Turbinen-Leittechnik ME 4012 - mauell.de · geschwindigkeit der Turbine so zu steuern, dass Grenzbean-spruchungen nicht überschritten werden. Damit wird eine optimierte

Kraftwerks- und Prozessleittechnik

Turbinen-LeittechnikME 4012

Anwendungsbericht

• Turbinen-Drehzahl- und -Leistungsregelung

• Elektronischer Turbinenschutz

• Turbinen-Hilfsregelkeise

• Betriebsweisen

• Leitsystem-Eigenschaften

2 Turbinen-Leittechnik ME 4012 – Anwendungsbericht

Alle Rechte vorbehaltenAlle Beiträge sind urheberrechtlich geschützt, Nachdruck, Verviel-fältigung (auch elektronisch), Kopie, auch auszugsweise, nur mitschriftlicher Genehmigung der Helmut Mauell GmbH.

Betrachtungen zur digitalen Turbinenleittechnik mit ME 4012Inhalt 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 hydraulischenZusammenschaltung 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

TurbinenlaufüberwachungInhalt SeiteMesseinrichtung der Turbinen-Laufüberwachung 21Turbinendrehzahl-Messeinrichtung 21Wellenschwingungs-Messeinrichtung 21Lagergehäuseschwingungs-Messeinrichtung 21Relativdehnungs-Messeinrichtung (Läufer/Gehäusedehnung) 22Wellenlage-Messeinrichtungen (Blocklagerverschleiß-Messung) 22Absolutdehnungs-Messeinrichtung 22Axialschub-Messeinrichtung (falls vorhanden) 22

Elektronischer TurbinenschutzInhalt SeiteAufgaben des Turbinenschutzes 23Tabelle der möglichen Schutz-Auslösekriterien(VGB R-103-M) für den Turbinenschutz 23Turbinenschutz-Ausführungsvarianten 24Turbinenschutz als Ersatz des hydraulischen Überdrehzahl-schutzes (Retrofit einer bestehenden Anlage) 24Ruhestrom-Schutzsystem (RS-Turbinenschutz) 24Besondere Spezifikationsmerkmale der DW-Baugruppen 24Schutzblock für Zentralhydraulik 25Arbeitsstrom-Schutzsystem (AS-Turbinenschutz) 26Überwachungseinrichtung für das Arbeitsstrom-Schutzsystem 26Verknüpfungslogik und Permutation der Auslösekriterien 26Auslösekriterien 26Prüfeinrichtungen Turbinenschutz 26Testprogramm “Turbinen-Drehzahlwächter” 27Testprogramm des hydraulischen Schutzblockes 27"Scharfe" Prüfung Schnellschluss- und Regelventile 27Überdrehzahlprobe 27Elektronischer Turbinenschutz 2v3 mit dezentraler hydraulischer Auslösung 1v2 28Ansteuerung der Magnetventile ANS MV 28Handauslösung der Not-Aus-Funktion 28Testprogramme 28Testprogramm “elektrische Auslöseeinrichtung” 28Testprogramm “Dampfventile” 28

Leittechnik der TurbinenhilfseinrichtungenInhalt SeiteTurbinenhilfseinrichtungen 30Wellendichtdampf-Druckregelung 31Wellendichtdampf-Temperaturregelung 31Lageröl-Temperaturregelung als Ölmengen-Regelung 31Lageröl-Temperaturregelung als Kühlwasser-Mengenregelung 31Steuerfluid-Temperaturregelung 32Kondensator-Niveauregelung 32Kondensator-Mindestmengenregelung 32Fahrweise der HD-Umleitstation (HDU) 33Anfahrbetrieb 33Anfahr- und Betriebsschaltung einer HDU-Station 33Normalbetrieb mit Turbine 33

Turbinen-Leittechnik ME 4012 Anwendungsbericht

Turbinen-Leittechnik ME 4012 – Anwendungsbericht 3

Druckkennlinie einer HD-Umleitstation als Beispiel 34Vorsteuerung HDU-Einspritzung 34Abfahren 34Stillstand 34Kaltfahren des Kessels 34Sicherheitsfall 34Turbinenschnellschluss 34Drucküberschreitung 34Inselbetrieb 34Enthalphie-Regelung der HDU-Austrittstemperatur 34Fahrweise der MD/ND-Umleitstation (MDU) 35Normalbetrieb mit Turbine 35Absicherung des Zwischenüberhitzers ZÜ 35Sicherheitsfall 35Druckhaltung 36Drucküberschreitung 36Temperatur hinter der MD-Umformstation (MDU) 36Steuerung des Wasser-Absperrventils 36MD-Umleitregelung 36HDU- und MDU-Sicherheitsfunktion mit Fail-Safe-Steuerung 37Funktionsbeschreibung 37Prüfschaltung 38Generator-Hilfsregelkreise 38Kondensatstau-Regelung 38Funktionsgruppen – Steuerungen 39Verfügbarkeit 39Anlagengliederung 39Arbeitsweise der Funktionsgruppen 39Funktionsgruppe Kondensatförderung 39Funktionsgruppe Ölversorgung und Dreheinrichtung 40Funktionsgruppe Dichtdampfversorgung und Luftabsaugung 40Funktionsgruppe Turbinensteuerung 40

Anfahren, Abfahren und Leistungsänderung einer Turbine mit ZwischenüberhitzungInhalt SeiteAnfahren des Turbosatzes 41Vorbereitungen 41Heizen der Turbinengehäuse 41Entwässern von Gehäusen und Rohrleitungen 41Sperrdampf-Versorgung 41Kriterien zum Einklinken der Schnellschlusseinrichtung 41Anwärmen der Frischdampfleitungen und der HD-Ventilgehäuse 41Anwärmen der Einströmleitungen 42Fahren auf Nenndrehzahl 42Drehzahlsteigerung 42Leistungsänderung 42Aufnahme einer Mindestlast 42Belasten bis zum Schließen der Umleitstationen 42Belasten nach dem Schließen der Umleitstationen 43Entlasten des Turbosatzes 43Tiefste zulässige ZÜ-Temperaturen 43Abfahren des Turbosatzes 43Entlasten bis zum Schließen der Regelventile 43Trennen vom Netz 43Schnellschlussauslösung und Auslauf des Turbosatzes 43Kaltfahren des Turbosatzes 43Abstellen des Turbosatzes 43

Systemhardware der digitalen Turbinenleittechnik ME 4012Inhalt SeiteAutomatisierungseinheit 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 L- 52

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

Betrachtungen zur digitalen Turbinenleittechnik mit ME 4012


Binär/Analog Binär -

Kanal 1

ProzeßbusKanal 2 Kanal 3

SUB-NETSUB-NET

SerielleKopplung

Fremdsystem

Turbinen -schutz RSPrüfung

GrenzwerteAnalog -eingabe



Analog -eingabe

Turbinent emp.-und Leistungs-führungsgerät

Turbinen -leistungs -

druckregler

Block-Leistungs-koordinator

Turbinenregler- Drehzahl- und Drehzahlführungsregler1v2- Leistungs- und Leistungsführungsregler- Frischdampf Vordruck und FD-Grenzdruckregelung- HZÜ-Anstauregelung- Heizentnahme-Regelung- HD / MD Koordinator- Ventilstellungsregler HD, MD/ND- MD-Umleitregelung mitDruck- und Einspritzregelung

Turbinen-Temperatur- und Leistungsführungsgerät (TLFG)- TFD ,TZÜ und Turbinenleistung- Transientenbegrenzung- Protokollfunktion

Block - Leistungskoordinator- Sollwertführung Dampferzeuger- Sollwertführung Turbine

TurbinenhilfseinrichtungenRegelungen

- Wellendichtdampf-Druckregelung- Wellendichtdampf-Temperaturregelung- Lageröl-Temperaturregelung- Kondensator-Niveauregelung- Kondensator-Mindestmengenregelung- Generator Hilfsregelkreise

Funktionsgruppen- Funktionsgruppe Kühlwasser- FG Kondensatförderung- FG Lageröl-, Steueröl- und Dreheinrichtung- FG Evakuierung- FG Sperrdampf- FG Anzapfung- FG Entwässerung- FG Turbinensteuerung

Turbinenschutz Ruhestrom- Überdrehzahl- Kondensatordruck- Lageröldruck- Kesselschutz- Generatorschutz- Endschaufelschutz- Wellenlage- HD- Austrittstemperatur

Schutzprüfung Ruhestrom- elektronisches Schutzsystem- hydraulischer 2v3 Schutzblock- Schnellschlussventil- Einzelprüfung- Regelventil- Einzelprüfung

Turbinenlaufüberwachung- Wellenschwingung- Lagergehäuseschwingung- Relativdehnung- Wellenlage- Absolutdehnung- Axialschub

Turbinen Arbeitsstromschutz- Geber 2-kanalig- Verarbeitung 2-kanalig- Auslösekriterium 1v2

Schnellschlussventil - Einzelprüfung

Dampferzeuger- Bekohlung, Mühlen- Luft / Rauchgas- Feuerung ( Fail-Safe )- Speisewasser- Überhitzer- Kondensat- Fernwärmeauskopplung- Eigenbedarf

Nebenanlagen- Rauchgasentschwefelung- DeNOx, NH3-Tanklager- Wasseraufbereitung- Kondensatreinigung- Versorgung Kohle, Kalk- Entsorgung Asche, Gips

HD MD

+ -

K X#

+-

++

S

#

M

S

F

L L

#

n

P

N

f

FD

HD G~

Geber undVerarbeitung

2v3,Auslösung RS

1v2

SSV -Einzel

prüfung

NDMD/ ND

Blockleittechnik

G~

M F

Turbinen -drehzahl -

reglerRegelung Antriebs -

steuerung

Funktions -gruppen -automatik

DE

SSV

TRG

RV

& & &

Turbinen-welle

SS Turbine

LS 01

&

& 1>_

2 v 3 2s 0

SS Turbine

LS 01

&

& 1>_

2 v 3 2s 0

SS Turbine

LS 01

&

& 1>_

2 v 3 2s 0

Funk-uhr

Projekt-Druckerserver

Videoprinter

Meldungen

Ereignisse

Gateway zumBetriebsführungssystem

Arbeitsplatz-rechner

Leitrechner 1



Leitrechner 2

PD-LANAIS-LAN

Bridge

ME-DRP Projektierung,Dokumentation und Diagnose

PD-LAN

Client 1 Client nME-AISClient 1

ME-AISServer

DRP-LAN

ME-DRPServer

Hydraulik- Schutzblock2 v 3

Datenbank

- Kondensatstau-Regelung

Digitale Turbinenleittechnik mit ME 4012 garantiert einheitliche, durchgängige Kraftwerksleittechnik

ME 4012-Systemschrank mit digitalem Turbinenregler unddigitalem Turbinenschutz


Die technische Entwicklung hat in den letzten Jahren auf allenGebieten enorme Fortschritte gemacht. Auch in der Kraftwerks-technik und speziell im Bereich der Dampfturbine ging dieseEntwicklung stetig voran. Durch neue Erkenntnisse bei Festigkeit,Langzeitverhalten von Werkstoffen, Strömungsdynamik undKonstruktion ist aus einer ehemals relativ einfachen Turbine heuteein hochtechnisiertes Aggregat geworden.

Dieser erreichte technische Stand verpflichtet gleichzeitig dazu, dieBetriebssicherheit und die Verfügbarkeit optimal zu gewährleisten,sowie die Turbinenlebensdauer auf ein Maximum auszudehnen.Heute steht für diese anspruchsvollen Aufgaben mit dem Prozess-leitsystem ME 4012 eine digitale Turbinenleittechnik zur Verfügung,die jeden einzelnen Vorgang so erfassen und selbständig, in vor-gegebenen Grenzen steuern kann, wie es die DVG-Richtlinienerfordern. Dabei sorgen übergeordnete Funktionsgruppen-Automatiken für ein nahtloses Ineinandergreifen aller Einzel-vorgänge, so dass der Gesamtkomplex Kraftwerk, mit seinemriesigen Investitionsvolumen auf lange Zeit sicher und wirtschaftlichbetrieben werden kann.

Betrachtet man einmal den reinen Turbosatz, so ergeben sich fürdie fünf Hauptbetriebszustände:

• Anfahren und Synchronisieren

• Belasten und Leistungsbetrieb mit Netzreglereinfluss undFrequenzeinfluss

• geregeltes Abfangen bei Lastabwurf und Sicherung desEigenbedarfes bei Lastabwurf

• Lastrampenbetrieb

• Abfahren

ganz bestimmte Forderungen, die durch das ProzessleitsystemME 4012 erfüllt werden, um für alle Betriebszustände jederzeiteine sichere Führung, Steuerung und Regelung gewährleisten zukönnen. Darüber hinaus ist das Prozessleitsystem ME 4012 nochgefordert, Hinweise auf den jeweils aktuellen Istzustand der Anlagezu geben, um aus Veränderungen die notwendigen Rückschlüssefür den weiteren Betrieb ziehen zu können.

Alle diese Forderungen streben die folgenden Ziele an:

• höchste Anlagen- und Betriebssicherheit

• höchstmögliche Verfügbarkeit

• geringerer Verschleiß

• Verlängerung der Lebensdauer

• homogene Integration in die Hauptleittechnik und übersichtlicheBedienbarkeit

• hohe Diagnosetiefe und Servicefreundlichkeit

• verlängerte Serviceintervalle

Zudem wird damit eine maximale Wirtschaftlichkeit des Turbo-satzes gewährleistet und während der langen Gebrauchsdauererhalten.

Perspektiven der digitalen Turbinenleittechnik

Mit der Entwicklung eines digitalen Turbinenreglers konnte die Helmut Mauell GmbH die in vielen Jahren gesammeltenErfahrungen aus

• Entwicklung

• Planung

• Fertigung

• Montage

• Inbetriebnahme

leittechnischer Systeme in eine vollständige Durchgängigkeitdes Prozessleitsystems ME 4012 für alle Bereiche der Block- undTurbinenleittechnik umsetzen. Dies gilt auch für Bereiche mitbesonders hohen Anforderungen an die

• Reglerzykluszeit, wie z.B. bei der Turbinendrehzahlregelung

• Messgenauigkeit (wie z.B. Frequenz- und Drehzahlverarbeitung)

• Sicherheit der Signal- und Informationsverarbeitung für denelektronischen Turbinenschutz

Die wesentlichen Funktionen der Turbinenleittechnik sind:

• Turbinenregler (Drehzahl, Leistung, FD-Druck)

• Turbinen-Temperatur- und Leistungsführungsgerät (TLFG,Temperatur- und Leistungs-Transistentenberechnung)

• Turbinenschutz-Arbeitsstrom (Schwingungen, Dehnungen,Temperaturen)

• Turbinenschutz-Ruhestrom (Überdrehzahl-, Generator- undKesselschutz sowie Not-Aus)

• 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 Melde-protokollierung)

• Zentrale Leitsystem-Diagnose, -Konfiguration, Dokumentation

• Schnittstelle zur Blockleittechnik auf Basis des ProzessbussesSUB-NET bzw. serieller Schnittstellen zu Fremdsystemen

Damit steht der Kraftwerksindustrie mit ME 4012 ein Prozessleit-system zur Verfügung, das mit einer einheitlichen:

• Systemhardware

• Firmware

• Dokumentation

• Bedienoberfläche

alle Bereiche des Kraftwerksprozesses, also

• Dampferzeuger

• Turbosatz

• Nebenanlagen für Betrieb und Umweltschutz

in wirtschaftlicher und komfortabler Weise automatisiert, überwachtund bedienungsfreundlich leiten hilft.

Die sich daraus ergebenden Vorteile für die Betreiber stellen unserenBeitrag für neue Perspektiven der digitalen Turbinenleittechnik darund erlauben gleichermaßen den Einsatz zur Modernisierungbestehender Altanlagen, als auch die Ausrüstung modernerNeuanlagen aller Größenordnungen. Dabei können bestehendeBetriebsphilosophien und Regelkonzepte umgesetzt und mitmodernen Regelalgorithmen ergänzt werden.


Turbinenregler

Der modulare Aufbau des Turbinenreglers aus Standardbaugruppendes Prozessleitsystems ME 4012 ermöglicht den einkanaligenAufbau für Industrieturbinen oder einen zweikanaligen Aufbau mitstoßfreier Umschaltung für Kraftwerksturbinen.

Der Aufbau des Turbinenreglers umfaßt:

• Messwertaufbereitung

• Drehzahlregelung

• Druckregelung

• Leistungsregelung

• Koordination HD/MD-Teilturbine

• Ventilstellungsregelung

• Steuerlogik

• Meldungsbildung

• Bedienerführung

Zu den Besonderheiten des Turbinenreglers zählen:

• Reglerzykluszeit 2ms, typ.

• Regler-Reaktionszeit 5ms typ.

• Drehzahlsignalauflösung 0,5mHz

• Drehzahlmessgenauigkeit 2mHz abs., bei 50Hz

Turbinen-Temperatur- und -Leistungsführungsgerät (TLFG)

Das TLFG errechnet aus verschiedenen Prozessparametern wieDampfdruck, Dampftemperatur, Turbinen-Ventilstellungen undTurbinendrehzahl thermische Spannungen, die mit den zulässigenSpannungen der am höchsten beanspruchten Bauteile (Turbinen-wellen) verglichen werden.

Seine Aufgabe ist es, Temperatur-Änderungsgeschwindigkeitenvon Frischdampf und ZÜ-Dampf sowie die Leistungsänderungs-geschwindigkeit der Turbine so zu steuern, dass Grenzbean-spruchungen nicht überschritten werden. Damit wird eine optimierteBetriebsweise in Grenzen des zulässigen Lebensdauerverbrauchesermöglicht.

Durch die Integration der TLFG-Hardware in den Turbinenregler-schrank und durch die direkte Prozessbusanbindung wird eineoptimale Einbindung in alle leittechnischen Abläufe erreicht.

Der Aufbau des TLFG umfasst:

• Industrie-PC

• SUB-NET-Prozessbusanschluss über serielle Kopplung zurTurbinenregler CPU

für alle Prozessdaten und Steuerbefehle

• Festplattenlaufwerk

• Monitoranschluss (nur für Administration und

• Tastaturanschluss Parametrierung)

Leittechnik der Turbinenhilfseinrichtungen

Zur Beherrschung und für den sicheren Betrieb der Turbine sinddie Turbinenhilfseinrichtungen neben der Turbinen-Drehzahl/-Leistungsregelung von besonderer Bedeutung. Zu den Hauptauf-gaben zählen z.B.:

• Wellendichtdampf-Druckregelung

• Wellendichtdampf-Temperaturregelung

• HD- und MD-Umleitstation

Durch den Einsatz der Standard-Baugruppen des Prozessleit-systemes ME 4012 werden die einzelnen Aufgabenstellungenstrukturiert in leittechnische Lösungen umgesetzt.

Der Systemaufbau umfaßt:

• Feldgeräte der Messtechnik

• Feldinstallation und Verkabelung


• Binärsignalaufbereitung

• Antriebssteuerung

• Regelung und Leistungssteller

• Fail-Safe-Baugruppen mit Baumusterprüfung

• Meldungsbildung

• Funktionsgruppenautomatiken

• Bedienebene und Protokollierung

Die Hauptfunktionen sind:

• Regelung der Turbinenhilfsregelkreise

• Steuerung der Hilfsantriebe

• Fail-Safe-Schutz der HD- und MD-Umleitstationen

• Funktionsgruppenautomatiken für einen kontrollierten Betrieb

• Bedienerführung

• Bedienung und Beobachtung von einer zentralen Leitwarte aus

Turbinenlaufüberwachung

Die Laufüberwachung besteht aus:


• Signalauswertung und Grenzwertbildung

• Messwertanzeige und Meldungsbildung

Zu den überwachten Prozessparametern gehören:

• Wellenschwingung (Wirbelstrommessung in x- und y-Ebene)

• Lagergehäuseschwingung (seismische Aufnehmer)

• Relativ- und Absolutdehnung (Wegmessung)

• Wellenlage (Wegmessung mit Wirbelstromsensor)

• Axialschub (Dehnungsmessstreifen-Auswertung)

Strategien der digitalen Turbinenleittechnikbei Modernisierungsprojekten

Vorraussetzungenfür den weiteren Betrieb

Empfehlungenfür den weiteren Betrieb

DVG-RichtlinienAnlagensicherheit

LebensdauerVerfügbarkeit / Zuverlässigkeit

Erweiterte SicherheitBetriebsüberwachung

Primärregelung(Frequenzstützung)Sekundärregelung

(Netzkennlinienverfahren)Stellreserve

ÜberdrehzahlschutzFundamentalschutzErweiterter Schutz

Turbinen Temperatur undLeistungsführungsgerät (TLFG)

BelastungsgrenzeinrichtungHD / MD Trimmregelung

SchutzprüfungLaufüberwachung

Turbinenhilfseinrichtung

Leittechnisches Gesamtkonzept

Betrachtungen zur digitalen Turbinenleittechnik mit ME 4012


Elektronischer Turbinenschutz

Der Turbinenschutz erfasst alle die Prozesskriterien, die zu einerSchädigung von Menschen oder der Anlage führen können.Überschreitet eines der Kriterien einen zulässigen Grenzwert, sounterbricht der Turbinenschutz den Turbinenbetrieb.

Entsprechend der Einteilung in Kriteriengruppen für Schutzkriterien(VGB-Broschüre VGB-R103-M "Überwachungs-, Sicherheits- undSchutzeinrichtungen an Dampfturbinenanlagen") berücksichtigt derTurbinenschutz durch seine Struktur die Anforderungen derGesamtanlage bezüglich Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. DieSchutzauslösung wirkt auf alle Schnellschluss- und Regelventilesowie alle gesteuerten Rückschlagklappen.

Der Turbinenschutz besteht aus:

• Überdrehzahlschutz, 3-kanalig

• Grenzwertbildung und Signalverknüpfung

• Ruhestrom-Auslösesignalbildung

• on-line-Prüfeinrichtung aller Schutzkomponenten

Die Hauptfunktionen sind:

• Überdrehzahlschutz

• FundamentalschutzLageröl und Kondensatordruck, Wellenposition,Endschaufelschutz, Kesselschutz, Generatorschutz, Not-Aus,HD-Austrittstemperatur

• erweiterter SchutzWellenschwingungen, Relativdehnung, Lagertemperaturen,Abdampftemperaturen, Temperaturdifferenzen HD- undMD-Gehäuse

Der in allen Bereichen der Signalverarbeitung sicher und verfügbar(2v3) aufgebaute Schutz verknüpft die Auslösekriterien des Funda-mentalschutzes und des erweiterten Schutzes auf dem Fail-Safe-Überdrehzahl-Schutzmodul mit den Auslösesignalen derÜberdrehzahlwächter. Bei Modernisierungsprojekten erfolgt übereinen prüfbaren 2v3-Hydraulikblock die Umsetzung der elektroni-schen Signale in ein hydraulisches Steuersignal, welches die mitFederkraft schließenden Schnellschluss- und Regelventile steuert.

Bei Neuanlagen ist der Aufbau einer 2v3-Leistungselektronik zurDirektansteuerung der Entlastungs-Magnetventile (2-kanalig jeSSV bzw. RV) die kostengünstigste Realisierungsvariante.

Durch ein Prüfprogramm ist eine kanalweise on-line-Prüfung desgesamten Fail-Safe-Ruhestromschutzes, einschließlich Schnell-schluss- und Regelventil-Auslösung, hydraulisch bzw. elektrischohne Beeinträchtigung des Turbinenbetriebes jederzeit möglich.

Bedienen und Beobachten

Für die Bedienung und Beobachtung der digitalen Turbinenleit-technik (TLT) lassen sich zwei Varianten unterscheiden:

1. Mauell-T-LT als autarkes Leitsystem ME 4012 mit Anbindung anein übergeordnetes Fremdleitsystem der Blockleittechnik mittels

serieller Schnittstellen.

2. Mauell-T-LT als integralerBestandteil des überge-ordneten BlockleitsystemsME 4012.

Diese Variante bietet gegenüberder ersten eine Reihe vonVorteilen wie z.B.:

• einheitliche Projektierung

• einheitliche Dokumentation

• einheitliche Meldungsverar-beitung und Protokollierung

• einheitliche Bedien- undBeobachtungsphilosophie

• zentrale Konfiguration undDiagnose

Für die kostengünstige Vor-Ort-Bedienung und -Beobachtungwird eine lokale ME-VIEW-Bedienstation eingesetzt.

DampferzeugerLeittechnik

Überwachung

Einspeisung

TurbinenschutzT-Regelung

Überwachung

Einspeisung

Funktionsgrup-penautomatiken

Überwachung

Einspeisung

Überwachung

Einspeisung

TLFG

TurbinenschutzLeistungsteil

Regelung

Antriebs-steuerung

Signal-aufbereitung

Blockregelung

SUB-NET

Projekt-Datenbank

Bridge

Diagnose

Client

DRP-LAN

ME-DRPServer

Überwachung

Einspeisung

Messtechnik-laufüberwachung


TurbinenschutzRegel.HDU/MDU

SchutzHDU/MDU



ME-VIEW

Hardware-Systemüberblick der Dampferzeuger- und Turbinenleittechnik ME 4012


Die erfolgreiche Entwicklung der digitalen Turbinenleittechnik fürDampfturbinen in den Größen zwischen 9MW und 600MW basiertauf den Standardkomponenten des Prozessleitsystems ME 4012.Dieser Regler kann sowohl für den Einsatz in Neuanlagen als auchfür die Modernisierung bestehender Dampfturbinen eingesetztwerden.

Die Regelung der Turbine erfolgt über die Frischdampfmenge zumHD-Teil und im Falle einer Zwischenüberhitzungsturbine auch überdie ZÜ-Menge zum MD/ND-Teil durch servohydraulisch geregelteStellventile.

Das vorgestellte Regelschema bezieht sich auf eine Konden-sationsturbine mit Zwischenüberhitzung und ist auf dem Prozess-leitsystem ME 4012 unter Verwendung von Funktionsbausteinender Standard-Firmware und speziell für hochdynamischeAnwendungen entwickelter Bausteine lauffähig. Die fertigeKonfiguration kann gemeinsam mit der Turbinenregler-Hardwarean einer Block-Simulationseinrichtung getestet werden. Es könnenauch Konzepte für andere Turbinen realisiert werden, wie z.B.Gegendruckturbine, Entnahme-/Gegendruckturbine,Kondensations-/Entnahmeturbine. Die Auslegung derRegelstrategie erfolgt dabei nach VDI/VDE-Richtlinie 3521, Blatt 3.

Regelstrategie

Die Turbine darf in ihremVerhalten nicht isoliert betrachtetwerden, sondern sie ist vielmehrin den technologischen Prozessund besonders in den Kraft-werksprozess eingebunden unddamit integraler Bestandteil desdynamischen Gesamtprozessesbestehend aus Dampferzeugerund Dampfturbine mit ihrenjeweiligen Nebenanlagen.

Es soll hier kurz ein Regelver-fahren vorgestellt werden,welches sowohl im Gleitdruckals auch im Festdruckbetrieboptimale dynamische Resultatedes gesamten Prozessesermöglicht. Fallweise kann aufVordruckregelung geschaltetwerden, falls eine exakteDruckhaltung gewünscht wird.

Der Vorteil der Ventil-Positionie-rung ist, dass exakte Ventilpunk-te, speziell bei Turbinen mitStufenventilen oder im Fest-druck betriebene Turbinen mitRegelrad, angefahren werdenkönnen. Verschleißreduktion undverbesserter Wärmeverbrauchsind die wesentlichen Vorteile dieser Fahrweise, während einederartige Einstellung der Ventilpunkte bei einer Beaufschlagungdurch einen Vordruck- oder auch Leistungsregler unweigerlich zuInstabilitäten führen würde.

Die Regelung des Dampferzeugers erfolgt bei der vorzustellendenBetriebsweise durch einen Leistungsregler, der die gewünschteÜbergabeleistung des Blockes mit hinreichender Genauigkeit zurVerfügung stellen kann. In der amerikanischen Literatur ist einsolches Regelverfahren eines Kraftwerkblockes als ”turbine followmode” oder ”Turbine folgt Kessel” bekannt. Es wird bei Trommel-kesseln bisher häufiger angewandt als das bei Zwangsdurchlauf-kesseln eher bekannte Verfahren des ”boiler follow mode”.

