden Meldungen erzeugt und mit
einem Relaiskontakten abgegeben. Die Meldung beinhaltet die
folgenden Situationen
Es sind zwei Prüfarten vorgesehen
• Prüfung aller Ventile zusammen mit Hubbegrenzung
• Kontaktfehler Rückmeldekontakt Isolierventile IV
Die Prüflogik im übergeordneten Prozessleitsystem ME 4012 ist mit
den drei Pfaden der Sicherheitssteuerung über die Koppelrelais K
verknüpft. Die elektrische Verbindung zwischen der Prüflogik und
der Sicherheitssteuerung wird erst über einen Endkontakt des
Absperrventils IV aktiviert und ist nur während des Prüfvorganges
vorhanden. Eine mechanische Schlüsselverriegelung ist verantwortlich dafür, dass gleichzeitig jeweils nur ein Absperrventil IV
geschlossen und damit nur ein Pfad außer Betrieb sein kann. Die
Aktivierung der Prüflogik muss zudem über einen elektrischen
Schlüsselschalter auf dem Bedientableau erfolgen.
• Isolierventil IV isoliert und Schlüsselschalter Prüfung nicht auf
"ein"
• Systemdruck hoch während Test (nicht abgesperrter Druckschalter angesprochen)
• Druckschalter angesprochen und Sicherheitsventil hat nicht
geöffnet
• Speisungsfehler, 24 V DC
• Auslösen des Sicherungsautomaten der Einspeisung
• Öldruck zu klein (nur bei MSV)
• Schlüsselschalter Prüfung mehr als 8 Stunden auf "ein"
Die Meldungen werden durch adernparallele Kopplung ins
übergeordnete Prozessleitsystem ME 4012 übertragen und dort
zeitgestempelt (1 ms).
Außerdem wird ein Signal "Sicherheitsschaltung angesprochen" via
Relaiskontakt abgegeben.
Prüfschaltung
Die Sicherheitsschaltung bietet die Möglichkeit zur regelmäßigen
Prüfung der Sicherheitsventile einschließlich der Druckschalter
sowie aller Signalpfade. Die Funktionsprüfung erfolgt pfadweise,
d.h. zwei der drei Pfade bleiben auch während der Prüfung in
Betrieb und aktiv. Dadurch bleibt die Funktion der Sicherheitsventile
auch während der Prüfphase erhalten.
• Einzelprüfung eines Ventils über den vollen Hub
Der Prüfvorgang beginnt mit dem Schließen des Absperrventils IV
des entsprechenden Pfades. Über das Absperrventil VP kann
anschließend mit einer Handpumpe Druck im Druckschalter PS
aufgebaut und dieser zum Ansprechen gebracht werden. Dabei
kann der Schaltpunkt überprüft werden. Durch Drücken der Prüftaste wird das 3/2-Wege-Ventil M (je nach Vorwahl eines oder
aller Sicherheitsventile) umgeschaltet und das oder die Sicherheitsventile beginnen zu öffnen. Ist die verlangte Stellung erreicht (Endschalter am Sicherheitsventil) oder eine vorgegebene Maximalzeit
verstrichen, wird das 3/2-Wege-Magnetventil wieder zurückgeschaltet und damit das Sicherheitsventil wieder geschlossen.
Generator-Hilfsregelkreise
Die Generator-Hilfsregelkreise können, im Fall das Turbine und
Generator zu einem Lieferlos gehören, in den Bereich der Hilfsregelkreise integriert werden.
PE; rechn. = f (F1; Pk; Tk; Konst.-ND-Turbine; Fk; LSPW; PSPW; Kannlast)
von MD
PE = k*
f
P+
MIN
P' E
ND
Kannlast
F3
E3
E2
F2
E1
G
F1
F
DVG
P
zur BlockLastführung
k
PSpw
PE
Kondensatspeicher
LSpw
zur Turbine
(Frequenzstützung) +
L
k
-
L
M
F
m3
m2
m1
Fk
Tk
T
Die Kondensatstauregelung dient zur wirtschaftlichen Erzeugung
der von der Deutschen Verbundesellschaft (DVG) geforderten
Wirkleistungs-Sekundenreserve, die ein Kraftwerksblock innerhalb
38
bestimmter Zeit zur Verfügung stellen muss, wenn er vom
Lastverteiler für die attraktive Betriebsart der Frequenzstützung
eingesetzt werden soll.
Das Prinzip dieser Regelung basiert darauf, nicht mehr den Kessel
als Dampfspeicher durch Androsseln der Einströmventile zu nutzen,
sondern anstelle dessen die Kondensatführung in dieses Konzept
einzubeziehen. Allein durch kurzzeitiges Anstauen des Kondensatstromes kann durch die Umlenkung des Entnahmedampfes, der
nun über die Turbine entspannt wird, eine elektrische Zusatzleistung in der Größenordnung zwischen 2 und 3,5 % innerhalb von
30 sec. erzeugt werden.
Durch Einbindung der Kondensatstau-Regelstrategie in das Dampferzeuger-Blockmodell kann der Block-Leistungssollwert und damit
die Dampferzeuger- und Turbinenlastregelung die zusätzlich erforderliche Spontanreserve nachregeln und damit die entnommene
Zusatzleistung im Rahmen der möglichen Prozessdynamik nachfahren und so den Kondensatstau wieder auflösen. Durch Verzicht
auf das sonst übliche Androsseln der Turbinen-Einströmventile
wird eine Wirkungsgradverbesserung um etwa 0,5 %-Punkte
erreicht. Zudem führt es durch Integration in das Blockregelmodell
zu einer deutlichen Beruhigung der Dampferzeugerführung und
kann zusätzlich zur Steigerung der Manövrierfähigkeit des Kraftwerksblockes genutzt werden.
Durch die im GridCode 2000 zusammengefassten Netz- und
Systemregeln der deutschen Übertragungsnetzbetreiber vom
Mai 2000 erlangen wesentliche Neuerungen der Anschlussbedingungen für Energieerzeugungseinheiten Rechtsverbindlichkeit.
Unter anderem ist die Frequenzhaltung durch Primärregelung für
Erzeugungseinheiten ≥100 MW neu geregelt worden.
Danach müssen mindestens ± 2 % der Nennleistung einer Anlage
für die Primärregelung zur Verfügung stehen und über einer quasistationären Frequenzabweichung von ± 200 mHz linear in 30 Sekunden aktiviert werden. Die Messunempfindlichkeit muss dabei
unterhalb ±10 mHz liegen.
Die Anforderungen an die maschinen- und leittechnischen Einrichtungen für eine erfolgreiche Realisierung einer die obige Forderungen befriedigenden Kondensatstauregelung sind:
• Kondensat-Regelventil mit schnellem Antrieb
• Regelvolumen des Speisewasser- bzw. Kaltkondensatbehälters
• Blockregelung mit Frequenz-Stützung und Kondensatstaumodul
Funktionsgruppen – Steuerungen
Für den automatischen Betrieb wird der Turbosatz mit seinen
Hilfseinrichtungen nach technologischen Gesichtspunkten in
einzelne Anlagenbereiche, die Funktionsgruppen (FG), eingeteilt.
Die Gruppenleitebene stellt die Steuerebene über der Koppel- und
Einzelleitebene dar. Sollen von dieser Ebene Motoren,
Stellantriebe, und Regler automatisch koordiniert werden, so
enthalten die Funktionsgruppen-Schrittprogramme für das
Inbetriebsetzen bzw. für das Stillsetzen der Anlage.
Der Ablauf des Anfahrvorganges kann mit Hilfe des Bedien- und
Beobachtungssystemes ME-VIEW genau verfolgt werden. Fehlende Fortschaltbedingungen (Kriterien) werden im Klartext angezeigt
(Bedienerführung).
Verfügbarkeit
Die hohe Verfügbarkeit des Prozessleitsystems ME 4012 ergibt
sich aufgrund seiner dezentralen Struktur:
• Subprozessoren für Rechen- und Regelvorgänge Antriebssteuerung und Funktionsgruppen
• Peripherie-Baugruppen für binäre und analoge Eingänge zur
Speisung und Überwachung aller Feldgeräte
• redundanter SUB-NET Prozessbus für eine durchgängige
Kommunikation
• direkter Zugriff vom Bedien- und Beobachtungssystem auf die
Einzelleitebene auch bei Ausfall der Gruppenleitebene
Anlagengliederung
Folgende Funktionsgruppen sind üblicherweise vorzusehen:
• Kondensatförderung
• Ölversorgung und Dreheinrichtung
• Dichtdampfversorgung und Luftabsaugung
• Turbinensteuerung mit Entwässerungen, Vorwärmen der
Ventilblöcke und Synchronisieren
Arbeitsweise der Funktionsgruppen
P
%
Im nachstehenden werden die Funktionsgruppen kurz
beschrieben.
6
5
Funktionsgruppe Kondensatförderung
DVG-Kurve (alt)
Folgende Anlagenteile werden erfasst:
4
3
DVG-Kurve (neu)
2
1
0
0
5
10
15
20
25
30
35
t
s
Bisherige und neue DVG-Anforderung für thermische Kraftwerke
zur Wirkleistungssekundenreserve für die Frequenzregelung des
Verbundnetzes (Primärregelung)
• Vorkondensatpumpen
2 x 100
• Hauptkondensatpumpen
2 x 100
• Ablaufregler 1 - Kondensator
1x
• Mindestmengenregler
1x
Das Ablauf-Regelventil wird vor dem Start der 1. Vorkondensatpumpe bzw. 1. Hauptkondensatpumpe geschlossen und dann verzögert freigegeben, um eine Überlastung zu verhindern. Im Betrieb
werden die Pumpen mengenabhängig bzw. durch Schalterfall einer
bereits im Betrieb befindlichen Pumpe zugeschaltet. Die dazu
erforderliche Automatik wird von der FG ein- bzw. abgeschaltet.
Der Ablaufregler wird von der Funktionsgruppe von der Stellung
"Hand" in die Stellung "Regeln" und umgekehrt geschaltet. Im
"Aus"-Programm wird das Ablauf-Regelventil geschlossen.
