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Verfahren zum bedienungslosen Betrieb von elektrischen Nebenkraftwerken, ins- besondere mit Wasserturbiuenantrieb.
Für elektrische Nebenkraftwerke mit Wasserturbinenantrieb ist ein Verfahren zum selbsttätigen Inbetriebsetzen vom Hauptwerk aus bekannt geworden, das darin besteht, dass zunächst die Primärmaschinen durch selbsttätiges Öffnen des Hauptschiebers in Gang gesetzt und darauf die leer mitlaufenden Synchronmaschinen selbsttätig synchronisiert werden. Für kleinere und mittlere Kraftwerke wird aber die hiefür nötige Einrichtung zu teuer.
Vor allem um eine selbsttätige Parallelschaltvorrichtung sowie den teuren Turbinenregler zu sparen, wird nach der Erfindung das Kraftwerk bei geschlossenem Turbinenschieber oder geschlossenem Turbinenleitapparat rein elektrisch angelassen, indem die Synchronmaschinen zunächst unerregt ans Netz gelegt und gegebenenfalls bei herabgeminderter Spannung als asynchione Motoren angelassen werden.
Nachdem sie dann fast ihre synchrone Drehzahl erreicht haben, werden sie erregt und dadurch synchronsiert. Erst jetzt wird die Turbine beaufschlagt, so dass sich nunmehr der Energiefluss umkehrt und die Turbine Energie an das Netz liefert.
In der Zeichnung ist ein Nebenkraftwerk nach der Erfindung mit einem von einer Turbine. 2 angetriebenen Synchrongenerator 2 schematisch dargestellt. Seine Klemmen sind über den Anlassschalter 3, den Transformator 4 und den Hauptschalter 5 an das Netz 6 des Hauptwerks angeschlossen. Auf der Netzseite des Schalters 5liegt der Spannungswandler 7 als Stromquelle für die Hilfsapparate.
Wird zwecks Inbetriebsetzung des Nebenkraftwerkes die Leitung 6 bei geschlossenem Hauptschalter 5 vom Hauptwerk aus unter Spannung gesetzt, so wird dadurch zunächst das erste Einschaltrelais 8 erregt und schliesst seinen Kontakt. Dadurch erhält der Einschaltmotor 9 des Anlassschalters 3 Strom und fängt in solchem Drehsinn an zu laufen, dass der Anlassschalter 3 nach links, d. h. an die Anzapfung des Haupttransformators 4 gelegt wird, die etwa der halben Generatorspannung entsprechen mag.
Ist der Schalter 3 nach links geschlossen, so schaltet der Hilfsmotor 9 mittels des Mechanismus 10 und des Rückführungsumschalters llselbst diejenigewicklung, die für dieLinkssehaltung des Umschalters 3 gebraucht wird, aus und die für Reehtsschaltung des Schalters 3 benötigte Wicklung ein. Die uneregte bzw. über den hohen Widerstand 36 erregte, mit massiven Polschuhen versehene Maschine 2 läuft nun als
Induktionsmotor an und kommt, weil leerlaufend bzw. nur mit der leeren Turbine 1 belastet, rasch auf Touren und dem Synchronismus nahe.
Die auf der gleichen Welle sitzende selbsterregte Erregermaschine 12 wirkt als Tachometerdynamo und gibt Spannung auf die Wicklung des Erregerrelais 13, das durch
Schliessung seines Kontaktes 14 den Widerstand 36 kurzschliesst bzw. den Erregerkreis der Maschine 2
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versehen ist, Spannung erhalten und schliesst eine gewisse, einstellbare Zeit danach seinen Kontakt. Da der Rückführungsschalter 11 den Schaltmotor 9 für die entsprechende Drehrichtung vorbereitet hat, legt dieser Motor nunmehr den Umschalter 3 nach rechts um, so dass die Maschine 2 jetzt an der vollen Spannung des Transformators 4 liegt.
