用于保持同步的蒸汽涡轮管理系统及其执行过程的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于保持同步的蒸汽涡轮管理系统及其执行过程。本发明涉及一种用于在发生电网(10)处的电网短路之后保持电网(10)与发电机(20)之间的同步的蒸汽涡轮管理系统，发电机(20)由蒸汽涡轮(30)驱动，该系统包括：管理器(40)，其适于控制阀(50)的布置，该阀(50)用于调节蒸汽涡轮(30)中的蒸汽流；用于测量发电机(20)的输出端处的电压下降的器件(60)；用于测量发电机(20)的输出端处的电功率下降的器件(70)；管理器(40)，其适于响应于电压下降超过预定值且响应于电功率下降超过预定值而开始蒸汽涡轮(30)的阀(50)的布置的操作。
【专利说明】用于保持同步的蒸汽涡轮管理系统及其执行过程
【技术领域】
[0001]本发明涉及蒸汽涡轮领域，并且更具体地涉及用于在发生电网短路之后保持电网与发电机之间的同步的蒸汽涡轮管理系统，且涉及用于执行该系统的过程。
【背景技术】
[0002]如现有技术中已知的那样，蒸汽涡轮为将加压蒸汽的热能转换成机械能的装置。
[0003]由蒸汽涡轮获得的机械能可用于驱动发电机的转子来产生电能。具体而言，发电机的转子借助于涡轮轴驱动，涡轮轴使上述转子与蒸汽涡轮互连。
[0004]同样，发电机与交流电网(下文称为电网)联接，以用于将产生的电能经过多条传输线分配至消费者。具体而言，为了获得电能从发电机到电网的输送，重要的是发电机和电网同步，使得发电机的频率匹配电网的频率。
[0005]然而，可发生一条或多条传输线中的电网短路。为了清除电网短路，已发生电网短路的传输线借助于电路断路器来隔离。上述事件称为甩负荷，且导致发电机的输出端处的电功率下降。此外，发电机的输出端处的电功率下降导致发电机的电转矩与机械转矩之间的失衡。具体而言，发电机的电转矩的值变为小于发电机的机械转矩的值，导致了蒸汽涡轮的加速。由于该加速，故发电机的频率变为高于电网的频率，使得发电机与电网之间可能出现同步的失去。
[0006]为了避免此类同步的失去，可使用蒸汽涡轮管理系统。该系统适于将蒸汽涡轮的速度保持在一定速度下(称为同步速度)，其中发电机的频率匹配电网的频率，以免于发电机与电网之间的同步的失去。具体而言，在发生电网短路之后，蒸汽涡轮加速，且其速度超过同步速度，使得发电机的频率变为高于电网的频率。蒸汽涡轮管理系统用于调节蒸汽涡轮速度，直到蒸汽涡轮速度回到同步速度，在该同步速度下，发电机的频率匹配电网的频率。
[0007]已知的蒸汽涡轮管理系统包括用于通过调节蒸汽涡轮中的蒸汽流来调节蒸汽涡轮的速度的管理器。蒸汽涡轮中的蒸汽流的调节通过阀的布置实现，该阀的操作按管理器的请求而开始。具体而言，阀的布置设置在一个或多个蒸汽管处，通过该蒸汽管，蒸汽由蒸汽发生器提供至蒸汽涡轮。为了在发生电网短路之后保持上述同步，阀的布置按管理器的请求触发，以便在蒸汽涡轮的速度超过同步速度时限制蒸汽涡轮的速度。
[0008]在一个公知类型的蒸汽涡轮管理系统中，管理器响应于发生电网短路之后的蒸汽涡轮的速度的测量来调节蒸汽涡轮的速度。上述测量通过设置在涡轮轴处的速度传感器来实现。速度传感器与管理器通信，以便在蒸汽涡轮的速度超过同步速度的100%至130%之间的值时将速度信号传递至管理器。响应于该速度信号，管理器开始阀的布置的操作，该操作持续，直到蒸汽涡轮的速度变为等于同步速度。