39
Funktionsgruppe
Ölversorgung und Dreheinrichtung
Die Tabelle zeigt die Antriebe, Regler und Betriebsautomatiken.
Durch Redundanz-Prozessoren oder eine direkte Spiegelung
verfahrenstechnischer Redundanzen in der Leittechnik wird ein
Optimum an Verfügbarkeit erreicht.
Funktionsgruppe
Folgende Anlagenteile werden erfasst
Regelkreise/Antriebe
TS*
AS*
Lagerölpumpe 1
X
Lagerölpumpe 2
X
Notölpumpe
X
Öldunstgebläse 1
X
Öldunstgebläse 2
X
Öltemperaturregelung
Steuerfluidpumpe 1
X
Steuerfluidpumpe 2
X
Dreheinrichtung
X
Anhebeölpumpe 1
X
Anhebeölpumpe 2
X
Fluidtemepraturregelung
Fluidrückförderpumpe 1
X
Fluidrückförderpumpe 2
X
Fluidumwälzpumpe
Fluiddunstgebläse
X
Ölheizung
X
Lagerölpumpen 1+2
X
Notölpumpe
X
Öldunstgebläse 1+2
X
Steuerfluidpumpen 1+2
X
Anhebeölpumpen 1+2
X
Fluidrückförderpumpen
X
*TS = Teilsteuerung und Umschaltautomatiken
AS = Antriebssteuerung, RK = Multifunktionsregler,
RK*
X
X
Dichtdampfversorgung und Luftabsaugung
• Vakuumbrecher
1x
• Fremddampfventil
1x
• Dichtdampfregler Druck
1x
• Dichtdampfregler Temperatur
1x
• Luftabsaugeschieber
2 x 100 %
• Anfahr- und Betriebsaggregat
Luftabsaugung
2 x 100 %
• Schwadenabzugsgebläse
2x
Nach dem Öffnen des Fremddampfventiles werden von der FG die
Anfahr-Luftabsaugung und nach Erreichen eines bestimmten
Vakuums die entsprechenden Betriebsaggregate eingeschaltet. Im
Betrieb wird bei fallendem Vakuum und bei Störungen am Betriebsaggregat und bei weiterem Vakuumabfall die Anfahr-Luftabsaugung
eingeschaltet. Schutzabschaltungen verhindern unzulässige
Betriebszustände innerhalb der Aggregate. Im "Aus"-Programm
wird nach Umleitbetrieb-"Ende" der Vakuumbrecher geöffnet und
alle Aggregate werden abgestellt. Ist das Vakkuum kleiner 10 %,
wird das Fremddampfventil geschlossen.
X
Funktionsgruppe
Turbinensteuerung
• der Turbinenregler Master/Slave mit:
Drehzahlführungsregler, Leistungsführungsregler
und Ventilstellungsreglern
2x
• die Anwärmventile nach den HD-Schnellschlussventilen
2x
• die Anwärmventile nach den MD-Schnellschlussventilen
2x
• die Entwässerungsventile
Mit dieser Funktionsgruppe wird die Lagerölversorgung des
Turbosatzes so bereitgestellt, dass die Voraussetzungen für den
Drehwerksbetrieb und das Hochfahren der Turbine erfüllt sind. Die
Regelung der Öltemperatur wird von ihr ein- bzw. beim Abfahren
ausgeschaltet. Es wird vorausgesetzt, dass das Kühlwasser für die
Ölkühler in einem Hilfs-Kühlwassernetz bereitsteht.
Mit dieser FG wird weiterhin die Steuerfluidversorgung durch
Einschalten der Steuerfluidpumpe sichergestellt. Die FG-Ölversorgung schaltet ferner die Anhebeölpumpen ein. Nach einer
Wartezeit, die zum Aufbau des Entlastungsdruckes erforderlich ist,
wird nach Abfragen einer Anzahl von Kriterien wie LagermetallTemperaturen, Relativdehnungen und Generatorzustand der
Drehmotor eingeschaltet. Die Anhebeölpumpen werden nach
Erreichen der Turndrehzahl abgeschaltet. Ist die Drehzahl
≥ 100 min-1, wird der Drehwerksmotor abgeschaltet. Wird
n ≤ 100 min-1, schaltet die FG den Drehmotor ein. Wird die Drehzahl ≤ 40 min-1, werden die Anhebewerksölpumpen eingeschaltet.
Das Abstellen des Drehmotors und der Anhebeölpumpen erfolgt
im "Aus"-Programm.
Nach dem Abstellen der Dreheinrichtung wird die Lagerölversorgung abgestellt. Die FG-Ölversorgung hat ein Anfahr- und ein
Abfahrprogramm.
40
• die Synchronisierungseinrichtungen
20 x
1x
Nach Abfrage einer größeren Zahl von Kriterien wird der hydraulische Schnellschluss eingeklinkt. Damit werden alle Schnellschlussventile geöffnet.
Weiterhin werden alle Entwässerungsventile der Turbine zum
technologisch richtigen Zeitpunkt geöffnet bzw. geschlossen. Mit
Hilfe der Anwärmventile werden die Schnellschluss- und Regelventile angewärmt. Das Vorwärmen erfolgt durch Öffnen bzw.
Schließen der Ventile in Abhängigkeit von zulässigen Temperaturdifferenzen. Nach Erreichen der zum Anfahren der Turbine
erforderlichen Dampftemperaturen und Abfrage einer Reihe
weiterer Kriterien wird der Turbosatz vom Drehzahl-Führungsregler
des Turbinenreglers auf Nenndrehzahl gebracht.
Nach Erreichen der Nenndrehzahl erfolgt die Freigabe zum
Einschalten des Spannungsreglers, Erregen und Synchronisieren.
Ist der Generator ans Netz geschaltet, übernimmt der Leistungsführungsregler die Sollwertführung unter Berücksichtigung der
zulässigen Transienten, errechnet durch das Temperatur- und
Leistungsführungsgerät (TLFG), bis zum eingestellten Leistungswert oder bis die Regelventile voll geöffnet sind.
Anfahren, Abfahren und Leistungsändern einer Turbine mit Zwischenüberhitzung
Die im folgenden beschriebenen Vorgänge haben Gültigkeit für
eine Kondensationsturbine mit Zwischenüberhitzung, die mit einer
MD-Umleitstation ausgerüstet ist und im Gleitdruck-Gleittemperatur-Betrieb angefahren wird.
Die Anfahr- und Belastungszeit der Turbine wird durch die zulässigen Temperaturtransienten ihrer maßgebenden Bauteile bestimmt.
Von Einfluß ist dabei der Temperaturzustand der Turbine zu Beginn
des Anfahrvorganges und das Verhalten des Dampferzeugers vor
allem im unteren Temperatur- bzw. Lastbereich.
Um den beim Anfahren auftretenden Anfangstemperatursprung
und um den sich daran anschließenden Temperaturtransienten in
zulässigen Grenzen zu halten, ist es notwendig, dass die Eintrittsdampftemperaturen den maßgebenden momentanen Bauteiltemperaturen angepaßt werden.
Solange die Dampftemperaturen nicht den von den Teilturbinen
geforderten Werten entsprechen, ermöglichen Umleitstationen
einen nicht koordinierten Betrieb, bis die Dampfparameter die
Zuschaltkriterien erfüllen.
Bei Kaltstart können die Dampftemperaturen nicht immer tief genug
abgesenkt werden, daher müssen die Bauteiltemperaturen den
tiefstmöglichen stabilen Dampftemperaturen des Dampferzeugers
angepaßt werden, bevor die Turbine auf Nenndrehzahl gefahren
wird. Die Turbine ist deshalb mit einer Gehäuse-Heizeinrichtung
ausgerüstet. Sie erlaubt ein Anwärmen von Gehäusen und Läufern
mit Fremddampf von ca. 12 bar und 320 °C, der aus dem Hilfsdampfnetz zur Verfügung stehen sollte.
Anfahren des Turbosatzes
Vorbereitungen
Zur Vorbereitung des Heizbetriebes und des Umleitbetriebes werden
die Funktionsgruppen bzw. Systeme in folgender Reihenfolge in
Betrieb genommen:
• Kühlwasserversorgung
• Ölversorgung und Dreheinrichtung (bei Warmstart noch in
Betrieb)
• Kondensatförderung
• Dichtdampfversorgung
• Luftabsaugung
Damit ist die Turbine im Dreheinrichtungsbetrieb und unter
Vakuum. Der Kondensator ist bereit zur Aufnahme des Heizdampfes und des Umleitdampfes. Alle Entwässerungen innerhalb
der Turbine sind geöffnet.
Heizen der Turbinengehäuse
Sind die Mittenfasertemperaturen der HD-Innengehäuse kleiner
220 °C und MD-Innengehäuse kleiner 200 °C (Stillstandszeiten
größer 80-90 Stunden), werden die Heizventile der Turbine geöffnet und die Turbine wird auf eine Heizdrehzahl von ca. 700 l/min
gefahren. Die Gehäuseheizung bleibt im Betrieb, bis die Mittenfasertemperaturen der HD-Innengehäuse 220 °C und der MDInnengehäuse 200 °C überschreiten.
Um die ND-Austrittstemperatur in zulässigen Grenzen zu halten,
wird bei Erreichen eines Kondensatordruckes von 0,4 bar die
ND-Gehäuseeinspritzung eingeschaltet.
Entwässern von Gehäusen und Rohrleitungen
Alle Entwässerungen aus Gehäusen oder Einströmrohrleitungen
sind bei einer Leistung größer 15 % geschlossen und bei einer
Leistung kleiner 15 % geöffnet.
Alle Entwässerungen in Rohrleitungen vor Rückschlagklappen
werden geöffnet, wenn die Rückschlagklappen geschlossen sind
und werden geschlossen, wenn die Rückschlagklappen nicht mehr
geschlossen sind.
Bei Stillstand der Turbine sind alle Entwässerungen geschlossen.
Sperrdampf-Versorgung
Zur Sperrdampf-Versorgung der Wellendichtungen wird Hilfsdampf
mit einer Temperatur von größer 270 °C benötigt.