Mit Hilfe digitaler Prozessleitsysteme lassen sich heute jedochleicht komplexe Streckennachbildungen und aufwendigere Regelal-gorithmen implementieren, so dass das vorzustellende Verfahrenbei höchstmöglicher Schonung der Kraftwerkskomponenten diegewünschte maximale Dynamik zur Verfügung stellen kann. Dieskönnen z.B. Ein- und Ausspeichervorgänge sein, die durch Netz-frequenzschwankungen hervorgerufen werden oder bei programm-gemäßen Laständerungen wünschenswert sind. Andererseits kannbei Brennstoffstörungen des Dampferzeugers stabilisierend überdie Stellung der Turbinenventile eingegriffen werden.

Im zunächst nicht koordinierten Betrieb beim Anfahren des Dampf-erzeugers und der Turbine sorgt eine Anfahrführung für dieSteuerung des Brennstoffes, um den Dampferzeuger auf die

gewünschte Anfahrleistung zu fahren. Parallel erfolgt dasAnwärmen der Turbine und das anschließende Hochfahren desTurbosatzes auf Nenndrehzahl. Die Anfahrführung der HD-/MD-Umleitstation sorgt dabei für die beim Kesselstart benötigteDurchströmung des Zwischenüberhitzers.

Aufgabenstellung des Verfahrens und Regelstrategie

Leistungssollwert

DE

-

-H

G-

Turbine

Referenz: BAG, KW Pleinting Block 1, 300MW

Frequenz-Stützung:Primärregelung

Kondensatstau-Regelung

MIN

n

C

Block-Gradient

[MW /min]

PSWF

HDU

p

"F "FD

ModellBlock-

DE-Modell

Kannlast

+

DE/Turbine

SWF E[MW ]

E

E

+ +[MW ]

[MW]

[MW]

+ +

MD-/ND-Anteil

+-

++

+-

++

E

+-

[MW ]E

-+

pTu

BrnSt"M " "P SW"FD

"F " [t/h]FD

[bar]

[t/h]

PFD

LastregelungDampferzeuger

E

KL

TLFG

D

X

PTx

X

PTx

XPTxPTx

X

PTxPTx

-P

Drehzahl-/LeistungsregelungTurbine

E

G

-E

n

++

-H

G -

+-

Block Last- und Leistungsregelung mit Modellbildung für Dampferzeuger und Turbine


Nach dem Synchronisieren desTurbosatzes wird der Generatordurch Vorgeben einer Zielleistungam Sollwertsteller der Block-führung belastet. Dieser verän-dert den Leistungs-Grundwertin der Blockführung entspre-chend einem an einer Transien-tenauswahl gebildeten zulässi-gen Transienten, bis die vorge-wählte Zielleistung erreicht ist.

Diese Transientenauswahlbegrenzt den vorgewähltenLeistungstransienten durchexterne Freibeträge, wie z.B.den zulässigen Dampferzeuger-Transienten und den Turbinen-Transienten, welcher aus denLäuferspannungen der HD- undMD-Teilturbinen durch dasTemperatur- und Leistungs-führungsgerät (TLFG) errechnetwird. Übersteigt während desBelastungsprozesses die Soll-Leistung des Blockes die Größedes Anfahrfeuers, so schließtdie HD-Umleitstation und eineweitere Steigerung der Leistung erfolgt koordiniert zwischenDampferzeuger und Turbine. Dabei verändert sich nun derLeistungs-Sollwert für die Turbine entsprechend einesBeobachtermodelles exakt mit der Dynamik desDampfproduktionsprozesses des Dampferzeugers.

Der für die Brennstoffregelung eingesetzte Lastregler erhält dieRegelgröße ∆p. Das Turbinen-HD-Regelventil und der Leistungs-regler der Turbine (über zwei Messumformer für die Generatorleis-tung) vergleichen die im Dampferzeuger-Beobachter ermitteltetatsächliche Leistung mit der Generatorleistung. Während pro-grammgemäßer Lastrampen ist diese Abweichung Null, es seidenn, der Vergleich eines Kessel-Modells mit dem Kessel-Beobachter ergibt eine Differenz, welche z.B. auf abweichendenHeizwert des Brennstoffes schließen lässt und steuert dannentsprechend den Leistungsregler nach. Soll bei programmgemäßen Lastrampen das Speichervermögendes Frischdampfsystems in Anspruch genommen werden, sokönnen die Turbinenregelventile entsprechend vorgesteuertwerden. Die sich dynamisch aus dem Entladen des Frischdampf-speichers ergebende Mehrleistung wird jedoch über ein Frisch-dampf-Speichermodell an der Vergleichsstelle des Kessel-Last-reglers kompensiert, da hierdurch lediglich eine Verschiebung derLeistungsentbindung bewirkt wird, später jedoch im stationärenZustand keine größere Brennstoffmenge benötigt wird.

Ähnlich verhält es sich mit dem für die Netzstützung benötigtenFrequenzeinfluss. Dem Block-Sollwert wird deshalb der inbestimmten Lastfällen (z.B. Schwachlast) unterdrückbare Frequenz-einfluss aufaddiert und unverzögert zu Kessel und Turbine geleitet.Im Sinne einer optimalen Netzstützung ist dabei die Inanspruch-nahme des Frischdampfspeichers gewünscht und richtig. Es lassensich jedoch die Auswirkungen des Frequenzeinflusses auf dieAbweichung des Frischdampfdruckes in den Phasen in denenwegen der langsameren Dampferzeugerdynamik die Dampf-produktion noch nicht der neuen Sollleistung, gebildet aus Block-Sollwert und Frequenzeinfluss, entspricht, so begrenzen, dasskeine unzulässigen Betriebszustände auftreten können.

Parallel dazu wird der aus der Frequenzabweichung gebildetedynamische Anteil der Sollleistung über ein Dampferzeugermodellgeführt und dem Ausgang des Dampferzeuger-Beobachters,welcher nur die Änderungen des Blockleistung-Grundwertesverarbeitet, aufaddiert, um den für den momentan gefordertenBetriebszustand korrekten Solldruck zu errechnen.

Bei Netzfrequenzschwankungen nimmt der Turbosatz an derFrequenzstützung (Primärregelung) teil: die Frequenzabweichungist dem Turbinenregler so aufgeschaltet, dass ein linearer Zusam-menhang zwischen Istleistung und Frequenz besteht. Steigt dieNetzfrequenz und damit die Drehzahl der Turbine an, so reduziertder Regler die Ventilstellung und damit die Generatorleistung, sinktdie Netzfrequenz, wird der Generator über die eingestellte Sollleis-tung hinaus belastet. Das Maß für die Beteiligung des Turbosatzesan der Frequenzhaltung ist die Neigung der Frequenz-Leistungs-kennlinie, die als Proportionalgrad einstellbar ist.

Der auf den Brennstoff wirkende Lastregler wird also nur aktiv,wenn tatsächlich eine Heizwertänderung des Brennstoffes vorliegt,während Eingriffe aufgrund dynamischer Vorgänge im Netz nichtzu einer Veränderung der Leistungsregler-Regeldifferenz führen.Zur Vermeidung des sogenannten Falschregeleffektes ist es alsonicht nötig, anstelle der elektrischen Leistung z.B. die mechanischeLeistung des Turbosatzes, ermittelt als Radkammerdruck beiFestdruck-Regelradmaschinen oder als komplexer Rechen-algorithmus aus thermodynamischen Parametern, zu ermitteln.

n2PG1

f

PG2

h h

-+

-+

+-

+-

n1

EHU

EHU

MAX

PG2

PG1

#PG

#PG/V

W

#n

PGV

PV

von/zur Blockführung

PGf -

+ -+

+-

nü

0

++

+-

+

M I N

An-/AbfahrenBetrieb

M I N

++

MA

X

-+

-+

+ -

+-

pFD

N N N

PFD SollP

G Soll

n2

1n

p / p - Vor-/Grenz-Vordruck-DifferenzwertP - Generator-Wirkleistung

Abkürzungen:

EHU - Elektrohydraul. Umsetzerf - Frequenz

n - Drehzahln - Überdrehzahl-Differenzwert

N - NachführungV GV

ü

GG SollP - Generator-Solleistung

h

h

n

h - Stellung4 3 1 2

dn/dt

-

-

-

-

- Regelkreis/Signal-Bildung,

- Sollwert

- Verarbeitung - Messumformer

HD GMD/ND

Turbinen-Drehzahl- und Leistungsregelung


Aufbau des Turbinenreglers

Turbinenregler

Der digitale Turbinenregler ist integraler Bestandteil des Kraftwerks-Gesamtprozesses. Er erfüllt die Forderungen der DeutschenVerbundgesellschaft (DVG), indem er die Stellgröße der Leistungs-,Drehzahl- und Begrenzungsleistungsregler in stoßfreier Ablösungaufaddiert.

Bei diesem Einsatz des Multifunktionsprozessors werden diebesonderen Eigenschaften einer schnellen Verarbeitung analogerProzessgrößen zur Realisierung aufwendiger Regelkreisstrukturenund -berechnungen intensiv genutzt.

Die umfangreiche ME 4012 Firmware-Bibliothek ermöglicht durchKonfigurieren die Strukturen der Aufgabenstellung auf dieseBaugruppe zu übertragen. Speziell für den Bereich der Turbinen-leittechnik wurden hier Funktionsbausteine geschaffen, die aufwen-dige Rechen- und Regelschaltungen in besonders schneller Weiseabarbeiten. Es besteht eine vollständige Integrationsmöglichkeitanaloger und binärer Funktionen für die Verknüpfung des Turbinen-reglers mit den entsprechenden Steuersequenzen für das Anfahren,Belasten und Abfahren der Turbine sowie durch die Integration indas redundante SUB-NET-Prozessbussystem als auch in dieFunktionsstrukturen des Dampferzeugers.

Der Turbinenregler ist modular aus Standardbaugruppen desProzessleitsystem ME 4012 aufgebaut und besteht grundsätzlichaus einem Subprozessor für die Informationsverarbeitung undInterface-Baugruppen für die Aufbereitung der aus der Peripheriezu erfassenden Prozesssignale. Dazu kommen spezielleAnsteuerungsbaugruppen für hochdynamische unterlagerteServoventile. Das Konzept sieht vor, je Einströmventil eineneigenen Servomotor einzusetzen. Durch diese Grundkonzeptionkann der digitale Turbinenregler an die unterschiedlichstenErfordernisse aus der Prozessperipherie angepasst werden.

Der Turbinenregler kann 1- oder 2-kanalig in Master-Slave-Ausführung mit stoßfreier Umschaltung aufgebaut werden. Miteiner Zykluszeit von <2ms typ. und einer Genauigkeit derDrehzahlerfassung von ±2mHz =~ 0,004% bei Nenndrehzahl undeiner Signalauflösung von 0,5mHz ist er besonders fürnachfolgend beschriebene Aufgaben geeignet:

• Frequenzhaltung

• Dämpfung von Polrad- und Netzschwankungen

• Verknüpfung des Leistungsbegrenzungs- und Drehzahlreglers ineiner Summenschaltung

• Sicheres Abfangen des Turbosatzes auf den Eigenbedarf desBlockes bei einer Trennung vom Netz

• Sicheres Abfangen des Turbosatzes auf jede beliebige Teillastoberhalb des Eigenbedarfskriteriums

• Beherrschung von Netzfehlern jeglicher Art

• Ausregelung von stoßartigen Laständerungen bis ca. 10% beiNennleistung während des Inselbetriebes ohne eineFrequenzabweichung von 1Hz zu überschreiten

• Hohe Ansprechempfindlichkeit des Drehzahlreglers, um auchgeringste Frequenzänderungen im Inselbetrieb zu erfassen


Der Turbinenregler besteht aus folgenden Komponenten:

• Stromversorgung (dezentral auf allen Prozessorbaugruppen)

• Drehzahl- und Drehzahlführungsregler

• Leistungs- und Leistungsführungsregler (falls nicht Teil derBlockregelung)

• Vordruckregler

• Grenzdruckregler

• Beschleunigungsmesser der Drehzahl, einschließlich Maximal-Auswahl aus 2 Drehzahl-Messkanälen

• Impulsvorverstärker je Drehzahlsensor an der Turbine mit jeweils3 entkoppelten Ausgangskanälen

• HD/MD-Trimmregler

• HD-Teilturbinen-Belastungsgrenzeinrichtung

• Stoßfreie Umsteuerung von Voll- auf Teilbeaufschlagung

• Ventilstellungsregler für die HD- und die MD-Regelventile mitunterlagerter Voterschaltung zum Aufbau redundanterTurbinenregler mit stoßfreier Umschaltung (Funktionalität 1v2) aufden verbliebenen funktionsfähigen Peripheriekanal

• Optional Turbinenregler-Prüfgerät

Der Turbinenregler bietet die Möglichkeit der Einzelventilsteuerungund somit eine sequentielle oder parallele Ansteuerung der HD-Ventile in beliebiger Kombination. Weiterhin erlaubt der digitaleTurbinenregler eine feinfühlige Ventilstellungsregelung derEinströmventile und bietet damit eine ausgezeichnete Umsetzungder Regeldynamik innerhalb der Stelleinrichtungen.

Der Turbinenregler teilt sich in die zwei Funktionsbereiche:

• Drehzahlregelung mit integrierten Ventil-Stellungsreglern

• Leistungsregelung/Vordruckregelung

weitere Funktionsbereiche sind möglich:

• Blockleistungsregelung

• Drehzahl-Entnahmedruck-Regelung

• Drehzahl-Gegendruck-Regelung

• Drehzahl-Vordruck-Regelung

• Entnahme-Gegendruck-Regelung

• Entnahme-Vordruck-Regelung

• Gegendruck-Vordruck-Regelung


Ein Funktionsbereich für zeitkritische Aufgaben ist als Drehzahlreglerkonzipiert und realisiert die folgenden Funktionen:

• Drehzahlerfassung

• Drehzahlsollwertführung

• Beschleunigungserfassung

• Aufschaltung von additiven oder muliplikativen Korrektursignalenauf die Grundstellgröße YDR

• Erfassung und Verarbeitung von binären Signalen, die alsStartbedingung für die Drehzahlsollwertführung benötigt werden.

• Hand-/Automatik-Steuerlogik

• Störmeldeerfassung und Signalisierung

• Grenzwertverarbeitung und Ereignis-Zeitstempelung

• Sollwertvorgabe an die integrierten Ventilstellungsregler HD undMD für die folgenden Aufgaben:

• Stellungsregelung je Servomotor ohne bleibende Regelab-weichung der Positionierregelung

• Stellungsrückführung mit eingeprägtem Strom und Normierungvon steigender oder fallender Kennlinie

• Auswahl der Sollstellung über konfigurierbare Extremwertaus-wahlen

• Linearisierung von Ventilcharakteristiken

• stoßfreier Übergang der Betriebsart mehrerer parallelbetriebenerServomotoren (Voll/Teilbeaufschlagung)

• Ventilprüfung mit wählbarer Schließgeschwindigkeit

• Ansteuerung von elektrohydraulischen Wandlern mit eingeprägtemStrom (4-20mA)

• schnelles Schließen über unterlagerte eigenmedium gesteuerteCartridge-Ventile

• Überwachung der Stellungsmessung

• Meldesignalisierung

Der Basisdrehzahlregler ist mit einem speziellen Betriebssystemausgestattet, das für alle im Zusammenhang mit der Drehzahl-regelung stehenden Funktionen eine Rechenzykluszeit von typisch≤2ms gewährleistet.

Die Ansteuerung der Leistungsverstärker für die Elektro-/hydrau-lischen Wandler mit integrierter Erzeugung einer Jitterspannung,zur Erlangung einer höchstmöglichen Regelgenauigkeit der Servo-Regelventile, erfolgt mit Normsignal 4-20mA.

Alle übrigen Funktionsbereiche sind zur Lösung folgenderRegelaufgaben konzipiert:

• Leistungsregelung mit Frequenzeinfluss

• Vordruckregelung

• Grenzdruckregelung

• HD-/MD-Trimmregelung

Der Turbinenregler kann zur Erhöhung der Verfügbarkeit inredundanter Master/Slave-Ausführung mit Hot Stand-Bygeliefert werden (Option).

Die zuverlässige Aufbereitung der Peripheriesignale ist für dieVerfügbarkeit des Turbinenregler-Gesamtsystems von besondererBedeutung. Aus diesem Grunde wurde großer Aufwand für dieEntwicklung von Peripherie-Baugruppen mit robusten elektroni-schen Eigenschaften für die hohen Anforderungen im Kraftwerkgetrieben. Die Spezifikation der eingesetzten Baugruppen ist imKapitel ”Systemhardware der digitalen TurbinenleittechnikME 4012” dieses Applikationsberichtes ausführlich beschrieben.Wegen der besonderen Bedeutung für die Drehzahlregelung wirdim Folgenden nur die Drehzahlerfassung detailliert erläutert.

Firmware mit Funktionsbausteinen

Die für die Realisierung erforderliche Anwender-Konfigurationerfolgt mit den Funktionsmakros der ME 4012 Firmware-Bibliothek.

Durch den Anlagenplaner kann außerdem eine Aufteilung eineslangsamen und eines schnellen Funktionsbereiches definiert werden.

• Funktionsbereich für zeitkritische Aufgaben (≤5ms):Dieser Funktionsbereich ist für die Bearbeitung der Regelalgorith-

men der Turbinen-Drehzahlre-gelung und der Einzelventil-Stellungsregler vorgesehen.

• Funktionsbereich fürStandard-Anforderungen(≤ 20ms):In diesem Funktionsbereichwerden die übrigen Regelauf-gaben, einschließlich desTurbinenschutzes, realisiert.

Das Konfigurieren und dasParametrieren können on-lineerfolgen. Dabei kann derKonfigurationsumfang erweitertwerden, ohne die Zykluszeit imschnellen Funktionsbereichmerklich zu beeinflussen.

Die Möglichkeit der on-line-Parametrierung und on-line-Konfiguration ist für dieverschiedenen Phasen derInbetriebnahme, des Probe-betriebes und der weiterenBetriebsoptimierung vongrößter Bedeutung.

Leistungsführung

TurbinenschutzRuhestrom(2 von 3)

Turbinenregler (A)Master

Turbinenregler (B)Slave (Option)

E / H-Wandler

Servomotor

E / H-Wandler

Servomotor

G

Regelung

- Dampferzeuger

- Netz

nicht zeitkritischeFunktionsbereiche

<20ms

zeitkritischeFunktionsbereiche

< 5 msDrehzahlführungDrehzahlreglerBeschleunigungsmessungVentilstellungsregler

FG-Automatiken

LeistungsreglerFrequenzeinflussHD/MD-TrimmreglerDruckreglerHD-Austritt-Belastungsgrenz-einrichtungTurbinenschutzsystem (TS)Arbeitsstrom 2 von 3TS-Prüfautomaten

Impuls-Vorverstärker

undEntkopplung

Option

VoterMaster / Slave

SSV RV

2 von 3

Master/Slave-Turbinen-Drehzahl und Leistungsregler mit den Funktionsbereichen für schnelle undzeitunkritische Aufgaben



Digitale Drehzahlerfassungder Turbine

Zur Drehzahlerfassung besitztdie Turbine ein Triggerrad. DieZähne werden von drei unab-hängigen magnetischen Impuls-gebern abgetastet. Die abgetas-teten Signale werden vor Ortverstärkt und als 24V-Recht-eckimpulse über abgeschirmteLeitungen zum Turbinenreglerübertragen. (Frequenz bei Dreh-zahlnennwert ca. 10kHz). DieVersorgung, Absicherung undÜberwachung der maschinen-nahen Vorverstärker ISV 3erfolgt von der gesichertenSchiene des Turbinenregler-schrankes. Die Impulsgeber-signale werden jeweils ent-koppelt zum Turbinenregler,zum Turbinenschutz und einmalzur unabhängigen Turbinen-drehzahlmessung geführt.

Impulseingabe IE2F2

Zur Ermittlung der Turbinendrehzahl werden die Impulse der dreiImpulsgeber über eine Baugruppe mit speziellen Impulseingangs-kanälen aufbereitet.

Die Baugruppe ist mit redundanten Impulseingangsschaltungenausgestattet. Bei Störung eines Drehzahlgebers verbleibt über eineMaximalauswahl im Turbinenregler aus Sicherheitsgründen derjeweils höchste Drehzahlwert für die weitere Verarbeitungdurchgeschaltet.

Der Genauigkeit der Drehzahlmessung kommt besondere techno-logische Bedeutung bei der Turbinendrehzahlregelung zu. Damitdie Signale der Impulsgeber sicher und störungsfrei zur Impulsein-gangsbaugruppe gelangen, werden sie in abgeschirmten Kabelnmit einem Pegel von 24V ± 20% übertragen. Die Eingangskanälesind für Impulsfrequenzen von 2Hz bis zu 500kHz ausgelegt undarbeiten bei Nenndrehzahl der Turbine in einem Bereich von ca.10kHz. Die Auswertung der Impulse erfolgt durch eine drehzahlan-gepasste Torschaltung. So wird bei niedriger Turbinendrehzahlnicht die Anzahl der Zähne während eines Zeitintervalles gezählt,sondern es wird über einen quarzstabilisierten Oszillator die Zeit-dauer zwischen zwei steigenden Zahnflanken ermittelt. Zum Aus-gleich mechanischer Ungenauigkeiten wird dies drehzahlabhängigüber mehrere Zahnflanken ermittelt.

Mit diesem Verfahren kann bei niedrigen, aber insbesondere beihohen Turbinendrehzahlen, unter Zugrundelegung der Zähnezahldes Zahnrades, die Turbinendrehzahl digital und präzise ermitteltwerden.

Die absolute Genauigkeit dieser Drehzahlmessung liegt bei±0,04‰, das entspricht 2,0mHz bei 50Hz Nennfrequenz. DieGenauigkeit der quarzstabilisierten Zeitbasis liegt bei 15‰. DieAuflösung der Drehzahlmessung erreicht 0,5mHz.

Zur Überwachung des Impulssignals wird jeder Impulsgeberzusätzlich auf Geberstörung und Aderbruch der Gebersignalleitungüberwacht. Zur Vermeidung von Potentialverschleppungen sind dieImpulseingänge galvanisch entkoppelt.

Die Stromversorgung der Impulseingangsbaugruppe erfolgt überzwei getrennte Gleichspannungswandler, die die entkoppelteStromversorgung der beiden unabhängigen Eingangskanälesicherstellen. Aufgrund der hohen Messgenauigkeit der Impulsein-gangsbaugruppen kann der Turbinendrehzahlregler auch für denFrequenzstützungsbetrieb eingesetzt werden.

Für die schnelle und präzise Umsetzung der Impulssignale inDrehzahlsignale ist diese Baugruppe über den E/A-Bus mit derDrehzahlreglerbaugruppe verbunden.

Der Drehzahlregler vergleicht die Eingangssignale derDrehzahlaufnehmer mit dem vorgegebenen Sollwert und bildetdaraus die Führungsgröße für die Stellungsregelung der HD- undMD-Regelventile. Die Steuerung der unterlagerten Servomotorenerfolgt dabei so, dass ein Servoventil den Differenzdruck an einemFolgekolbensystem, welches den Hauptsteuerschieber desServomotors bildet, entsprechend der Regelabweichung einesStellungsreglers moduliert. Die Einstellung des p-Grades (typ. 8%)kann in weiten Bereichen (2-11%) stufenlos erfolgen.

Zum Hochfahren der Turbine aus dem Drehwerk-Betrieb aufNenndrehzahl dient der Anfahrteil des Drehzahlreglers. EinDrehzahl-Führungsregler verändert hierbei den Drehzahlsollwertentsprechend einem fest eingestellten Transienten, bis einevorwählbare Zieldrehzahl erreicht ist. Der Drehzahlreglerverarbeitet die Regeldifferenz von Drehzahl-Sollwert und -Istwertund steuert mit seinem Ausgang die HD- und MD-Regelventile.

Kanal 1

Kanal 2

Kanal 3

Reserve-Aufnehmer

&

2 v

3

DW Kanal 1DW Kanal 2

Turbinen-

welle

digitale Drehzahlmessung :Genauigkeit : 0,004 % = +/- 2mHz bei 50Hz NetzfrequenzSignalauflösung : 0,5 mHzSignalabtastrate : 5 ms.Messbereich : 3 min -1

Langzeit- und Temperaturstabil durch digitale Erfassung und Verarbeitung

Impulsvorverstärker

DW Kanal 3

E-/ A- Bus

SSV

SU

B-N

ET

IE2 FZ

Turbinen-drehzahlmessung

1 v 2

Turbinen-überdrehzahlSchutz 2 v 3

Drehzahl- undLeistungsregler

Impulssignalerfassung mit Sensor-, Impulsvorverstärker (dreikanalige entkoppelte Ausgänge) undSignalaufbereitung in den Bereichen Turbinenschutz und Turbinen-Drehzahlregelung


Lastabwurf

Bei einer Lastabschaltung soll die Überschwingweite der Drehzahlmöglichst gering sein. Damit die Drehzahl auch bei einer Volllast-abschaltung einen ausreichenden Abstand zur Schnellschlussdreh-zahl aufweist, ermittelt ein Beschleunigungsmesser das dn/dt derTurbinenwelle. Übersteigt diese einen einstellbaren Grenzwert, soerscheint ein Signal, welches steuernd in den Stellungsregelkreisder Servomotoren eingreift und hier ein rasches Schließen derRegelventile bewirkt.

Die bleibende Regelabweichung xW richtet sich nach demeingestellten Proportionalbereich,

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 <200msec.) undeingeschlossener Dampfvolumina und beträgt maximal +5% bis8% entsprechend +150 bis +240 min-1.

Leistungs-/DruckreglerEin Leistungsführungsregler verarbeitet die von der Blockführungausgegebene Zielleistung zu einem Leistungsgrundwert, dem derabschaltbare Frequenzeinfluss aufaddiert wird. Der Leistungsreglerverarbeitet die aus dem frequenzabhängigen Leistungssollwert undder Istleistung gebildete Regelabweichung mit einem PI-Algorithmus.Seine Stellgröße wird der Stellgröße des Drehzahlreglers aufaddiert.Die DVG-Empfehlung wird somit erfüllt. Der Einsatz eines Leistungs-reglers in der Turbinenregelung erfolgt entsprechend der gewähltenBlockregelstruktur.

Dem jeweiligen Grundregelsystem werden zusätzliche Größenaufgeschaltet.

Ein Leistungsgrenzwert ermöglicht die Vorgabe einer maximalenBlock- und Turbinenleistung.

Der Leistungsgrenzwert wird hierbei in die Kannlasteinrichtung desBlockes eingebunden und stellt somit eine obere Begrenzung fürDampferzeuger und Turbine dar.

Ein Grenzdruckregler reduziert die Stellung der Turbinenein-strömventile, sobald der Frischdampfdruck um einen bestimmtenBetrag unter seinen Sollwert abgefallen ist. Bei einem weiterenAbsinken des Frischdampfdruckes bewirkt der Grenzdruckreglereine dem Druckabfall proportionale Leistungsverminderung.

Vorgesehen ist ebenfalls ein FD-Druckregler, falls die Turbine dieRegelung des Frischdampfdruckes übernehmen soll (Turbine folgtKessel). Der FD-Druckregler arbeitet als PID-Regler. Das zurVerarbeitung benötigte Frischdampfdruck-Signal muss von außenzugeführt werden. Eine Umschaltung von Leistungsregelung (fallsTeil der Turbinenregelung) auf FD-Druckregelung ist während desBetriebes möglich. Bei eingeschalteter Leistungsregelung wird dieStellgröße des FD-Druckreglers, bei eingeschalteter FD-Druck-regelung die Stellgröße des Leistungsreglers nachgeführt, so dassein Umschalten auf einen anderen Regler immer stoßfreidurchgeführt werden kann.

Umschalten, Vollbeaufschlagung und Teilbeaufschlagung

Zum schonenden Anwärmen und Hochfahren einer Regelrad-maschine kann eine Umschaltlogik für die Öffnungsfolge derRegelventile aktiviert werden.