Mit dem Umschalten des Schalters 3 sind die Kontakte 17 und 19 geöffnet und damit die beiden Einschaltrelais 8 und 20 stromlos geworden, während Kontakt 18 geschlossen
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wurde. Dies hat nun zur Folge, dass über den geschlossenen Kontakt 22 des Fliehkraftschalters 21 der Einschaltmotor 25 des Turbinenschiebeis 27 anläuft und diesen hochhebt, bis die Zahnstange seines Getriebes 26 den Endaussehalter 28 öffnet. Nunmehr läuft die Turbine 1 an und übernimmt die ihrer eingestellten Beaufschlagung entsprechende Leistung, wobei sich der Synchronmotorbetrieb der Maschine 2 in Generatorbetrieb umwandelt.
Die Ausserbetriebsetzung des Nebenkraftwerks erfolgt durch Abschalten der Hauptleitung 6 an der Kommandostelle. Dadurch wird das selbsttätige Nebenkraftwerk vollständig entlastet, so dass die Turbine durchgehen will. Der Fliehkraftschalter 21 schlägt aus und schliesst den Kontakt 24 unter Öffnung der Kontakte 22 und 23, dadurch wird der Magnet 29 aberregt, der die Zahnräder des Getriebes 26 anzieht, und die Gegenfeder bringt so das Ritzel aus dem Eingriff mit der Zahnstange des Schiebers 27. Durch sein Eigengewicht fällt dieser herunter und schliesst so den Wasserzufluss zur Turbine. Gleichzeitig ist durch den Kontakt 24 der Stromkreis der Ausschaltspule 30 des Anlassschalters 3 geschlossen und dieser in seine Mittelstellung gezogen worden.
Dabei ist die Einrichtung so getroffen, dass hiebei der Umschalter 11 in seiner Bereitschaftslage zum Umlegen des Anlassschalter 3 nach links verharrt. Nachdem somit die Spannung beidseitig des Haupttransformators 4 verschwunden, der Hilfstransformator 7 somit spannungslos geworden und der Fliehkraftschalter 21 beim Abfallen der Drehzahl wieder in die gezeichnete Anlassstellung zurückgekehrt ist, ist das Nebenkraftwerk bereit, den Betrieb wieder aufzunehmen, sobald das Netz 6 wieder unter Spannung gesetzt wird.
Bei Störungen im Netz 6 werden die bekannten Sicherheitsapparate ausgelöst, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind und den Anlassschalter 3 zur Auslösung bringen. Ist die Störung behoben, so kann das Kraftwerk wieder selbsttätig in Betrieb gesetzt werden.
Im Gegensatz dazu haben Störungen im Nebenkraftwerk selbst mehr bleibenden Charakter. In diesen Fällen muss der Betrieb desselben gesperrt werden, bis eine Kontrolle und die Instandstellung erfolgt ist. Daher ist für den Fall der inneren Störung eine dauernde Abschaltung ohne die Möglichkeit des selbsttätigen Wiedereinsehaltens vorgesehen. Bei inneren Störungen tritt das an die Strom-und Spannungs- wandler 31 angeschlossene Rückwattrelais 32 in Tätigkeit, durch welches die Auslösespule 33 des Hauptschalters 5 erregt wird. Dieser wird ausgelöst und kann nur von Hand wieder eingeschaltet werden. Zu-
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und dadurch eine Wiedereinschaltung des Werkes vom Netz 6 aus unmöglich gemacht ist.
Die Auslösung der Ausschaltspule 33 beim eventuellen Ansprechen des Rückwattrelais 32 infolge des Anlassvorganges, wird dadurch verhindert, dass ihr Stromkreis über den Kontakt 35 am Endaussehalter 28 des Schiebermotors 25 der Turbine führt, der nur bei voller Öffnung des Turbinenschiebers geschlossen ist.
Eine Reihe von weiteren Sicherheitsvorrichtungen sind selbstverständlich nötig und ohne weiteres anzubringen ; sie sind aus der Zeichnung weggelassen, um das Schaltbild nicht verwickelter zu machen.
Das vorliegende Schaltbild ist für den Fall entworfen, dass die Turbine ohne Regelung arbeitet.