Kriterien zum Einklinken der Schnellschlusseinrichtung
Mit dem Einklinken der Schnellschlusseinrichtungen öffnen alle
Schnellschlussventile. Der Dampfzustand vor den Schnellschlussventilen muss sich deshalb innerhalb bestimmter Grenzen befinden,
damit der Temperatursprung in den Ventilgehäusen die zulässigen
Werte nicht überschreitet.
Neben der Abfrage einer Reihe von Generatorkriterien werden
außer den Temperaturdifferenzen zwischen Dampf- und Ventilgehäusen folgende weitere Werte berücksichtigt:
• Temperaturdifferenz Gehäuse
oben/unten
< max.
• Kondensatordruck
< max.
• FD- und ZÜ-Druck
> min.
• Lagertemperaturen
< min.
• Lageröltemperatur
> 30 °C
Die Lageröltemperatur muss eine Mindesttemperatur von 30 °C
haben, um
• Ölmangel durch zu große Viskosität und
• Spielverkleinerung bei plötzlicher Abkühlung der Lagerschale
zu vermeiden.
Die maximale Lageröltemperatur soll kleiner 50 °C sein, um ein
Ansprechen des Turbinenschutzes beim Fahren auf Nenndrehzahl
durch zu hohe Lagermetalltemperatur zu vermeiden.
Anwärmen der Frischdampfleitungen und der
HD-Ventilgehäuse
Damit der Dampfzustand den zum Öffnen – Einklinken – der
Schnellschlussventile zulässigen Wert erreichen kann, müssen die
vor den Ventilen liegenden Rohrleitungen entsprechend der für die
verschiedenen Bauteile zulässigen Transienten angewärmt werden.
Der Druckaufbau in der Frischdampfleitung verläuft parallel zum
Druckaufbau im Kessel. Die Geschwindigkeit der Druckänderung
des Kessels muss wegen der Sattdampftemperatur-Änderungen
den zulässigen Änderungen in
• der Frischdampfleitung und
• den Formstücken der Frischdampfleitung
angepaßt werden.
41
Der Turbosatz ist bereit zum Einklinken des Schutzes, wenn vor
den HD- und MD-Schnellschlussventilen eine Dampftemperatur
gemessen wird, die gleich oder größer als die Metalltemperaturen
der Regelventile ist und die mindestens 250 °C beträgt.
Außerdem sollen die Drücke in der Frischdampfleitung größer
5 bar und in der HZÜ-Leitung größer 2 bar sein. Sind die Temperaturen der HD- und MD-Einströmleitungen kleiner 260 °C bzw.
kleiner 210 °C (Stillstandszeiten größer 36 Stunden), so wird vor
dem Einklinken des Schnellschlusses die Kurzhubeinrichtung der
Schnellschlussventile eingeschaltet. Beim Einklinken öffnen die
Schnellschlussventile dann nur im Bereich des Vorhubkegels.
Die gleichen Kriterien erlauben nach dem Einklinken auch ein
Öffnen der Anwärmventile der Ventilgehäuse. Die Regelventile
bleiben noch geschlossen.
Der Dampferzeuger wird auf ein Anfahrfeuer von ca. 20 % gefahren,
wobei die Temperatursollwertführungen für Frischdampf und HZÜDampf einen Zielwert erhalten, welcher der optimalen Temperatur
für die HD- und MD-Teilturbinen entspricht.
Anwärmen der Einströmleitungen
Bei Stillstandszeiten größer 36 Stunden (Temperatur der HD-Einströmleitung kleiner 260 °C, Temperatur der MD-Einströmleitung
kleiner 210 °C) muss dem Anwärmen der Ventilgehäuse noch das
Anwärmen der Einströmleitungen folgen. Der Drehzahlführungsregler wird hierzu auf Automatik gesetzt und öffnet über den Drehzahlregler die Turbinenregelventile, bis eine Anwärmdrehzahl von
ca. 1500 min-1 erreicht ist. Der Dampf strömt über die im Kurzhub
arbeitenden Schnellschlussventile und die entsprechenden weit
geöffneten Regelventile in die HD- und MD-Teilturbinen. Zu beachten ist, dass die Turbinenregelung zum Anfahren grundsätzlich auf
Vollbeaufschlagung zu schalten ist, um ein gleichmäßiges Anwärmen aller Einströmpartien zu gewährleisten.
Die Freigabe für den Anwärmvorgang erfolgt, sobald Frischdampfund HZÜ-Temperaturen des Kessels 350 °C überschritten haben,
die Frischdampftemperatur 40 K über der HD-InnengehäuseMittentemperatur und die HZÜ-Temperatur über der MD-Innengehäuse-Mittentemperatur liegt und die Turbinengehäuse über die
Gehäuseheizung auf eine Mindesttemperatur von 160 °C für das
HD-Innengehäuse und das MD-Innengehäuse gebracht wurden.
Fahren auf Nenndrehzahl
Das Steigern der Turbinen-Drehzahl bis zur Nenndrehzahl erfolgt
für alle Startzustände mit einem fest eingestellten Transienten.
Vor Beginn der Drehzahlsteigerung werden alle erfassten mechanischen und thermischen Zustände abgefragt. Sind diese in den
zulässigen Grenzen, wird der Führungsregler für die Drehzahl freigegeben und die Turbine ohne Halt mit einer konstanten Beschleunigung von 600 min-2 auf Nenndrehzahl gefahren.
Überschreiten Messgrößen zulässige Grenzen, unterbricht der
Turbinenschutz die Dampfzufuhr.
Vor Beginn der Drehzahlsteigerung wird die Notölpumpe durch
Einschalten und Abfragen des Förderdruckes vor Rückschlagklappe auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft.
Drehzahlsteigerung
Sind alle Kriterien, wie z.B. Temperaturdifferenzen zwischen Dampf
und Gehäusen und die Dampfmenge m > min erfüllt, wird der
Drehzahl-Führungsregler auf Automatik geschaltet.
Die Kriterien mit Beispielwerten für ein Steigern der Turbinendrehzahl auf den Nennwert sind u.a.:
• Temperaturdifferenzen
FD/Ventilgehäuse
HZÜ/Ventilgehäuse
FD/HD-Innengehäuse Mitte
FD/HD-Innengehäuse Mitte
HZÜ/MD-Innengehäuse Mitte
HZÜ/MD-Innengehäuse Mitte
< 150 K
< 200 K
> 40 K
< max
> 0K
< max
• Temperaturen
der HD-Einströmleitung
der MD-Einströmleitung
des HD-Innengehäuses Mitte
des MD-Innengehäuses Mitte
> 250 °C
> 150 °C
> 220 °C
> 200 °C
• FD-Massenstrom
> 15 %
Leistungsänderung
Durch den HD/MD-Trimmregler wird der Anstieg der HD-Abdampftemperatur so in Grenzen gehalten, dass bei normaler Dauer des
Synchronisiervorgangs keine Einschränkung für die nachfolgende
Lastaufnahme eintritt.
Steigt bei langen Leerlauffahrten die HD-Abdampftemperatur, dann
verlagert der HD/MD-Trimmregler den Dampfstrom zur HD-Turbine.
Zur Vermeidung einer zu raschen Absenkung der HD-Austrittstemperatur wird beim Belasten des Turbosatzes der HD-Begrenzungsregler die nicht benötigte Dampfmenge auf die MD-Turbine
verlagern.
Aufnahme einer Mindestlast
Wird die Leistungs-Sollwertführung nach dem Synchronisierungsvorgang wieder auf Automatik gesetzt, so erfolgt die Mindestlastaufnahme.
Der Dampferzeuger soll dabei auf max. zulässiges Anfahrfeuer
gebracht werden. Die zulässigen Temperaturänderungsgeschwindigkeiten für Frischdampf und heißen Zwischenüberhitzungsdampf
werden u.a. vom Temperatur- und Leistungsführungsgerät entsprechend des Spannungszustandes der Turbinenläufer
kontinuierlich errechnet.
War die vorangegangene Stillstandszeit größer 65 Stunden, so
sind HD- und MD-Innengehäuse auf Werte kleiner 250 °C abgekühlt.
Die MD-Teilturbine darf dann nach dem Synchronisieren nicht die
volle Umleitmenge übernehmen. Die Funktionsgruppenautomatik
gibt dann den Befehl "MD-Mengenbegrenzung" aus, wodurch der
max. MD-Massenstrom auf ca. 15 % begrenzt wird.
Belasten bis zum Schließen der Umleitstationen
Sind alle Turbinenbauteile entsprechend durchwärmt und die
Läuferspannungen entsprechend reduziert, so werden die
MD-Ventile freigegeben, so dass die MD-Turbine die
Dampfmenge übernehmen kann.
Der Leistungsführungsregler erhöht die Turbinenleistung
entsprechend der zulässigen oder gewünschten Leistungstransienten in Richtung der vorgewählten Zielleistung.
Der Drehzahl-Führungsregler verstellt kontinuierlich in einer fest
eingestellten Zeit den Sollwert des Anfahrdrehzahlreglers bis zum
Erreichen der Nenndrehzahl von 3000 min-1. Der Turbosatz ist
dann synchronisierbereit.
42
Belasten nach dem Schließen der Umleitstationen
Überschreitet der Leistung-Sollwert die Größe des max. Anfahrfeuers, so haben beide Umleitstationen geschlossen und die
Feuerungsleistung des Dampferzeugers folgt dem Verlauf des
Leistung-Sollwertes bis zur eingestellten Block-Zielleistung.
Entlasten des Turbosatzes
Wird die Block-Leistung auf einen Wert kleiner der momentanen
Leistung gestellt, entlastet der Leistungsführungsregler der Turbine
den Turbosatz mit der durch den Block-Leistungstransienten
vorgegebenen Geschwindigkeit bis zur neuen Zielleistung.
Tiefste zulässige ZÜ-Temperaturen
Um nachteilige Einwirkungen durch Erosion auf die Turbinenbeschaufelung zu vermeiden, darf die ZÜ-Temperatur bei normalem
und erhöhtem Kondensatordruck um nicht mehr als 50 K unter der
Nenntemperatur liegen.