Diese Umschaltlogik erlaubt in jedem Betriebspunkt den kontinuier-lichen Übergang von Vollbeaufschlagung (parallele Öffnung) aufTeilbeaufschlagung (sequentielle Öffnung) und umgekehrt, wobeisichergestellt ist, dass während des Betriebsartwechsels dieSumme aller Teildampfmengen durch die einzelnen Regelventileunabhängig vom Umsteuersignal konstant bleibt. Zusätzlichethermische Läuferspannungen werden somit vermieden.

10 rpm

1 min

600 rpm

10s

3000

40

3300

(PI-Regelverhalten)

Dxd

350-500 ms

(P-Regelverhalten)

31503240

5 min 10s

Dxw

2990

max. = 5-7%

Turbinenverhalten im Anfahr- und Lastbetrieb und bei Lastabwurf

Zieldrehzahl

bleibende Regelabweichungabhängig von der Last und

dem Proportionalbereich(Xp = 4-6%, V = 16-25)

Lastabwurf

Synchronisierphasezur Netzfrequenz

Lastaufnahme,Lastbetrieb auf das Netz

Drehwerkbetrieb

Überdrehzahl - Schutzauslösung (Schnellschluss)

dndt

dndt

dndt = 300 U/s =Turbinenlaufzeitkonstante

tmin

1min

Turbinenverhalten bei Lastabwurf



HD-/MD-KoordinatorDie Stellgrößen des Turbinenreglers entsprechen dem gefordertenMassenstrom für die beiden HD- und MD-Teilturbinen, wobei einKoordinator die Öffnung der Ventile entsprechend thermischerGrenzzustände so steuert, dass ein schnellstmögliches Anfahrenund Belasten des Turbosatzes durch Verschieben der Dampf-Massenströme erfolgen kann.

HD-/MD-TrimmreglerIm Anfahr- und Leerlaufbetrieb sind zwei Aufgaben mit gegenläufi-gen Anforderungen zu lösen. Einerseits soll genügend Kühldampffür die Endschaufeln des ND-Teiles zur Verfügung stehen undandererseits darf die Austrittstemperatur der HD-Turbine nicht überein zulässiges Maß ansteigen. Über einen Trimmregler wird derHD-Teilturbine mehr Dampf zugeteilt, sobald ein von der Frisch-dampftemperatur abhängiger Austrittswert überschritten ist.Bei einem Kaltstart (Gehäusetemperatur <100°C) wird die Dampf-menge zur MD-Teilturbine nach dem Synchronisieren mit einemlangsamen Transienten auf ca. 10% der Nennmenge gesteigert.

HD-BegrenzungsreglerDie Schwierigkeiten des Leerlauf- und Schwachlastbetriebes vonDampfturbinen größerer Leistung resultieren aus der Tatsache,dass bei diesen Betriebsarten der dafür notwendige Dampfdurch-satz in der HD-Teilturbine so gering ist, dass Ventilation in denletzten Stufen auftreten kann. Das heißt, in diesen Stufen wirdLeistung in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben.

Der HD-Begrenzungsregler wird wirksam bei:

• Belasten nach längerer Leerlauffahrt

• Wiederbelasten nach einer Lastabschaltung

• Wiederbelasten nach Schwachlast- und Inselbetrieb

Der HD-Begrenzungsregler ermöglicht bei der Lastaufnahme nachvorgenannten Betriebsweisen, die Öffnung der HD-Regelventileund damit die Leistungsaufnahme der HD-Teilturbine gemäß derFlanschtemperatur am HD-Austritt so zu steuern, dass an dieserStelle keine thermische Überlastung eintritt. Die zulässigeTemperaturdifferenz Dampf minus Flansch – Mittenfaser amAustritt – soll 60K nicht dauerhaft unterschreiten.

Deshalb sorgt der HD-Begrenzungsregler für ein Umlasten derDampfströme von der HD-Teilturbine auf die MD-/ND-Teilturbinedergestalt, dass ein definierter Abkühltransient des HD-Austrittsnicht überschritten wird und damit im Extremfall eine Verformungder Teilfuge verhindert wird. Sollte dabei der ZÜ-Mindestdruckunterschritten werden, so verhindert ein ZÜ-Grenzdruckregler einweiteres Öffnen der MD-Ventile.

Die Zuordnung der beiden Ventilgruppen für HD- und MD-Teil istüber eine Vertrimmung einstellbar. Im Normalfall liegen die statischenKennlinien so, dass die Stellgröße für den Massenstrom der MD-Ventile proportional zur Stellgröße für den Massenstrom der HD-Ventile geändert wird. Durch Division dieser Stellgrößen durch denFrischdampf- bzw. ZÜ-Drucksollwert wird eine konstante Kreisver-stärkung des Reglers in allen Betriebszuständen erreicht. NachDurchlaufen eines Linearisierungsnetzwerkes pro Regelventil-Servo-motor, welches die Aufgabe hat, das stark nichtlineare Durchsatz-verhalten der Regelventile zu kompensieren, gelangt das sogebildete Stellsignal zu den individuellen Stellungsreglern und wirddann an die E/H-Wandler der einzelnen Hydraulik-Servomotorenweitergeleitet.

Vordruckregler Grenzdruckregler

HD-Begrenzungs-regler

HD/MD Koordinator

DrehzahlFührung

DrehzahlRegler

Beschleunigungs-messer

Turbinenregler A

Turbinenregler B

MD-Ventil-Stellungsregler

HD-Ventil-Stellungsregler

n1 (n2)

n2 (n3)

(Öffnungssollwert)

HD/MDTrimmregler

Leistungsregler

Leistungsführung

G

n1 n2 n3

HD MD

Zü-Grenzdruck-

regler

Zü

SU

B-N

ET


Servomotor und RegelventilDie Einström-Regelventile sind als Einsitzventile ausgebildet. Sieregeln durch Ändern der freien Fläche zwischen Ventilkegel undVentilsitz den Dampfstrom zur Turbine.Jedes Regelventil hat einen eigenen Servomotor. Durch einServoventil, das am hydraulischen Verstärker angeflanscht ist,erhält der Servomotor seine Steuerbefehle.Bei einem Öffnungsvorgang führt ein vom Ventilstellungsreglergebildetes Steuersignal im Servoventil durch eine hydraulischeVerstärkung zur Auslenkungeines Steuerkolbens. Dadurchlenkt der im hydraulischen Ver-stärker eingebaute, federbelas-tete Hauptsteuerschieber soaus, dass er eine Verbindungzwischen dem Steuerfluiddruckund dem Raum unter dem Kol-ben herstellt – der Kolben ver-fährt dadurch mit dem angekup-pelten Regelventil gegen dieSchließfederkraft in Öffnungs-richtung. Ein am Kolbenstangen-ende angebrachter elektrischerRückführgeber meldet die aus-geführte Hubbewegung desRegelventils an den Stellungs-regelkreis und beendet dieBewegung des Regelventils,wenn Soll- und Istwert der Ven-tilstellung übereinstimmen. Inanaloger Weise läuft der Schließ-vorgang des Regelservomotorsunter Einfluß des Ventilstel-lungsreglers ab.Zum Schließen des Regelventil-Servomotors im Schnellschluss-

falle ist ein Cartridgeventil vorhanden. Es stellt die hydraulischeVerbindung des Regelventil-Servomotors mit dem zentralenSchutzimpuls-Öl (Pi) her und sorgt für ein gesteuertes Schnell-schließen des Regelventils.Grundsätzlich wird die Sicherheit jedoch über die Turbinenschnell-schlussventile gewährleistet.Im Schnellschluss- oder Lastabwurffalle erreicht der Servomotor-kolben mit der angekuppelten Regelventilspindel eine hohe Schließ-geschwindigkeit. Um am Ende der Schließbewegung ein Aufschla-gen des Ventilkegels auf seinen Sitz mit großer Geschwindigkeit zuvermeiden, taucht ein Ansatz am Kolben in einen Dämpfungsraumein und bremst kurz vor Hubende die Aufsetzgeschwindigkeit ab.Diese Geschwindigkeit ist durch eine Drossel einstellbar. Die zumServomotor führende Steuerfluidleitung wird von unten her demServomotor zugeführt. Wegen der horizontalen Lage des Servo-motors verlaufen somit keine Ölleitungen im Bereich der Einström-organe über Heißdampfleitungen. Außerdem werden zur Vermei-dung eines Ölbrandes bei Ölleckagen die Druckölleitungen an denfreiliegenden Stellen in einem Schutzrohr (guarded pipe) verlegt.Schlauchleitungen an den Zuführungen der Ölleitungen zu denServomotoren gestatten die freie Beweglichkeit des gesamtenVentilkörpers.

Verfügbarkeit und Redundanz Für das Erreichen einer möglichst hohen Verfügbarkeit der Bau-gruppen des Turbinenreglers wurde eine dezentrale redundanteStruktur des Gesamtkonzeptes gewählt. Äußere Merkmale dafürsind:• redundante Eingänge für die Drehzahlerfassung je Regler, also

Master und Slave (1v4)• unabhängige Hardware-Eingänge für die Analogsignal-

Aufbereitung mit Einzelabsicherung (1v2)• hohe Verarbeitungsqualität der Baugruppen, der Systemkabel

und des Schrankaufbaues• Schaltungsdimensionierung auf hohem Sicherheitsniveau

hinsichtlich der Versorgungsspannung• störsignalfeste Peripherie Ein-/Ausgänge

MD-Ventil-Stellungsregler

HD-Ventil-Stellungsregler

G

n1n

2n

3

+ - -

C

pFD

+ +

+++

C

pZÜ

+-

C

ZÜ-Grenz-druckregler

C

pZÜ

f(x)

Trimm-regler

∂ HDA∂ FD

∂ HDA

NI

HD MD

Drehzahl-regler

Leistungs-regler

Vordruck-regler

Prinzipbild der Turbinenregler Hardware (Master/ Slave) und des Arbeits-/ Ruhestrom-Schutzes (2v3)

Slave

Maximierung der Turbosatz-Verfügbarkeitdurch Wichtung der Ein-/Ausgabe-Störungendes Master- und des Slave-Turbinenreglers.

Turb

inen

reg

ler

Kan

al A

Turb

inen

reg

ler

Kan

al B

1..30

1..16

1. .16

1.30

Master

Binär-ausgabe

Analog-ausgabe

Analog-eingabe

Analog-eingabe

Binär-ausgabe

Analog-ausgabe

SUB-NET

CPU

CPU

SerielleSchnittstelle

z.B.Modbus3964R

Fremdsysteme

Melde-protokolleME-DRP

LAN

SSV

G

CV

Turbinen-welle

A1

Impuls-eingabe

Impuls-eingabe

Voter

1. .16

1. .16

Diagnose undDokumentation

ME-VIEW

lokaleBedienung

2 von 3Ruhestrom-

Turbinenschutz

2 von 3Arbeitsstrom-

Turbinenschutz

B1

A2

B2

Turbinenschutz ASKanal 1



21 3

zur Dampferzeuger-Leittechnik

TLFG

1

2

3

.


• hohe Ausnutzung modernster Bauelemente durch verstärktenEinsatz von VLSI-Schaltkreisen und der verlustleistungsarmenHCMOS-Schaltkreise

• Verwendung hochintegrierter Bauelemente, SMD-Technik undvollständig lüfterfreier Betrieb

• rechnergestützte Prüfung aller Baugruppen

• Wärmedauerlauf und Funktionstest des Turbinenreglers

• Hard- und Software-Prüfung im Zusammenhang mit demTurbinensimulator

ME 4012 Systemschrank, typische Belegung für dieFunktionsbereiche Turbinenregler (Master/Slave), Turbinenschutz Arbeitsstrom (2v3),Turbinenschutz Ruhestrom (2v3), Turbinentemperatur- undLeistungsprüfungsgerät, Regelung der HD- und MD-Umleit-stationen, Fail-Safe-Absicherung der Umleitstationen undElektronische Leistungsstufen (2v3) für die Ansteuerung derRV- und SSV-Schutzfunktionen.

Elektro-Hydraulische Leistungssteller (E/H-Wandler)Moderne, entlastete Ventile erfordern heute nur geringe Betätigungs-kräfte. Aus diesem Grunde kommen die Servomotoren mitniedrigen Fluid- und Federkräften aus. Bei neueren Turbinen hatjedes Einströmventil einen eigenen hydraulischen Servomotor, dermit Öldruck gegen Schließfedern öffnet.

Die Umsetzung des elektrischen Turbinenregler-Stellsignals erfolgtüber ein Proportionalventil. Dieses basiert auf einer Steuerbuchsemit Steuerkolben zur Erzeugung der ölhydraulischen Stellsignale.Die Ansteuerung des Steuerkolbens erfolgt mit 4-20mA über einenLinearmotor. Dieser ist mittels Rückstellfeder so eingestellt, dassbei Signalausfall oder Aderbruch eine Sicherheitsstellung (A nachTank, P nach B) angefahren wird.

Der in das Gehäuse des Proportionalventils integrierte elektronischeLageregelkreis sorgt für eine Leistungsverstärkung des Stellsignalsund über einen integrierten Wegaufnehmer für einen Soll-/Istvergleich der Steuerkolben-Position. Der Lageregler steuertdamit den Steuerkolben so lange an, bis Stell- und Istwert gleichsind. Damit ist die Stellung des Steuerkolbens stets proportionalzum elektrischen Stellsignal.

Durch die geringen bewegten Massen erreicht das Proportional-Ventil eine sehr hohe Dynamik (Stellzeit für 0 bis 100% Hub≤12ms) und sorgt für exzellente Umsetzung des elektrischenStellimpulses in ein volumenstrom-proportionales, hydraulischesStellsignal für den Servomotor.

Servomotor und Gruppenbetrieb der Dampfeinström-Regelventile

Die Einström-Regelventile der Turbine sind als Einsitzventileausgebildet. Sie regeln durch Ändern der freien Fläche zwischenVentilkegel und Ventilsitz den Dampfstrom zur Turbine. Die 4HD-Ventile werden von einem Servomotor über einen Gruppenantrieb(Gestänge mit Nockenwelle) angesteuert. Für die Ansteuerung desGruppenantriebes der 5MD-Ventile werden 2 parallel geschalteteStellzylinder durch ein gemeinsames Proportionalventil beaufschlagt.

Bei einem Öffnungsvorgang führt ein vom Ventilstellungsreglergebildetes Steuersignal im Proportionalventil durch elektrischeVerstärkung zur Auslenkung eines Steuerkolbens. Dadurch wirdeine Verbindung zwischen dem Steuerfluiddruck und dem Raumunter dem Kolben des Regelantriebes herstellt – der Kolbenverfährt dadurch mit dem angekuppelten Einströmventil gegen dieSchließfederkraft in Öffnungsrichtung. Ein am Kolbenstangenendeangebrachter elektrischer Rückführgeber meldet die ausgeführte


TurbinenschutzKanal 1

TurbinenreglerKanal A(Master)


TurbinenreglerKanal B(Slave)


Turbinenschutz-Prüfprogramm

RegelungHD- UmleitstationMD- Umleitstation

Schutz HD- undMD- Umleit-stationen(Fail-Safe)

Turbinen-Temperatur- undLeistungsführung

(TLFG)

Dreh-zahl-über-wach-ung

DW 1-3

Absicherung undSchranküberwachung

Schrankeinspeisung(2x +24V DC, 1x -24V DC)

Gruppen-absicherungen

Absicherungenfür Leistngsteil

Drehzahl Prüfung

SchrittTestpro-gramm

A B C D E123

Regler Vorwahl Master / Slave

B

A

Überdrehzahl- Test

OFF

ON

1

2

3

4

5

6

7

Bedien- und Melde-Leitfelder für die

Vor- Ort Diagnose ohne PC( am Schwenkrahmen des

Systemschrakes )

Funktionsgruppenleitfeld zurzyklischen Drehzahlprüfung (9xDW)bei Drehzahl > 100 min -1

Schrittanzeige für dieFunktionsgruppe Drehzahlprüfung

Anzeige der nicht erfülltenKriterien der Funktionsgruppe

Vorwahl für Master / SlaveTurbinenreglerSchlüsselschalter für Programm-start Überdrehzahltest

Platzreserve für Sonderfunktionen

Platzreserve für Sonderfunktionen

2

3

4

5

6

7

Ansteuerungen derAuslösemagnetventile

(SSV und RV) ANS

Schutz 2 von 3EAM- Module

LSN1

LSN2

LSN3

1

Schrankbelegung für Turbosätze bis 300MW

Proportionalventil (elektro/hydraulischer Wandler)

Übertragungseigenschaften moderner E/H Wandler


Hubbewegung des Regelventils an den Stellungsregelkreis undbeendet die Bewegung des Regelventils, wenn Soll- und Istwertder Ventilstellung übereinstimmen. In analoger Weise läuft derSchließvorgang des Regelservomotors unter Einfluß des Ventil-stellungsreglers ab.

Grundsätzlich wird die Sicherheit jedoch über die Turbinenschnell-schlussventile gewährleistet.

Im Schnellschluss- oder Lastabwurffall erreicht der Servomotorkol-ben mit der angekuppelten Regelventilspindel eine hohe Schließ-geschwindigkeit. Um am Ende der Schließbewegung ein Aufschla-gen des Ventilkegels auf seinen Sitz mit großer Geschwindigkeit zuvermeiden, taucht ein Ansatz am Kolben in einen Dämpfungsraumein und bremst kurz vor Hubende die Aufsetzgeschwindigkeit ab.Diese Geschwindigkeit ist durch eine Drossel einstellbar (Option).

Die zum Servomotor führende Steuerfluidleitung wird von untenher dem Servomotor zugeführt. Wegen der horizontalen Lage desServomotors verlaufen somit keine Ölleitungen im Bereich derEinströmorgane über Heißdampfleitungen. Außerdem werden zurVermeidung eines Ölbrandes bei Ölleckagen die Druckölleitungenan den freiliegenden Stellen in einem Schutzrohr (guarded pipe)verlegt. Schlauchleitungen an den Zuführungen der Ölleitungen zuden Servomotoren gestatten die freie Beweglichkeit des gesamtenVentilkörpers.

Ventil-Stellungsregler

Die Verstellung der HD-Regelventile sowie der MD-Regelventileerfolgt über mechanische Kupplungen von je einem Gruppen-Servomotor. Die Stellungsregler der einzelnen Servomotoren sindals Funktionsbaustein in den Turbinenregler integriert.

Wirkungsweise der Servomotoren in ihrer hydraulischenZusammenschaltung

Der Servomotor wird mit Steueröl gegen Federkraft geöffnet undschließt durch Federkraft beim Absinken des Steueröldruckes.

Durch den Einklinkvorgang des hydraulischen Turbinenschutzes (pi)wird ein Cartridgeventil in seine Dichtposition gedrückt und schafftsomit die Abhängigkeit zwischen digitaler Turbinenregelung undhydraulischem Turbinenschutz. Das vom digitalen Turbinenreglergebildete Regelsignal wird in einem Proportionalventil, das seitlicham Servomotor mittels Adapterplatte angeschraubt ist, in einenStellimpuls, den sogenannten Kolbendruck pK, umgewandelt.Dieser bestimmt je nach Regelgröße das Öffnen und Schließendes Servomotors.

Schnelle Schließbewegungen des Servomotors werden durch einzusätzlich eingebautes Cartridgeventil ermöglicht.

Ein elektrischer Rückführgeber, der am Kolbenstangenende desServomotors angebaut ist, meldet die momentan ausgeführteHubbewegung. Wenn Soll- und Istwert der aufgeschaltetenRegelgröße übereinstimmen, wird die Hubbewegung durch dendigitalen Turbinenregler beendet.

Mit Hilfe des Rückführgebers wird auch die Endstellung Auf und Zudes Servomotors angezeigt.

Im Schnellschlussfall der Turbine wird ein unabhängig vomRegelkreis wirkendes Cartridgeventil direkt aus dem hydraulischenTurbinenschutzsystem (pi = Schnellschlussimpulsöl) angesteuert.

Der Kolbendruck pK sinkt rasch auf Null und der Servomotorschließt über das Cartridgeventil mit maximaler Schließgeschwin-digkeit. Ein Wiedereinklinken des Turbinenschutzes führt automa-tisch zum Schließen des Cartridgeventiles und stellt damit die Öff-nungsbereitschaft des Servomotors für Signale aus dem digitalenTurbinenregler wieder her. Bei einem Lastabwurf werden die beidenCartridgeventile über das Lastabwurfmagnetventil (Arbeitsstrom-prinzip) schnell entlastet. Gleichzeitig wird der über das Proportio-nalventil zugeführte Kolbendruck pK abgesperrt und entlastetzusätzlich das Cartgridgeventil. Die Schließbewegung desServomotors wird eingeleitet.

Über zwei Absperrventile (po, pi) kann nach Demontage einesSchutzdeckels die Ölzufuhr zum Servomotor abgesperrt werden.

Damit ist ein Auswechseln gestörter Bauelemente, wie z.B.Lastabwurfmagnet-, Proportional- und Cartridge-Ventil beilaufender Pumpe möglich.

• SteuerölfilterUm eine ausreichend lange Standzeit der hydraulischenKomponenten zu erreichen, ist es erforderlich, den Haupt-Steuerölfilter mit 10µm nominal und den Regelölfilter mit 10µmabsolut zu betreiben.

• SteuerölleitungenSie sollten möglichst in Edelstahl ausgeführt sein.

po= 8,5 bar

10µm/abs.10µm/abs.

pi

hydr. Steuerblock

HD-Servomotor

hydr. Steuerblock

MD-Servomotor

pi

HD-RV 1

HD-RV 2

HD-RV 3

HD-RV 4

MD-RV 1

MD-RV 2

MD-RV 3

MD-RV 4

MD-RV 5

po=Steuerölpi=Schnellschluss- impulsöl

Funktionsplan Turbinenregelung(hydr. Funktionsplan in Betriebstellungen)

G

G

Cartidge-ventil

Proportional-ventil

Lastabwurf

Rückschlag-ventil

Lastabwurf

Proportional-ventil

Cartidge-ventil

Rückschlag-ventil

Funktionsplan Turbinenregelung (hydraulischer Funktionplan inBetriebsstellungen)


Die Aufgabe des TLFG ist die Ermittlung von Temperatur- undLeistungstransienten in Abhängigkeit von den Spannungen an denTurbinenwellen. Hierzu wird an definierten Stellen die Materialbe-anspruchung berechnet. Der Einsatz der TLFG ermöglicht also einAusnützen zulässiger Grenzen in allen Betriebsphasen (Kalt-,Warm-, Heißstart, Leistungsbetrieb).

Eingriff des Temperatur- und Leistungsführungsgerätes inden Turbinenregler

Die Turbinenregelung erfolgt über das autonome Turbinen-und Blockregelsystem, dem vom Blockleitstand Zielleistung undals zulässig erachtete Temperatur- und Leistungstransientenvorgegeben werden.

Temperatur- und Leistungssollwertänderungen werden durch denjeweils 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 derLeistungstransient wirkt auf den Leistungsführungsregler. DasTLFG greift also nur mittelbar in die Regelung von Turbine undKessel ein. Die schematische Darstellung dieses Vorganges in derGrafik zeigt stark vereinfacht die Blockwarte, das TLFG und denTurbinen-/Kesselregler mit seinen Eingriffsstellen für Temperaturenund Ventilstellungen an den zum Kessel zählenden Einspritzven-tilen E und den Turbinen-Regelventilen R. Sie ist auf dasZusammenwirken von Blockwarte und Turbinen-/Kesselregelung(Turbinenregelsystem) mit dem TLFG reduziert.

Entsprechend der vorliegenden Schaltung kann das TLFG nurdann in die Turbinenregelung eingreifen, wenn der vom TLFG

errechneten Transient als Mini-malwert zur Regelung durchge-schaltet wird. Bei einem Ausfalldes TLFGs übernehmen Turbi-nen- und Kesselregler keineTransienten vom TLFG. Mit imTurbinenregler fest vorgegebe-nen Sicherheitstransienten istder ungestörte weitere Betriebdes Blockes mit dem Turbinen-/Kesselregler sichergestellt. DasVerhalten der Turbinenregelungim Störfall wird vom TLFG nichtbeeinflußt.

Funktionsüberblick

Bei Turbinenanlagen treteninfolge von Temperaturänderun-gen an verschiedenen Bauteilenerhöhte Beanspruchungen auf.Bei großen Turbinen sind diehöchstbeanspruchten Stellendie Scheibenübergänge an denWellen im Bereich der erstenStufe.

Da direkte Messungen an denWellen nicht möglich sind, wer-den die örtlichen Dampfparame-ter Druck, Temperatur, Wärme-übergang, die Temperatur-

verteilung und die Wärmespannung an den zu untersuchendenWellenquerschnitten rechnerisch ermittelt. Aus dem Vergleich mitder zulässigen Spannung lassen sich dann Temperatur- undLeistungstransienten ableiten.

Die rechnerische Erfassung der höchstbeanspruchten Stellen erfor-dert außer den geometrischen, thermodynamischen, strömungs-technischen und werkstoffspezifischen Kenndaten der Turbine eineReihe von Messwerten und logischen Größen, die zur Programm-initialisierung und im laufenden Turbinenbetrieb zur Bestimmungder verschiedenen Betriebszustände benötigt werden.

Rechenmodelle Thermodynamik, Wellentemperatur undSpannung

Im Rechenmodell Thermodynamik wird die dampfdurchströmteTurbine als Mehrblendensystem aufgefaßt. Die DampfparameterDruck, Temperatur und Wärmeübergang im betrachteten Quer-schnitt werden unter Berücksichtigung von Ventilkennlinien undStufenwirkungsgraden iterativ ermittelt. Für die Bestimmung derStoffwerte ist im TLFG-Programm die Wasserdampftafel integriert.

In den Betriebszuständen Heizen und Abkühlen wird die Gehäuse-temperatur als Referenztemperatur für die weitere Berechnungverwendet.

Im nächsten Rechenschritt wird die radiale Temperaturverteilungmit einem eindimensionalen Differenzverfahren ermittelt. DurchIntegration über die 11 Stützstellen erhält man die mittlere Wellen-temperatur. Unter Berücksichtigung der temperaturabhängigenWerkstoffkennwerte kann die Wärmespannung im Scheibenüber-gang berechnet werden. Aus der Wärmespannung und denmechanischen Spannungen wird eine Vergleichspannung abgebil-det, die mit der zulässigen Spannung verglichen wird. Daraus wirdein Sicherheitskoeffizient S gebildet, der ein Maß für die momentaneWerkstoffbeanspruchung darstellt.


TLFG

ϑHD

p FDy HD

pKZÜ

HZÜϑpHZÜ

yMD

pn

Blockwarte

MIN

MIN

ϑHand PHand

ϑ ϑP

ϑ

P

HD MD / NDDE

ϑHZÜy HDϑHD

Turbinen- /Kesselregler

TLTG-Einflussgrößen für das Anfahren von Block und Turbine


Temperatur- und Leistungstransienten im Leistungsbereich

Der Dampfturbinentransient ϑ für Temperaturänderungen an derTurbine wird aus dem Sicherheitskoeffizient S und der Wellen-oberflächentemperatur ϑWo bestimmt und ist im folgenden Bilddargestellt.

Ist S = 1, so ist die Spannung = 0 und die Temperatur kann mitmaximalem Transienten gesteigert werden. Ist S = 0, so ist dieVergleichspannung gleich der zulässigen Spannung und ϑ

.wird

eingeschränkt. Ist S < 0, dann ist die zulässige Spannungüberschritten und ϑ

.muss weiter eingeschränkt werden. Der

Temperaturtransient ϑ.

geht in die Blockführung und wirkt auf dieStellgröße der Einspritzventile.

Der Leistungstransient P.wird aus dem Sicherheitskoeffizient S und

der mittleren Wellentemperatur ϑWm gebildet und wirkt auf denLeistungsregler. Die Grafik zeigt den Verlauf von P

.in Abhängigkeit

von S und ϑWm.

Der Prozessrechner für das Temperatur- und Leistungsführungs-gerät (TLFG) wird im Systemschrank des Turbinenreglersuntergebracht.