Dies ist nur möglich, wenn die in der Zeiteinheit gelieferte Wassermenge entweder konstant oder dem Leistungsbedarf annähernd angepasst ist. Ist dies jedoch nicht der Fall, so muss ein hydraulischer Regler vorgesehen werden. Im allgemeinen braucht dies beim Nebenkraftwerk, bei dem die Drehzahl der Maschinen durch die Frequenz der Hauptkraftwerksmaschinen ohnehin bestimmt ist, kein Drehzahlregler zu sein, sondern es genügt die Regelung auf konstante Beaufschlagung der Leistung in Abhängigkeit vom Oberwasserstand bzw. von der zufliessenenden Wassermenge.
Statt nun, wie bei dem gezeichneten Beispiel, zum Anlassen und Abstellen der Turbine, den Turbinenschieber elektrisch zu beeinflussen, ist bei geregelten Turbinen lediglich der bteuerschieber des hydraulischen Hnismotors elektromagnetisch zu öffnen und zu schliessen, was erheblich kleinere Verstellkräfte erfordert. Der Turbinenschieber kann dann noch aus Sicherheitsgründen entweder ebenfalls mit elektrischer Steuerung versehen werden oder bloss eine elektromagnetische Auslösung erhalten, bei deren Ansprachen im Gefahrfalle er sich selbsttätig schliesst, dann aber von Hand geöffnet werden muss.
Soll das Nebenkraftwerk als Reserve dienen und gelegentlich selbständig arbeiten können, so muss allerdings ein Drehzahlregler vorgesehen werden. In diesem Falle kann ein besonderer Fliehkraftschalter (21) entbehrt und das Fliehkraftpendel des Reglers mit entsprechenden Kontakten (22, 23, 24)
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vorgesehen werden.
Enthält das Nebenkraftwerk mehrere Maschinensätze, so können die Schalteinrichtungen entsprechend vermehrt werden. Ferner können Vorrichtungen getroffen werden, die es ermöglichen, vom Hauptwerk aus oder ganz selbsttätig die Zahl der in Betrieb befindlichen Maschinen der jeweiligen Belastung anzupassen.
Die beschriebene Einrichtung kann sinngemäss auch bei solchen Kraftwerken angebracht werden, welche mit anderen Kraftmaschine als Wasserturbinen betrieben werden.
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Process for the unattended operation of electrical auxiliary power plants, in particular with water turbine drive.
For electrical auxiliary power plants with water turbine drive, a method for automatic start-up from the main plant has become known, which consists in first starting the primary machines by automatically opening the main slide and then automatically synchronizing the idle synchronous machines. For small and medium-sized power plants, however, the equipment required for this is too expensive.
In order to save an automatic parallel switching device and the expensive turbine controller, according to the invention, the power plant is started purely electrically with the turbine slide valve or turbine nozzle closed, in that the synchronous machines are initially connected to the mains without being excited and, if necessary, started as asynchronous motors with reduced voltage.
After they have almost reached their synchronous speed, they are excited and thereby synchronized. Only now is the turbine charged, so that the energy flow is now reversed and the turbine supplies energy to the network.
In the drawing is a secondary power plant according to the invention with one of a turbine. 2 driven synchronous generator 2 shown schematically. Its terminals are connected to the mains 6 of the main plant via the starter switch 3, the transformer 4 and the main switch 5. On the mains side of the switch 5, the voltage converter 7 is located as a power source for the auxiliary equipment.
If, for the purpose of starting up the auxiliary power plant, the line 6 is energized from the main plant with the main switch 5 closed, the first switch-on relay 8 is initially excited and closes its contact. As a result, the switch-on motor 9 of the starter switch 3 receives power and begins to rotate in such a direction that the starter switch 3 turns to the left, i.e. H. is placed on the tap of the main transformer 4, which may correspond to about half the generator voltage.
If the switch 3 is closed to the left, the auxiliary motor 9, by means of the mechanism 10 and the return switch ll itself, switches off the winding required to keep the switch 3 to the left and switches on the winding required to switch the switch 3 right. The unexcited or excited via the high resistance 36, provided with solid pole shoes machine 2 now runs as
Induction motor on and, because idling or only loaded with the empty turbine 1, quickly revs up and comes close to synchronism.