Bei Leistungen kleiner 40 % gilt diese Einschränkung nicht.
Abfahren des Turbosatzes
Wird die Zielleistung auf 0 gestellt, so wird der Turbosatz entlastet
und über Rückleistung vom Netz getrennt.
Entlasten bis zum Schließen der Regelventile
Zum vollständigen Entlasten des Turbosatzes muss die Zielleistung
auf 0 gestellt werden. Der Leistungsführungsregler entlastet den
Turbosatz mit dem vorgegebenen Leistungstransienten bis zu einer
Leistung von 15 %. Danach wird der Turbosatz zügig, transienten
geführt, bis zum Erreichen der Rückleistung entlastet. Damit wird
ein zu hoher Anstieg der HD-Abdampftemperatur vermieden.
Trennen vom Netz
Das Trennen vom Netz erfolgt über den Langzeit-Rückleistungsschutz. Eigenbedarfsumschaltungen müssen vorher erfolgt sein.
Schnellschlussauslösung und Auslauf des Turbosatzes
Ist der Generator vom Netz getrennt, wird der Schnellschluss der
Turbine ausgelöst. Die Turbine läuft aus und wird mit der Dreheinrichtung so lange weitergedreht, bis die Gehäusetemperatur HDInnengehäusemittenfaser kleiner 100 °C beträgt.
Soll der Turbosatz für längere Zeit außer Betrieb gehen, erfolgt der
Auslauf mit vollem Vakuum. Unterhalb einer Drehzahl von 1500 min-1
kann das Vakuum gebrochen werden, wenn der Umleitbetrieb
beendet ist.
Kaltfahren des Turbosatzes
Soll die Turbine zur Durchführung von Instandsetzungsarbeiten
schnellstmöglich stillgesetzt werden, (sollen) müssen bereits bei
Beginn der Entlastung die Dampf-Eintrittstemperaturen mit den
zulässigen Transienten bis auf die tiefstmöglichen Werte abgesenkt
werden.
Zur weiteren Beschleunigung der Abkühlung kann bei Dreheinrichtungsbetrieb über die vorhandenen Heizdüsen Luft eingeblasen
werden.
Um die Dreheinrichtung der Turbine nach ca. 24 Stunden stillsetzen
zu können, muss in die HD- und MD-Teilturbine Luft eingeblasen
werden. Abkühl-Transienten von 0,5 K/min dürfen, abgelesen an
den Gehäuse-Metalltemperaturmessstellen, nicht überschritten
werden.
Abstellen des Turbosatzes
Ist die Luftabsaugung und Kondensatförderung ausgeschaltet,
werden in der Dichtdampfversorgung die entsprechenden Einrichtungen stillgesetzt.
Die Aggregate der Ölversorgung bleiben bis zum Wiederanfahren
des Turbosatzes oder Stillsetzen der Dreheinrichtung in Betrieb.
Kühlwasser ist zum Abführen der Wärme aus dem Öl für mindestens 48 Stunden notwendig. Zur Vermeidung von Korrosionen an
den Kondensatorrohren ist das Aufrechterhalten einer Wassergeschwindigkeit von ca. 1,5 m/s oder die Entleerung des Kondensators erforderlich.
Sind die Turbinengehäuse-Metalltemperaturen kleiner 60 °C und ist
ein Anfahren in den nächsten 24 Stunden nicht geplant, werden die
Dreheinrichtung, Ölpumpen und Anhebeölpumpen außer Betrieb
genommen.
43
Automatisierungseinheit ME 4012
Für die Realisierung der Turbinenleittechnik kommt eine
Automatisierungseinheit AE 4012 mit allen Baugruppen zur
• Signalaufbereitung (analoge Normsignale, analoge Sensorsignale, binäre Zustandsgrößen)
• Signalverarbeitung (Steuer, Regel-, Rechen- und Überwachungsfunktionen)
• Stellsignalausgabe (Antriebe, Schritt- und Stetigregelorgane)
zum Einsatz.
Um eine höchstmögliche Verfügbarkeit sicherzustellen ist die Automatisierungseinheit AE 4012 dezentral als Multiprozessorsystem
aufgebaut. Das bedeutet, alle Baugruppen verfügen über einen
Prozessbus
Mikroprozessor und können über das redundante Bussystem
(SUB-NET) miteinander kommunizieren. Das SUB-NET-Bussystem
arbeitet nach dem Flying-Master-Prinzip und erlaubt das rückwirkungsfreie Ziehen bzw. Stecken eines Subprozessors oder einer
Peripherie-Baugruppe während des Betriebes. Parametrierungen
und Funktionsänderungen können on-line erfolgen und werden
grafisch rückdokumentiert.
Weitere Vorteile dieser Struktur mit simultaner Verarbeitung
verschiedener Prozessabläufe sind die hohe Rechenleistung und
die damit verbundenen kurzen Signalabfrage- und AusgangsAktualisierungszyklen. Außerdem werden verfahrenstechnische
Redundanzen auf unterschiedlichen Prozessoren realisiert.
SUB-NET
SUB-NET
Automatisierungseinheit
AE 4012
SNSNKoppler Koppler
Gruppenleitebene
Teilnehmerbus
SNSNKoppler Koppler
UMFPR
UMFPR
Analog
E/A
USB
UMFPR
Binär
E/A
HART
Binär
E/A
HART
Binär
E/A
LWL
Analog
UMFPR
Analog
E/A
UMFPR
Binär
E/A
Analog
E/A
HART
UMFPR
Koppelebene
UMFPR
SUB-NET
SUB-NET
Einzelleitebene
Schaltanlage
Koppelrelais
Leistungssteller
UMFPR
Automatisierungseinheit
AE 4012
Binär
E/A
USB
SUB-NET
WW Pumpe 1
M
Prozess
Feldebene
M
dezentrale Peripheriestation ME 400
M
P Q
C
EXT
M
MWR
M
M
Multifunktionsprozessor Automatisierungseinheit AE 4012
Typische Zykluszeiten-Bereiche der
Automatisierungseinheit AE 4012 sind
• Drehzahlregelung
< 5 ms
• Funktionsgruppen-Steuerungen ≤ 20 ms
• Antriebssteuerung
≤ 20 ms
• mehrschleifige Regelkreise
mit aufwendigen zusätzlichen
Rechenfunktionen
≤ 20 ms
• optisch/akustische Meldeanlage ≤ 20 ms
• mit Zeitstempel an der
Signalquelle
44
≤ 1ms
Die Automatisierungseinheit AE 4012 gestattet durch die beliebige
Positionierung von Subprozessor- und Peripherie-Baugruppen in
den Baugruppenträgern eine völlige Integration von Steuerungs-,
Rechen-, Regel-, Melde- und Überwachungsfunktionen.
Die Multifunktionsprozessor-Baugruppen sind wegen der erforderlichen hohen Rechengenauigkeit von 32 Bit bei der AnalogwertVerarbeitung mit einer Pentium-CPU aufgebaut. Die Kopplung
zwischen Subprozessor und Peripherie-Baugruppen erfolgt über
den E-/A-BUS.
Alle Subprozessor- und Peripherie-Baugruppen besitzen autonome
Stromversorgungen on Board.
Kriteriengeber-Signalaufbereitung
Für den Anschluss von Binärsignalen aus dem Prozess (Druckwächter, Temperaturwächter, Niveauwächter, etc.) werden
Binärsignal-Aufbereitungsbaugruppen K16IN eingesetzt.
Eingangsmerkmale
• getrennter elektronischer Schutz mit Selbstheileffekt für je
1 Kontakt oder Initiator
• Eingangsfilter zur Kontaktentprellung typ. 5 ms
• Simulierung oder Abschaltung des Gebers über Simulierstifte
• Eingangsstufen und Geberspeisungsausgänge sind mit Überspannungsschutz und Sollbruchstellen gegen Überlastung bei
Überspannungen am Eingang geschützt.
• 11 diskrete, diodenentkoppelte Ausgänge der kontaktbeschalteten
Eingänge für separate Schutz- und Verriegelungsverarbeitungen
• Eingangskontaktabfrage 24 V oder 48 V
• Aderbruchüberwachung der Eingänge mit 100 kΩ-Widerständen
• Aderbruchüberwachung für jeden Eingang einzeln konfigurierbar
• Statusanzeige der Gebereingänge über eine LED pro Kanal
• Simulationsanzeige über LED bzw. Simulierstifte
• alle Eingänge interruptgesteuert, alarm- und zeitstempelfähig,
Genauigkeit 1 ms
• Speisung und Abfrage von 2-, 3- und 4-Leiterinitiatoren in
PNP-Technik
• kurzschlussfest, verpolungssicher, überlastfest
• Mindestlaststrom bei Kontaktabfrage 4 mA bei 24 V
bzw. 8 mA bei 48 V
• indirekte Eingangsabfragen zur Erzeugung des
Komplementärsignals bei Kontakten (virtueller Wechsler)
• Valenzüberwachung der Wechsler-Eingänge konfigurierbar
Analogsignal-Aufbereitung
Diese eingesetzte Baugruppe zur Analogsignal-Aufbereitung AE16
dient zur Speisung der Feldgeräte und als Koppelelement zwischen
Signalgebern im Prozess und Subprozessoren. Jede dieser Baugruppen ist zum Anschluss von 16 Messumformern ausgelegt und
hat je Eingangskanal die folgenden Hauptmerkmale:
Hardwareaufbau
• potentialgebundene Analogsignaleingänge, Nennbereich 0-20 mA
• Analog-/Digitalwandler mit 12 Bit Signalauflösung
• Getrennte 24 V-Spannungsversorgung der Baugruppe mit
überwachter Absicherung
• Separate, kurzschlussfeste Messumformerspeisung je
Eingangskanal,
• 24 V DC/4W, mit Überwachung auf Mindeststrom und Unterspannung
• Eingangs-Tiefpassfilter, Eckfrequenz 24 Hz
• Bürdenwiderstände (250 Ω) zur Einkopplung von FSK-Signalen
zur Reduzierung der Verlustleistung, nur während der HARTProtokoll-Übertragung für den jeweiligen SMART-Messumformer
zugeschaltet.
