[发明专利]用于测试旋转机器的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年12月23日提交的法国专利申请序列No. 13 63398的优先权，其名称为“SYSTèME ET PROCéDé DE TEST D'UNE MACHINE TOURNANTE”(System and Process of Test of a Rotary Machine)(测试旋转机器的系统和过程)，该申请的公开内容通过引用而整体地结合在本文中。

技术领域

本公开的领域大体涉及旋转机器，并且更特别地，涉及测试旋转机器，例如燃气涡轮，其(在电能生产设施的框架内)使连接于电能分配网络的发电机旋转。

背景技术

至少一些已知法令对与互连电分配网络的旋转机器的连接和同步施加约束。这些法令有时被称为“电网规则”。各个国家或地区都存在此类法令。

这些法令允许开发、维护和使用经协调的高效的和经济的输电系统。此外，对于它们所应用的国家或地区，它们确保分配网络和连接于其的元件的性能和可靠性。

这些法令或“电分配网络经理的规范”基于关于各种元件至网络的连接的技术方面，而且还基于传送网络的运行和使用，而且特别是连接于分配网络的电线和电力设施。

这些法令可规定用户有义务提供计划和使用网络所需的数据，诸如电需求预测、电能生成装备的可用性，以及对于大型发电机组件的维护固定的日期。

除了网络的技术设计方面，“电网规范”可限定非常具体的运行标准。

例如，其可涉及限定网络的额定频率，以及关于该额定频率接受的频率变化。

例如，在法国，电分配网络频率名义上为50 Hz，并且必须控制在49.5 Hz至50.5 Hz的极限内。对于其它国家，额定频率为60 Hz，并且必须介于59.5 Hz至60.5 Hz之间。

此外，为了参与网络频率的主要设定，各个网络设施必须对网络提供主要功率储备，这一般被称为“主要储备”。例如，该储备等于最大功率的百分比。因而，参与网络频率的设定的各个电能生成单元具有恰当的可用功率边界。通过使电力网络互连，总的主要网络对应于参与频率的主要设定的所有单元的主要储备的量。

该主要储备允许在生产和消耗之间恢复平衡，并且由实现频率的主要设定的各种构件组成，构件具有最短响应时间。实际上，在欧洲大陆，主要储备的一部分必须在不到15秒内调动，而总储备在不到30秒内调动。

此外，发电单元装配有速度调整器装置，其使得能够根据旋转机器的旋转速度来适应它们的功率，并且因此适应网络频率。根据以下关系，主要储备的调动部分与实际瞬时速度(由测得频率f表示)和额定速度(对应于设定点频率f0)之间的差成比例：

δ = λ(f - f0)

其中，λ表示单元的功率设定。

在50 Hz的网络上，不仅需要了解发电单元在配备有发电单元的旋转机器的恒定旋转速度下的根据时间的功率响应，还需要了解在瞬时速度下随着时间的推移对频率漂移的限制的容量。

特别地，从可再生能供应的功率和小型电网中的电需求的波动的成比例增加产生了提高联合循环在全负载或部分负载下的动态响应的需要，以及修改电网产生单元的响应时间的需要。

因而，对电网实施测试，以展示发电单元响应于瞬时现象的实际容量。但是，必须在非常精确的条件下执行这些测试。在实践中，由于网络的运行状况，故难以对实际网络执行测试。实际上，该类测试不允许在网络的额定频率之外的负载下实施测试，如果不是故意降级的话。在不影响网络用户的情况下大规模实施测试也是不可行的。此外，关于由执行测试提供的好处，必须考虑到与任何测试失败以及因而最终干扰或打断所有用户供应相关联的风险。

此外，该类测试需要在电能、燃料和辅助流体(例如(但无限制)油和冷却剂)方面的相当多的资源。此外，在实际条件下准备和执行测试所需的时间可为相当长的。当测试设施位于城市或其它居住区附近时，还应当考虑到噪声危害。

这就是为什么一些已知燃气涡轮厂商使用试验台来测试涡轮的行为。

就此而言，美国专利No. 3,598,208描述了使用液压制动器来测试燃气涡轮的行为。实际上，与通过发电机将涡轮连接于电网相比，将涡轮连接于液压制动器允许涡轮以网络的额定频率运行，或者以较低或较高的频率运行。

此外，可由测力计或液压制动器测量与发电机联接的燃气涡轮的轴的功率，通过直接测量功率涡轮和被驱动的装备之间的扭矩或发电机出口处的功率，或者通过间接地测量、计算燃气涡轮压缩机的功率。