[0009]在另一个公知类型的蒸汽涡轮管理系统中，管理器响应于电功率下降的测量来调节蒸汽涡轮的速度，电功率下降出现在发生电网短路之后发电机的输出端处甩负荷的情况下。电功率下降的测量借助于设置在发电机的输出端处的电功率传感器来实现。电功率传感器与管理器通信以便将电功率下降信号传递至管理器。响应于该电功率下降信号，管理器开始阀的布置的操作，该操作持续，直到蒸汽涡轮的速度变为等于同步速度。
[0010]然而，上述蒸汽涡轮管理系统的阀的布置的操作的开始呈现了发生电网短路之后的实质延迟。该实质延迟可导致发电机与电网之间同步的失去。
[0011]因此，需要改进现有技术的当前蒸汽涡轮管理系统，以便确保发生电网短路之后发电机与电网之间的同步的保持。
【发明内容】
[0012]本发明的一个目的在于提供一种蒸汽涡轮管理系统，其确保发生电网短路之后保持发电机与电网之间的同步。
[0013]本发明的另一个目的在于提供一种蒸汽涡轮管理系统，其减少发生电网短路之后蒸汽涡轮速度调节开始的延迟。
[0014]这些及其它目的借助于本发明的蒸汽涡轮管理系统实现。具体而言，本发明的蒸汽涡轮管理系统在发生电网处的电网短路之后保持电网与发电机之间的同步，发电机由蒸汽涡轮驱动，且该系统包括:
-适于控制阀的布置的管理器，阀调节蒸汽涡轮中的蒸汽流，以便保持电网与发电机之间的同步；
-用于测量发电机的输出端处的电压下降的器件；以及 -用于测量发电机的输出端处的电功率下降的器件。
[0015]管理器连接到用于测量电压下降的器件和用于测量电功率下降的器件上，该电压下降和电功率下降都在发电机的输出端处，管理器还适于在发生电网短路之后响应于电压下降超过发电机的输出端处的预定电压值且响应于电功率下降超过发电机的输出端处的预定电功率值而开始阀的布置的操作，该阀调节蒸汽涡轮中的蒸汽流。
[0016]本发明的蒸汽涡轮管理系统在电压下降超过预定电压值和功率下降也超过预定功率值时开始操作。此类开始比现有技术中的开始更快，这将进一步阐释。
[0017]根据另一个方面，本发明还提供了一种用于在发生电网处的电网短路之后保持电网与发电机之间的同步的过程，发电机由蒸汽涡轮驱动，该过程包括以下步骤:
-并行地测量发电机的输出端处的电压下降、测量发电机的输出端处的电功率下降；
-响应于电压下降超过发电机的输出端处的预定电压值和电功率下降超过发电机的输出端处的预定电功率值而开始蒸汽涡轮的阀的布置的操作，以便在发生电网短路之后保持电网与发电机之间的同步。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]通过参照附图来详细描述本发明的一个/若干实施例，本发明的以上目的和特征将变得清楚，在附图中:
图1示出了根据本发明的实施例的蒸汽涡轮管理系统。
[0019]图2a示出了根据现有技术的蒸汽涡轮管理系统的、发电机的机械转矩的时间变化的图表。
[0020]图2b示出了根据图1的实施例的蒸汽涡轮管理系统的、发电机的机械转矩的时间变化的图表。
[0021]图3示出了根据本发明的实施例的在发生电网短路之后保持电网与发电机之间的同步的过程的流程图。
[0022]图4示出了根据本发明的另一个实施例的在发生电网短路之后保持电网与发电机之间的同步的过程的流程图。
【具体实施方式】
[0023]图1示出了连接到蒸汽涡轮30上的发电机20，蒸汽涡轮30连接到蒸汽发生器90上。蒸汽发生器90通过阀50的布置将蒸汽提供至蒸汽涡轮30。发电机20还连接到电网10上，以便经过电网10的多条传输线将电能输送至消费者。图1中未示出的电网10的传输线通常使用高压三相交流电(AC)。