• CPU zur Signalvorverarbeitung
• Messbuchsen im Frontwinkel zur Messung der Eingangssignale
(0/4-20 mA) ohne Messkreistrennung
• Statisch-dynamische 24 V-Sammelstörungsmeldungen
• E/A-Bus-Anschluss
• Redundante Signalaufbereitung eines Analogsignals auf
verschiedenen AE16V-Baugruppen bei Signalentkopplung
über eine AV24P-Baugruppe
Eingangsmerkmale:
• Anschlussmöglichkeit für Standard- und SMART-Messumformer
• Messumformerspeisung 24 V in 2 Leiter- und 4 Leiter-Technik
• Messbereich 0/4-20 mA, linear bis zu 11 % Übersteuerung
• Messgenauigkeit ± 0,2 % bezogen auf den Messbereichsendwert
• Messwerterfassung ca. 1 ms je Kanal, 2 A/D-Wandler,
Auflösung 12 Bit
• Eingangsbürde im Normalbetrieb 100 Ω, einzeln überlastsicher
• Messbereichseingang konfigurierbar und normierbar
• Konfigurierbare Eingangsfilter PT1, Mittelwert, Tiefpass zur
Signalglättung
• Grenzwertmeldung und Zeitstempelung
• Fernparametrierung und Diagnose von SMART-Messumformern
über HART-Protokoll für Entfernungen bis 2.000 m.
Informationsaustausch
Der Informationsaustausch erfolgt sowohl durch das normierte
Analogsignal des Messumformers als auch durch die frequenzmodulierte Digitalinformation des HART-Protokolls über den Messkreis als gemeinsame elektrische Verbindung.
Das Analogsignal dient zur Übertragung des Messwertes sowie
zur Ermittlung der daraus abgeleiteten Informationen zur Messkreisdiagnose, wie
• Aderbruch
• Überlast
• Plausibilität
• Spannungsausfall der Hilfsenergieversorgung
Die per HART-Protokoll übertragenen Digitalinformationen dienen
zur zentralen Parametrierung und Diagnose der Feldgeräte über
das ME-DRP-System. Aufgrund der langsamen Datenübertragung
(2 Messwerte/s.) wird der digital übertragene Messwert selbst,
nicht im Prozessleitsystem genutzt.
Interface-Baugruppe für kontinuierliche
Regelantriebe AEAA8 00AF
Diese Baugruppe dient zur Peripherieanschaltung von kontinuierlichen Stell- und Regelantrieben.
Um auch den Anforderungen besonders schneller Regelkreise
(Zykluszeit <5 ms) Rechnung zu tragen wurden alle erforderlichen
Signalarten auf einer passiven Baugruppe mit direktem Prozessoranschluss über den E-/A-Bus realisiert.
Zur Erreichung höchster Zuverlässigkeit der Signalaufbereitung ist
diese Interface-Baugruppe mit elektronischen Schaltern an den
Analogsignal Ein- und Ausgängen versehen, die es ermöglichen
rückwirkungsfrei und ohne Zusatzaufwand bei der Projektierung
das Feldgerät (Messumformer bzw. Aktor) gleichzeitig an zwei
Interface-Baugruppen anzuschalten. Dabei steuert die Verarbeitungseinheit (UMFPR 60HF) die Redundanzumschaltung gleichzeitig auf beiden Baugruppen, so dass stets eine Baugruppe den
Stand-by-Status annimmt.
Gleiches gilt für die optoentkoppelten Binäreingänge und die
diodenentkoppleten Binärausgänge. Durch unabhängige
Speisestufen auf jeder Baugruppe wird dafür Sorge getragen,
dass auch die Hilfsenergieversorgung der angeschlossenen
Messumformer auch redundant erfolgt.
Ein direkt an den Analogsignal-Ausgängen abgegriffenes Signal
sorgt für die echte Plausibilitätsprüfung der ausgegebenen
Stellbefehle durch Rückmessung auf der Baugruppe.
Die erforderliche Hilfsenergie der Baugruppe wird über ein eigenes,
abgesichertes Netzteil erzeugt.
45
Auslegung des Prozessinterface:
Analogsignalaufbereitung
Hardwareaufbau:
• 8 potentialgebundene Analogsignaleingänge,
Nennbereich 0-20 mA
• Analog-/Digitalwandler mit 12 Bit-Signalauflösung
• 8 kurzschlussfeste Messumformerspeisung, 24 V DC/4 W, mit
Überwachung auf Mindeststrom und Unterspannung
• Eingangs-Tiefpassfilter, Eckfrequenz 24 Hz
• Redundante Signalaufbereitung eines Analogsignals auf
verschiedenen Baugruppen ohne Projektierungs- und HardwareAufwand durch Redundanz-Überwachung und Freischaltung der
Eingänge der jeweils gestörten Baugruppe
Eingangsmerkmale:
• Messumformerspeisung 24 V in 2-Leiter- und 4-Leiter-Technik
• Messbereich 0/4-20 mA, linear bis zu 11 %-Übersteuerung
• Messgenauigkeit ± 0,2 % bezogen auf den Messbereichsendwert
• Messwerterfassung ca. 1 ms je Kanal, A/D-Wandler,
Auflösung 12 Bit
• Eingangsbürde im Normalbetrieb 100 Ω, einzeln überlastsicher
Analogsignalausgabe
Hardwareaufbau:
• 8 Analogsignalausgänge, 0-20 mA gemeinsam potentialfrei
• Eigendiagnose zur Abschaltung der Signalausgänge im Fehlerfall
• redundanzfähig
Ausgangsmerkmale:
• Signalpegel 0/4-20 mA bis 110 %
• Ausgangsbürde je Signal 600 Ω
• 8 kurzschlussfeste Ausgangskanäle gemeinsam potentialgetrennt
• Auflösung 12 Bit, Genauigkeit ± 0,1 % bezogen auf den Endwert
• Im Fehlerfall können die Ausgänge abgeschaltet werden
Redundanzumschaltung
AEAA8 00AF Slave
1
1
AÜ
MZI extern
Redundanzumschaltung
AEAA8 00AF Master
Ventilstellung
1
Positionier-
AÜ
Stellgrösse
2
AÜ
Regelantrieb
8
8
BE 1
BE 2
BE 3
BE 4
BE 5
BE 6
BE 7
BE 8
BE 9
BE10
P"
AÜ
46
BA 1
BA 2
BA 3
BA 4
BA 5
BA 6
BA 7
BA 8
BA 9
BA10
Master
AÜ= Analogwertüberwachung
M
EA-BUS
elektronik
MZI extern
D/A Wandler
2
Signalverarbeitungs-Prozessor
MZI extern
A/D Wandler
1
Redundanz CPU
SUB-NET Kanal 1
KONFIGURATION
SUB-NET Kanal 2
UMFPR
Leistungselektronik
Binärsignal-Ein-/Ausgabe
Hardwareaufbau der Erweiterungsbaugruppe:
• 10 Ausgänge, 1-polig geschaltet
• 10 Eingänge mit Kontaktbeschaltung +24 V DC
• Baugruppenversorgung 24 V DC mit überwachter Absicherung
• Speisestufe +24 V DC, 50 mA für die entkoppelte, überwachte
Speisung von Gebern
Schutz- und Verriegelungslogik
Ausgangsmerkmale:
• Signalpegel +24 V DC, 50 mA, kurzschlussfest, überlastsicher,
potentialfrei für ohmsche, induktive und kapazitive Lasten
Die Kriterien "Schutz Ein" und "Schutz Aus" können bei CPUFehler auch am Prozessor vorbei direkt auf die Ausgabestufen
geschaltet werden und erhöhen damit partiell die Verfügbarkeit
und die Sicherheit der Antriebssteuerung.
Die Schutzkriterienen der einzelnen Antriebe werden auf den
Antriebssteuerbaugruppen F6 ATR aufbereitet und auf dem
zugehörigen Multifunktionsprozessor verarbeitet. Außerdem
können Signale, die über SUB-NET übertragen wurden, genutzt
werden. Zusätzliche Hardware-Eingänge mit Aderbruchüberwachung (K16IN) können adernparallel auf die Baugruppe F6ATR
geschaltet werden. Die Verknüpfungsmöglichkeiten sind umfassend.
Eingangsmerkmale:
• Kontaktbeschaltung +24 V DC, 3,3 mA für alle Eingangskanäle
• Signalverzögerung typ. 5 ms (Entprellung)
• Potentialfrei über Optokoppler
• Überspannungsfest nach DIN EN 60870-2-1:97-07, Klasse VW3
Überwachung der Signalabfrage
Zur weiteren Erhöhung der Verfügbarkeit bei Mehrfachbelegung
mit Antrieben besitzt diese Baugruppe drei strombegrenzte
Kontaktspeisestufen, die bei größeren Leitungslängen den
Gesamtschleifenwiderstand überwachen. Dadurch kann wegen
der hochohmigen Eingangsstufen ein Masseschluss der Kontaktabfrageschleifen sicher erkannt werden. Mit Feinsicherungen wäre
dies nicht möglich. Die Abfrage der Eingänge aus Prozess und
Schaltanlage erfolgt also antriebsgebunden.
Antriebssteuerungen
Die Antriebssteuerebene wird mit Baugruppen Typ F6 ATR
innerhalb der AE 4012 ausgeführt. Es handelt sich um Ein-/Ausgabe-Baugruppen zur Steuerung von 1, 2, oder 3 unabhängigen
Antrieben. Per Softwaredefinition auf dem zugehörigen Multifunktionsprozessor werden je nach Art der angeschlossenen Antriebe
die entsprechende Funktionen für Magnetventile, Motoren oder
Stellantriebe gewählt. Jede Baugruppe enthält alle für die Kontaktabfrage und Absicherung erforderlichen Stufen.