GerätetechnikDer Industrie-PC für das Turbinen-Temperatur-Leistungsführungs-gerät wird in einem Gehäuse zur Hutschienenmontage im System-schrank des Turbinenreglers untergebracht und hat folgendenAufbau:

• Industrie-PC

• Serielle Kopplung zum Multifunktionsprozessor mit SUB-NET-Anschluss von Kanal 3 des Ruhestromschutzes

• Druckeranschluss (Centronics)

• Tastaturanschluss

• Monitoranschluss

• Festplattenlaufwerk

• Floppylaufwerk

Der Rechner arbeitet mit dem Betriebssystem OS 2. Als Bedien-peripherie sind in der Grundausstattung erforderlich:

• 1 Tintenstrahldrucker

• 1 Tastatur, Mouse

• 1 Monitor

Die gesamte Prozessdatenaufbereitung- und -vorverarbeitungerfolgt in den Peripherie-Baugruppen und Subprozessoren desProzessleitsystems ME 4012. Die Übertragung zwischen TLFGund Turbinenleittechnik erfolgt redundant über den SUB-NET-Prozessbus. Die Ergebnisse des TLFG können grafisch aufbereitetauf dem Farbmonitor der lokalen Bedienstation ME-VIEW darge-stellt werden. Die Übergabe an die Fremdsysteme im Kraftwerkkann seriell erfolgen.

Scheibe

Welle

1110987654321

Temperaturverteilung

Rad

ius

ϑ

5

- 0,2 - 0,1 0 0,5 1

Tem

pera

turt

rans

ient

K/m

in

Sicherheitskoeffizient S

I II

I : Wellenoberflächentemperatur ≤ 410 °C

II : Wellenoberflächentemperatur > 410 °C

- 0,2 - 0,1 0 0,5 1

Sicherheitskoeffizient S

0,5

Leis

tung

stra

nsie

nt

Wm = 100 °C

Wm = 300 °C

Wm = 500 °C

1,0

Temperaturtransienten-Bestimmung

Leistungstransienten-Bestimmung

Rechenmodell zur Wellen-Temperatur-Verteilung


Signalaustausch über den SUB-NET-Prozessbus

Analogsignale vom Prozessbus

ϑFD = Frischdampftemperatur vor SSV

ϑ.

HDIi = Temperatur HD-Innengehäuse Flansch innen

PFD = Frischdampfdruck vor SSV

PHDA = Druck HD-Austritt

YRV1HD = Stellung Regelventil 1, HD




ϑZÜ = Zwischenüberhitzertemperatur (HZÜ) vor SSV

ϑMDIi = Temperatur MD-Innengehäuse Flansch innen

PZÜ = Zwischenüberhitzerdruck (HZÜ) vor SSV

P1MD = Druck 1. MD-Anzapfung

YRV1MD = Stellung Regelventil 1, MD




fT = Turbinendrehzahl

P = Leistung

Binärsignale vom Prozessbus

Drehzahl >100 min-1

Alle RV = 0 %

SSV in Hubbegrenzung

Ein SSV = 100 %

HD-Heizventil = 0 %

MD-Heizventil = 0 %

Störung analoger Eingänge

Generator am Netz

Analogsignale zum Turbinenregler

ϑoFD(t) = zulässiger Temperaturtransient FD

ϑ.

oMD(t) = zulässiger Temperaturtransient MD

hHDo(t) = zulässiger Stellungstransient HD-Ventile

Po(t) = zulässiger Leistungstransient

Die zulässigen Transienten für Temperatur und Ventilstellungenwerden, wie auch die führenden Sicherheitskoeffizienten von HD-und MD/ND-Teilturbinen, im Leitstand angezeigt.

Binärsignale zum Meldesystem:

TLFG-Freigabe

TLFG-gestört


HD- und MD-Teilturbine bei Revisionsarbeiten


Messeinrichtungen der Turbinen-Laufüberwachung

Die Turbinen-Laufüberwachung besteht aus den Messein-richtungen für:

• Turbinendrehzahl

• Wellenschwingung

• Lagerbockschwingung

• Relativdehnung

• Wellenlage (Blocklager)

• Absolutdehnung

• Axialschub

Turbinendrehzahl-Messeinrichtung

MessortStirnrad am vorderen Lagerblock bzw. im Zwischenlager I Unabhängig von der Turbinendrehzahl/-Leistungsregelung ist einehochgenaue Turbinendrehzahlmessung mit Digitalanzeige für dasBetriebspersonal erforderlich. Damit die erreichte hohe Messge-nauigkeit nicht durch toleranzbehaftete D/A- und A/D-Wandlerbeeinträchtigt wird, erfolgt die Signalübertragung zum Anzeige-instrument digital.

Anzeigebereich 0-3600min-1

Anzeigegenauigkeit ± 0,027%

Zur Ansteuerung von Funktionsgruppen-Automatiken im Bereichder Turbine werden über den gesamten Drehzahlbereich einstell-bare Grenzwerte mit absoluter Genauigkeit und Reproduzierbarkeitabgeleitet.

Eine Besonderheit stellt dabei die Stillstandsüberwachung derTurbine dar. Es wird je ein aktives Signal für die Drehzahlenn = < 2min-1 und n ≥ 2min-1 ausgegeben.

MessprinzipHochfrequente Impulszählung (500kHz) zwischen 2 Zahnflankendes Triggerrades und Multiplikation mit der Zahnzahl.

AufbauDie Messeinrichtung basiert auf einem Multifunktionsregler mitredundantem Impulseingang.

Zur Messeinrichtung gehören:

• Impulsgeber

• Vorverstärker

• Impulseingabe Baugruppe IE2FZ

Wellenschwingungs-MesseinrichtungMessortLager HD vorn, Zwischenlager I, Zwischenlager II,Generatorlager turbinenseitig (TS),Generatorlager erregerseitig (ES)MessprinzipDa die Geber für Wellenschwingungen an den Lagerschalen direktbefestigt sind, wird mit berührungslosen Gebern die relative Wellen-schwingung nach dem induktiven oder Wirbelstrom-Verfahrengemessen.AufbauDie Messeinrichtung ist mit Steckkarten in 19"-Rahmen in einemSchrank zusammen mit anderen Messeinrichtungen derLaufüberwachung untergebracht.

Zur Messeinrichtung gehören:• Geber,• Messumformer,• Geberüberwachung.VerwendungAnalog Ausgang 4-20mA,>> 0-200µm

Grenzwerte für Verriegelungen,Alarm und Turbinenschutz +(SS) werden im LeitsystemME 4012 gebildet.

Lagergehäuseschwingungs-MesseinrichtungMessortLager HD vorn, HD/MD-Zwischenlager I, MD/ND-Zwischenlager II,ND hinten, Generatorlager (TS), Generatorlager (ES)MessprinzipDie absoluten mechanischen Schwingungen am Lagergehäusewerden mit einem seismischen System gemessen.AufbauDer Geber wird an geeigneter Stelle am Lagergehäuse außenmontiert. Die Messeinrichtung ist mit Steckkarten in 19"-Rahmenin einem Schrank mit anderen Messeinrichtungen der Laufüber-wachung montiert.Zur Messeinrichtung gehören• 5 Geber • 1 Scanner mit 5 Kanälen• 1 MessumformerVerwendungAnalog Ausgang 4-20mA, >> 0-50µm

Turbinen-Laufüberwachung

M

Drehzahl

HD MD G

Triggerimpuls für WelleWellenposition

Axialschubmesseinrichtung

Absolutdehnung

Lagerbockschwingung

Zwischenlager 1 Zwischenlager 2Lager HD- vorn

Wellenschwingung

Relativdehnung

Generator-lager

TSMittellager

Ölpumpe

Drehwerk

ES

ND

Messstellenanordnung zur Turbinen-Laufüberwachung

Turbinen-Laufüberwachung


Relativdehnungs-Messeinrichtung (Läufer/Gehäusedehnung)

MessortLager HD vorn, Zwischenlager II (MD, ND), Mittellager (ND/Gene-rator)

MessprinzipDas Messprinzip beruht auf der Strommessung an Induktions-spulen. Die axiale Verlagerung eines Wellenbundes bewirkt eineÄnderung des induktiven Widerstandes. Die Einrichtung arbeitetberührungslos.

AufbauDie Messeinrichtung ist mit Steckkarten in 19"-Rahmen in einemSchrank zusammen mit anderen Messeinrichtungen der Laufüber-wachung untergebracht.

Zur Messeinrichtung gehören• Geber

• Messumformer

• Geberüberwachung

VerwendungAnalog Ausgang 4-20mA,

>> z. B. - 5 + 15 mm

Binär Grenzwerte für Alarm ± und fürTurbinenschutz ± werden imArbeitsstrom-Schutzsystem(AE 4012) gebildet.

Wellenlage-Messeinrichtungen (Blocklagerverschleiß-Messung)

MessortZwischenlager I

MessprinzipDas Messprinzip für die Überwachung der Wellenlage im Block-lager ist gleich dem Messprinzip für Wellenschwingung, jedochals statische Messung angewendet.

AufbauRelativdehnungs-Messeinrichtung

VerwendungAnalog Ausgang 4-20mA, >>-2 +1mm

Binär Grenzwerte für Alarm ± und fürTurbinenschutz ± werden imArbeitsstrom-Schutzsystem(AE 4012) gebildet

Absolutdehnungs-Messeinrichtung

MessortLager HD vorn

MessprinzipZur Erfassung der Absolutdehnung wird ein linearer induktiverWegaufnehmer verwendet. In Verbindung mit seinem Messum-former steht ein Ausgangssignal 4-20mA zur Verfügung.

AufbauDie Messeinrichtung ist mit Steckkarten 19"-Rahmen in einemSchrank zusammen mit anderen Messeinrichtungen der Laufüber-wachung untergebracht.


• Messumformer

VerwendungAnalog Ausgang 4-20mA, >> 0-50mm

Axialschub-Messeinrichtung (falls vorhanden)

MessortBlocklager

MessprinzipMit Hilfe von Druckmessbolzen werden die Zug- und Druck-spannungen in den Haltestangen des Blocklagers gemessen.

AufbauDie Druckmessbolzen sind in den Schubstangen eingebaut. DieMesseinrichtung ist mit Steckkarten in 19"-Rahmen in einemSchrank zusammen mit anderen Messeinrichtungen untergebracht.


• Messumformer

VerwendungAnalog Ausgang 4-20mA, >> ±400kN


Aufgaben des Turbinenschutzes

Der Turbinenschutz erfasst alle Kriterien, die zu einer Schädigungvon Menschen und Maschine führen können. Überschreitet einesder Kriterien einen zulässigen Grenzwert, so unterbricht derTurbinenschutz den Turbinenbetrieb.

Entsprechend der Einteilung in Kriteriengruppen für Schutzkriterien(VGB-Broschüre VBG R-103-M "Überwachungs-, Sicherheits- und

Schutzeinrichtungen an Dampfturbinenanlagen") berücksichtigt derTurbinenschutz durch seine Struktur die Anforderungen derGesamtanlage bezüglich Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit.

Wird der Schutz ausgelöst, schließen alle Schnellschlussventile(SSV) und alle Regelventile (RV) sowie alle Rückschlagklappen(RSK).


Kriterien- Benennung Auslösewert Verzögert, (s) Bemerkungengruppe

Ruhestromsystem (RS) unverzögert1 Drehzahl (Kanal 1) ≥ 110 % 0 Ruhestrom/Failsafe1 Drehzahl (Kanal 2) ≥ 110 % 0 Ruhestrom/Failsafe1 Drehzahl (Kanal 3) ≥ 110 % 0 Ruhestrom/Failsafe1 Not-Aus 0 Ruhestrom/Failsafe

Arbeitsstromsystem (AS)2 Kondensatordruck ≥ 250 mbar 02 MD-Abdampfdruck 0 Bei Turbinen mit Drosselklappen3 Dampftemperatur Kondensator 100 °C 23 Abdampftemperatur HD-Gehäuse 430 °C 60

Temperatur-Differenz4 - Frischdampf/HD-Innengehäuse ≤ 0 K 2 FD-Temperaturtransient4 - HD-Innengehäuse o./u. ≥ 40 K 24 - MD-Innengehäuse o. / u. ≥ 40 K 2

Wellenlage2 Wellenposition (Drucklager) > 0,7 mm 0 Auslösung für beide Schubrichtungen2 Wellenposition (Drucklager) < -1,7 mm 0 Auslösung für beide Schubrichtungen

Relativdehnung3 - HD vorn ≥ max. 23 - ND 1 vorn ≥ max. 23 - ND 2 hinten ≥ max. 2 bzw. letzte ND-Flut

Wellenschwingungen (Resultierende aus x, y)3 - HD vorn ≥100 µm 23 - MD vorn ≥100 µm 23 - ND 1 vorn ≥100 µm 23 - ND 2 vorn ≥100 µm 23 - ND 3 vorn ≥100 µm 2 beim dritten ND-Teil3 - Gen. TS ≥100 µm 23 - Gen. ES ≥100 µm 22 Lageröldruck <1,2 bar 03 - Traglager 1 ≥ max. 23 - Drucklager vorn ≥ max. 23 - Drucklager hinten ≥ max. 23 - Traglager 2 ≥ max. 23 - Traglager 3 ≥ max. 23 - Traglager 4 ≥ max. 23 - Traglager 5 ≥ max. 23 - Traglager 6 ≥ max. 23 - Traglager 7 ≥ max. 23 - Traglager 7 ≥ max. 23 - Traglager 8 ≥ max. 23 - Traglager 9 ≥ max. 2 beim dritten ND-Teil3 - Traglager 10 ≥ max. 2 beim dritten ND-Teil3 - Traglager Generator TS ≥ max. 23 - Traglager Generator ES ≥ max. 23 - Traglager Erreger ≥ max. 2

FG-Automatik2 Not-Aus-Leitstand 02 Not-Aus vor Ort 02 Brandschutz 02 Dampferzeugerschutz 02 Generatorschutz technologisch 02 Generatorschutz elektrisch 0

Legende zur TabelleKriteriengruppe Schutzlevel

1 Turbinenüberdrehzahlschutz2 Fundamentalschutz3 erweiterter Schutz mit verzögerter Auslösung4 erweiterter Schutz mit verzögerter Auslösung

Tabelle der möglichen Schutz-Auslösekriterien und beispielhaften Auslösewerten (VGB R-103-M) für den Turbinenschutz

Übersicht des Turbinenschutzes (AS) mit dem unterlagerten Turbinenschutz (RS)


Turbinenschutz-Ausführungsvarianten

Turbinenschutz als Ersatz des hydraulischenÜberdrehzahlschutz(Retrofit einer bestehenden Anlage)

Soll ein bestehender hydraulisch arbeitender Turbinen-Überdreh-zahlschutz modernisiert werden, kann dies kostengünstig durcheine Kombination von neuen Sensoren, elektronischer Aufbereitungund Verarbeitung sowie einem zentralen 2v3-Hydraulik-Schutz-block, welcher in das bestehende Hydrauliksystem integriert wird,realisiert werden.

Beim Aufbau des Schutzsystemes ist den unterschiedlichenAnforderungen an Sicherheit der Auslösung und Verfügbarkeit injedem Bereich des Gesamtsystems

• Erfassung

• Verarbeitung

• Auslösung

Rechnung zu tragen.

Ruhestrom-Schutzsystem (RS-Turbinenschutz)

Nach VGB R-103-M gehören zu dieser Kriteriengruppe dieÜberdrehzahl-Überwachung und die Not-Aus-Schalter.

Überdrehzahlschutz 2v3Die in den Vorverstärkern entkoppelten Signale der 3 Impuls-aufnehmer werden 3 unabhängigen DW-Baugruppen zugeführt.Auf jeder DW-Baugruppe wird die Turbinendrehzahl von jeweils3 Drehzahlwächtern auf Unter- und Überdrehzahl (<3min-1,>3300min-1 ) überwacht.

Die Verarbeitungslogik und die Drehzahlwächter auf der Bau-gruppe sind durch eine Fail-Safe-Schaltungslogik realisiert. ZurErhöhung von Sicherheit und Verfügbarkeit werden die DW-Bau-gruppen zu einer 2v3-Ruhestrom-Struktur verknüpft. Fehlaus-lösungen werden damit vermieden.Die Auslösesignale der DW-Baugruppen sind puls-weiter-modu-lierte Signale (PWM), die an 3x 2-Magnetventile auf einemzentralen hydraulischen 2v3-Schutzblock weitergeleitet werden.

Besondere Spezifikationsmerkmale der DW-BaugruppenAufbauDer Drehzahlwächter ist eine hoch integrierte Elektronik-Bau-gruppe im Doppeleuropa-Format. Die Drehzahlüberwachung, derLogikteil und wichtige Funktionseinheiten sind in 2v3-Strukturrealisiert. Durch die Verwendung von SMD-Bauteilen konntejeder Kanal redundant und autark aufgebaut werden.Alle binären Eingänge sind überspannungsfest und über Opto-koppler getrennt. Die binären Ausgänge sind kurzschlussfest undrückwirkungsfrei.Die Frontplatte zeigt Betriebszustände und Störungen an. WichtigeParameter können über 2 mm Büschelstecker angemessen werden.Mit einem Schlüsselschalter oder einem Binäreingang kann dieelektrische Überdrehzahl-Auslösung auch bei Turbinendrehzahlen< 3300min-1 eingeleitet werden.Mögliche Auslösewerte liegen bei:

750 min-1

1500 min-1

3000 min-1

3300 min-1


Hydraulischer 2 v 3 SchutzblockPi hydraulische

Schutzauslösung

Steueröl

PP

P

Kanal 1Kanal 2

Kanal 3

Sitz-ventile

Sitz-ventile

Sitz-ventile

# # #

Fail-SafeRuhestrom-

schutzDW-Modul 1

Quarz-vergleich

Quarz-vergleich

Quarz-vergleichDWDW DW DW DW DW DW DW DW

RS

AS

RS

AS

RS

AS

RS

AS

RS

AS

RS

AS

RS

AS

RS

AS

RS

AS

& & &2 v 3

&t 0 2 v 3

&t 0

& & &2 v 3

&t 0

& & &

Fail-SafeRuhestrom-

schutzDW-Modul 2

Fail-SafeRuhestrom-

schutzDW-Modul 3

AS-Schutz (‹bertragung in Ruhestrom)

Turbinen-welle

Turbinenregler(Slave)

Turbinenregler(Master)

+L1 +L2

+L3

Turbine einklinken>3 Umdrehungen min-1

von FG Turbinensteuerung

# Durch Permutation erfolgt die 2 v 3 Signalverknüpfung kriterienspezifisch

=>1

=>1

=>1

C=>1

=>1

=>1

C =>1

=>1

=>1

C

Generator-Schutz

SUB-NET

AS-Schutz 1

AS-Schutz 2

AS-Schutz 3

Schutzkriterien und Lauf¸berwachung

# #

AS-Schutzsystem

2 v 32 v 32 v 3

Test ProgrammDrehzahlwächter

24V +L124V +L224V +L3

Not-Aus Schalter(Turbinen-

schnellschluss)

Test ProgrammhydraulischeAuslösung

hydraulischeSchutzsensoren Impulsöl Pi

TurbinenschutzHandauslösung

2 von 3LSN24


ArbeitsweiseDie Trubinendrehzahl, gemessen über 3 Aufnehmer an derTurbinenwelle, wird an 3 autarken Phasenkomparatoren mitder zulässigenMaximaldrehzahl f max undMinimaldrehzal f minverglichen.Übersteigt, bzw. unterschreitet die Turbinendrehzahl den Aulöse-grenzwert, so kippt der Phasenkomparator. Zeigen 2 der 3 Phasen-komparatoren einer Baugruppe eine Über- oder Unterschreitungder Grenzdrehzahlen an, so wird die 3-kanalige, im RS arbeitendeAuslösekette abgesteuert. Ein nachgeschaltetes zentrales bzw.dezentrales Magnetventil bzw. eine Magnetventil-Ansteuer-baugruppe (ANS MV) löst ein Sitzventil aus, welches seinerseitsden Schutzöldruck absteuert.Die Max/Min-Drehzahlerkennung wird aus einer Referenzfrequenzabgeleitet, jede DW-Baugruppe erzeugt sich diese Referenzfrequenzselbst. Bilden 2 oder 3 DW-Baugruppen eine Schutzeinheit, über-nimmt die erste DW-Baugruppe dabei die Aufgabe der Führungs-karte. Alle nachfolgenden DW-Baugruppen synchronisieren sichauf die Referenzfrequenz dieser Führungskarte.Die DW-Baugruppen sind mit einer elektrischen Überdrehzahl-Testfunktion ausgestattet.Über den Schlüsselschalter auf der Frontplatte wird der jeweiligenDW-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 desHochfahrens der Turbine der gesamte Überdrehzahlschutz scharfgetestet werden. Der Zeitbedarf und die mechanische Belastungder Turbine sind minimiert.Um alle Schutzkanäle auszulösen, muss der Schlüsselschalter aufder DW-Führungskarte betätigt werden. Wird der Schlüsselschalterder zweiten DW-Baugruppe betätigt, so wird nur mit der zweitenund aller folgenden DW-Karten der scharfe Überdrehzahltestdurchgeführt.Das elektrische Auslösesignal der DW-Baugruppe wird zur Redu-zierung der Verlustleistung der Magnetspule durch PW-Modulationso geregelt, dass die Verlustleistung an der Magnetspule erheblichreduziert. Der sich durch das PWM-Signal einstellende mittlereStrom weist einen genügend großen Abstand zum minimalenHaltestrom des Magnetventils auf. Außerdem wird die Entregungs-zeit (Remanenz des Magneten) im Auslösefall auf ein Minimumreduziert. Die Stromregelung erlaubt darüber hinaus auch dieÜberwachung des in Ruhestrom betriebenen Leistungstransistors.Es wird kontinuierlich überwacht, ob der Leistungsschalter in derLage ist, den Strom bei Anforderung durch den Turbinenschutz soabzusteuern, dass der minimale Haltestrom des MV sicher unter-schritten werden kann. Bahnt sich ein blockierender Fehler an, solöst sich die Schutzkette selbständig aus.Der zuvor beschriebene Aufbau der DW-Baugruppen ermöglichteinen in seinen Sicherheits-, Diagnose- und Betriebseigenschaftendem konventionellen rein hydraulischen Schutz, weit überlegenenTurbinenschutz.

Merkmale• Die Turbinendrehzahl wird 3-kanalig in 2v3-Logik überwacht.

Jeder Kanal ist autark aufgebaut und kann über ein Prüfpro-gramm zyklisch und benutzerdefiniert geprüft werden.

• Mittels Prüfprogramm läßt sich die Funktionalität der DW-Bau-gruppe überprüfen. Man unterscheidet 3 Prüfprogramme1. Test Turbinenschutz DW2. Test Turbinenschutz elektrische Auslöseeinrichtung3. Test Turbinenschutz Dampfventil (SSV)

• Eine interne Testabwurfeinrichtung bricht die extern angelegtenPrüfprogramme im Störfall einer DW-Baugruppe selbständig ab.

• Über den AS- (Arbeitsstrom) Eingang kann der Turbinenschutzunverzögert oder verzögert angeregt werden.

• Die DW-Baugruppe steuert über ein PWM-RS-Signal das MV an.Die Verlustleistung am MV wird mittels PWM-Ansteuerung um30-70% reduziert. Die Verfügbarkeit und Lebensdauer wird starkerhöht, die Reaktionszeit des Ventiles merklich verkürzt.

• Die Echzeiterfassung des Stromes erlaubt bei jedem Schaltvor-gang des Stromreglers die Überwachung des Null-Durchgangesdes Leistungsschalters und damit sein Schaltvermögen aufStromunterbrechung kontinuierlich zu überwachen.

• Mit einer internen Überwachung wichtiger Funktionsbereichewerden vorhandene Fehler erkannt und gemeldet, bei anbahnen-den blockierenden Fehlern wird die DW-Baugruppe selbständigin einen sicheren Betriebszustand gefahren (optional).

• Über einen auf der Frontplatte der DW-Baugruppen angebrachtenSchlüsselschalter läßt sich die elektrische Überdrehzahlauslösungdurchführen.

Die dreifach vorhandenen Ruhestrommodule (DW-Module) mitintegrierten Drehzahlwächtern steuern die Sitzventile deshydraulischen 2v3-Schutzblockes. Diese Sitzventile pilotieren6 in 2v3-Logik verschaltete Cartridgeventile.

Schutzblock für ZentralhydraulikÜber ein Zweiblendensystem wird der Raum zwischen zweizusammengehörigen Cartridgeventilen gespeist und der sich etwaauf halben Betriebsdruck einstellende Zwischenwert mittels Druck-Messumformer überwacht. Im Normalbetrieb können so Leckagender Cartridgeventile kontinuierlich überwacht werden. Überschreitetdie Turbinendrehzahl die Auslösedrehzahl, wird der Ausgang desDrehzahlwächters spannungslos und über die interne Ruhestrom-schaltung der DW-Module wird das nachgeschaltete Auslöse-magnetventil stromlos. Bei Ansprechen von mehr als einemDW-Modul erfolgt im hydraulischen 2v3-Auslöseblock derDruckabbau im Schutzimpulsfluidkreis.Als Stellglieder des Schutzsystems dienen die Schnellschluss-ventile (SSV) und die Regelventile (RV) der Turbine. Jedes Ventil(SSV) wird über einen eigenen federbelasteten Servomotorbetätigt, welcher zentral über den oben erwähnten hydraulischen2v3-Auslöseblock angesteuert wird.Bei Schnellschlussauslösung schließen die Servomotoren durchdas Druckloswerden des zentralen Impulsölstranges. DasSchließen der SSV durch die Servomotoren erfolgt im Auslösefallin ca.150ms.Im Schnellschlussfall werden auch die Regelventile RV durchÖffnen eines Cartridge-Ventiles, welches durch den zentralenImpulsölstrang pilotiert wird, geschlossen.

Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3

I PI PI P

pi

po

Hydraulischer 2v3-Schutzblock (Betriebsstellung) für die sichereelektrohydraulische Umsetzung der Ruhestrom-Schutzauslösungsowie der Möglichkeit der Überwachung und Prüfung derhydraulischen 2v3-Schutzfunktion


Arbeitsstrom-Schutzsystem (AS-Turbinenschutz)

Kriterien der Klasse 2 bis 4 werden in einem Arbeitsstrom-schutzsystem (AS) überwacht, welches dem festverdrahtetenRuhestromsystem (RS) überlagert ist. Die Schutzketten desArbeitsstromsystems sind zwei- oder dreikanalig ausgeführt. DieSignale von Sensoren und Messumformern der Turbine werden imLeittechnikschrank aufbereitet. Die Grenzwertbildung und Binär-signalverarbeitung erfolgt dabei auf drei unabhängig arbeitendenProzessorbaugruppen.

Das Arbeitsstromsystem des Turbinenschutzes besteht ausfolgenden Komponenten:• Analog-Signal-Aufbereitung • Binär-Signal-Aufbereitung • Prozessorgruppen für die Verknüpfungslogik

Alle für den Turbinenschutz erforderlichen analogen Messgrößensind in einer Analog-Signal-Aufbereitung zusammengefasst.Verfahrenstechnisch redundante Messungen werden aufunabhängigen Prozessoren und Aufbereitungsbaugruppenkanalweise zusammengefasst.

Damit eine höchstmögliche Verfügbarkeit erreicht wird, erhält dasArbeitsstromsystem eine Doppel-Einspeisung, 24VDC.

Überwachungseinrichtung für das Arbeitsstrom-Schutzsystem

Statische Überwachung der MesskettenDie Messketten im Arbeitsstromsystem werden auf folgende Fehlerüberwacht, so dass diese nicht unnötig zur Auslösung führen• Drahtbruch• Kurzschluss• Erdschluss• Spannungsausfall• Spannungswiederkehr• Signalüber- oder -unterschreitung

Bei Anstehen eines derartigen Fehlers wird der entsprechendeGrenzwert zwar gebildet, die Auslösung wird jedoch unterdrückt.Gleichzeitig wird der Fehler durch Generieren einer Meldungsignalisiert, protokolliert und es erfolgt eine Strukturumschaltungvon 2v3 in 1v2 bzw. von 2v2 in 1v1.

Verknüpfungslogik und Permutation der Auslösekriterien

Schnellschluss-Auslösesignale werden je nach Wichtung desKriteriums in 2v3- oder 2v2-Logik verarbeitet und zur Auslösungden DW-Modulen aufgeschaltet. Eine Meldung erfolgt für dasauslösende Kriterium sowie für die Betriebs- und Fehlerzustände.Eine umfassende Überwachung der Signale und der Baugruppenfängt Fehler ab und meldet diese.