[0024]此外，图1示出了蒸汽涡轮管理系统的实施例，其用于在发生电网短路之后保持电网与发电机20之间的同步。该蒸汽涡轮管理系统包括管理器40，其连接到用于测量发电机20的输出端处的电压下降的器件60上，且连接到用于测量发电机20的输出端处的电功率下降的器件70上。用于测量电压下降的器件60例如为伏特计，且用于测量功率下降的器件70例如为瓦特计。用于测量电压下降的器件60和用于测量电功率下降的器件70位于发电机20的输出端处，且它们分别将电压下降信号和电功率下降信号传递至管理器40。管理器40连接到阀50的布置上，以便响应于电压下降超过预定电压值和电功率下降超过预定电功率值来借助于促动器而开始阀50的布置的操作。在实施例中，阀50的布置至少包括高压阀和截取压力阀。具体而言，高压阀和截取压力阀两者都位于蒸汽发生器90与蒸汽涡轮30之间。阀的布置的该特定结构是本领域中的技术人员公知的，且未在图1中详细示出。
[0025]在如【背景技术】中已经提到的现有技术的蒸汽涡轮管理系统中，在发生电网短路之后，阀的布置的触发的开始是响应于蒸汽涡轮的测量速度超过同步速度的100%至130%之间的值发生的，或响应于在发电机的输出端处的甩负荷的情况下出现的电功率下降发生的。
[0026]图1中所示的实施例的蒸汽涡轮管理系统允许识别电网10处的电网短路的发生，且及时地开始阀50的布置的操作。由电功率下降超过发电机20的输出端处的预定电功率值的测量进一步确认的超过发电机20的输出端处的预定电压值的电压下降的测量以可靠的方式指示了发电机的输出端处的电网短路的发生。有利的是，通过图1中所示的实施例的蒸汽涡轮管理系统的管理器40而开始阀50的布置的操作，该开始比现有技术的系统中执行的对应开始更快，阀50的布置的操作的开始发生在识别到电网短路时，且特别是在电压下降超过预定电压值和功率下降超过预定功率值时。这是因为电网短路发生在甩负荷情况下发电机的输出端处出现的功率下降事件之前，且还发生在蒸汽涡轮的速度增大的事件之前，因为电网短路为两个事件的原因。因此，阀50的布置的操作的开始的延迟相比于现有技术的蒸汽涡轮管理系统中观察到的延迟显著地减小，且因此确保了发电机20与电网10之间的同步的保持。
[0027]重要的是注意预定电压值和预定功率值由蒸汽涡轮管理系统的使用者确定，且它们两者都取决于蒸汽涡轮和发电机的特征，以及取决于电网的特征和范围。
[0028]在实施例中，用于测量发电机20的输出端处的电压下降的器件60包括用于测量电压下降的电压传感器，且由于超过预定电压值的电压下降而提供了与额定标称电压成比例的输出电压信号。这类电压传感器是本领域的技术人员已知的。此外，在另一个实施例中，用于测量发电机20的输出端处的电功率下降的器件70包括用于测量电功率下降的电功率传感器，且由于电功率下降超过预定电功率值而提供了与额定标称电功率成比例的电功率信号。这类电功率传感器也是本领域的技术人员已知的。
[0029]作为优选，管理器40为电动液压管理器，其通过借助于促动器来控制阀50的布置而调节蒸汽涡轮30中的蒸汽流，以便保持电网10与发电机20之间的同步。
[0030]作为优选，当管理器40接收到电压下降超过电压标称值的50%至90%之间的预定值引起的电压信号和电功率下降超过电功率标称值的10%至30%之间的预定值弓I起的电功率信号时，执行阀50的布置的开始，且特别是执行在发生电网短路之后为了减小蒸汽涡轮的速度而由管理器40进行的阀50的布置的闭合动作的开始。