Schutz Eingriffe
AUS
L1
L2
L3
N
PE
EIN
SA
SE
R/A (muss = 1 sein)
P'
P'
P'
---
+24V
17
P
P5'
±24V
SE
M
K
Kontaktspeisung
KB
80mA
1
&
1
KB
400/230V 3/N/PE 50Hz
K
B+
230V
AC
EIN
K
18
34 59
LL+
ÜS
1 +
21
K1
K1
B-
KB
BE1
2 -
P
KB
Res
19
SZ SO
SIM
KB
7 +
---
KB
1
K
B+
RAS
AUS
K3
KB
B-
Ü
K3
P
10
SW
KB
Diagnose Eingang
RA
KB
14
13
8 -
K
RE
K2
K2
BE2
&
1
KB
15
80mA
11
KRD 22U
SA
20
12
SZ SO
F6ATR 01AF
P'
RAS
EA-BUS
K1
RE
RA
SUBNET Kanal 1
SUBNET Kanal 2
KONFIGURATION
UMFPR
K1
N
U1 V1 W1
M
3PH
PE
Multifunktionsprozessor Automatisierungseinheit AE 4012
47
Leitfeld
Vorlauf-Temperatur regler
(Führungsregler)
Vorlauf
xd
T
X
W
I
PID
Y
W
Messumformer
I
xd
PI
Wärmetauscher
L1 L2 L3
RL LL
SP
md
Umkehrsteller
M
RL
LL
Stellantrieb
Y
Leitfeld
Bypassklappe
T
I
L1 L2 L3
md
xd
PI
Umkehrsteller
M
RL LL
SP
RL
LL
Stellantrieb
Y
Leifeld
Wärmetauscherklappe
T
Rücklauf
Prozess
Stellantriebe
Messumformer
Schaltanlage
Leistungsumkehrsteller
Leitsystem
Multifunktionsprozessor UMFPR
und Baugruppen der Koppelebene
Warte
Leitfelder und Anzeiger im
Bedien- und Beobachtungssystem
Hierarchie-Ebenen (vertikal) mit Prozess, Schaltanlage, Leitsystem und Warte
Prozessregelungen
SUB-NET-Schnittstelle
Informationsverarbeitung und Stellgliedanschaltung
Alle Regelungs- und Rechenaufgaben werden mit den gleichen
Multi-Subprozessoren durchgeführt. Die Belegung der PeripherieBaugruppen erfolgt mit maximal drei Schritt (S)-Regelantrieben
bzw. 8 kontinuierlichen (K)-Regelantrieben, um einen hohen
Dezentralisierungsgrad zu gewährleisten.
Für die Sicherheit von K-Regelkreisen können die analogen Stellsignalausgänge über redundante Analogausgaben mit abschaltbarem Ausgang des gestörten Kanals geführt werden, um bei einer
erkannten Hardware-Störung die Stellsignale über eine Redundanz
weiter ausgeben zu können. In Fällen, in denen über die Richtigkeit
des aktuellen Stellsignals der CPU Zweifel bestehen, (CR-Fehler,
Watch-Dog-Timer abglaufen) werden zur Erhöhung der Verfügbarkeit Redundanz-Prozessoren eingesetzt.
Die Multifunktionsregler eignen sich in gleicher Weise für den Einsatz als kontinuierlichen Regler mit stetigem Ausgang y = 4-20 mA
oder als 3-Punkt-Schrittregler mit schaltendem Ausgang zur Ansteuerung von kontaktlosen Thyristorleistungsstellern.
Unabhängig von einem Buskoordinator können alle Subprozessoren
Informationen über den redundanten, nach dem Flying-MasterPrinzip arbeitenden, SUB-NET-Prozessbus austauschen. Daraus
ergeben sich folgende Möglichkeiten:
• Bedienen und Beobachten aller Regelkreise, Antriebe und
Signale auch bei Auftreten eines Fehlers
• rückwirkungsfreies an- und abkoppeln einzelner Baugruppen
unter Spannung während des Betriebes des Gesamtsystems
• örtliche verteilte Plazierung, auch außerhalb einer Automatisierungseinheit (Bus ins Feld für Distanzen bis 2 km)
Fremdsystem-Schnittstelle
Für die Kopplung zu Fremdsystemen steht eine Subprozessor
Baugruppe SPCMD zur Verfügung, die bei entsprechender Parametrierung einen seriellen Datenaustausch ermöglicht. Die Übertragungsprozedur 3964 R oder Modbus sind als Standard vorhanden.
Leistungssteller für stetige Regelantriebe
Optisch/akustische Meldungen
Da alle Grenzwertüberschreitungen, Schutzansprachen, Störungsund Störumschaltkriterien auf den Subprozessoren in den Automatisierungseinheiten AE 4012 verfügbar sind bzw. dort gebildet
werden, erfolgt von hier auch die Ansteuerung der Gefahrmeldungen und die Zeitstempelung aller Meldungen zur Anzeige im
Bedien- und Beobachtungssystem ME-VIEW.
48
Je nach erforderlichen Stellkräften werden die Leistungssteller
als Einphasen-Leistungselektronik (Einschubtechnik) oder als
Drehstrom-Leistungselektronik ausgeführt und in separaten
Leistungsstellerschränken untergebracht. Die Ansteuerung aus
der Automatisierungseinheit AE 4012 erfolgt mit 4-20 mA-Signalen.
Die Positionsrückmeldung erfolgt über ein 4-20 mA-Signal in die
AE 4012 Automatisierungseinheit.
Leistungssteller für Schrittregelantriebe
Da für die Erreichung der geforderten Regelgüte und zur Beherrschung der Prozessdynamik in sehr vielen Fällen Stellzeiten
≤ 30 Sekunden ausreichend sind, kommen heute häufig Regelantriebe mit thyristorgesteuerten Drehstrommotoren zum Einsatz. Die
robusten Drehstrommotore stellen bei günstigen Kosten (bedingt
durch die einfache Konstruktion) große Stellmomente zur Verfügung
und vereinfachen damit die Ventilkonstruktion, da auf aufwendige
Druckentlastungen weitestgehend verzichtet werden kann.
Anmerkung:
Beim Einsatz von einfachen Wendeschützschaltungen zur
Ansteuerung der Regelantriebe sollte berücksichtigt werden, dass
diese für die Betriebsart SA4/S5 -25 % ED ausgelegt werden
müssen (Schalthäufigkeit bis 1.200 c/h). Die in Frage kommenden
Leistungsschütze müßten außerdem für die Gebrauchskategorie
AC 4 ausgelegt werden. AC 4 definiert das Anlassen, Gegenstrombremsen, Reversieren und Tippen von Käfigläufermotoren. Die
Gerätelebensdauer der Schütze bei einer derartigen Belastung liegt
bei ca. 300.000 Schaltspielen. Je nach dynamischen Störeinflüssen
eines Regelkreises und der Regelparametereinstellung können
aber zur Einhaltung der Regelgüte ca. 10 Mill. Schaltspiele pro Jahr
erforderlich werden. Es empfiehlt sich deshalb aus Verfügbarkeitsgründen und wegen des hohen Wartungsaufwandes vom Einsatz
von Wendeschützen abzusehen.
Bei modernen Turbinen hat jedes Einströmventil einen eigenen
hydraulischen Servomotor, der mit Öldruck gegen Schließfedern
öffnet. Elektrische Signale 4-20 mA steuern den Servomotor an.
Das RS-Schutzsystem löst die Schnellabschaltung aus; beim
Regelventil-Servomotor wird auch der elektrische PositionierRegelkreis im Turbinenregler realisiert (Zykluszeit ≤ 2 ms), so dass
nur noch ein 4-20 mA-Signal an den Leistungsverstärker vor dem
E/H-Wandler übertragen wird.
Da sich auch bei schneller Schließbewegung die Ventilkegel weich
auf ihre Sitze legen sollen, taucht der Servomotor-Kolben bei Hubende in Schließrichtung in einen Dämpfungsraum ein, wodurch der
letzte Teil des Hubes stark verzögert durchfahren wird.
Regelventile und Regelantriebe
Die Auslegung der Regelventile erfolgt gemäß den Ventilkennblätterangaben des Turbinenlieferanten.
Verkabelung
Die Verkabelung der einzelnen Verfahrensbereiche erfolgt gemäß
nachstehendem Verkabelungsschema. Kabel für den Leistungsbereich und die Einspeisungen der Elektronikschränke sind bauseits
zu liefern, zu verlegen und anzuschließen. Ausgenommen die
Leistungskabel zu den Regelantrieben.
Elektro/Hydraulische Leistungssteller (E/H-Wandler)
Wegen der entlasteten Ventile sind nur geringe Betätigungskräfte
erforderlich. Aus diesem Grunde kommen die Servomotoren mit
niedrigen Fluid- und Federkräften aus.
Einspeisung
Elektronikschränke ME 4012
Dezentraler schrankinterner Rangierverteiler
Einspeisung
Einspeisung
~
~
Schaltanlage 0,4kV
Koppelschrank
..... Analogsignale
..... Binärsignale
~
~
Sammelkabel
UV
Magnetventil
24V/DC
UV
Magnetventil
230V/AC
ZKK
UV
Stell- bzw.
Regelantrieb
FU
ZKK
Stichkabel
M
M
M
M
SA
M
RA
Verkabelungskonzept einer typischen Installation am Turbosatz
49
Aufbau eines Systemschrankes
Stromversorgung und Schrankeinspeisung
Der Turbinenreglerschrank wird in allseitig geschlossener Ausführung mit doppelflügeligen Türen vorder- und rückseitig sowie
mit Schwenkrahmen geliefert. Der Boden ist offen. Die Kabeleinführung kann wahlweise von unten oder von oben erfolgen. Die
Anschlusselemente liegen hinter dem Schwenkrahmen und sind
nach Öffnen des Schwenkrahmens sowie von der Rückseite
zugänglich. Der Schwenkrahmen bietet Platz für die Montage von
4 Doppelbaugruppenträgern zur Aufnahme der TurbinenreglerHardware.
Der Systemschrank des Turbinenreglers ist für eine redundante
Versorgung aus zwei unabhängigen 24 V-Netzen ausgelegt. Die
entkoppelten Spannungen (L), das Bezugspotential (LM), das
Abschirmpotenzial werden auf Sammelschienen abgelegt. Von hier
aus wird auf kurzem Wege eine Gruppenabsicherung angeschlossen.