Zur Vermeidung von Fehlauslösungen des Arbeitsstromschutzeserfolgt durch Permutation der Schutzkriterien der 3 Schutzkanäleeine kriterienspezifische 2v3-Verknüpfung.Damit wird eine Schutzauslösung vermieden, die beispielsweise fürKanal 1 "Kondensatordruck > max."Kanal 3 "Wellenschwingung > max."signalisiert.

Der Schutz wird nur ausgelöst, wenn in 2 von 3 Kanälen das gleicheKriterium die Schutzgrenzen verletzt. Die übrigen Fehlermeldungenwerden signalisiert, dienen der Anlagenüberwachung und könnenim Allgemeinen bei laufender Turbine behoben werden.

Der Datenaustausch zum Status der Schutzkriterien erfolgt überden Prozessbus SUB-NET. Dabei werden die Signale an derQuelle negiert und so quasi als Ruhestromsignal übertragen. Damitim Nachbarkanal dadurch keine Auslösung erfolgt, werden die vom

SUB-NET übertragenen Signale vor Einfügen in die 2v3-Logikerneut negiert. Durch die sichere SUB-NET-Übertragung (redundant,dezentrale, gleichberechtigte, aktive Teilnehmer) ist eine hoheSicherheit gegen Fehlauslösungen gewährleistet. Durch Ausfalleines Prozessbus-Teilnehmers bleibt die Auslöserichtung desAS-Schutz unberührt, jedoch entfällt die Permutierung, fallen mehrereTeilnehmer aus, führt dies augenblicklich zur AS-Schutzauslösung

Die Analogsignale und Kriterien stehen zur weiteren Verarbeitung,z.B. Meldung mit Zeitstempel oder FG-Automatik sowie zurArchivierung und Anzeige zur Verfügung.

Auslösekriterien

Je nach Ausführung der bestehenden hydraulischen Schutzein-richtungen sind neben den Hydraulik-Klinken für die Überdrehzahl-Auslösung auch die Schutzkriterien:• Lageröldruck• Vakuum Maschinenkondensator• Wellenposition im Blocklagerdurch hydraulisch arbeitende Geber-Einrichtungen realisiert.

Einzig die Wellenpositionsmessung erfordert im Falle einer Umrüs-tung auf eine elektronische Messung mechanische Anpassungs-arbeiten am Blocklager für die Integration des Mess-Systemes.

Je nach Maschinenzustand und Betreiberphilosophie erfolgt eineUmrüstung der rein hydraulischen Geber ganz oder teilweise aufelektronische Geber und ihre Verarbeitung im AS-Schutzsystem.

Die wichtigsten Schutzkriterien und ihre zulässige Auslöse-verzögerung:

Ruhestromsystem (fail safe, 2 v 3), unverzögerte Auslösung• Drehzahl (Kanal 1-3)• Not-Aus

Fundamentalschutz (2v3), unverzögerte Auslösung• HD-Austrittstemperatur (Verzögerung 60s)• Kondensatordruck• Lageröldruck• Wellenposition am Drucklager• Endschaufelschutz• MD-Austrittsdruck (bei Drosselklappen in der Überströmleitung)

Arbeitsstromsystem (1v2), verzögerte Auslösung (2s)• Lagertemperaturen• Dampf- und Gehäusetemperaturen• Dampfdruck vor Teilturbinen• Wellenschwingungen (vektoriell)• Relativdehnung• externe Kriterien - Generatorschutz, Kesselschutz, Brandschutz

Prüfeinrichtungen Turbinenschutz

Die Prüfprogramme des Turbinenschutzes gestatten eineFunktionsprüfung der

• DW-Module für Überdrehzahl und Sensorausfall

• der Auslöse-Magnetventile (Sitz- und Cartridge-Ventile)

• der Schnellschluss- und Regelventile

während des laufenden Betriebes, wobei der Schutz der Turbineohne Unterbrechung gewährleistet ist.

Das Prüfen der DW-Module für Drehzahl und des Hydraulik-Schutzblockes erfolgen durch Anstoßen eines Schrittprogrammsentweder automatisch in regelmäßigen Abständen oderentsprechend der Betriebsvorschrift manuell von der Warte.



Testprogramm ”Turbinen-Drehzahlwächter”

Durch Simulation wird ein Drehzahlwächter auf einem DW-Modulim Nennbetrieb zum Auslösen gebracht. Dies geschieht durchAbschalten der Ist-Drehzahl und Aufschalten eines Drehzahlsigna-les, das dem Auslösewert +10,1% entspricht (quarzgenau). Eserfolgt eine Rückmeldung an das Prüfprogramm. In ähnlicherWeise wird auch der Ausfall eines Drehzahlsensors mit der kom-pletten Übertragungsstrecke (Verdrahtung, Vorverstärker) aufFunktion (unterschreiten der Mindestdehzahl <3min-1) überprüft.Aufgrund dieser 2v3-Ruhestromlogik erfolgt der Test ohne Aus-lösung des 2v3-Hydraulikblockes.

Die Prüfung erfolgt zyklisch während des Turbinenbetriebes. Fehlerkönnen mittels LED-Kriterienanzeige und Schrittnummer direkt amElektronikschrank analysiert werden.

Im weiteren Verlauf des Testprogrammes wird auch die Auslöse-funktion der nachgeschalteten Ruhestromlogik einschließlich deselektronischen Leistungsschalters auf Abschaltwirkung geprüft.Durch die Auslösung des Schutzkanals wird der Schaltausgangdes DW-Moduls stromlos und die beiden zugeordneten Sitzventiledes hydraulischen 2v3-Schutzblockes öffnen.

Testprogramm des hydraulischen Schutzblockes

Die Prüfung des Hydraulikschutzblockes erfolgt durch ein Schritt-Programm ohne Unterbrechung des Turbinenbetriebs durchAuslösen eines elektronischen Schalters auf einem DW-Modul undÜberwachen des Verhaltens des hydraulischen 2v3-Schutzblockes.Das Bild auf Seite 25 zeigt den Schutzblock in Betriebsstellung.Das Druckniveau aller drei Messumformer an den Verbindungs-leitungen von jeweils zwei zusammengehörigen Cartridgeventilenzeigt einen Mittelwert zwischen Betriebsdruck des Fluidsystemsund dem Ablauf. Wird beispielsweise Schutzkanal 1 zu Testzweckenausgelöst (Bild unten), so öffnen die beiden Sitzventile von Kanal 1und die zugehörigen Cartridgeventile 1.1 und 2.2 öffnen. Der Druckan Messumformer 1 steigt auf Betriebsniveau, da das Systemnunmehr mit dem Schutzimpuls-Fluiddruck (Pi) verbunden ist unddas Cartridgeventil 1.1 geöffnet hat. Der Druck an Messumformer 2

sinkt auf Null, da über Cartridgeventil 2.2 der Druckraum mit demAblauf verbunden wurde. Nach Beendigung der Kanalprüfungmüssen beide Druck-Messumformer wieder den vorher gemesseneZwischenwert anzeigen, um sicher zu stellen, dass beide Cartridge-ventile sicher geschlossen haben. Dies ist Voraussetzung für dieFreigabe der Schutzprüfung am nächsten Kanal, um eineFehlauslösung durch die Prüfung zu verhindern.

"Scharfe" Prüfung Schnellschluss- und Regelventile

Zum echten Testen einer Schnellschluss-/Regelventilkombinationwird durch ein Prüfprogramm zuerst das zugehörige Regelventildurch den Turbinenregler transientengeführt in 10%-Schließstel-lung gesteuert und anschließend durch Betätigen des Prüfventilsam zugehörigen Servomotor eine Auslösung erzwungen. NachAbschluss der Auslöse-Prüfung wird zunächst das SSV undanschließend das RV in Betriebsstellung gebracht.

Überdrehzahlprobe

Die Auslösedrehzahl kann füreine scharfe Überdrehzahl-probe auf 3000min-1 (wahl-weise auch 1500 min-1 oder750min-1) abgesenkt werden.Daher kann diese währendjedes beliebigen Startvorgangesinsbesondere nach Revisionen,ohne verkürzenden Einfluss aufdie Restlebensdauer desTurbosatzes in kürzester Zeitdurchgeführt werden.

Da bei der Prüfung der Dreh-zahlwächter die Auslösedreh-zahl exakt ermittelt wird, kannauf eine Prüfung bei tatsäch-licher Überdrehzahl von3300min-1 sicher verzichtetwerden.

Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3

I PI PI P

pi

po

1.1 2.1 3.1

1.2 2.2 3.2

1 2 3

Po

2v3-Hydraulik-Schutzblock in Teststellung

pi

po

G

Proportionalventilfür Heizhub

AblaufP

B

T

A

SV-Servomotor

Absteuer-beschleuniger

Hydraulikschaltung zur SSV-Prüfung


Elektronischer Turbinenschutz 2v3 mit dezentralerhydraulischer Auslösung 1v2

Bei Neuanlagen, oder für den Fall, dass größere Überholungs-arbeiten am Hydrauliksystem und den Servomotoren erforderlichsind, ist ein Turbinenschutz mit dezentraler, hydraulischer Aus-lösung vorteilhaft und wirtschaftlich.

Dabei ist der grundsätzliche Aufbau, was die Aufbereitung undVerarbeitung der Schutzkriterien betrifft, dem zuvor beschriebenenKonzept identisch, erst bei der Umsetzung des Auslösesignalsunterscheidet sich die Realisierung.

Anstelle des zentralen 2v3-Hydraulik-Schutzblockes steuern dieDW-Baugruppen elektronisch Schutzbaugruppen (EAM 15A) an.Diese sorgen für die jeweils 2-kanalige Unterbrechung der Magnet-ventil-Steuerspannung, die zur Auslösung der SS-Ventile führt.

Durch entsprechende Verschaltung von 3 gleichen Baugruppenentsteht eine 2v3-Ruhestrom-Auslöseschaltung für die Abschal-tung der 24V-Leistungssammelschiene, von der die SSV-Magnet-ventile und ihre jeweilige MV-Stromregeleinheit (ANS-MV) versorgtwerden.

Die Ansteuerung der EAM 15A Schutzbaugruppen erfolgt über dieAusgänge (NF-Signal) der DW-Baugruppen. Zur kontinuierlichen,selektiven Prüfung während des Betriebes der 3 Schutzkanäleverfügen die Baugruppen über Testeingänge, die nach Auslösungdurch eine Funktionsgruppe ”elektrische Auslöseeinrichtung” dieSchutzauslösung des jeweiligen Kanals anregt.

Überwachungskanäle der Baugruppe erzeugen die Rückmeldungender Schutzauslösung, die als Weiterschaltkriterien der Funktions-gruppe zur Fortsetzung des Prüfprogrammes dienen. Im Fehlerfallerfolgt eine Meldung und das zyklische Prüfprogramm stoppt.

Ansteuerung der Magnetventile ANS MV

Diese Baugruppe dient zur Anschaltung der Magnetventile, diedezentral für die elektro-/hydraulische Umsetzung einer Schutz-auslösung an den SSV- und RV-Antrieben verantwortlich sind.

Zur Erreichung kürzester Abfallzeiten der Magnetventile werdendiese nach dem Anziehen durch Pulsweitenmodulation (PWM) aufdie für das sichere Halten der Magnetventile erforderliche Leistungzurückgeregelt.

Zur scharfen Schutzprüfung während des Betriebes verfügen dieANS MV-Baugruppen über Testeingänge.

Handauslösung der Not-Aus-Funktion

Die 3-kanaligen Not-AUS-Schalter in der Warte und vor Ort bewir-ken im nicht ausgelösten Zustand das Einschalten der 3 Leistungs-schütze LNS 24V. Die Kontakte dieser Leistungsschütze versorgenüber eine 2v3-Auswahl die Turbinenleittechnik einschließlich derTurbinenschnellschussventile und Regelantriebe. Durch diese2v3-Schaltung ist ein hohes Maß an Sicherheit und Verfügbarkeitgewährleistet. Der einkanalige Fehler kann während des Betriebesbehoben werden. Bei Auslösen von zwei der drei Kanäle erfolgt diesichere Abschaltung.

Testprogramme

Neben den bereits beschriebenen Testprogrammen werdenanstelle der Prüfung des entfallenen Hydraulikschutzblockes alleBereiche des Turbinenschutzes mit dezentraler, hydraulischerAuslösung während des Betriebes zyklisch überprüft.

Testprogramm ”elektrische Auslöseeinrichtung”

Dieses Prüfprogramm wird über Handanregung vom Operator oderautomatisch (z.B. täglich) angeregt. Die Fehleranalyse erfolgtebenfalls im Elektronikschrank. Die Fehlerbeseitigung kannebenfalls wegen des 3-kanaligen Aufbaus während des Betriebeserfolgen. Die elektrische Schutzeinrichtung erfolgt über dieLeistungsschalter EAM 15A 2v3 und ersetzt vollwertig den bisherüblichen, aber weitaus aufwendigeren hydraulischen Turbinenschutz.

Testprogramm ”Dampfventile”

Die Prüfung der Gängigkeit der Dampfventile wird vom Operatoroder automatisch angeregt und kann meisst nur im Teillastbereichder Maschine erfolgen. Dies ist abhängig von der Anzahl undAnordnung der Schnellschluss- und Regelventile.



# # #

Fail-SafeRuhestrom-

schutzDW-Modul 1

Quarz-vergleich

Quarz-vergleich

Quarz-vergleichDWDW DW DW DW DW DW DW DW

RS

AS

RS

AS

RS

AS RS

AS

RS

AS

RS

AS

RS

AS

RS

AS

RS

AS

& & &2 v 3

&t 0 2 v 3

&t 0

& & &2 v 3

&t 0

& & &

Fail-SafeRuhestrom-

schutzDW-Modul 2

Fail-SafeRuhestrom-

schutzDW-Modul 3

AS-Schutz (Übertragung in Ruhestrom)

Turbinen-welle

Turbinenregler(Slave)

Turbinenregler(Master)

+L1 +L2

+L3

Turbine einklinken

>3 Umdrehungen min -1

24V +L124V +L224V +L3

von FG Turbinensteuerung

Not-Aus Schalter(Turbinen-

schnellschluss)ElektronischeAbschaltungMagnetventile(2v3)

Testprogrammelektrische

Auslöseeinrichtungen

#

#

#

#

Übe

rwac

hung#

#

Übe

rwac

hung

Übe

rwac

hung

EAM 15A EAM 15A EAM 15A

Test ProgrammSSV und RV

AnsteuerungMagnetventile(Stromregler)

G SSV-Servomotor G SSV-Servomotor

# Durch Permutation erfolgt die 2 v 3 Signalverknüpfung kriterienspezifisch

MV

MV

MV

MV

=>1

=>1

=>1

C=>1

=>1

=>1

C=>1

=>1

=>1

C

Generator-Schutz

SUB-NET

AS-Schutz 1

AS-Schutz 2

AS-Schutz 3

Schutzkriterien und Laufüberwachung

# #

AS-Schutzsystem

2 v 32 v 32 v 3

ANS-MV ANS-MV ANS-MV ANS-MV

SSV 1Kanal 1

SSV 1Kanal 2

SSV nKanal 1

SSV nKanal 2

Test Test Test Test

Leistungssammelschiene 24V -

Test ProgrammDrehzahlwächter

TurbinenschutzHandauslösung

2 von 3LSN24

Elektronischer Turbinenschutz 2v3 mit dezentraler hydraulischer Auslösung 1v2


Turbinenhilfseinrichtungen

Zur Beherrschung und für den sicheren Betrieb der Turbine sinddie Turbinenhilfseinrichtungen neben der Turbinen-Drehzahl/-Leis-tungsregelung 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


Abkürzungen:

EHU - Elektrohydraul. UmsetzerF - DurchflussL - Höhenstand

P - Druck ( Vor-, Gegen- )P - Grenz-GegendruckSSV - Schnellschlussventil

MDU - Mitteldruck Umformer

V/G


- Sollwert

-Verarbeitung

- Messumformer

GG

- Teil-, Untergruppensteuerung

- Verknüpfungen

SSV1 SSV2

M Lageröl

HD

MDU1

SSV2SSV1

MDU2

Kessellast

z. MDU1

Steuerfluid

EHU

z. SpW-Beh

EHU

HDU

Hilfsdampf

Mako

Einspritz-wasser

#

G

MM

M

M

M

M

S

DE

p -SW

-Führung

MD/ND

L

F

P

F

P

F

pV/G

Übersicht der Turbinenhilfsregelkreise


#

#

T

S

T

S

#

+ -

M

Lageröl

Kü

hlw

asse

r


- Sollwert

- Verarbeitung

- Messumformer - Teil-, Untergruppen- steuerung

- Verknüpfungen

Lageröl-Temperatur-Regelung als Ölmengen-Regelung

Wellendichtdampf-Druck-regelung

Die Regeleinrichtung hat dieAufgabe, den Dampfdruck imDichtdampfsystem, in dem so-wohl Dampfmangel als auch-überschuß entstehen kann, aufeinen geringen einstellbarenÜberdruck von ca. +15mbarkonstant zu halten, durch Zulei-ten von Sperrdampf mit einemüberkritisch arbeitenden Dicht-dampf-Druck-Regelventil. ImFalle von Dampfüberschuß solleine weit unterkritisch arbeiten-de Überström-Steuerklappe soviel Dampf mehr ableiten, dassdas Dichtdampf-Druck-Regel-ventil mit geringem Hub imRegeleingriff bleibt und dieSperrdampf-Zuleitung warmhält.

Wellendichtdampf-Temperaturregelung

Es ist Aufgabe der Temperatur-Regeleinrichtung durch Zuleitenentsprechender Kondensat-mengen zu den Zerstäuberdü-sen des Dichtdampfkühlers, denvom Dichtdampf-Druck-Regel-ventil oder den Wellen- undSpindeldichtungen mit lastab-hängig unterschiedlich hoherMischtemperatur kommendenDampf mit konstant niedrigerTemperatur (ca. 150 °C) denND-Wellendichtungen zuström-en zu lassen.

P

#

T

TM

M

# #

S

S

S

#

#

P

#

+ -

#Ein

spri

tzw

asse

r

Hilfs-/MD-Dampf

+ -

Auf

Zu

HD MD / ND

Dichtdampf-kühler

Üb

erst

röm

-

Ste

uer

klap

pe

Abkürzungen:



MDU - Mitteldruck UmformerV/G


- Sollwert

- Verarbeitung

- Messumformer

GG


- Verknüpfungen

M

Wellendichtdampf-, Druck- und Temperatur-Regelung

Lageröl-Temperaturregelung als Ölmengen-Regelung

Ölseitige Regelung

Die Regelung hat die Aufgabe, durch Änderung der Öldurchflußmen-ge die Lageröltemperatur auf einem eingestellten Wert zu halten.

Lageröl-Temperaturregelung als Kühlwasser-Mengenregelung

Die Regelung hat alternativ zu vorstehendem Prinzip die Aufgabe,durch Änderung der Kühlwassermenge die Lageröltemperatur aufeinen eingestellten Wert zu halten.



Steuerfluid-Temperaturregelung

Die Regelung hat die Aufgabe, durch Änderung der Kühlwasser-menge die Steuerfluid-Temperatur auf einem eingestellten Wert zuhalten.

Kondensator-Niveauregelung

Die Regelung hat die Aufgabe, den Wasserstand im Kondensatorkonstant zu halten.

Kondensator-Mindestmengenregelung

In Abhängigkeit von der Anzahl der im Betrieb befindlichenKondensatpumpen ist ein Kondensatmindestmengendurchsatzzu gewährleisten.

#

#

S

#

T

T

K

X

S

T

#

+-

M

Steuerfluid

Kühlwasser

+ -

#

Heizung

Abkürzungen:





- Sollwert

-Verarbeitung

- Messumformer

GG


- Verknüpfungen

Steuerfluid-Temperatur-Regelung

M

M

L

XS

F

KS #

von der Turbine

+ -

#

+-

++

Kond. PumpeMindestmengen-Regler

z. SpW. Behälter

Makro-Höhenstands--Regler

F

L

# #

Abkürzungen:



MDU - Mitteldruck Umformer

V/GGG

- Regelkreis/Signal-

- Sollwert

Verarbeitung

- Messumformer

#

- Teil-, Untergruppen- steuerung

- Verknüpfungen

S

Kondensat-Mindestmengen-Regelung


Fahrweise der HD-Umleitstation (HDU)

Anfahrbetrieb

Die HDU hat die Aufgabe, beim Anfahren die erzeugte Dampf-menge solange an der Turbine vorbei zur kalten ZUE zu leiten, bisdie erforderlichen Parameter Druck, Temperatur und Dampfqualitätzum Anstossen der Turbine erfüllt sind und die vom Kessel erzeug-te Dampfmenge von der Turbine voll übernommen werden kann.Dabei muss ständig eine ausreichende Kühlung der HD- und ZUE-Heizflächen gewährleistet sein. Weiterhin müssen die zulässigenDruck- und Temperaturänderungsgeschindigkeiten des Kesselsberücksichtigt werden.Es wird zwischen Kalt-, Warm- und Heissstart unterschieden,wobei die Steuerung der Ventile sowie die Mindestöffnung beijedem Anfahren von den vorliegenden Parametern des Kesselsabhängt.

Anfahr- und Betriebsschaltung einer HDU-Station

Normalbetrieb mit Turbine

Im Normalbetrieb mit Turbine ist die HDU geschlossen. Sie greifterst ein, wenn bei Betriebsstörungen der Turbine ein unzulässighoher Druck im Dampferzeuger entsteht. In diesem Fall öffnet sieund regelt den FD-Druck auf den vorgegebenen lastabhängigenSollwert.Die "Gleitende Absicherung" bietet den Vorteil, dass der anstei-gende Frischdampfdruck schon vor dem Erreichen des Berech-nungsdruckes abgefangen werden kann.Das ist besonders im Teillastbereich notwendig, da bei einemTurbinenschnellschluss der Vorgang des Druckanstauens, von derAuslösung bis zum Erreichen des Ansprechdruckes des Dampf-prüfstockes (Genehmigungsdruck), je nach Kessellast, mehrereMinuten erfordern kann. Während dieser Zeit wären bei einer nichtgleitenden Absicherung die Überhitzerheizflächen nicht ausreichendgekühlt bzw. ungekühlt der Beheizung ausgesetzt.Eine gleitende Druckabsicherung schafft die Öffnungskriterien fürdie 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). ImSicherheitsfall, d.h. bei Erreichen des Genehmigungsdruckes undbei einer betrieblichen Ansteuerung des Sicherheitsganges öffnetdie Armatur mit einer Stellzeit von <2 sek.

Die Drucksollwerte für ein Öffnen der HDU im Regelgang bzw. imSchnellgang werden entsprechend der Kessellast mit einemGradienten nachgeführt.

Für den Normalbetrieb wird die jeweilige Temperatur der KZÜabgespeichert und im Falle eines plötzlichen Umleitbetriebes alsSollwert für die Dampftemperatur hinter HDU verwendet.

X

X

h

X

max

Anfahren/Betrieb

-

+ -

+

-+

MIN

MAX

+

-

F

Ablöseschaltung

PFD

DE

KZÜ

HD

Last-führung

SWFmit gleitenderDruckkennlinies. Diagramm

P

T

F

G

Vorsteuer-ung

h

F

h=Enthalpie


P T F




Druckkennlinie der HD-Umleitstation als Beispiel

Vorsteuerung HDU-Ein-spritzung

Ab einer spezifischen HDU-Dampfleistung wirkt zusätzlichzu der normalen Temperatur-regelung eine Vorsteuerung aufdie HDU Einspritzung, umsicherzustellen, dass bereitsbeim Öffnen der HDU diegeforderte KZÜ-Temperaturerreicht wird.Das Vorsteuersignal wird inAbhängigkeit der HDU-Stellung,der Dampfleistung und derTemperaturdifferenz zwischenFD-Temperatur und KZÜ-Soll-werttemperatur gebildet. DieBegrenzung der Dampftem-peratur hinter HDU nach untenbeträgt 20°K über der jewei-ligen Siedetemperatur.

Abfahren

Beim Abfahren wird zunächst die Kessellast bis in den Umwälz-betrieb abgesenkt und dann die Turbine abgeschaltet. Die HDUöffnet und regelt den erforderlichen Dampfdruck von ca. 120 bar.Mit "Feuer aus" wird auch die HDU geschlossen, um den Kesselauf einem möglichst hohen Druckniveau zu halten. Eine eventuellerforderliche Druckabsenkung vor erneutem Anfahren der Anlageerfolgt mit der HDU. Die Druckabsenkung wird gezielt durchVorgabe eines Gradienten und Zielsollwertes eingeleitet.

Stillstand

Die HDU´s bleiben nach FEUER - AUS geschlossen.

Liegt der Druck am HD-Austritt beim Wiederanfahren oberhalb desmaximalen Anfahrdruckes wird der Druck mittels HDU gradienten-geführt abgesenkt. Liegt der Druck am HD Austritt unterhalb desmaximalen Anfahrdruckes, wird keine Druckabsenkung vorgenom-men; die HDU öffnet erst, wenn nach FEUER-EIN ein Druckanstiegzu verzeichnen ist.

Kaltfahren des Kessels

Soll der Kessel kaltgefahren werden (z.B. für eine Reparatur), wirder über die HDU drucklos gefahren (Gradient: ca. 3 bar /min).

Sicherheitsfall

Bei Erreichen des Auslösedruckes von 190 barü sprechen dieDruckschalter des Dampfprüfstockes an. Eine Auslösung erfolgt,wenn einer von drei Druckschaltern angesprochen hat. Bei 2-strän-gigen Anlagen öffnen jeweils beide HD-Umleitstationen.

Bei Erreichen des Rückschaltdruckes von ca. 188 barü an allen dreiDruckschaltern, wird das Öffnungssignal der Druckschalter aufge-hoben. Die Armaturen schließen bzw. die Regelung übernimmt dieAufgabe der Druckhaltung.

Turbinenschnellschluss

Bei einem Turbinenschnellschluss (Netzbetrieb) werden die HDU´sdirekt angesteuert. Aktivierung der Schnellöffnung mit anschließen-dem Druckregeln entsprechend der Druckkennlinie.

Drucküberschreitung

Die gleitende Druckabsicherung ist nur bei "Feuer EIN" aktiv. EinÜberschreiten der gemäß Diagrammbeispiel hinterlegten modifi-zierten Gleitdruckkennlinie, um mehr als ca. 8 bar, bewirkt eineÖffnung der Ventile durch den Regelgang.Ein Überschreiten der Gleitdruckkennlinie um mehr als ca. 12 barbewirkt eine Schnellöffnung mit anschließender Druckregelung,entsprechend der Druckkennlinie.Überschreitet der Druck die Schnellöffnungskennlinie um mehr als5 bar, bewirkt das eine betriebliche Ansteuerung des Sicherheits-ganges mit anschließender Druckregelung, entsprechend derGleitdruckkennlinie.

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-EintrittMassenstrom [t/h] 1068 0 1068 922,4Druck [barü] 172,5 172,5 165,7 40,3Temperatur [°C] 540 540 538 333,5

Zustand des Kessels im stationären Inselbetrieb bei 40% Dampf-leistung und ca. 8% elektrischer Leistung

HD-Austritt über HDU zur Turbine ZUE-EintrittMassenstrom [t/h] 415 299 116 337,1Druck [barü] 136,8 136,8 135,5 10,3Temperatur [°C] 540 540 538 340

Enthalpie-Regelung der HDU-Austrittstemperatur

Der Energieinhalt des Frischdampfes wird aus den Dampfpara-metern Druck und Temperatur abgeleitet.Die Sollwertbildung ( m

.soll) des Einspritzwasser-Mengenreglers

wird durch eine Energiebilanz aus Frischdampf und gewünschtemTemperaturgefälle über HDU und Enthalpie des Kühlwassersgebildet.

200

190

180

170

160

150

140

120

110

100

130

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Sicherheitsfunktion. Auslegungsdruck 190 bar ü

Sicherheitsgang

Schnellöffnungsgang

Regelgang

Überhitzer Austritt

Turbinen-Einlassventil

Dru

ck [

bar

ab

s.]