[0031]根据另一个实施例，蒸汽涡轮管理系统还包括用于测量电网短路的持续时间的器件80。用于测量电网短路的持续时间的器件80优选为计时器，其在电压下降超过预定电压值和所述发电机的出口端处的功率下降超过预定功率值时被触发，且在消除电压下降和功率下降时停用。具体而言，如图1中所示，用于测量电网短路的持续时间的器件80连接到用于测量电压下降的器件60和用于测量发电机20的输出端处的电功率下降的器件70这两者上。用于测量电网短路的持续时间的器件80同时地在电压下降超过预定电压值时从器件60接收第一触发信号且在电功率下降超过发电机20的输出端处的预定功率值时从器件70接收第二触发信号。这两个信号都在识别到电网短路时传输至器件80。此时，计时器开始电网短路的持续时间的测量。当发电机20的输出端处的测量的电压下降和测量的电功率下降两者都被消除(发电机的输出端处的电压和电功率两者都获得它们的额定值)时，计时器从器件60接收第一停用信号且从器件70接收第二停用信号。
[0032]管理器40适于与电网短路的持续时间成比例地保持阀50的布置的闭合动作。具体而言，管理器40连接到计时器上，使得在已经完成此持续时间的测量时管理器40从计时器接收信号，该信号指示电网短路的持续时间。然后，管理器40使该持续时间与取决于电网短路的持续时间的系数相乘，且将阀50的布置的闭合动作保持等于该乘法的乘积的持续时间。然后，再开启阀50的布置的命令由管理器给出。该乘法可借助于整合到管理器40中的微处理器来执行。重要的是注意电网短路的持续时间取决于蒸汽涡轮的惯性。
[0033]保持阀50的布置的操作且特别是将阀50的布置的闭合动作保持为取决于电网短路持续时间的持续时间的优点在于，只需要阀50的布置的一个闭合动作，直到发生电网短路之后蒸汽涡轮的速度获得等于的同步速度的值。相反，在现有技术的系统中，将执行一个以上的阀50的布置的闭合动作，直到蒸汽涡轮的速度获得等于同步速度的值。
[0034]重要的是注意在短持续时间(大体上认为是小于60ms)的电网短路的情况下，阀50在管理器命令阀50再开启之前可能并未完全闭合。
[0035]图2a示出了在现有技术的蒸汽涡轮管路系统中观察到的发电机20的机械转矩(每单位)的以秒计的时间变化，而图2b示出了在本发明的蒸汽涡轮管理系统中观察到的发电机20的机械转矩(每单位)的以秒计的时间变化。重要的是注意，发电机的机械转矩的下降是在发生电网短路之后为了减小蒸汽涡轮30的速度而执行的阀50的布置的闭合动作的结果。
[0036]具体而言，现有技术的系统(见图2a)中的发电机的机械转矩呈现了两个下降，而本发明的系统中的发电机的机械转矩仅呈现了一个下降(见图2b)。另外，在图2a中，机械转矩的下降且因此阀的布置的操作的开始在发生电网短路之后的1.08秒处开始，而在图2b中，机械转矩的下降在发生电网短路之后的1.02秒处开始。因此，本发明的系统中开始阀的操作的延迟小于现有技术的系统中的对应延迟。对于图2a和图2b中的特定示例，电网短路持续80毫秒。另外，图2b的示例中的阀50的布置的操作的开始响应于电压下降超过电压标称值的50%的预定值且响应于电功率下降超过电功率标称值的10%的预定值而执行。
[0037]图3示出了用于在电网10处发生电网短路之后保持电网10与发电机20之间的同步的过程的实施例。
[0038]在步骤100中，电压下降借助于蒸汽涡轮管理系统的电压传感器而在发电机的输出端处测量，且并行地在步骤200中，电功率下降借助于蒸汽涡轮管理系统的电功率传感器而在发电机的输出端处测量。
[0039]在步骤300中，在所述发电机的输出端处响应于电压下降超过预定电压值和电功率下降超过预定电功率值，阀50的布置的操作借助于管理器(40)开始。
