СОЕДИНЕНИЕ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ И ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ПОД ЗАДАННЫМ УГЛОМ С РЕГУЛИРОВКОЙ РОТОРНОГО УГЛА
CONNECTION OF GAS TURBINE AND STEAM TURBINE UNDER GIVEN ANGLE WITH ROTOR ANGLE ADJUSTMENT

При пуске газотурбинных электростанций зачастую необходимо осуществить подключение паровой турбины, как только с отводимым теплом газовой турбины может быть предоставлено достаточное количество пара для приведения паровой турбины в действие. Для этого газовая турбина и паровая турбина соединяются посредством муфты. В частности, для предотвращения дисбаланса стараются осуществить соединение с заданной регулировкой процесса соединения под заданным углом соединения. Для этого паровая турбина надлежащим образом ускоряется. Частота газовой турбины задана такой, чтобы соответствовать частоте электросети, в которой осуществляется подача энергии.
Из EP 1 911 939 А1 известен способ соединения приводного вала турбомашины с приводным валом посредством муфты. Турбомашина разгоняется до несинхронного относительно приводного вала числа оборотов и удерживается на этой постоянной частоте вращения, пока не будет подан сигнал для соединения, с целью обеспечения соединения с заданным углом соединения. Под турбомашиной понимается, как правило, паровая турбина, а под приводным валом понимается вал для приведения в действие генератора.
Задачей изобретения является обеспечение возможности улучшенного соединения с заданным углом соединения. Решение данной задачи имеет место, в частности, в независимых пунктах формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения предлагают предпочтительные варианты усовершенствования. В описании и на основании чертежей можно получить дополнительную информацию.
Предлагается способ соединения соединённой с генератором газовой турбины и паровой турбины, причём генератор имеет обмотку возбуждения. Активизация обмотки возбуждения может изменяться посредством изменения проходящего через обмотку возбуждения тока возбуждения. Способ имеет следующие этапы:
a) ускорение и/или замедление паровой турбины таким образом, чтобы соединение осуществлялось с заданным углом соединения,
б) в случае необходимости, изменение тока возбуждения, так чтобы изменённая за счёт этого активизация обмотки возбуждения приводила к изменению роторного угла, причём роторный угол изменяется таким образом, что поддерживается достижение заданного угла соединения.
Следует учесть, что этап a) и этап б) по времени, по меньшей мере, частично перекрываются. Этап б) всегда осуществляется тогда, когда невозможно или возможно лишь с осложнениями, к примеру, не в короткий промежуток времени, посредством этапа a) добиться получения заданного угла соединения. Этап a) известен, так что для этого не осуществляется никаких дополнительных мероприятий.
Этап б) должен быть пояснён более детально. У тока возбуждения, который вызывает активизацию обмотки возбуждения, имеется степень свободы. За счёт этого на так называемый роторный угол может оказываться воздействие. Под роторным углом, именуемым также углом выбега ротора, следует, в целом, понимать угол, с которым индуктор синхронной электрической машины опережает синхронное вращающееся поле. В данном случае нет необходимости останавливаться на деталях, так как соответствующему специалисту они известны. Важно понимать, что за счёт изменения роторного угла изменяется реактивная мощность, однако, остаётся возможность обеспечить требуемую полезную мощность. За счёт изменения роторного угла, возможно удовлетворить требование о том, чтобы генератор вращался с частотой сети, и одновременно можно было добиться изменения углового положения генератора и, тем самым, газовой турбины. Изобретение позволяет, таким образом, оказывать воздействие не только на угловое положение паровой турбины, но и на угловое положение газовой турбины. Даже если, как правило, возможно воздействие в пределах нескольких градусов, создаётся, тем не менее, дополнительная степень свободы, которая, при необходимости, может сильно облегчить и ускорить соединение с заданным углом соединения.
Роторный угол зависит от соотношения полезной мощности и реактивной мощности. Так как соотношение полезной мощности и реактивной мощности зависит от активизации, то есть, от тока возбуждения, то соответствующий выбор реактивной мощности при заданной полезной мощности следует осуществлять, соответственно, в принципе, идентично с предложением по току возбуждения. Взаимосвязи выявляют тот факт, что непосредственная регистрация роторного угла не является обязательным условием. Достаточно, в принципе, при заданной полезной мощности соответствующим образом изменять реактивную мощность. Таким образом, при регулировке можно использовать и так уже зарегистрированные значения полезной мощности и реактивной мощности. Взаимосвязи между полезной мощностью, реактивной мощностью и роторным углом могут быть заимствованы из так называемой диаграммы мощностей, что далее будет пояснено более детально.
В варианте осуществления изобретения при опережении газовой турбины в отношении заданного угла соединения ток возбуждения повышается, а при запаздывании газовой турбины ток возбуждения понижается. Как правило, за счёт увеличения возбуждения роторный угол может быть уменьшен. То есть, угол, на который ротор с выступающими полюсами опережает синхронное вращающееся поле, уменьшается. То есть, генератор и, тем самым, газовая турбина как бы немного прокручиваются в обратном направлении, так что опережение газовой турбины в отношении заданного угла соединения устраняется.