Kessellast in %

Gleitdruck-Regelung

Gleitdruck-Kennlinien der HDU-Station


Fahrweise der MD/ND-Umleitstationen (MDU)

Normalbetrieb mit Turbine

Im Normalbetrieb mit Turbinesind die MDU geschlossen. Eingesteuerter Eingriff der MDUerfolgt erst, wenn bei Betriebs-störungen und "Feuer EIN" einunzulässig hoher Druck ansteht.In diesem Fall öffnen sie undregeln den Druck der heißen ZÜauf den vorgegebenen lastab-hängigen Sollwert.

Absicherung des Zwischen-überhitzers ZÜ

Die "Gleitende Absicherung"bietet den Vorteil, dass deransteigende ZÜ-Druck schonvor Erreichen des Auslegungs-druckes abgefangen werdenkann.Das ist besonders im Teillastbe-reich notwendig, da bei einemTurbinenschnellschluss derVorgang des Druckanstauens,von der Auslösung bis zumErreichen des Ansprechdruckesdes Dampfprüfstockes(Genehmigungsdruck), je nachKessellast, mehrere Minutenerfordern kann.Während dieser Zeit wären beieiner nicht gleitenden Absiche-rung die Überhitzerheizflächennicht ausreichend gekühlt bzw.ungekühlt der Beheizungausgesetzt.

Die gleitende Druckabsicherungliefert das Öffnungskriterium derMDU. Sie verläuft ab ca. 60%Kessellast parallel oberhalb derGleitdruckkennlinie und istaktiviert mit "Feuer EIN".

Der Drucksollwert für ein Öffnender MDU wird entsprechend derKessellast nachgeführt.

Sicherheitsfall

Bei Erreichen des Auslöse-druckes von 44 barü sprechendie Druckschalter des Dampf-prüfstockes an. Eine Auslösungerfolgt, wenn einer von dreiDruckschaltern angesprochenhat.Bei Erreichen des Rückschalt-druckes von ca. 42 barü an allendrei Druckschaltern werden dieArmaturen geschlossen bzw.die Regelung übernimmt dieAufgabe der Druckhaltung.

G

#

#

#

#

W WWW

X

v. KessellastSW-Führung

##

##

#

S

#

P

MAX

S S

S

Drucksollwert(heiße Zü)

P

SSV1/SSV2

MD/ND

MDU1 MDU2

Steuerfluid

EHU

+-

+-

+-

N N

NFNF An- AbfahrenBlock

Au

to

Han

d

SW S

W

++

X-dp/dt-p-p

MAX

MIN

+-+-

"N"

Zü

P Steuerfluid

EHU

SSV1/SSV2P

+-

"N"

MAX

-+ +

-PGG

Max

0 0

Max

Abkürzungen:





- Sollwert

-Verarbeitung

- Messumformer

GG

- Teil-, Untergruppen- steuerung

- Verknüpfungen

HD

MDU-Vordruckregelung



Druckhaltung

Bei der Druckhaltung kann keine Feinstregelung erwartet werden.Erreicht der Druck die Regelkurve, so öffnen die Ventile auf eineMindestöffnung. Bei einem weiteren Druckanstieg vergrößert sichdie Öffnungsstellung entsprechend.

Sinkt der Druck auf einen Wert unterhalb der Öffnungskennlinie, sowerden die Ventile geschlossen. Die Schließdruckdifferenz sollnicht mehr als ca. 2 bar betragen.

Drucküberschreitung

Die gleitende Druckabsicherungist nur bei "Feuer EIN" aktiv. EinÜberschreiten der im Diagrammdargestellten Gleitdruckkenn-linie bewirkt eine Öffnung derVentile mit anschließenderDruckregelung.

Temperatur hinter der MD-Umformstation (MDU)

Moderne Konstruktionen vonTurbosatz- und Maschinenkon-densator fordern die Integrationder MDU auf engstem Raum.Daraus folgen oft messtechni-sche Probleme. Z.B. ist die Ent-fernung zwischen der Druckre-duzierstation und dem Maschi-nenkondensator zu kurz zurVerdampfung des Kühlwassersvor der Temperaturmessung.

Wenn die Temperatur geregeltwerden soll, so ist dies nichtaufgrund der Temperaturmes-sung im Wärmeaustauschermöglich. Wenn die Dampftem-peratur nach der Einspritzungalso nicht zuverlässig gemes-sen werden kann, muss dieKühlwassermenge nach einemModell geregelt werden.

Steuerung des Wasser-Absperrventils

FunktionsablaufSobald das HD-Umleitventilöffnet, öffnet auch das Wasser-Absperrventil auf 100%.Schließt das HD-Umleitventil,so schließt auch das Wasser-Absperrventil.

MD-Umleitregelung

Bei genügend groß bemesse-ner MD-Umleitstation kann imFalle eines Lastabwurfes diegesamte überschüssige MD-Dampfmenge direkt in den Kon-densator bzw. in die Heizent-nahme geleitet werden. Manvermeidet dadurch das Anspre-chen der ZÜ-Sicherheitsventileund die damit verbundenenNachteile wie Geräuschentwick-lung, Verschleiß und bleibendeUndichtheiten.

MDUEHU

Zü

Mako

Kondensat-pumpe

M

MD/ND

P

PEnthalpie-

Regelung derMDU-Austritts-

temperatur

T

F

T

P

G

EnthalpieMako

Tkonst.

+-

EnthalpieKW

mKw, Sollw T

EnthalpieZü

Mako

MDU-Temperatur-Regelung

60

50

40

20

10

0

30

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Auslegungsdruck 47,5 barü

Dru

ck [

bar

ab

s.]

Kessellast in %

Sicherheitsfunktion 44 barü

Regelgang-Funktion

Vorwärmer-Austritt

Vorwärmer-Slop-Ventil

Druckkennlinie der MDU-Station mit gleitender Absicherung


HDU- und MDU-Sicherheitsfunktion mit Fail-Safe-SteuerungMit der Fail-Safe-Steuerung ME 4002S wird die Sicherheitsfunktionvon hydraulisch angetriebenen HD-Überströmventilen, HD- undZÜ-Sicherheitsventilen realisiert (Schutz gegen zu hohenDampfdruck).

FunktionsbeschreibungDie Funktion der Sicherheitssteuerung ist für HD-Überströmventilemit Sicherheitsfunktion oder für ZÜ-Sicherheitsventile identisch.Für die Funktion ist es auch unerheblich, ob im Dampfsystemzwei, drei oder vier parallele Sicherheitsventile eingesetzt sind.

Die Steuerung basiert auf dem Konzept "3 von 3", d.h. das Anspre-chen eines der drei Pfade A, B, C führt zum Öffnen der Sicherheits-ventile. Elektrisch arbeiten die drei Pfade nach dem Ruhestrom-prinzip. Im Normalfalle sind die Relais und Magnetventile unterSpannung und demzufolge angezogen.

Auf der Hydraulikseite umfasst das System drei Magnetventile proSicherheitsventil. Diese Magnetventile stehen normalerweise unterSpannung und sind somit geschlossen. Wird ein Magnetventilstromlos, öffnet es und in der Folge wird das Sicherheitsventildurch Federkraft geöffnet. Auch ein Stromausfall bewirkt alsodas Öffnen des Sicherheitsventils. Um zu verhindern, dass diesesausfallsichere System die Verfügbarkeit beeinträchtigt, wird dieSteuerung redundant eingespeist. Da für das sichere Öffnen keine hydraulische Kraft benötigt wird,wird die Sicherheitsfunktion durch Ausfall des Hydraulikdruckesnicht beeinträchtigt.

Bei Anstieg des Druckes im abzusichernden System über denAnsprechdruck des Druckschalters PS wird über das Zwischen-relais Z der Stromkreis zum 3/2-Wege-Sitzventil M unterbrochen.Letzteres öffnet den Weg für den Steuerflüssigkeitsdruck zum 2/2-Wege-Einbauventil E, wodurch dieses entlastet wird. Der Flüssig-keitsdruck, welcher am Ventilkegel des 2/2-Wege-Einbauventiles Eherrscht, öffnet das Ventil gegen die Federkraft. Über die Hydraulik-leitungen L1 und L4 fließt Druckflüssigkeit vom unteren in denoberen Kolbenraum des hydraulischen Servomotors. Das Sicher-heitsventil öffnet durch die vom Medium auf den Ventilkegelwirkende Kraft.

Beim Ansprechen der Sicherheitsfunktionen muss die normaleRegelfunktion der HD-Überströmventile unterbrochen werden.Diese Unterbrechung erfolgt zweikanalig. Die fehlersichere Steue-rung stellt dafür zwei Relaiskontakte pro Ventil zur Verfügung. BeimUnterschreiten des Ansprechdruckes schließen die Ventile wiederüber die normale Regelfunktion. ZÜ-Sicherheitsventile haben keineRegelfunktion. Die Sicherheitssteuerung hat daher pro Sicherheits-ventil einen Ausgang zur Ansteuerung eines Magnetventils, dasdas Sicherheitsventil im Normalbetrieb geschlossen hält.

Das Abfallen des Zwischenrelais Z, und als Folge das Öffnen derSicherheitsventile, kann auch durch Handauslösung vomBedienpult oder durch ein zusätzliches Signal von derKesselregelung erfolgen. Auch diese Signale werden in der Regelredundant zur Sicherungheitssteuerung geführt.

Pfad A Pfad B Pfad C

P P PPrüflogik

(PLS)

+48V

Auslösung(von Kesselregelung)

Handauslösungvom Pult

A B C

AnzeigePS abgesperrt

1 v 3

vom Hydraulikaggregat(Pumpe mit Speicher)

Proportionalventil

Blockierelement

MVA

R

EA

+48V +48V

prüfen

KA

KB

KC

IVA

IVB

IVC

PSA PSB PSC

abzusicherndesSystem

Abkürzungen:ELMVRPSIVVP

VPA VPB VPC

ZA ZB ZC

: 2/2-Wegeventile: hydraulische Leitungen: 3/2-Wegeventile: Rückschlagventile: Druckschalter: Absperrventile für Druckschalter: Absperrventile für Prüfdruck

HDU

4-20mA

MVB

R

EB

hydraulischer Schutzblock

MVC

R

EC

hydraulischerAntrieb HD/U

P0

+48V

Fail-SafeRuhestrom-

Schutzverriegelung+48V

+48V

+48V

+48V

Prüfung AusPrüfen Kanal APrüfen Kanal BPrüfen Kanal C

Blockschaltbild zur Fail-Safe-Steuerung der HDU- bzw. MDU-Sicherheitsfunktion



In der Sicherheitssteuerung werden Meldungen erzeugt und miteinem Relaiskontakten abgegeben. Die Meldung beinhaltet diefolgenden Situationen

• Kontaktfehler Rückmeldekontakt Isolierventile IV

• Isolierventil IV isoliert und Schlüsselschalter Prüfung nicht auf"ein"

• Systemdruck hoch während Test (nicht abgesperrter Druck-schalter angesprochen)

• Druckschalter angesprochen und Sicherheitsventil hat nichtgeöffnet

• Speisungsfehler, 24VDC

• 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 insübergeordnete Prozessleitsystem ME 4012 übertragen und dortzeitgestempelt (1ms).

Außerdem wird ein Signal "Sicherheitsschaltung angesprochen" viaRelaiskontakt abgegeben.

Prüfschaltung

Die Sicherheitsschaltung bietet die Möglichkeit zur regelmäßigenPrüfung der Sicherheitsventile einschließlich der Druckschaltersowie aller Signalpfade. Die Funktionsprüfung erfolgt pfadweise,d.h. zwei der drei Pfade bleiben auch während der Prüfung inBetrieb und aktiv. Dadurch bleibt die Funktion der Sicherheitsventileauch während der Prüfphase erhalten.

Es sind zwei Prüfarten vorgesehen• Prüfung aller Ventile zusammen mit Hubbegrenzung

• Einzelprüfung eines Ventils über den vollen Hub

Die Prüflogik im übergeordneten Prozessleitsystem ME 4012 ist mitden drei Pfaden der Sicherheitssteuerung über die Koppelrelais Kverknüpft. Die elektrische Verbindung zwischen der Prüflogik undder Sicherheitssteuerung wird erst über einen Endkontakt desAbsperrventils IV aktiviert und ist nur während des Prüfvorgangesvorhanden. Eine mechanische Schlüsselverriegelung ist verant-wortlich dafür, dass gleichzeitig jeweils nur ein Absperrventil IVgeschlossen und damit nur ein Pfad außer Betrieb sein kann. DieAktivierung der Prüflogik muss zudem über einen elektrischenSchlüsselschalter auf dem Bedientableau erfolgen.

Der Prüfvorgang beginnt mit dem Schließen des Absperrventils IVdes entsprechenden Pfades. Über das Absperrventil VP kannanschließend mit einer Handpumpe Druck im Druckschalter PSaufgebaut und dieser zum Ansprechen gebracht werden. Dabeikann der Schaltpunkt überprüft werden. Durch Drücken der Prüf-taste wird das 3/2-Wege-Ventil M (je nach Vorwahl eines oderaller Sicherheitsventile) umgeschaltet und das oder die Sicherheits-ventile beginnen zu öffnen. Ist die verlangte Stellung erreicht (End-schalter am Sicherheitsventil) oder eine vorgegebene Maximalzeitverstrichen, wird das 3/2-Wege-Magnetventil wieder zurückge-schaltet und damit das Sicherheitsventil wieder geschlossen.

Generator-Hilfsregelkreise

Die Generator-Hilfsregelkreise können, im Fall das Turbine undGenerator zu einem Lieferlos gehören, in den Bereich der Hilfs-regelkreise integriert werden.

Kondensat-speicher

LSpw

PSpw

Pk

Lk

L

m2 m1

F

M

G

E2E1

P'EP+

von MD

PE; rechn. = f (F1; Pk; Tk; Konst.-ND-Turbine; Fk; LSPW; PSPW; Kannlast)

PE = k* f

zur Block-Lastführung

+-

MIN

PE zur Turbine(Frequenzstützung)

DVG

Kannlast

F

Fk kTm3

T

ND

F3 F2 F1

E3


Die Kondensatstauregelung dient zur wirtschaftlichen Erzeugungder von der Deutschen Verbundesellschaft (DVG) gefordertenWirkleistungs-Sekundenreserve, die ein Kraftwerksblock innerhalb

bestimmter Zeit zur Verfügung stellen muss, wenn er vomLastverteiler für die attraktive Betriebsart der Frequenzstützungeingesetzt werden soll.


6

5

4

2

1

0

3

0 5 10 15 20 25 30 35

DVG-Kurve (alt)

P%

DVG-Kurve (neu)

ts

Das Prinzip dieser Regelung basiert darauf, nicht mehr den Kesselals Dampfspeicher durch Androsseln der Einströmventile zu nutzen,sondern anstelle dessen die Kondensatführung in dieses Konzepteinzubeziehen. Allein durch kurzzeitiges Anstauen des Kondensat-stromes kann durch die Umlenkung des Entnahmedampfes, dernun über die Turbine entspannt wird, eine elektrische Zusatzleis-tung in der Größenordnung zwischen 2 und 3,5% innerhalb von30 sec. erzeugt werden.Durch Einbindung der Kondensatstau-Regelstrategie in das Dampf-erzeuger-Blockmodell kann der Block-Leistungssollwert und damitdie Dampferzeuger- und Turbinenlastregelung die zusätzlich erfor-derliche Spontanreserve nachregeln und damit die entnommeneZusatzleistung im Rahmen der möglichen Prozessdynamik nach-fahren und so den Kondensatstau wieder auflösen. Durch Verzichtauf das sonst übliche Androsseln der Turbinen-Einströmventilewird eine Wirkungsgradverbesserung um etwa 0,5%-Punkteerreicht. Zudem führt es durch Integration in das Blockregelmodellzu einer deutlichen Beruhigung der Dampferzeugerführung undkann zusätzlich zur Steigerung der Manövrierfähigkeit des Kraft-werksblockes genutzt werden.Durch die im GridCode 2000 zusammengefassten Netz- undSystemregeln der deutschen Übertragungsnetzbetreiber vomMai 2000 erlangen wesentliche Neuerungen der Anschlussbedin-gungen für Energieerzeugungseinheiten Rechtsverbindlichkeit.Unter anderem ist die Frequenzhaltung durch Primärregelung fürErzeugungseinheiten ≥100MW neu geregelt worden.Danach müssen mindestens ±2% der Nennleistung einer Anlagefür die Primärregelung zur Verfügung stehen und über einer quasi-stationären Frequenzabweichung von ±200mHz linear in 30 Sekun-den aktiviert werden. Die Messunempfindlichkeit muss dabeiunterhalb ±10mHz liegen.Die Anforderungen an die maschinen- und leittechnischen Einrich-tungen für eine erfolgreiche Realisierung einer die obige Forderun-gen 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 seinenHilfseinrichtungen nach technologischen Gesichtspunkten ineinzelne Anlagenbereiche, die Funktionsgruppen (FG), eingeteilt.Die Gruppenleitebene stellt die Steuerebene über der Koppel- undEinzelleitebene dar. Sollen von dieser Ebene Motoren,Stellantriebe, und Regler automatisch koordiniert werden, soenthalten die Funktionsgruppen-Schrittprogramme für dasInbetriebsetzen bzw. für das Stillsetzen der Anlage.

Der Ablauf des Anfahrvorganges kann mit Hilfe des Bedien- undBeobachtungssystemes ME-VIEW genau verfolgt werden. Fehlen-de Fortschaltbedingungen (Kriterien) werden im Klartext angezeigt(Bedienerführung).

Verfügbarkeit

Die hohe Verfügbarkeit des Prozessleitsystems ME 4012 ergibtsich aufgrund seiner dezentralen Struktur:

• Subprozessoren für Rechen- und Regelvorgänge Antriebs-steuerung und Funktionsgruppen

• Peripherie-Baugruppen für binäre und analoge Eingänge zurSpeisung und Überwachung aller Feldgeräte

• redundanter SUB-NET Prozessbus für eine durchgängigeKommunikation

• direkter Zugriff vom Bedien- und Beobachtungssystem auf dieEinzelleitebene auch bei Ausfall der Gruppenleitebene

Anlagengliederung

Folgende Funktionsgruppen sind üblicherweise vorzusehen:

• Kondensatförderung

• Ölversorgung und Dreheinrichtung

• Dichtdampfversorgung und Luftabsaugung

• Turbinensteuerung mit Entwässerungen, Vorwärmen derVentilblöcke und Synchronisieren

Arbeitsweise der Funktionsgruppen

Im nachstehenden werden die Funktionsgruppen kurzbeschrieben.

Funktionsgruppe Kondensatförderung

Folgende Anlagenteile werden erfasst:

• Vorkondensatpumpen 2 x 100

• Hauptkondensatpumpen 2 x 100

• Ablaufregler 1 - Kondensator 1 x

• Mindestmengenregler 1 x

Das Ablauf-Regelventil wird vor dem Start der 1.Vorkondensat-pumpe bzw. 1.Hauptkondensatpumpe geschlossen und dann ver-zögert freigegeben, um eine Überlastung zu verhindern. Im Betriebwerden die Pumpen mengenabhängig bzw. durch Schalterfall einerbereits im Betrieb befindlichen Pumpe zugeschaltet. Die dazuerforderliche 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.


Bisherige und neue DVG-Anforderung für thermische Kraftwerkezur Wirkleistungssekundenreserve für die Frequenzregelung desVerbundnetzes (Primärregelung)

FunktionsgruppeÖlversorgung und DreheinrichtungDie Tabelle zeigt die Antriebe, Regler und Betriebsautomatiken.Durch Redundanz-Prozessoren oder eine direkte Spiegelungverfahrenstechnischer Redundanzen in der Leittechnik wird einOptimum an Verfügbarkeit erreicht.

Folgende Anlagenteile werden erfasst

Regelkreise/Antriebe TS* AS* RK*Lagerölpumpe 1 XLagerölpumpe 2 XNotölpumpe XÖldunstgebläse 1 XÖldunstgebläse 2 XÖltemperaturregelung XSteuerfluidpumpe 1 XSteuerfluidpumpe 2 XDreheinrichtung XAnhebeölpumpe 1 XAnhebeölpumpe 2 XFluidtemepraturregelung XFluidrückförderpumpe 1 XFluidrückförderpumpe 2 XFluidumwälzpumpe XFluiddunstgebläse XÖlheizung XLagerölpumpen 1+2 XNotölpumpe XÖldunstgebläse 1+2 XSteuerfluidpumpen 1+2 XAnhebeölpumpen 1+2 XFluidrückförderpumpen X*TS = Teilsteuerung und UmschaltautomatikenAS = Antriebssteuerung, RK = Multifunktionsregler,

Mit dieser Funktionsgruppe wird die Lagerölversorgung desTurbosatzes so bereitgestellt, dass die Voraussetzungen für denDrehwerksbetrieb und das Hochfahren der Turbine erfüllt sind. DieRegelung der Öltemperatur wird von ihr ein- bzw. beim Abfahrenausgeschaltet. Es wird vorausgesetzt, dass das Kühlwasser für dieÖlkühler in einem Hilfs-Kühlwassernetz bereitsteht.Mit dieser FG wird weiterhin die Steuerfluidversorgung durchEinschalten der Steuerfluidpumpe sichergestellt. Die FG-Ölver-sorgung schaltet ferner die Anhebeölpumpen ein. Nach einerWartezeit, die zum Aufbau des Entlastungsdruckes erforderlich ist,wird nach Abfragen einer Anzahl von Kriterien wie Lagermetall-Temperaturen, Relativdehnungen und Generatorzustand derDrehmotor eingeschaltet. Die Anhebeölpumpen werden nachErreichen der Turndrehzahl abgeschaltet. Ist die Drehzahl≥100min-1, wird der Drehwerksmotor abgeschaltet. Wirdn ≤100min-1, schaltet die FG den Drehmotor ein. Wird die Dreh-zahl ≤40min-1, werden die Anhebewerksölpumpen eingeschaltet.Das Abstellen des Drehmotors und der Anhebeölpumpen erfolgtim "Aus"-Programm.Nach dem Abstellen der Dreheinrichtung wird die Lagerölversor-gung abgestellt. Die FG-Ölversorgung hat ein Anfahr- und einAbfahrprogramm.

Funktionsgruppe

Dichtdampfversorgung und Luftabsaugung


• Vakuumbrecher 1 x

• Fremddampfventil 1 x

• Dichtdampfregler Druck 1 x

• Dichtdampfregler Temperatur 1 x

• Luftabsaugeschieber 2 x 100 %

• Anfahr- und Betriebsaggregat Luftabsaugung 2 x 100 %

• Schwadenabzugsgebläse 2 x

Nach dem Öffnen des Fremddampfventiles werden von der FG dieAnfahr-Luftabsaugung und nach Erreichen eines bestimmtenVakuums die entsprechenden Betriebsaggregate eingeschaltet. ImBetrieb wird bei fallendem Vakuum und bei Störungen am Betriebs-aggregat und bei weiterem Vakuumabfall die Anfahr-Luftabsaugungeingeschaltet. Schutzabschaltungen verhindern unzulässigeBetriebszustände innerhalb der Aggregate. Im "Aus"-Programmwird nach Umleitbetrieb-"Ende" der Vakuumbrecher geöffnet undalle Aggregate werden abgestellt. Ist das Vakkuum kleiner 10%,wird das Fremddampfventil geschlossen.

Funktionsgruppe

Turbinensteuerung


• der Turbinenregler Master/Slave mit: 2 xDrehzahlführungsregler, Leistungsführungsregler und Ventilstellungsreglern

• die Anwärmventile nach den HD-Schnellschlussventilen 2 x

• die Anwärmventile nach den MD-Schnellschlussventilen 2 x

• die Entwässerungsventile 20 x

• die Synchronisierungseinrichtungen 1 x

Nach Abfrage einer größeren Zahl von Kriterien wird der hydrauli-sche Schnellschluss eingeklinkt. Damit werden alle Schnellschluss-ventile geöffnet.

Weiterhin werden alle Entwässerungsventile der Turbine zumtechnologisch richtigen Zeitpunkt geöffnet bzw. geschlossen. MitHilfe der Anwärmventile werden die Schnellschluss- und Regel-ventile angewärmt. Das Vorwärmen erfolgt durch Öffnen bzw.Schließen der Ventile in Abhängigkeit von zulässigen Temperatur-differenzen. Nach Erreichen der zum Anfahren der Turbineerforderlichen Dampftemperaturen und Abfrage einer Reiheweiterer Kriterien wird der Turbosatz vom Drehzahl-Führungsreglerdes Turbinenreglers auf Nenndrehzahl gebracht.

Nach Erreichen der Nenndrehzahl erfolgt die Freigabe zumEinschalten des Spannungsreglers, Erregen und Synchronisieren.Ist der Generator ans Netz geschaltet, übernimmt der Leistungs-führungsregler die Sollwertführung unter Berücksichtigung derzulässigen Transienten, errechnet durch das Temperatur- undLeistungsführungsgerät (TLFG), bis zum eingestellten Leistungs-wert oder bis die Regelventile voll geöffnet sind.




Die im folgenden beschriebenen Vorgänge haben Gültigkeit füreine Kondensationsturbine mit Zwischenüberhitzung, die mit einerMD-Umleitstation ausgerüstet ist und im Gleitdruck-Gleittempe-ratur-Betrieb angefahren wird.Die Anfahr- und Belastungszeit der Turbine wird durch die zulässi-gen Temperaturtransienten ihrer maßgebenden Bauteile bestimmt.Von Einfluß ist dabei der Temperaturzustand der Turbine zu Beginndes Anfahrvorganges und das Verhalten des Dampferzeugers vorallem im unteren Temperatur- bzw. Lastbereich.Um den beim Anfahren auftretenden Anfangstemperatursprungund um den sich daran anschließenden Temperaturtransienten inzulässigen Grenzen zu halten, ist es notwendig, dass die Eintritts-dampftemperaturen den maßgebenden momentanen Bauteil-temperaturen angepaßt werden.Solange die Dampftemperaturen nicht den von den Teilturbinengeforderten Werten entsprechen, ermöglichen Umleitstationeneinen nicht koordinierten Betrieb, bis die Dampfparameter dieZuschaltkriterien erfüllen.Bei Kaltstart können die Dampftemperaturen nicht immer tief genugabgesenkt werden, daher müssen die Bauteiltemperaturen dentiefstmöglichen stabilen Dampftemperaturen des Dampferzeugersangepaßt werden, bevor die Turbine auf Nenndrehzahl gefahrenwird. Die Turbine ist deshalb mit einer Gehäuse-Heizeinrichtungausgerüstet. Sie erlaubt ein Anwärmen von Gehäusen und Läufernmit Fremddampf von ca. 12bar und 320°C, der aus dem Hilfs-dampfnetz zur Verfügung stehen sollte.

Anfahren des TurbosatzesVorbereitungenZur Vorbereitung des Heizbetriebes und des Umleitbetriebes werdendie Funktionsgruppen bzw. Systeme in folgender Reihenfolge inBetrieb genommen:

• Kühlwasserversorgung• Ölversorgung und Dreheinrichtung (bei Warmstart noch in

Betrieb)• Kondensatförderung• Dichtdampfversorgung• Luftabsaugung

Damit ist die Turbine im Dreheinrichtungsbetrieb und unterVakuum. Der Kondensator ist bereit zur Aufnahme des Heiz-dampfes und des Umleitdampfes. Alle Entwässerungen innerhalbder Turbine sind geöffnet.

Heizen der TurbinengehäuseSind die Mittenfasertemperaturen der HD-Innengehäuse kleiner220°C und MD-Innengehäuse kleiner 200°C (Stillstandszeitengrößer 80-90 Stunden), werden die Heizventile der Turbine geöff-net und die Turbine wird auf eine Heizdrehzahl von ca. 700 l/mingefahren. Die Gehäuseheizung bleibt im Betrieb, bis die Mitten-fasertemperaturen der HD-Innengehäuse 220°C und der MD-Innengehäuse 200°C überschreiten.Um die ND-Austrittstemperatur in zulässigen Grenzen zu halten,wird bei Erreichen eines Kondensatordruckes von 0,4bar dieND-Gehäuseeinspritzung eingeschaltet.

Entwässern von Gehäusen und RohrleitungenAlle Entwässerungen aus Gehäusen oder Einströmrohrleitungensind bei einer Leistung größer 15% geschlossen und bei einerLeistung kleiner 15% geöffnet.