[0040]根据另一个实施例，该过程还包括步骤400以及步骤500，步骤400通过计时器来测量电网短路的持续时间，步骤500通过管理器40将蒸汽涡轮的阀的布置的操作保持为取决于电网短路持续时间的持续时间(见图4)。
[0041]如上文所述，通过当在所述发电机的输出端处电压下降超过预定电压值且功率下降超过预定功率值时触发用于测量电网短路的持续时间的器件80且在消除电压下降和功率下降时停用器件80，从而实现了电网短路的持续时间的测量。
【权利要求】
1.一种蒸汽涡轮管理系统，用于在出现电网(10)处的电网短路之后保持所述电网(10)与发电机(20)之间的同步，所述发电机(20)由蒸汽涡轮(30)驱动，所述蒸汽涡轮管理系统包括: -管理器(40)，其适于控制阀(50)的布置，该阀(50)用于调节所述蒸汽涡轮(30)中的蒸汽流； 其特征在于，还包括: -用于测量所述发电机(20)的输出端处的电压下降的器件(60)； -用于测量所述发电机(20)的输出端处的电功率下降的器件(70)； 其中所述管理器(40)连接到用于测量所述电压下降的所述器件(60)上且连接到用于测量所述电功率下降的所述器件(70)上，且适于响应于电压下降超过所述发电机(20)的输出端处的预定电压值且响应于电功率下降超过所述发电机(20)的输出端处的预定电功率值而开始所述阀(50)的布置的操作。
2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮管理系统，其特征在于，所述蒸汽涡轮管理系统还包括用于测量所述电网短路的持续时间的器件(80)，所述器件(80)适于在所述电压下降超过所述发电机(20)的输出端处的所述预定电压值和所述功率下降超过所述发电机(20)的输出端处的所述预定功率值时被触发，所述器件(80)进一步适于在消除所述电压下降和所述功率下降时停用。
3.根据权利要求 2所述的蒸汽涡轮管理系统，其特征在于，所述管理器(40)适于将所述阀(50)的布置的操作保持为取决于所述电网短路持续时间的持续时间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的蒸汽涡轮管理系统，其特征在于，所述阀(50)的布置至少包括高压阀和截取压力阀。
5.一种用于在出现电网(10)处的电网短路之后保持所述电网(10)与发电机(20)之间的同步的过程，所述发电机(20)由所述蒸汽涡轮(30)驱动，所述过程包括以下步骤: -测量(100)所述发电机(20)的输出端处的电压下降； -并行地测量(200)所述发电机(20)的输出端处的电功率下降； -在发生所述电网短路之后，响应于电压下降超过所述发电机(20)的输出端处的预定电压值和电功率下降超过所述发电机(20)的输出端处的预定电功率值而开始(300)阀(50)的布置的操作，该阀(50)调节所述蒸汽涡轮(30)中的流，以便保持所述电网(10)与所述发电机(20)之间的同步。
6.根据权利要求5所述的过程，其特征在于，所述过程还包括以下步骤: -测量(400)所述电网短路的持续时间； -将所述蒸汽涡轮(30)的所述阀(50)的布置的操作保持(500)为与所述电网短路持续时间成比例的持续时间。
7.根据权利要求5或权利要求6中任一项所述的过程，其特征在于，所述阀(50)的布置至少包括高压阀和截取压力阀。
【文档编号】H02P9/04GK104079005SQ201410121882
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2013年3月29日
【发明者】M.图勒蒙德, C.贾洛特, D.里戈特 申请人:阿尔斯通技术有限公司