Die Gruppenabsicherungen und Einzelabsicherungen befinden
sich auf steckbaren Modulen. Hinter einer Gruppenabsicherung
folgen selektive Einzelabsicherungen.
Durch die Beschränkung auf relativ niedrige Ströme bei den
Gruppenabsicherungen wird die Gefahr von induktiven Überspannungen bei Kurzschlüssen weitestgehend vermieden. Zum
zentralen Schutz gegen Überspannungen sind schnellansprechende
Supressordioden eingebaut.
In der obersten Etage (BGT 0) sind die Master/Slave TurbinenDrehzahlregler sowie die AS-Schutzkanäle 1 und 2 untergebracht.
Darunter (BGT 2) befinden sich der Turbinenschutz Kanal 3 und
die Regelung der HD-/MD-Umleitstationen.
Im Baugruppenträger (BGT4)
sind der Fail-Safe-Schutz der
HD- und MD-Umleitstationen
sowie das Temperatur- und
im Systemschrank platziert. Im
BGT6 finden die DW-Baugruppen des RS-Turbinenschutzes
und der bei Turbinen-Neuanlagen übliche elektrische
RS-Leistungsteil Platz.
Vorderansicht ohne Türen
Seitenansicht im Schnitt
Rückansicht ohne Türen
Kabelablage
Kabelhalterung
1
Gruppenabsicherung
BGT 0
AE 4012
BGT 0
ME4012 TN:0
1
BGT 2
BGT 2
AE 4012
X21
X32
X22
X33
X23
X10
X34
X24
X35
X25
X36
X26
X37
X27
X12
.
X13
60/60
1
23
BGT 4
X14
ME4012 TN:
Peripherie-Anschlüsse
Auf der Peripherie-Kabelseite
ist Maxi-Termipoint- oder Lötanschluss (max. 0,5 mm2) möglich.
Alle erforderlichen Rangierungen
erfolgen schrankintern zwischen
2 Reihen von Anschlussverteilern. Die Kapazität liegt bei
maximal 1800 Rangierungen.
X31
.
23
BGT 4
AE 4012
Der Anschluss der externen
Signalverbindungen erfolgt über
Anschlussverteiler 8 x 25-teilig
an der Schrankrückseite.
X20
X11
60/60
Der X-Baugruppenträger dient
der Aufnahme der Sicherungsbaugruppen und der Zentralüberwachung. Die Schrankeinspeisung erfolgt über den
Z-Baugruppenträger.
X30
23
.
60/60
1
X15
23
BGT 6
BGT 6
AE 4012
X16
ME4012 TN:
X38
X28
X39
X29
60/60
Überwachung,
BGT X Absicherung
MAUELL-BT-DIN-42
BGT X
Einspeisung
BGT Z
BGT Z
X17
X18
X3A
MAUELL-BT-DIN-17
X2A
Anschlussverteiler
Draufansicht im Schnitt
Die Verbindung zwischen
Rangierverteilern und den
Systembaugruppen des
Turbinenreglers erfolgt über
vorkonfektionierte Systemkabel.
Anschlussverteiler
10
20
30
40/60
Schwenkrahmen
ME 4012-Systemschrank mit Platz für Doppeleinspeisung, 4 Baugruppenträger und Anschlussverteilern für 1800 Prozesssignalen und 1800 Rangierungen
50
Gruppenabsicherung für die Prozessperipherie
1
Baugruppe
Baugruppe
Baugruppenträger
K
K
n
BaugruppenHilfsenergie
L+
LM
L-
1
Baugruppe
Baugruppe
Baugruppenträger
K
K
n
L+
LM
L-
1
Baugruppe
Baugruppe
Baugruppenträger
K
K
n
L+
LM
L-
= Kurzschlußfeste Endstufe
L+
LM
L-
Überspanungsschutz
SchrankEinspeisung
Erdung der Kabelschirme
der Peripherie-Kabel
DC
DC
Erdungsschiene
24V-Schaltanlage
Einspeisung 1
24V-Schaltanlage
Einspeisung 2
L+
L+
LM
LM
ZEP
LM
~
~
~
=
Batterie 1
~
~
~
E
=
Batterie 2
Zentraler Erdungspunkt (ZEP)
Beispiel der Spannungsversorgung und internen Verteilung und Absicherung eines ME 4012-Systemschrankes
51
Schrankmeldesystem
Peripherie-Schnittstellensignalpegel
Das Schrankmeldesystem sorgt für eine zentrale Meldung aller
überwachten Kriterien und der Hardware-Funktionen des Systemschrankes. Die durch eine Schranklampe angezeigte Sammelmeldung setzt sich aus Einzelmeldungen zusammen, die im
Absicherungs- und Überwachungsbaugruppenträger über LEDs
angezeigt werden. Es werden die folgenden Kriterien überwacht:
Binärsignal-Definition (bezogen auf M-Potential)
• Überspannung der redundant gespeisten schrankinternen
Verteilung + 24 V
Eingänge
Versorgung
wahlweise mit 24 V oder ± 24 V
(48V)
Low-Signal "Null"
0 V bis + 5 V
High-Signal "Eins"
+ 15 V bis + 28,8 V
• Versorgungsspannung L + 24 V
Anzugs- und
Abfallverzögerung
• Hardware-Störungen in den einzelnen Baugruppenträgern
Eingangsströme
• 24 V-Versorgung < 19,2 V
• Einspeisung der externen Meldespannung
• Automatenfall der schrankinternen Gruppenabsicherung
• Türkontakte
• Übertemperatur im Schrankinneren
• Rauchmelder zur Schwelbrandüberwachung (falls ausgeführt.)
Hilfsenergieversorgung L+
5 ms typ.
2 mA bei 24 V
(Binärsignalabfrage)
3 mA bei 48 V (Kontaktabfrage)
8 mA bei 48 V (Kriterienaufbereitung)
Überwachung des EingangsSchleifenwiderstandes auf
< 150 Ω (Kurzschlussüberwachung)
Ausgänge
Nennspannung
24 V DC
Verstärkerausgang
zulässiger Bereich
19,2 V bis 28,8 V
Ausgangsspannung
24 V DC
zulässige Welligkeit
< 5%
Ausgangsströme
0-50 mA/0-100 mA
Überspannung
< 40 V, < 1 ms
kurzschluss- und überlastfest
Analogsignal-Definition (bezogen auf Messerde MZ)
Unterbrechung ohne
Funktionsstörung
< 1 ms typ.
Grenzgebrauchsspannung
30 V
Einspeisestrom je Schrank
max. 15 A, typ. 10 A
Eingangssignale
0-20 mA oder 4-20 mA
0-10 V oder 2-10 V
Nenneingangswiderstand
100 Ω bei 20 mA
Analog-/Digital-Wandlung
12 Bit
Genauigkeit
0,25 %
Sensoreingänge
Widerstandsthermometer,
Thermoelemente
- 24 V DC
Ausgangssignale
0-20 mA oder 4-20 mA
zulässiger Bereich
- 19,2 V bis - 28,8 V
Nennausgangsbürde
>350 Ω
Einspeisestrom je Schrank
3A
Digital-/Analog-Wandlung
12 Bit
< 40 V, < 1 ms
Genauigkeit
0,25 %
zul. Grenzspannung vor der
Schrankeinspeisung
30,5 V
Hilfsenergieversorgung Lnur bei Kontaktabfragespannung 48 V erforderlich.
Nennspannung
Überspannung
Verlustleistung
Schrankdaten
Je Baugruppenträger ist mit einer Verlustleistung von 75 Watt
innerhalb des Systemschrankes zu rechnen, so dass bei einem
vollbestückten Systemschrank die interne Verlustleistung 300 Watt
beträgt. Zusätzlich entstehen abhängig von der Applikation noch
Verlustleistungen in der Peripherie (Schaltanlage/Messumformer)
und den Zuleitungen.
Abmessungen (BxHxT)
900x2200x500 mm3
Material
Korpus
Zincor-Stahlblech, 2 mm
voll geschweisst
Türen
Zincor-Stahlblech, 1,25 mm, voll
geschweisst aufgesetzt, leicht
abnehmbar, Öffnungswinkel
180° (freistehend)
Umgebungsbedingungen für Systemschränke ohne interne
Gebläse und Fremdbelüftung
Türverschluss
Betätigung wahlweise mit
Stangenverschluss
- Doppelbart (Standard 3 mmDorn)
- Drehgriff
- Drehgriff, abschliessbar
Farbe
innen und außen Strukturlack
RAL 7032 (kieselgrau)
Sonderlackierungen werden
ausgeführt
Temperatur
0 °C bis 40 °C bis 1000 m ü.N.N.
obere Grenztemperatur für
Baugruppenträger
70 °C
zulässige relative Feuchte
< 75% ohne Betauung
Lagertemperaturbereich
- 40 °C bis + 85 °C
relative Feuchte für die Lagerung < 85 %
52
Systemhardware der digitalen Turbinenleittechnik ME 4012/Dienstleistungen
Kopfleiste
vorder- und rückseitig RAL
7035 lichtgrau, Beschriftung
schwarz
Schranklampe
eine Lampe in der Mitte der
vorderseitigen Kopfleiste
Schrank-Gewichte
mit Einbaurahmen, leer
Richtwerte
ca. 140 kg
bestückt und verdrahtet
ca.: 300 kg
komplett mit Verkabelung
ca.: 400 kg
Zusätzliche Ausrüstungen
Thermostat, einstellbar bis 45 °C
Türkontakte, die das Offenstehen
der Tür melden
Schutzart
mit Lüftungsschlitzen
geschlossene Schränke
IP 20
IP 42
Planung und Dokumentation
Die Planung aller Funktionsbereiche der Turbinenregelung erfolgt
bei Neuanlagen durch den Turbinenlieferanten für den Bereich der
technologischen Funktionsvorgaben und durch Mauell für den
Bereich der Realisierung, also Konfiguration, Stromlaufpläne.