Alle Entwässerungen in Rohrleitungen vor Rückschlagklappenwerden geöffnet, wenn die Rückschlagklappen geschlossen sindund werden geschlossen, wenn die Rückschlagklappen nicht mehrgeschlossen sind.

Bei Stillstand der Turbine sind alle Entwässerungen geschlossen.

Sperrdampf-VersorgungZur Sperrdampf-Versorgung der Wellendichtungen wird Hilfsdampfmit einer Temperatur von größer 270°C benötigt.

Kriterien zum Einklinken der SchnellschlusseinrichtungMit dem Einklinken der Schnellschlusseinrichtungen öffnen alleSchnellschlussventile. Der Dampfzustand vor den Schnellschluss-ventilen muss sich deshalb innerhalb bestimmter Grenzen befinden,damit der Temperatursprung in den Ventilgehäusen die zulässigenWerte nicht überschreitet.

Neben der Abfrage einer Reihe von Generatorkriterien werdenaußer den Temperaturdifferenzen zwischen Dampf- und Ventil-gehäusen 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°Chaben, um

• Ölmangel durch zu große Viskosität und

• Spielverkleinerung bei plötzlicher Abkühlung der Lagerschale

zu vermeiden.

Die maximale Lageröltemperatur soll kleiner 50°C sein, um einAnsprechen des Turbinenschutzes beim Fahren auf Nenndrehzahldurch zu hohe Lagermetalltemperatur zu vermeiden.

Anwärmen der Frischdampfleitungen und der HD-VentilgehäuseDamit der Dampfzustand den zum Öffnen – Einklinken – derSchnellschlussventile zulässigen Wert erreichen kann, müssen dievor den Ventilen liegenden Rohrleitungen entsprechend der für dieverschiedenen Bauteile zulässigen Transienten angewärmt werden.

Der Druckaufbau in der Frischdampfleitung verläuft parallel zumDruckaufbau im Kessel. Die Geschwindigkeit der Druckänderungdes Kessels muss wegen der Sattdampftemperatur-Änderungenden zulässigen Änderungen in

• der Frischdampfleitung und

• den Formstücken der Frischdampfleitung

angepaßt werden.

Anfahren, Abfahren und Leistungsändern einer Turbine mit Zwischenüberhitzung


Der Turbosatz ist bereit zum Einklinken des Schutzes, wenn vorden HD- und MD-Schnellschlussventilen eine Dampftemperaturgemessen wird, die gleich oder größer als die Metalltemperaturender Regelventile ist und die mindestens 250°C beträgt.

Außerdem sollen die Drücke in der Frischdampfleitung größer5 bar und in der HZÜ-Leitung größer 2bar sein. Sind die Tempe-raturen der HD- und MD-Einströmleitungen kleiner 260°C bzw.kleiner 210°C (Stillstandszeiten größer 36 Stunden), so wird vordem Einklinken des Schnellschlusses die Kurzhubeinrichtung derSchnellschlussventile eingeschaltet. Beim Einklinken öffnen dieSchnellschlussventile dann nur im Bereich des Vorhubkegels.

Die gleichen Kriterien erlauben nach dem Einklinken auch einÖffnen der Anwärmventile der Ventilgehäuse. Die Regelventilebleiben noch geschlossen.

Der Dampferzeuger wird auf ein Anfahrfeuer von ca. 20% gefahren,wobei die Temperatursollwertführungen für Frischdampf und HZÜ-Dampf einen Zielwert erhalten, welcher der optimalen Temperaturfür die HD- und MD-Teilturbinen entspricht.

Anwärmen der Einströmleitungen

Bei Stillstandszeiten größer 36 Stunden (Temperatur der HD-Ein-strömleitung kleiner 260°C, Temperatur der MD-Einströmleitungkleiner 210°C) muss dem Anwärmen der Ventilgehäuse noch dasAnwärmen der Einströmleitungen folgen. Der Drehzahlführungs-regler wird hierzu auf Automatik gesetzt und öffnet über den Dreh-zahlregler die Turbinenregelventile, bis eine Anwärmdrehzahl vonca. 1500 min-1 erreicht ist. Der Dampf strömt über die im Kurzhubarbeitenden Schnellschlussventile und die entsprechenden weitgeöffneten Regelventile in die HD- und MD-Teilturbinen. Zu beach-ten ist, dass die Turbinenregelung zum Anfahren grundsätzlich aufVollbeaufschlagung zu schalten ist, um ein gleichmäßiges Anwär-men aller Einströmpartien zu gewährleisten.Die Freigabe für den Anwärmvorgang erfolgt, sobald Frischdampf-und HZÜ-Temperaturen des Kessels 350°C überschritten haben,die Frischdampftemperatur 40K über der HD-Innengehäuse-Mittentemperatur und die HZÜ-Temperatur über der MD-Innenge-häuse-Mittentemperatur liegt und die Turbinengehäuse über dieGehäuseheizung auf eine Mindesttemperatur von 160°C für dasHD-Innengehäuse und das MD-Innengehäuse gebracht wurden.

Fahren auf Nenndrehzahl

Das Steigern der Turbinen-Drehzahl bis zur Nenndrehzahl erfolgtfür alle Startzustände mit einem fest eingestellten Transienten.

Vor Beginn der Drehzahlsteigerung werden alle erfassten mechani-schen und thermischen Zustände abgefragt. Sind diese in denzulässigen Grenzen, wird der Führungsregler für die Drehzahl frei-gegeben und die Turbine ohne Halt mit einer konstanten Beschleu-nigung von 600 min-2 auf Nenndrehzahl gefahren.Überschreiten Messgrößen zulässige Grenzen, unterbricht derTurbinenschutz die Dampfzufuhr.

Vor Beginn der Drehzahlsteigerung wird die Notölpumpe durchEinschalten und Abfragen des Förderdruckes vor Rückschlag-klappe auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft.

Drehzahlsteigerung

Sind alle Kriterien, wie z.B. Temperaturdifferenzen zwischen Dampfund Gehäusen und die Dampfmenge m > min erfüllt, wird derDrehzahl-Führungsregler auf Automatik geschaltet.

Der Drehzahl-Führungsregler verstellt kontinuierlich in einer festeingestellten Zeit den Sollwert des Anfahrdrehzahlreglers bis zumErreichen der Nenndrehzahl von 3000 min-1. Der Turbosatz istdann synchronisierbereit.

Die Kriterien mit Beispielwerten für ein Steigern der Turbinen-drehzahl auf den Nennwert sind u.a.:

• TemperaturdifferenzenFD/Ventilgehäuse < 150KHZÜ/Ventilgehäuse < 200KFD/HD-Innengehäuse Mitte > 40KFD/HD-Innengehäuse Mitte < maxHZÜ/MD-Innengehäuse Mitte > 0KHZÜ/MD-Innengehäuse Mitte < max

• Temperaturender HD-Einströmleitung > 250°Cder MD-Einströmleitung > 150°Cdes HD-Innengehäuses Mitte > 220°Cdes MD-Innengehäuses Mitte > 200°C

• FD-Massenstrom > 15%

Leistungsänderung

Durch den HD/MD-Trimmregler wird der Anstieg der HD-Abdampf-temperatur so in Grenzen gehalten, dass bei normaler Dauer desSynchronisiervorgangs keine Einschränkung für die nachfolgendeLastaufnahme eintritt.

Steigt bei langen Leerlauffahrten die HD-Abdampftemperatur, dannverlagert der HD/MD-Trimmregler den Dampfstrom zur HD-Turbine.Zur Vermeidung einer zu raschen Absenkung der HD-Austrittstem-peratur wird beim Belasten des Turbosatzes der HD-Begrenzungs-regler die nicht benötigte Dampfmenge auf die MD-Turbineverlagern.

Aufnahme einer Mindestlast

Wird die Leistungs-Sollwertführung nach dem Synchronisierungs-vorgang wieder auf Automatik gesetzt, so erfolgt die Mindestlast-aufnahme.

Der Dampferzeuger soll dabei auf max. zulässiges Anfahrfeuergebracht werden. Die zulässigen Temperaturänderungsgeschwin-digkeiten für Frischdampf und heißen Zwischenüberhitzungsdampfwerden u.a. vom Temperatur- und Leistungsführungsgerät ent-sprechend des Spannungszustandes der Turbinenläuferkontinuierlich errechnet.

War die vorangegangene Stillstandszeit größer 65 Stunden, sosind HD- und MD-Innengehäuse auf Werte kleiner 250°C abgekühlt.Die MD-Teilturbine darf dann nach dem Synchronisieren nicht dievolle Umleitmenge übernehmen. Die Funktionsgruppenautomatikgibt dann den Befehl "MD-Mengenbegrenzung" aus, wodurch dermax. MD-Massenstrom auf ca. 15% begrenzt wird.

Belasten bis zum Schließen der Umleitstationen

Sind alle Turbinenbauteile entsprechend durchwärmt und dieLäuferspannungen entsprechend reduziert, so werden dieMD-Ventile freigegeben, so dass die MD-Turbine dieDampfmenge übernehmen kann.

Der Leistungsführungsregler erhöht die Turbinenleistungentsprechend der zulässigen oder gewünschten Leistungs-transienten in Richtung der vorgewählten Zielleistung.


Belasten nach dem Schließen der Umleitstationen

Überschreitet der Leistung-Sollwert die Größe des max. Anfahr-feuers, so haben beide Umleitstationen geschlossen und dieFeuerungsleistung des Dampferzeugers folgt dem Verlauf desLeistung-Sollwertes bis zur eingestellten Block-Zielleistung.

Entlasten des Turbosatzes

Wird die Block-Leistung auf einen Wert kleiner der momentanenLeistung gestellt, entlastet der Leistungsführungsregler der Turbineden Turbosatz mit der durch den Block-Leistungstransientenvorgegebenen Geschwindigkeit bis zur neuen Zielleistung.

Tiefste zulässige ZÜ-Temperaturen

Um nachteilige Einwirkungen durch Erosion auf die Turbinenbe-schaufelung zu vermeiden, darf die ZÜ-Temperatur bei normalemund erhöhtem Kondensatordruck um nicht mehr als 50K unter derNenntemperatur liegen.

Bei Leistungen kleiner 40% gilt diese Einschränkung nicht.

Abfahren des Turbosatzes

Wird die Zielleistung auf 0 gestellt, so wird der Turbosatz entlastetund über Rückleistung vom Netz getrennt.

Entlasten bis zum Schließen der Regelventile

Zum vollständigen Entlasten des Turbosatzes muss die Zielleistungauf 0 gestellt werden. Der Leistungsführungsregler entlastet denTurbosatz mit dem vorgegebenen Leistungstransienten bis zu einerLeistung von 15 %. Danach wird der Turbosatz zügig, transientengeführt, bis zum Erreichen der Rückleistung entlastet. Damit wirdein zu hoher Anstieg der HD-Abdampftemperatur vermieden.

Trennen vom Netz

Das Trennen vom Netz erfolgt über den Langzeit-Rückleistungs-schutz. Eigenbedarfsumschaltungen müssen vorher erfolgt sein.

Schnellschlussauslösung und Auslauf des TurbosatzesIst der Generator vom Netz getrennt, wird der Schnellschluss derTurbine ausgelöst. Die Turbine läuft aus und wird mit der Drehein-richtung so lange weitergedreht, bis die Gehäusetemperatur HD-Innengehäusemittenfaser kleiner 100°C beträgt.Soll der Turbosatz für längere Zeit außer Betrieb gehen, erfolgt derAuslauf mit vollem Vakuum. Unterhalb einer Drehzahl von 1500min-1

kann das Vakuum gebrochen werden, wenn der Umleitbetriebbeendet ist.

Kaltfahren des TurbosatzesSoll die Turbine zur Durchführung von Instandsetzungsarbeitenschnellstmöglich stillgesetzt werden, (sollen) müssen bereits beiBeginn der Entlastung die Dampf-Eintrittstemperaturen mit denzulässigen Transienten bis auf die tiefstmöglichen Werte abgesenktwerden.Zur weiteren Beschleunigung der Abkühlung kann bei Dreheinrich-tungsbetrieb über die vorhandenen Heizdüsen Luft eingeblasenwerden.Um die Dreheinrichtung der Turbine nach ca. 24 Stunden stillsetzenzu können, muss in die HD- und MD-Teilturbine Luft eingeblasenwerden. Abkühl-Transienten von 0,5K/min dürfen, abgelesen anden Gehäuse-Metalltemperaturmessstellen, nicht überschrittenwerden.

Abstellen des TurbosatzesIst die Luftabsaugung und Kondensatförderung ausgeschaltet,werden in der Dichtdampfversorgung die entsprechenden Einrich-tungen stillgesetzt.Die Aggregate der Ölversorgung bleiben bis zum Wiederanfahrendes Turbosatzes oder Stillsetzen der Dreheinrichtung in Betrieb.Kühlwasser ist zum Abführen der Wärme aus dem Öl für mindes-tens 48 Stunden notwendig. Zur Vermeidung von Korrosionen anden Kondensatorrohren ist das Aufrechterhalten einer Wasserge-schwindigkeit von ca. 1,5m/s oder die Entleerung des Konden-sators erforderlich.Sind die Turbinengehäuse-Metalltemperaturen kleiner 60°C und istein Anfahren in den nächsten 24 Stunden nicht geplant, werden dieDreheinrichtung, Ölpumpen und Anhebeölpumpen außer Betriebgenommen.


Systemhardware der digitalen Turbinenleittechnik ME 4012

Multifunktionsprozessor Automatisierungseinheit AE 4012

Automatisierungseinheit ME 4012

Für die Realisierung der Turbinenleittechnik kommt eineAutomatisierungseinheit AE 4012 mit allen Baugruppen zur

• Signalaufbereitung (analoge Normsignale, analoge Sensor-signale, binäre Zustandsgrößen)

• Signalverarbeitung (Steuer, Regel-, Rechen- und Überwachungs-funktionen)

• Stellsignalausgabe (Antriebe, Schritt- und Stetigregelorgane)

zum Einsatz.

Um eine höchstmögliche Verfügbarkeit sicherzustellen ist die Auto-matisierungseinheit AE 4012 dezentral als Multiprozessorsystemaufgebaut. Das bedeutet, alle Baugruppen verfügen über einen

Mikroprozessor und können über das redundante Bussystem(SUB-NET) miteinander kommunizieren. Das SUB-NET-Bussystemarbeitet nach dem Flying-Master-Prinzip und erlaubt das rückwir-kungsfreie Ziehen bzw. Stecken eines Subprozessors oder einerPeripherie-Baugruppe während des Betriebes. Parametrierungenund Funktionsänderungen können on-line erfolgen und werdengrafisch rückdokumentiert.

Weitere Vorteile dieser Struktur mit simultaner Verarbeitungverschiedener Prozessabläufe sind die hohe Rechenleistung unddie damit verbundenen kurzen Signalabfrage- und Ausgangs-Aktualisierungszyklen. Außerdem werden verfahrenstechnischeRedundanzen auf unterschiedlichen Prozessoren realisiert.

SUB-NETProzessbus

Gruppenleitebene

Teilnehmerbus

Einzelleitebene

Koppelebene

SchaltanlageKoppelrelaisLeistungssteller

ProzessFeldebene

AutomatisierungseinheitAE 4012

HA

RT

M

dezentrale Peripherie-station ME 400

M

M

WW Pumpe 1

P Q

EXT

C

MWR

LWL

SUB-NET

SUB-NET

SUB-NET

AutomatisierungseinheitAE 4012

SUB-NET

USB

SN-Koppler

SN-Koppler

M

HA

RT

SN-Koppler

SN-Koppler

Analog BinärE / A

AnalogE / A

BinärE / A

BinärE / A

UMFPR

UMFPRUMFPR

UMFPR

UMFPRUMFPR

HA

RT

M

USB

M

AnalogE / A

BinärE / A

UMFPR

AnalogE / A

BinärE / A

UMFPR

Typische Zykluszeiten-Bereiche der Automatisierungseinheit AE 4012 sind

• Drehzahlregelung < 5ms

• Funktionsgruppen-Steuerungen ≤ 20ms

• Antriebssteuerung ≤ 20ms

• mehrschleifige Regelkreise mit aufwendigen zusätzlichen Rechenfunktionen ≤ 20ms

• optisch/akustische Meldeanlage ≤ 20ms

• mit Zeitstempel an der Signalquelle ≤ 1ms

Die Automatisierungseinheit AE 4012 gestattet durch die beliebigePositionierung von Subprozessor- und Peripherie-Baugruppen inden Baugruppenträgern eine völlige Integration von Steuerungs-,Rechen-, Regel-, Melde- und Überwachungsfunktionen.

Die Multifunktionsprozessor-Baugruppen sind wegen der erforder-lichen hohen Rechengenauigkeit von 32 Bit bei der Analogwert-Verarbeitung mit einer Pentium-CPU aufgebaut. Die Kopplungzwischen Subprozessor und Peripherie-Baugruppen erfolgt überden E-/A-BUS.

Alle Subprozessor- und Peripherie-Baugruppen besitzen autonomeStromversorgungen on Board.


Kriteriengeber-SignalaufbereitungFür den Anschluss von Binärsignalen aus dem Prozess (Druck-wächter, Temperaturwächter, Niveauwächter, etc.) werdenBinärsignal-Aufbereitungsbaugruppen K16IN eingesetzt. Die Hauptfunktionen sind:Eingangsmerkmale• getrennter elektronischer Schutz mit Selbstheileffekt für je

1 Kontakt oder Initiator• Eingangsfilter zur Kontaktentprellung typ.5ms• Simulierung oder Abschaltung des Gebers über Simulierstifte• Eingangsstufen und Geberspeisungsausgänge sind mit Über-

spannungsschutz und Sollbruchstellen gegen Überlastung beiÜberspannungen am Eingang geschützt.

• 11 diskrete, diodenentkoppelte Ausgänge der kontaktbeschaltetenEingänge für separate Schutz- und Verriegelungsverarbeitungen

• Eingangskontaktabfrage 24V oder 48V• Aderbruchüberwachung der Eingänge mit 100kΩ-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 1ms• Speisung und Abfrage von 2-, 3- und 4-Leiterinitiatoren in

PNP-Technik• kurzschlussfest, verpolungssicher, überlastfest• Mindestlaststrom bei Kontaktabfrage 4mA bei 24V

bzw. 8mA bei 48V• indirekte Eingangsabfragen zur Erzeugung des

Komplementärsignals bei Kontakten (virtueller Wechsler)• Valenzüberwachung der Wechsler-Eingänge konfigurierbar

Analogsignal-AufbereitungDiese eingesetzte Baugruppe zur Analogsignal-Aufbereitung AE16dient zur Speisung der Feldgeräte und als Koppelelement zwischenSignalgebern im Prozess und Subprozessoren. Jede dieser Bau-gruppen ist zum Anschluss von 16 Messumformern ausgelegt undhat je Eingangskanal die folgenden Hauptmerkmale:Hardwareaufbau• potentialgebundene Analogsignaleingänge, Nennbereich 0-20mA• Analog-/Digitalwandler mit 12 Bit Signalauflösung• Getrennte 24V-Spannungsversorgung der Baugruppe mit

überwachter Absicherung• Separate, kurzschlussfeste Messumformerspeisung je

Eingangskanal,• 24VDC/4W, mit Überwachung auf Mindeststrom und Unter-

spannung• Eingangs-Tiefpassfilter, Eckfrequenz 24Hz• Bürdenwiderstände (250Ω) zur Einkopplung von FSK-Signalen

zur Reduzierung der Verlustleistung, nur während der HART-Protokoll-Übertragung für den jeweiligen SMART-Messumformerzugeschaltet.

• CPU zur Signalvorverarbeitung• Messbuchsen im Frontwinkel zur Messung der Eingangssignale

(0/4-20mA) ohne Messkreistrennung• Statisch-dynamische 24V-Sammelstörungsmeldungen• E/A-Bus-Anschluss• Redundante Signalaufbereitung eines Analogsignals auf

verschiedenen AE16V-Baugruppen bei Signalentkopplungüber eine AV24P-Baugruppe

Eingangsmerkmale:• Anschlussmöglichkeit für Standard- und SMART-Messumformer• Messumformerspeisung 24V in 2 Leiter- und 4 Leiter-Technik• Messbereich 0/4-20mA, linear bis zu 11% Übersteuerung• Messgenauigkeit ± 0,2% bezogen auf den Messbereichsendwert• Messwerterfassung ca. 1ms je Kanal, 2 A/D-Wandler,

Auflösung 12 Bit• Eingangsbürde im Normalbetrieb 100Ω, 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 2.000m.

InformationsaustauschDer Informationsaustausch erfolgt sowohl durch das normierteAnalogsignal des Messumformers als auch durch die frequenz-modulierte Digitalinformation des HART-Protokolls über den Mess-kreis als gemeinsame elektrische Verbindung. Das Analogsignal dient zur Übertragung des Messwertes sowiezur Ermittlung der daraus abgeleiteten Informationen zur Mess-kreisdiagnose, wie• Aderbruch• Überlast• Plausibilität• Spannungsausfall der Hilfsenergieversorgung

Die per HART-Protokoll übertragenen Digitalinformationen dienenzur zentralen Parametrierung und Diagnose der Feldgeräte überdas 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 00AFDiese Baugruppe dient zur Peripherieanschaltung von kontinuier-lichen Stell- und Regelantrieben.Um auch den Anforderungen besonders schneller Regelkreise(Zykluszeit <5ms) Rechnung zu tragen wurden alle erforderlichenSignalarten auf einer passiven Baugruppe mit direktem Prozessor-anschluss über den E-/A-Bus realisiert.Zur Erreichung höchster Zuverlässigkeit der Signalaufbereitung istdiese Interface-Baugruppe mit elektronischen Schaltern an denAnalogsignal Ein- und Ausgängen versehen, die es ermöglichenrückwirkungsfrei und ohne Zusatzaufwand bei der Projektierungdas Feldgerät (Messumformer bzw. Aktor) gleichzeitig an zweiInterface-Baugruppen anzuschalten. Dabei steuert die Verarbei-tungseinheit (UMFPR 60HF) die Redundanzumschaltung gleich-zeitig auf beiden Baugruppen, so dass stets eine Baugruppe denStand-by-Status annimmt.

Gleiches gilt für die optoentkoppelten Binäreingänge und diediodenentkoppleten Binärausgänge. Durch unabhängigeSpeisestufen auf jeder Baugruppe wird dafür Sorge getragen,dass auch die Hilfsenergieversorgung der angeschlossenenMessumformer auch redundant erfolgt.Ein direkt an den Analogsignal-Ausgängen abgegriffenes Signalsorgt für die echte Plausibilitätsprüfung der ausgegebenenStellbefehle durch Rückmessung auf der Baugruppe.Die erforderliche Hilfsenergie der Baugruppe wird über ein eigenes,abgesichertes Netzteil erzeugt.



AEAA8 00AF Slave

Sig

nalv

erar

beitu

ngs-

Pro

zess

or

2

8

Stellgrösse

1

Positionier-

elektronikLeistungs-elektronik

Regel-antrieb

MZI extern

Master

UMFPR

EA-BUS

KONFIGURATION

Redundanz CPU

SUB-NET Kanal 1

SUB-NET Kanal 2

1

2

8

BE 1BE 2BE 3BE 4BE 5BE 6BE 7BE 8BE 9BE10

BA 1BA 2BA 3BA 4BA 5BA 6BA 7BA 8BA 9BA10

P"M

A/D

-W

andl

er

MZI extern

AEAA8 00AF Master

11

MZI extern

D/A

-W

andl

er

Ventilstellung

AÜ

AÜ

AÜ

AÜ

AÜ= Analogwertüberwachung

Redundanz-umschaltung

Redundanz-umschaltung

Auslegung des Prozessinterface:AnalogsignalaufbereitungHardwareaufbau:• 8 potentialgebundene Analogsignaleingänge,

Nennbereich 0-20mA• Analog-/Digitalwandler mit 12 Bit-Signalauflösung• 8 kurzschlussfeste Messumformerspeisung, 24VDC/4W, mit

Überwachung auf Mindeststrom und Unterspannung• Eingangs-Tiefpassfilter, Eckfrequenz 24Hz• E/A-Bus-Anschluss• Redundante Signalaufbereitung eines Analogsignals auf

verschiedenen Baugruppen ohne Projektierungs- und Hardware-Aufwand durch Redundanz-Überwachung und Freischaltung derEingänge der jeweils gestörten Baugruppe

Eingangsmerkmale:• Messumformerspeisung 24V in 2-Leiter- und 4-Leiter-Technik• Messbereich 0/4-20mA, linear bis zu 11%-Übersteuerung• Messgenauigkeit ±0,2% bezogen auf den Messbereichsendwert• Messwerterfassung ca. 1ms je Kanal, A/D-Wandler,

Auflösung 12 Bit• Eingangsbürde im Normalbetrieb 100Ω, einzeln überlastsicher

AnalogsignalausgabeHardwareaufbau:• 8 Analogsignalausgänge, 0-20mA gemeinsam potentialfrei• E/A-Bus-Anschluss• Eigendiagnose zur Abschaltung der Signalausgänge im Fehlerfall• redundanzfähig

Ausgangsmerkmale:• Signalpegel 0/4-20mA bis 110%• Ausgangsbürde je Signal 600Ω• 8 kurzschlussfeste Ausgangskanäle gemeinsam potentialgetrennt• Auflösung 12 Bit, Genauigkeit ± 0,1% bezogen auf den Endwert• Im Fehlerfall können die Ausgänge abgeschaltet werden


Binärsignal-Ein-/AusgabeHardwareaufbau der Erweiterungsbaugruppe:• 10 Ausgänge, 1-polig geschaltet• 10 Eingänge mit Kontaktbeschaltung +24VDC• Baugruppenversorgung 24VDC mit überwachter Absicherung• E/A-Bus-Anschluss• Speisestufe +24VDC, 50mA für die entkoppelte, überwachte

Speisung von Gebern

Ausgangsmerkmale:• Signalpegel +24VDC, 50mA, kurzschlussfest, überlastsicher,

potentialfrei für ohmsche, induktive und kapazitive Lasten

Eingangsmerkmale:• Kontaktbeschaltung +24VDC, 3,3mA für alle Eingangskanäle• Signalverzögerung typ. 5ms (Entprellung)• Potentialfrei über Optokoppler• Überspannungsfest nach DIN EN 60870-2-1:97-07, Klasse VW3

Antriebssteuerungen

Die Antriebssteuerebene wird mit Baugruppen Typ F6 ATRinnerhalb der AE 4012 ausgeführt. Es handelt sich um Ein-/Aus-gabe-Baugruppen zur Steuerung von 1, 2, oder 3 unabhängigenAntrieben. Per Softwaredefinition auf dem zugehörigen Multifunk-tionsprozessor werden je nach Art der angeschlossenen Antriebedie entsprechende Funktionen für Magnetventile, Motoren oderStellantriebe gewählt. Jede Baugruppe enthält alle für die Kontakt-abfrage und Absicherung erforderlichen Stufen.

Schutz- und Verriegelungslogik

Die Schutzkriterienen der einzelnen Antriebe werden auf denAntriebssteuerbaugruppen F6 ATR aufbereitet und auf demzugehörigen Multifunktionsprozessor verarbeitet. Außerdemkönnen Signale, die über SUB-NET übertragen wurden, genutztwerden. Zusätzliche Hardware-Eingänge mit Aderbruchüber-wachung (K16IN) können adernparallel auf die Baugruppe F6ATRgeschaltet werden. Die Verknüpfungsmöglichkeiten sind um-fassend.

Die Kriterien "Schutz Ein" und "Schutz Aus" können bei CPU-Fehler auch am Prozessor vorbei direkt auf die Ausgabestufengeschaltet werden und erhöhen damit partiell die Verfügbarkeitund die Sicherheit der Antriebssteuerung.

Überwachung der Signalabfrage

Zur weiteren Erhöhung der Verfügbarkeit bei Mehrfachbelegungmit Antrieben besitzt diese Baugruppe drei strombegrenzteKontaktspeisestufen, die bei größeren Leitungslängen denGesamtschleifenwiderstand überwachen. Dadurch kann wegender hochohmigen Eingangsstufen ein Masseschluss der Kontakt-abfrageschleifen sicher erkannt werden. Mit Feinsicherungen wäredies nicht möglich. Die Abfrage der Eingänge aus Prozess undSchaltanlage erfolgt also antriebsgebunden.