В варианте осуществления изобретения изменение тока возбуждения используется для компенсации колебаний частоты сети, которые осложняют достижение заданного угла соединения. Даже если, в принципе, стремятся к тому, чтобы удерживать частоту сети максимально постоянной, в Германии, к примеру, стремятся к значению 50 Гц, то, всё же, имеют место небольшие колебания. Если они возникают во время соединения, то есть, как раз перед собственно соединением, когда паровая турбина ускоряется или замедляется, зачастую невозможно соответствующим образом согласовать ускорение паровой турбины. В этом случае изменение тока возбуждения и сопровождающее его изменение роторного угла и, тем самым, изменение углового положения газовой турбины, очень важно, если не обязательно, для быстрого соединения с заданным углом соединения.
В варианте осуществления изобретения за счёт изменения тока возбуждения угол газовой турбины может изменяться на величину до 5°. Как уже пояснено ранее изменение угла, которого можно добиться, не слишком велико, однако, тем не менее, важно. При этом остаётся неизменным то, что важная степень свободы при соединении создаётся за счёт соответствующего ускорения паровой турбины и выбора момента соединения.
В варианте осуществления изобретения для изменения тока возбуждения изменяется напряжение возбуждения. Это позволяет оказать воздействие на ток возбуждения простым способом.
Приведённые выше соображения могут быть использованы также в отношении способа разъединения паровой турбины и соединённой с генератором газовой турбины. Генератор опять же имеет обмотку возбуждения, активизация которой может изменяться за счёт изменения проходящего через обмотку возбуждения тока возбуждения. При разъединении ток возбуждения изменяется таким образом, что изменяемая за счёт этого активизация обмотки возбуждения приводит к изменению роторного угла, что облегчает процесс разъединения. Как уже было описано выше в связи с процессом соединения, изменение роторного угла позволяет осуществить поворот газовой турбины. В определённых ситуациях при разъединении, то есть, при отпуске соединения между газовой турбиной и паровой турбиной, это может быть предпочтительно. Прежде всего, зачастую возможно ускорить процесс разъединения. Это снижает износ соединения.
Также предоставляется регулировочное устройство для одновального турбоагрегата с газовой турбиной, паровой турбиной и генератором. Регулировочное устройство оборудовано таким образом, что описанный выше способ может быть осуществлён для соединения и/или для разъединения. При этом зачастую, достаточно минимальных изменений уже имеющегося регулировочного устройства. Во многих случаях можно ограничиться перепрограммированием. Реализация способа в соответствии с изобретением требует, таким образом, лишь очень незначительных затрат. В обычном случае без проблем возможно также дооснащение имеющихся одновальных турбоагрегатов, точнее говоря, соответствующего регулировочного устройства.
Изобретение поясняется с помощью единственной фигуры, которая демонстрирует диаграмму мощностей, на которой изображены взаимосвязи между реактивной мощностью, полезной мощностью и роторным углом.
По оси ординат на фиг.1 представлена полезная мощность MW. По оси абсцисс реактивная мощность Mvar. Линия 1 проходит при реактивной мощности 0. При расположении рабочих точек на линии 1 предоставляется, таким образом, лишь полезная мощность. При расположении рабочих точек ниже линии 1 реактивная мощность отрицательна, при расположении выше – положительна. Заканчивающиеся на кромке прямые линии соответствуют различным значениям Cos phi, причём phi это угол между индуцированным в генераторе напряжением и являющимся следствием этого током на векторной диаграмме.
В данном случае имеют значение выходящие из расположенной слева внизу точки 2 начала координат стрелки 3, 4 и 5. Как можно видеть, они заканчиваются в рабочих точках с такой же полезной мощностью, однако, с другой реактивной мощностью. Участок 6, который связывает обе конечные точки стрелок 3 и 5, является типичной зоной, в которой может регулироваться реактивная мощность, в то время как полезная мощность остаётся такой же.
Угол между стрелками 3, 4, а также 5, и осью абсцисс является соответствующим роторным углом. Положение точки 2 начала координат определено посредством измерительной техники. В общем, роторный угол может быть считан с диаграммы мощностей, на которой проводится стрелка от точки 2 начала координат к соответствующей рабочей точке и определяется угол этой стрелки относительно оси абсцисс.
Например, если соединение осуществляется в рабочей точке, которая располагается в конце стрелки 4, и посредством регулировки устанавливается, что газовая турбина для соединения с заданным углом соединения 2° уходит вперёд, то следует снизить роторный угол на 2°. Как можно видеть на диаграмме мощностей на фиг.1, к тому же, следует увеличить реактивную мощность. Для этого следует снизить активизацию, то есть, напряжение возбуждения и, тем самым, ток возбуждения настолько, чтобы роторный угол составлял 42°. То есть, простым способом возможно посредством изменения реактивной мощности, которое может быть осуществлено за счёт изменения возбуждения, оказать воздействие на роторный угол и, тем самым, улучшенным образом воздействовать на заданный угол соединения.