The self-excited excitation machine 12 sitting on the same shaft acts as a tachometer dynamo and puts voltage on the winding of the excitation relay 13, which through
Closing its contact 14 short-circuits the resistor 36 or the excitation circuit of the machine 2
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is provided, receives voltage and then closes its contact for a certain adjustable time. Since the feedback switch 11 has prepared the switching motor 9 for the corresponding direction of rotation, this motor now turns the changeover switch 3 to the right, so that the machine 2 is now connected to the full voltage of the transformer 4.
When the switch 3 is switched over, the contacts 17 and 19 are open and thus the two switch-on relays 8 and 20 are de-energized, while contact 18 is closed
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has been. This now has the consequence that the switch-on motor 25 of the turbine slide 27 starts up via the closed contact 22 of the centrifugal switch 21 and lifts it up until the rack of its gear 26 opens the end-of-stay switch 28. The turbine 1 now starts up and takes over the power corresponding to its set loading, the synchronous motor operation of the machine 2 being converted into generator operation.
The secondary power plant is shut down by switching off the main line 6 at the command post. As a result, the automatic auxiliary power plant is completely relieved, so that the turbine wants to go through. The centrifugal switch 21 deflects and closes the contact 24, opening the contacts 22 and 23, thereby de-energizing the magnet 29, which attracts the gears of the gearbox 26, and the counter spring thus brings the pinion out of engagement with the rack of the slide 27. Due to its own weight, it falls down and thus closes the water flow to the turbine. At the same time, the circuit of the opening coil 30 of the starter switch 3 is closed by the contact 24 and this has been pulled into its central position.
The device is designed in such a way that the changeover switch 11 remains in its ready position for turning the starter switch 3 to the left. After the voltage on both sides of the main transformer 4 has disappeared, the auxiliary transformer 7 has become de-energized and the centrifugal switch 21 has returned to the starting position shown when the speed drops, the auxiliary power plant is ready to resume operation as soon as the network 6 is energized again becomes.
In the event of faults in the network 6, the known safety devices are triggered, which are not shown in the drawing and cause the starter switch 3 to be triggered. Once the fault has been rectified, the power plant can automatically be put back into operation.
In contrast to this, disturbances in the auxiliary power station themselves have a more permanent character. In these cases, its operation must be blocked until it has been checked and repaired. Therefore, in the event of an internal malfunction, permanent shutdown is provided without the possibility of automatic restart. In the event of internal malfunctions, the reverse relay 32 connected to the current and voltage converters 31 comes into operation, through which the trip coil 33 of the main switch 5 is excited. This is triggered and can only be switched on again manually. To-
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and thus a restart of the plant from network 6 is made impossible.
The triggering of the trip coil 33 when the reverse relay 32 responds as a result of the starting process is prevented by the fact that its circuit leads via the contact 35 on the end switch 28 of the valve motor 25 of the turbine, which is only closed when the turbine valve is fully open.
A number of other safety devices are of course necessary and easy to attach; they are omitted from the drawing in order not to add complexity to the circuit diagram.
This circuit diagram is designed for the case that the turbine works without control.
This is only possible if the amount of water delivered in the time unit is either constant or approximately adjusted to the power requirement. If this is not the case, however, a hydraulic regulator must be provided. In general, in the secondary power plant, where the speed of the machines is determined by the frequency of the main power plant machines anyway, it does not need to be a speed controller, but it is sufficient to regulate the constant application of power depending on the upper water level or the inflowing water volume.
Instead of influencing the turbine slide electrically to start and stop the turbine, as in the example shown, only the control slide of the hydraulic Hnis motor has to be opened and closed electromagnetically in regulated turbines, which requires considerably smaller adjustment forces. For safety reasons, the turbine slide can either also be provided with an electrical control or just receive an electromagnetic release, which, when activated, closes automatically in the event of danger, but then has to be opened by hand.
If the auxiliary power plant is to serve as a reserve and occasionally be able to work independently, a speed controller must be provided. In this case, a special centrifugal switch (21) can be dispensed with and the centrifugal pendulum of the controller with corresponding contacts (22, 23, 24)
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are provided.
If the auxiliary power station contains several machine sets, the switching devices can be increased accordingly. Furthermore, devices can be made which make it possible to adapt the number of machines in operation to the respective load from the main plant or completely automatically.
The device described can analogously also be attached to those power plants which are operated with other power machines than water turbines.
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