Multifunktionsprozessor Automatisierungseinheit AE 4012

SUBNET Kanal 1

SUBNET Kanal 2

KB

KB

KB

KB

Res

SA

RE

KB RA

UMFPR

EA-BUS

KONFIGURATION

KBRAS

Dia

gnos

e E

inga

ng

SW

KB

KB

KB

P'

SE

KB

11

&

K

K

K+24V

P'

B+

B-

P5'

11

&

K

KB+

B-

EINAUS

Schutz Eingriffe

SA SE P'

P'

RAS

RE

RA

U1 V1 W1

PEM3PH

L1L2L3

PE

400/230V 3/N/PE 50Hz

F6ATR 01AF

BE1

BE2

K1

K2

1

2

7

8 -

+

+

-

SIM

K1

K2

21

20

19

15

14

13

K3

17 18 3 4 5 9L- L+

230VAC

ÜS

P

K3 Ü

10 11 12

KR

D 2

2U

K1

K1

N

M

N

R/A (muss = 1 sein)

P

P

EIN

AUS

SZ SO

SZ SO

Kontaktspeisung

80mA±24V

80mA

---

---



Prozessregelungen

Informationsverarbeitung und StellgliedanschaltungAlle Regelungs- und Rechenaufgaben werden mit den gleichenMulti-Subprozessoren durchgeführt. Die Belegung der Peripherie-Baugruppen erfolgt mit maximal drei Schritt (S)-Regelantriebenbzw. 8 kontinuierlichen (K)-Regelantrieben, um einen hohenDezentralisierungsgrad zu gewährleisten.Für die Sicherheit von K-Regelkreisen können die analogen Stell-signalausgänge über redundante Analogausgaben mit abschaltba-rem Ausgang des gestörten Kanals geführt werden, um bei einererkannten Hardware-Störung die Stellsignale über eine Redundanzweiter ausgeben zu können. In Fällen, in denen über die Richtigkeitdes aktuellen Stellsignals der CPU Zweifel bestehen, (CR-Fehler,Watch-Dog-Timer abglaufen) werden zur Erhöhung der Verfügbar-keit Redundanz-Prozessoren eingesetzt.Die Multifunktionsregler eignen sich in gleicher Weise für den Ein-satz als kontinuierlichen Regler mit stetigem Ausgang y = 4-20mAoder als 3-Punkt-Schrittregler mit schaltendem Ausgang zur An-steuerung von kontaktlosen Thyristorleistungsstellern.

Optisch/akustische Meldungen

Da alle Grenzwertüberschreitungen, Schutzansprachen, Störungs-und Störumschaltkriterien auf den Subprozessoren in den Auto-matisierungseinheiten AE 4012 verfügbar sind bzw. dort gebildetwerden, erfolgt von hier auch die Ansteuerung der Gefahrmeldun-gen und die Zeitstempelung aller Meldungen zur Anzeige imBedien- und Beobachtungssystem ME-VIEW.

SUB-NET-Schnittstelle

Unabhängig von einem Buskoordinator können alle SubprozessorenInformationen über den redundanten, nach dem Flying-Master-Prinzip arbeitenden, SUB-NET-Prozessbus austauschen. Darausergeben sich folgende Möglichkeiten:• Bedienen und Beobachten aller Regelkreise, Antriebe und

Signale auch bei Auftreten eines Fehlers

• rückwirkungsfreies an- und abkoppeln einzelner Baugruppenunter Spannung während des Betriebes des Gesamtsystems

• örtliche verteilte Plazierung, auch außerhalb einer Automatisie-rungseinheit (Bus ins Feld für Distanzen bis 2km)

Fremdsystem-Schnittstelle

Für die Kopplung zu Fremdsystemen steht eine SubprozessorBaugruppe SPCMD zur Verfügung, die bei entsprechender Para-metrierung einen seriellen Datenaustausch ermöglicht. Die Übertra-gungsprozedur 3964 R oder Modbus sind als Standard vorhanden.

Leistungssteller für stetige Regelantriebe

Je nach erforderlichen Stellkräften werden die Leistungsstellerals Einphasen-Leistungselektronik (Einschubtechnik) oder alsDrehstrom-Leistungselektronik ausgeführt und in separatenLeistungsstellerschränken untergebracht. Die Ansteuerung ausder Automatisierungseinheit AE 4012 erfolgt mit 4-20mA-Signalen.Die Positionsrückmeldung erfolgt über ein 4-20mA-Signal in dieAE 4012 Automatisierungseinheit.

Y

xdPI

Umkehrsteller

RL LL

PID

Y

xdPI

Stellantrieb

RLLL

WX

W

Y

SPRLLL

L1 L2 L3

Mmd

I

T

Umkehrsteller

L1 L2 L3

Mmd

I

T

SPRLLL

IT

LeitfeldVorlauf-Temperatur regler

(Führungsregler)

LeitfeldBypassklappe

LeifeldWärmetauscher-

klappe

Messumformer

Vorlauf

Wärme-tauscher

Rücklauf

WarteLeitsystemSchaltanlageProzess

StellantriebeMessumformer

Leistungsumkehr-steller

Multifunktionsprozessor UMFPRund Baugruppen der Koppelebene

Leitfelder und Anzeiger imBedien- und Beobachtungssystem

Stellantrieb

xd

Hierarchie-Ebenen (vertikal) mit Prozess, Schaltanlage, Leitsystem und Warte


Leistungssteller für Schrittregelantriebe

Da für die Erreichung der geforderten Regelgüte und zur Beherr-schung der Prozessdynamik in sehr vielen Fällen Stellzeiten≤ 30 Sekunden ausreichend sind, kommen heute häufig Regelan-triebe mit thyristorgesteuerten Drehstrommotoren zum Einsatz. Dierobusten Drehstrommotore stellen bei günstigen Kosten (bedingtdurch die einfache Konstruktion) große Stellmomente zur Verfügungund vereinfachen damit die Ventilkonstruktion, da auf aufwendigeDruckentlastungen weitestgehend verzichtet werden kann.

Anmerkung:Beim Einsatz von einfachen Wendeschützschaltungen zurAnsteuerung der Regelantriebe sollte berücksichtigt werden, dassdiese für die Betriebsart SA4/S5 -25% ED ausgelegt werdenmüssen (Schalthäufigkeit bis 1.200c/h). Die in Frage kommendenLeistungsschütze müßten außerdem für die GebrauchskategorieAC 4 ausgelegt werden. AC 4 definiert das Anlassen, Gegenstrom-bremsen, Reversieren und Tippen von Käfigläufermotoren. DieGerätelebensdauer der Schütze bei einer derartigen Belastung liegtbei ca. 300.000 Schaltspielen. Je nach dynamischen Störeinflüsseneines Regelkreises und der Regelparametereinstellung könnenaber zur Einhaltung der Regelgüte ca. 10 Mill. Schaltspiele pro Jahrerforderlich werden. Es empfiehlt sich deshalb aus Verfügbarkeits-gründen und wegen des hohen Wartungsaufwandes vom Einsatzvon Wendeschützen abzusehen.

Elektro/Hydraulische Leistungssteller (E/H-Wandler)

Wegen der entlasteten Ventile sind nur geringe Betätigungskräfteerforderlich. Aus diesem Grunde kommen die Servomotoren mitniedrigen Fluid- und Federkräften aus.

Bei modernen Turbinen hat jedes Einströmventil einen eigenenhydraulischen Servomotor, der mit Öldruck gegen Schließfedernöffnet. Elektrische Signale 4-20mA steuern den Servomotor an.Das RS-Schutzsystem löst die Schnellabschaltung aus; beimRegelventil-Servomotor wird auch der elektrische Positionier-Regelkreis im Turbinenregler realisiert (Zykluszeit ≤ 2ms), so dassnur noch ein 4-20mA-Signal an den Leistungsverstärker vor demE/H-Wandler übertragen wird.

Da sich auch bei schneller Schließbewegung die Ventilkegel weichauf ihre Sitze legen sollen, taucht der Servomotor-Kolben bei Hub-ende in Schließrichtung in einen Dämpfungsraum ein, wodurch derletzte Teil des Hubes stark verzögert durchfahren wird.

Regelventile und Regelantriebe

Die Auslegung der Regelventile erfolgt gemäß den Ventilkenn-blätterangaben des Turbinenlieferanten.

Verkabelung

Die Verkabelung der einzelnen Verfahrensbereiche erfolgt gemäßnachstehendem Verkabelungsschema. Kabel für den Leistungsbe-reich und die Einspeisungen der Elektronikschränke sind bauseitszu liefern, zu verlegen und anzuschließen. Ausgenommen dieLeistungskabel zu den Regelantrieben.

M

Elektronikschränke ME 4012

Dezentraler schrankinterner Rangierverteiler

Schaltanlage 0,4kV

Stich-kabel

Koppelschrank

UVMagnetventil

24V/DCFU

Einspeisung

~

~

M

Sammel-kabel

M

~

~

Einspeisung

ZKK ZKK

UVStell- bzw.

Regelantrieb

SA RA

..... Analogsignale ..... Binärsignale

MM M

Einspeisung

UVMagnetventil

230V/AC


Verkabelungskonzept einer typischen Installation am Turbosatz


Aufbau eines Systemschrankes

Der Turbinenreglerschrank wird in allseitig geschlossener Aus-führung mit doppelflügeligen Türen vorder- und rückseitig sowiemit Schwenkrahmen geliefert. Der Boden ist offen. Die Kabelein-führung kann wahlweise von unten oder von oben erfolgen. DieAnschlusselemente liegen hinter dem Schwenkrahmen und sindnach Öffnen des Schwenkrahmens sowie von der Rückseitezugänglich. Der Schwenkrahmen bietet Platz für die Montage von4 Doppelbaugruppenträgern zur Aufnahme der Turbinenregler-Hardware.

In der obersten Etage (BGT 0) sind die Master/Slave Turbinen-Drehzahlregler sowie die AS-Schutzkanäle 1 und 2 untergebracht.Darunter (BGT 2) befinden sich der Turbinenschutz Kanal 3 unddie Regelung der HD-/MD-Umleitstationen.

Im Baugruppenträger (BGT4)sind der Fail-Safe-Schutz derHD- und MD-Umleitstationensowie das Temperatur- undLeistungsführungsgerät (TLFG)im Systemschrank platziert. ImBGT6 finden die DW-Baugrup-pen des RS-Turbinenschutzesund der bei Turbinen-Neuan-lagen übliche elektrischeRS-Leistungsteil Platz.

Der X-Baugruppenträger dientder Aufnahme der Sicherungs-baugruppen und der Zentral-überwachung. Die Schrank-einspeisung erfolgt über denZ-Baugruppenträger.

Peripherie-Anschlüsse

Der Anschluss der externenSignalverbindungen erfolgt überAnschlussverteiler 8x25-teiligan der Schrankrückseite.

Auf der Peripherie-Kabelseiteist Maxi-Termipoint- oder Lötan-schluss (max. 0,5 mm2) möglich.Alle erforderlichen Rangierungenerfolgen schrankintern zwischen2 Reihen von Anschlussver-teilern. Die Kapazität liegt beimaximal 1800 Rangierungen.

Die Verbindung zwischenRangierverteilern und denSystembaugruppen desTurbinenreglers erfolgt übervorkonfektionierte Systemkabel.

Stromversorgung und Schrankeinspeisung

Der Systemschrank des Turbinenreglers ist für eine redundanteVersorgung aus zwei unabhängigen 24V-Netzen ausgelegt. Dieentkoppelten Spannungen (L), das Bezugspotential (LM), dasAbschirmpotenzial werden auf Sammelschienen abgelegt. Von hieraus wird auf kurzemWege eine Gruppenabsicherung angeschlossen.

Die Gruppenabsicherungen und Einzelabsicherungen befindensich auf steckbaren Modulen. Hinter einer Gruppenabsicherungfolgen selektive Einzelabsicherungen.

Durch die Beschränkung auf relativ niedrige Ströme bei denGruppenabsicherungen wird die Gefahr von induktiven Über-spannungen bei Kurzschlüssen weitestgehend vermieden. Zumzentralen Schutz gegen Überspannungen sind schnellansprechendeSupressordioden eingebaut.

40/60

10 20 30

.

.

X30 X20 X10

X2A

X31

X32

X33

X34

X35

X36

X37

X38

X39

X21

X22

X23

X24

X25

X26

X27

X28

X29

X11

X12

X13

X14

X15

X16

X17

X18

Vorderansicht ohne Türen

1 23

1 23

1 23

1 23

BGT X

MAUELL-BT-DIN-17

BGT Z

BGT 6

BGT 4

BGT 2

BGT 0BGT 0

BGT 2

BGT 4

BGT 6

ME4012 TN:

ME4012 TN:

60/60

60/60

BGT Z

ME4012 TN:0

BGT X

.

Kabelablage

60/60

60/60

Kabelhalterung

Seitenansicht im Schnitt Rückansicht ohne Türen

Draufansicht im Schnitt

AE 4012

AE 4012

AE 4012

AE 4012

Überwachung,Absicherung

Einspeisung

Schwenkrahmen

Gruppen-absicherung

Anschlussverteiler

Anschlussverteiler

MAUELL-BT-DIN-42

X3A

ME 4012-Systemschrank mit Platz für Doppeleinspeisung, 4 Baugruppenträger und Anschluss-verteilern für 1800 Prozesssignalen und 1800 Rangierungen


~~~

=

L+

LM

24V-SchaltanlageEinspeisung 1

24V-SchaltanlageEinspeisung 2

L+

LM

=

~~~

E

LM

ZEP

Zentraler Erdungspunkt (ZEP)

Batterie 1 Batterie 2

DCDC

L+LML-

Überspanungsschutz

Erdung der Kabelschirmeder Peripherie-Kabel

Erdungsschiene

Schrank-Einspeisung

Baugruppen-Hilfsenergie

= Kurzschlußfeste Endstufe

Baugruppen-träger

Gruppenabsicherung für die Prozessperipherie

Baugruppe

1

n

L+LML-

Baugruppe

Baugruppen-träger

Baugruppe

1

n

L+LML-

Baugruppe

Baugruppen-träger

Baugruppe

1

n

L+LML-

Baugruppe





KK

KK

KK

Beispiel der Spannungsversorgung und internen Verteilung und Absicherung eines ME 4012-Systemschrankes



Schrankmeldesystem

Das Schrankmeldesystem sorgt für eine zentrale Meldung allerüberwachten Kriterien und der Hardware-Funktionen des System-schrankes. Die durch eine Schranklampe angezeigte Sammel-meldung setzt sich aus Einzelmeldungen zusammen, die imAbsicherungs- und Überwachungsbaugruppenträger über LEDsangezeigt werden. Es werden die folgenden Kriterien überwacht:

• Überspannung der redundant gespeisten schrankinternenVerteilung + 24V

• Versorgungsspannung L + 24V

• Hardware-Störungen in den einzelnen Baugruppenträgern

• 24V-Versorgung < 19,2 V

• Einspeisung der externen Meldespannung

• Automatenfall der schrankinternen Gruppenabsicherung

• Türkontakte

• Übertemperatur im Schrankinneren

• Rauchmelder zur Schwelbrandüberwachung (falls ausgeführt.)

Hilfsenergieversorgung L+

Nennspannung 24VDC

zulässiger Bereich 19,2V bis 28,8V

zulässige Welligkeit < 5%

Überspannung < 40V, < 1ms

Unterbrechung ohne Funktionsstörung < 1ms typ.

Grenzgebrauchsspannung 30V

Einspeisestrom je Schrank max. 15A, typ. 10A

zul. Grenzspannung vor derSchrankeinspeisung 30,5V

Hilfsenergieversorgung L-

nur bei Kontaktabfragespannung 48V erforderlich.

Nennspannung - 24VDC

zulässiger Bereich - 19,2V bis - 28,8V

Einspeisestrom je Schrank 3A

Überspannung < 40V, < 1ms

Verlustleistung

Je Baugruppenträger ist mit einer Verlustleistung von 75Wattinnerhalb des Systemschrankes zu rechnen, so dass bei einemvollbestückten Systemschrank die interne Verlustleistung 300Wattbeträgt. Zusätzlich entstehen abhängig von der Applikation nochVerlustleistungen in der Peripherie (Schaltanlage/Messumformer)und den Zuleitungen.

Umgebungsbedingungen für Systemschränke ohne interneGebläse und Fremdbelüftung

Temperatur 0°C bis 40°C bis 1000m ü.N.N.

obere Grenztemperatur fürBaugruppenträger 70°C

zulässige relative Feuchte < 75% ohne Betauung

Lagertemperaturbereich - 40°C bis + 85°C

relative Feuchte für die Lagerung < 85%

Peripherie-Schnittstellensignalpegel

Binärsignal-Definition (bezogen auf M-Potential)

Eingänge

Versorgung wahlweise mit 24V oder ± 24V(48V)

Low-Signal "Null" 0V bis + 5V

High-Signal "Eins" + 15V bis + 28,8V

Anzugs- und Abfallverzögerung 5ms typ.

Eingangsströme 2mA bei 24V(Binärsignalabfrage)3mA bei 48V (Kontaktabfrage)8mA bei 48V (Kriterienauf-bereitung)Überwachung des Eingangs-Schleifenwiderstandes auf< 150Ω (Kurzschlussüber-wachung)

Ausgänge

Verstärkerausgang kurzschluss- und überlastfest

Ausgangsspannung 24VDC

Ausgangsströme 0-50mA/0-100mA

Analogsignal-Definition (bezogen auf Messerde MZ)

Eingangssignale 0-20mA oder 4-20mA0-10V oder 2-10V

Nenneingangswiderstand 100Ω bei 20mA

Analog-/Digital-Wandlung 12Bit

Genauigkeit 0,25%

Sensoreingänge Widerstandsthermometer,Thermoelemente

Ausgangssignale 0-20mA oder 4-20mA

Nennausgangsbürde >350Ω

Digital-/Analog-Wandlung 12Bit

Genauigkeit 0,25%

Schrankdaten

Abmessungen (BxHxT) 900x2200x500mm3

Material Zincor-Stahlblech, 2mmKorpus voll geschweisst

Türen Zincor-Stahlblech, 1,25mm, vollgeschweisst aufgesetzt, leichtabnehmbar, Öffnungswinkel180° (freistehend)

Türverschluss StangenverschlussBetätigung wahlweise mit - Doppelbart (Standard 3mm-

Dorn)- Drehgriff- Drehgriff, abschliessbar

Farbe innen und außen StrukturlackRAL 7032 (kieselgrau)Sonderlackierungen werdenausgeführt


Kopfleiste vorder- und rückseitig RAL7035 lichtgrau, Beschriftungschwarz

Schranklampe eine Lampe in der Mitte dervorderseitigen Kopfleiste

Schrank-Gewichte Richtwertemit Einbaurahmen, leer ca. 140kg

bestückt und verdrahtet ca.: 300kg

komplett mit Verkabelung ca.: 400kg

Zusätzliche Ausrüstungen Thermostat, einstellbar bis 45°CTürkontakte, die das Offenstehender Tür melden

Schutzartmit Lüftungsschlitzen IP 20geschlossene Schränke IP 42

Prüfung der elektromagnetische Verträglichkeit

Prüfung der Störbeeinflussung

Prüfgrundlage der EMV ist die DIN EN 50082-2.96-02/VDE 0839Teil 82-2

Im einzelnen erfolgen folgende Prüfungen

Prüfung Prüfverfahren nach

ESD DIN EN 61000-4-2.96-03

EM-HF-Feld DIN EN 61000-4-3.97-08IEC 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 50Hz 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

EG-Konformitätserklärung zum CE-Kennzeichen

Die von uns mit Vergabe des CE-Kennzeichens bescheinigteKonformität unserer Geräte und Systeme entspricht derRechtsvorschrift der Nr. 89/336/EWG.

Planung und Dokumentation

Die Planung aller Funktionsbereiche der Turbinenregelung erfolgtbei Neuanlagen durch den Turbinenlieferanten für den Bereich dertechnologischen Funktionsvorgaben und durch Mauell für denBereich der Realisierung, also Konfiguration, Stromlaufpläne.

Bei Modernisierungsprojekten erfolgt die Funktionsplanung aufBasis der "as built"-Dokumentation und neuer Erkenntnisse durchMauell.

Die Dokumentation umfasst den gesamten von Mauell geliefertenUmfang. Die Dokumentation wird nach unserem Standard ausge-führt und entspricht damit dem Standard deutscher Kraftwerke(HW- und Funktionspläne nach VGB R-I70-C). Wir liefern einOriginal (Datei) und drei Papierkopien für folgende Unterlagen indeutscher Sprache

• Anlagenschema

• Regelschemata mit Beschreibung

• Funktionsbeschreibung mit Bereichs- und Einzelebene

• Melde-, Messstellen- und Antriebslisten

• Stromlaufplan

• Schrankbelegungsplan

• Verteilerplan

Durchgängige rechnergestützte Projektierung (ME-DRP)

Die Erstellung der Dokumentation und Konfiguration erfolgt miteinem modernen objekt- und datenbankorientierten CAE-Werk-zeug. Das Strukturdiagramm auf der Seite 54 zeigt den Informa-tionsfluss auf Basis hochentwickelter Ausführungsstandards.

Werksprüfung

Die Turbinenleittechnik wird von Mauell gefertigt und als Gesamt-system unter anderem mit Hilfe des Turbinensimulators einerGesamtfunktionsprobe unterzogen. Dabei werden für eine realisti-sche und effektive Prüfung von Konfiguration und Systemhardwarealle Signale aus der Peripherie hardwaremäßig simuliert. DieSignalvorgabe erfolgt von ansteckbaren Prüfpulten, von denen dieEingangsgrößen vorgegeben werden können und mit Hilfe desTurbinensimulators, der für eine Prüfung und Optimierung derTurbinenregelkreise zur Verfügung steht.

Signale aus übergeordneten Funktionsbereichen, die nicht über dieHardware-Peripherie vorgegeben werden können, werden durchSetzen der entsprechenden Speicher simuliert. Aufgrund der in dieSystemschränke integrierten dezentralen Rangierverteiler wird dieRichtigkeit der Rangierungen in die Prüfung einbezogen. Erforder-liche Korrekturen im Bereich der Verteilerbelegungen und Rangie-rungen werden durchgeführt. Bei der Werksprüfung geht das Prüf-feld-Team die fertige Funktionsbeschreibung durch und beobachteton-line am Monitor des Konfigurationssystems die

• Eingangssignale, binär/analog

• die Verknüpfungsergebnisse, binär/analog

• Laufzeiten, Speicher, Auswahlschaltungen

• Ausgangssignale, Befehle, Rückmeldungen, Stellgrößen,Rechenergebnisse.

Systemhardware der digitalen Turbinenleittechnik ME 4012/Dienstleistungen


Montage

Die Montage kann durch den Turbinenlieferanten oder Mauellerfolgen.

Beschriftung

Alle Anlagenteile innerhalb unseres Lieferumfanges werden nachdem KKS (Kraftwerk-Kennzeichen-System) bezeichnet.

Inbetriebnahme

Die von uns gelieferten Anlageteile können nach entsprechenderSchulung vom Turbinenlieferanten in Betrieb genommen werden.Im Zuge der "kalten Inbetriebnahme" werden die einzelnen Funk-tionen und Einstellwerte geprüft und das Ergebnis dieser Prüfungdokumentiert.

Während der "warmen Inbetriebnahme" wird die Turbinenleit-technik an die dynamischen und sonstigen Betriebsverhältnisseder Gesamtanlage angepasst und optimiert.

Das Betriebspersonal des Auftraggebers wird in die Inbetriebnah-mearbeiten mit eingeschaltet und mit der Anlage vertraut gemacht.

Zur Unterstützung des Personals der Turbinenlieferanten könnenInbetriebnehmer der Firma Mauell angefordert werden. Bei Moder-nisierungsprojekten erfolgt die Inbetriebnahme durch Mauell.

Service und Diagnose

Für eine umfassende Diagnose vor Ort sind die Baugruppen desTurbinenreglers mit entsprechenden LED-Signalgebernausgestattet, die den Zustand aller wichtigen binären

• Eingangsgrößen

• Zwischenverknüpfungsergebnisse

• Ausgangsgrößen

signalisieren.

Analogwerte aus der Peripherie oder zu den Ventilstellungsreglernlassen sich rückwirkungsfrei an der Baugruppen-Frontplatteanmessen. Durch Anschluss des Konfigurationssystems ME-DRPlassen sich alle Prozesszustände (binär und analog) on-linebeobachten. Falls erforderlich können Signale simuliert werden.Auf Wunsch kann das System mit einer Ferndiagnose-Schnittstelleausgestattet werden.

Das Konfigurationssystem ME-DRP ermöglicht außerdem diegrafische Rückdokumentation der Konfiguration auf einen Stand,der immer den aktuellen Parametrierdaten entspricht. DieseAnwenderkonfiguration wird über einen Laserdrucker ausgegeben.Damit ständig eine Dokumentation "as built" verfügbar ist, kann diegesamte Anwenderkonfiguration über einen Laserdrucker in Grafik-form ausgegeben werden.

Aufgrund des größeren Darstellungsformates (A4 quer) sind in derausgedruckten Dokumentation Kennzeichen, Klartext und Hard-ware-Adresse für Ein- und Ausgänge gleichzeitig darstellbar. DieAusgabe erfolgt nach Funktionsbereichen sortiert einschließlichspezifischem Schriftfuß mit Seitenzähler und Ausgabe-Datum.

Beistellung desAuftraggebers

Sensor-/Aktor-listen

Projekt-abwicklung

StandortspezifischeDokumente und Konfiguration

ProjektdatenbankStandortspezifisches

RegelwerkMauell - Regelwerk

HW - Planung SW - PlanungGeräteanordnung Feldplanung Fließbilder Funktionspläne

Projekt-definitionen

Fertigungs-aufträge

Montage- undIBS-Unterlagen

Prüf-protokolle

Konfigurations-dateien

Stammdaten

Projekthandbuch

SW-ModuleLogik

Geräte-katalog Dokumente

Steuerung

Regel-ungen

Prozeßobjekte

Anlage

Teilanlage A

Teilanlage A1

Teilanlage A1.1

Gerät

Signal

Dokument

Funktion

Gerät

GerätGerät

Prozeßobjekt

Signal

Dokumenteund Listen

Basic-Engineering

Funktionsdokumentation ME 4012 Konfiguration

Standards

Teilanlage B

Funktions-beschrei-bungen

Anlagen-schemata(R+I)

Aus-führungs-richtlinien

Fließ-bilder

Schränke

Unter-verteiler

UV-Belegung

Kabelliste Funktions-pläne

Stromlauf-pläne

Autom.Einheiten

Prozess-objekte

Projektierungs-standards

Logik

Signal-bearbeitungFeld-

Hardware

BedienungSteuerung Registrierung

ProtokolleArchiv

ProzeßobjekteStammdaten

SW-ModuleLogik

Geräte-katalog Dokumente

BuB-Dateien

Standard-Bilder

Strukturdiagramm unseres Werkzeuges zur Erstellung einer durchgängig rechnergestützten Dokumentations- undKonfigurationserstellung


HD-Schnellschluss- und HD-Regel-Ventil

Referenzbeispiel: VEAG Kraftwerk Jänschwalde, hier arbeiten 6 Turbosätze (je 500MW) mit ME 4012 Turbinenleittechnik

01.4012.28D02

Vertretungen

Deutschland

Helmut Mauell GmbHAm Rosenhügel 1 – 7D-42553 VelbertTel.: +49 (0)20 53 / 1 30Fax.: +49 (0)20 53 / 1 36 53Internet: www.mauell.comE-Mail: [email protected]

Eine stets aktuelle Adressenliste finden Sieim Internet unter: www.mauell.com

Tochtergesellschaftenund Vertretungenin aller Welt:Abu Dhabi U.A.E.ArgentinienBelgienBrasilienDänemarkFinnlandFrankreichGroßbritannienIranKoreaKuweitNiederlande

NorwegenÖsterreichPolenSchwedenSchweizSingapurSpanienTschechische RepublikTürkeiUngarnUSA

Documents

Turbinen-Leittechnik ME 4012 - mauell.de · geschwindigkeit der Turbine so zu steuern, dass Grenzbean-spruchungen nicht überschritten werden. Damit wird eine optimierte