Bei Modernisierungsprojekten erfolgt die Funktionsplanung auf
Basis der "as built"-Dokumentation und neuer Erkenntnisse durch
Mauell.
Die Dokumentation umfasst den gesamten von Mauell gelieferten
Umfang. Die Dokumentation wird nach unserem Standard ausgeführt und entspricht damit dem Standard deutscher Kraftwerke
(HW- und Funktionspläne nach VGB R-I70-C). Wir liefern ein
Original (Datei) und drei Papierkopien für folgende Unterlagen in
deutscher Sprache
• Anlagenschema
• Regelschemata mit Beschreibung
Prüfung der elektromagnetische Verträglichkeit
• Funktionsbeschreibung mit Bereichs- und Einzelebene
Prüfung der Störbeeinflussung
• Melde-, Messstellen- und Antriebslisten
Prüfgrundlage der EMV ist die DIN EN 50082-2.96-02/VDE 0839
Teil 82-2
• Stromlaufplan
Im einzelnen erfolgen folgende Prüfungen
Prüfung
Prüfverfahren nach
ESD
DIN EN 61000-4-2.96-03
EM-HF-Feld
DIN EN 61000-4-3.97-08
IEC 1000-4-3.1995
VDE 0847-4-3
EM-HF Feld von digitalen
Funktelefonen
DIN EN 61000-4-3.97-08
IEC 1000-4-3.1995
VDE 0847-4-3
Burst
DIN EN 61000-4-4.96-03
Surge
DIN EN 61000-4-5.96-09
HF-Einströmung
DIN EN 61000-4-6.97-04
Magnetfeld 50 Hz
DIN EN 61000-4-8.94-05
AC-Spannungsschwankung
DIN EN 61000-4-1.95-04
DC-Spannungsschwankung
Werksvorschrift
Prüfung der Störaussendung
Prüfgrundlage der Störaussendung ist die DIN EN 50081-2.94-03
VDE 0839 Teil 81-2.
Im einzelnen erfolgen folgende Messungen:
Prüfung
Messverfahren nach
Funkstörspannung
DIN EN 55011.97-10,
VDE 0875-11, Klasse A, Gr. 1
Funkstörstrahlung
DIN EN 55011.97-10,
VDE 0875-11, Klasse A, Gr. 1
• Schrankbelegungsplan
• Verteilerplan
Durchgängige rechnergestützte Projektierung (ME-DRP)
Die Erstellung der Dokumentation und Konfiguration erfolgt mit
einem modernen objekt- und datenbankorientierten CAE-Werkzeug. Das Strukturdiagramm auf der Seite 54 zeigt den Informationsfluss auf Basis hochentwickelter Ausführungsstandards.
Werksprüfung
Die Turbinenleittechnik wird von Mauell gefertigt und als Gesamtsystem unter anderem mit Hilfe des Turbinensimulators einer
Gesamtfunktionsprobe unterzogen. Dabei werden für eine realistische und effektive Prüfung von Konfiguration und Systemhardware
alle Signale aus der Peripherie hardwaremäßig simuliert. Die
Signalvorgabe erfolgt von ansteckbaren Prüfpulten, von denen die
Eingangsgrößen vorgegeben werden können und mit Hilfe des
Turbinensimulators, der für eine Prüfung und Optimierung der
Turbinenregelkreise zur Verfügung steht.
Signale aus übergeordneten Funktionsbereichen, die nicht über die
Hardware-Peripherie vorgegeben werden können, werden durch
Setzen der entsprechenden Speicher simuliert. Aufgrund der in die
Systemschränke integrierten dezentralen Rangierverteiler wird die
Richtigkeit der Rangierungen in die Prüfung einbezogen. Erforderliche Korrekturen im Bereich der Verteilerbelegungen und Rangierungen werden durchgeführt. Bei der Werksprüfung geht das Prüffeld-Team die fertige Funktionsbeschreibung durch und beobachtet
on-line am Monitor des Konfigurationssystems die
• Eingangssignale, binär/analog
EG-Konformitätserklärung zum CE-Kennzeichen
• die Verknüpfungsergebnisse, binär/analog
Die von uns mit Vergabe des CE-Kennzeichens bescheinigte
Konformität unserer Geräte und Systeme entspricht der
Rechtsvorschrift der Nr. 89/336/EWG.
• Laufzeiten, Speicher, Auswahlschaltungen
• Ausgangssignale, Befehle, Rückmeldungen, Stellgrößen,
Rechenergebnisse.
53
Beistellung des
Auftraggebers
Ausführungsrichtlinien
Projektabwicklung
Projektdefinitionen
SW-Module
Logik
GeräteDokumente
katalog
Stammdaten
Projektierungsstandards
Anlagenschemata
(R+I)
Standards
Sensor-/
Aktorlisten
Funktionsbeschreibungen
HW - Planung
Geräteanordnung
Feldplanung
FeldHardware
SW-Module
Logik
GeräteDokumente
katalog
Stammdaten
Basic-Engineering
SW - Planung
Fließbilder
Signalbearbeitung
Prozeßobjekte
Funktionspläne
Anlage
Teilanlage A
Teilanlage A1
Teilanlage A1.1
Prozeßobjekt
Funktion
Signal
Signal
Gerät
Gerät
Gerät
Gerät
Logik
Prozeßobjekte
Bedienung
Steuerung
Registrierung
Protokolle
Archiv
Projekthandbuch
Mauell - Regelwerk Standortspezifisches
Regelwerk
Projektdatenbank
Dokument
Teilanlage B
Standortspezifische
Dokumente und Konfiguration
Kabelliste
Schränke
Unterverteiler
UVBelegung
Fertigungsaufträge
Montage- und
IBS-Unterlagen
Funktionspläne
Stromlaufpläne
Dokumente
und Listen
Autom.
Einheiten
Prozessobjekte
Prüfprotokolle
Funktionsdokumentation
Steuerung
Regelungen
Konfigurationsdateien
Fließbilder
StandardBilder
BuBDateien
ME 4012 Konfiguration
Strukturdiagramm unseres Werkzeuges zur Erstellung einer durchgängig rechnergestützten Dokumentations- und
Konfigurationserstellung
Montage
Service und Diagnose
Die Montage kann durch den Turbinenlieferanten oder Mauell
erfolgen.
Für eine umfassende Diagnose vor Ort sind die Baugruppen des
Turbinenreglers mit entsprechenden LED-Signalgebern
ausgestattet, die den Zustand aller wichtigen binären
Beschriftung
• Eingangsgrößen
Alle Anlagenteile innerhalb unseres Lieferumfanges werden nach
dem KKS (Kraftwerk-Kennzeichen-System) bezeichnet.
• Zwischenverknüpfungsergebnisse
• Ausgangsgrößen
signalisieren.
Inbetriebnahme
Die von uns gelieferten Anlageteile können nach entsprechender
Schulung vom Turbinenlieferanten in Betrieb genommen werden.
Im Zuge der "kalten Inbetriebnahme" werden die einzelnen Funktionen und Einstellwerte geprüft und das Ergebnis dieser Prüfung
dokumentiert.
Während der "warmen Inbetriebnahme" wird die Turbinenleittechnik an die dynamischen und sonstigen Betriebsverhältnisse
der Gesamtanlage angepasst und optimiert.
Das Betriebspersonal des Auftraggebers wird in die Inbetriebnahmearbeiten mit eingeschaltet und mit der Anlage vertraut gemacht.
Zur Unterstützung des Personals der Turbinenlieferanten können
Inbetriebnehmer der Firma Mauell angefordert werden. Bei Modernisierungsprojekten erfolgt die Inbetriebnahme durch Mauell.
Analogwerte aus der Peripherie oder zu den Ventilstellungsreglern
lassen sich rückwirkungsfrei an der Baugruppen-Frontplatte
anmessen. Durch Anschluss des Konfigurationssystems ME-DRP
lassen sich alle Prozesszustände (binär und analog) on-line
beobachten. Falls erforderlich können Signale simuliert werden.
Auf Wunsch kann das System mit einer Ferndiagnose-Schnittstelle
ausgestattet werden.
Das Konfigurationssystem ME-DRP ermöglicht außerdem die
grafische Rückdokumentation der Konfiguration auf einen Stand,
der immer den aktuellen Parametrierdaten entspricht. Diese
Anwenderkonfiguration wird über einen Laserdrucker ausgegeben.
Damit ständig eine Dokumentation "as built" verfügbar ist, kann die
gesamte Anwenderkonfiguration über einen Laserdrucker in Grafikform ausgegeben werden.
Aufgrund des größeren Darstellungsformates (A4 quer) sind in der
ausgedruckten Dokumentation Kennzeichen, Klartext und Hardware-Adresse für Ein- und Ausgänge gleichzeitig darstellbar. Die
Ausgabe erfolgt nach Funktionsbereichen sortiert einschließlich
spezifischem Schriftfuß mit Seitenzähler und Ausgabe-Datum.
54
HD-Schnellschluss- und HD-Regel-Ventil
Referenzbeispiel: VEAG Kraftwerk Jänschwalde, hier arbeiten 6 Turbosätze (je 500 MW) mit ME 4012 Turbinenleittechnik
55
Vertretungen
Deutschland
Helmut Mauell GmbH
Am Rosenhügel 1 – 7
D-42553 Velbert
Tel.: +49 (0)20 53 / 1 30
Fax.: +49 (0)20 53 / 1 36 53
Internet: www.mauell.com
E-Mail: [email protected]
Eine stets aktuelle Adressenliste finden Sie
im Internet unter: www.mauell.com
01.4012.28D02
Tochtergesellschaften
und Vertretungen
in aller Welt:
Abu Dhabi U.A.E.
Argentinien
Belgien
Brasilien
Dänemark
Finnland
Frankreich
Großbritannien
Iran
Korea
Kuweit
Niederlande
Norwegen
Österreich
Polen
Schweden
Schweiz
Singapur
Spanien
Tschechische
Republik
Türkei
Ungarn
USA

Turbinen-Leittechnik ME 4012

Transcription

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