Einrichtung zur Regelung der Frequenz bezw. Leistung in Tarbinenaggregaten. Es sind Einrichtungen zur Regelung der Frequenz bezw. Leistung von durch Turbi nen angetriebenen Generatoren bekannt ge worden, bei welchen eine Turbine ausser in Abhängigkeit von der Befehlsgabe, z. B. eines Sollwertgebers, auch als Funktion eines Angleichwertes gesteuert wird; der aus schliesslich durch die Öffnungsstellung dieser Turbine bestimmt ist.
Bei dieser Art der Rückführung wird die Erzeugung des An- gleichwertes in den bekannten Einrichtungen mittels eines vom Steuergestänge dieser Tur bine betätigten, stufenweise veränderlichen ohmschen Widerstandes vorgenommen.
Es wurde nun festgestellt, dass bei Parallelschal tung mehrerer Generatoren, deren Turbinen je einzeln nach den genannten Einrichtungen gesteuert werden, bei Laständerungen des Netzes oder bei Änderungen der Befehlsgabe und dergl. häufig unangenehme Lastpende- lungen zwischen den einzelnen parallelge- s -,ehalteten (-xeuerat,)ren auch dann auftreten, wenn die Gesamtleistung, die an das Netz abgegeben wird, pendelungsfrei bleibt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Er kenntnis erklärt nun als Ursache dieser Män gel der bekannten Steuereinrichtungen, insbe sondere bei Aggregaten mit mehreren Turbi nen, die nicht vermeidbaren Unterschiede in den Reaktionszeiten der einzelnen Turbinen einschliesslich ihrer Steuerapparate.
Beson ders in Anordnungen mit grösseren Reak tionszeiten, wie zum Beispiel bei Nieder druckturbinen, wo sieh wegen der Trägheit der grossen Wassermassen der der verän derten Turbinenöffnung entsprechende Lei- stungs- oder Frequenzwert erst nach einem verhältnismässig grossen Zeitintervall ein stellt, sind grosse Unterschiede in den Reak tionszeiten zu beobachten, wobei als Folge die genannten Störerscheinungen öfter ein zuverlässiges Arbeiten. der Anlage verunmög lichen,
Nach der Erfindung wird eine Eicirich- tung zur Regelung der Frequenz bezw. Lei stung in Turbinenaggregaten verwendet, welche die Fachteile der bekannten Systeme vermeidet.
Dies wird dadurch erreicht, dass den Turbinen mindestens teilweise je eine Reglervorrichtung zugeordnet ist, welche, vom Steuergestänge der betreffenden Tur bine betätigt, eine elektrische Hilfsgrösse er zeugt, die durch die Öffnungsstellung dieser Turbine bestimmt. wird und wenigstens eine Turbine des Aggregates ausser in Abhängig keit von der Befehlsgabe auch in Abhängig keit eines Angleichwertes gesteuert ist, wel cher durch Verkettung von mindestens zwei der genannten Hilfsgrössen gebildet wird.
Demnach werden die schädlichen internen Lastpendelungen bei denjenigen Turbinen vermieden, deren Angleichwerte durch die gegenseitige Verkettung der Hilfsgrössen ge wonnen werden. Vollkommen pendelungsfrei in diesem Sinne wird ein Turbinenaggregat dann, wenn für sämtliche Turbinen des Aggregates, deren Generatoren auf ein ge meinsames Netz arbeiten, der einer Turbine zustehende Angleichwert durch die Verket tung der von den Reglern aller Turbinen er zeugten Hilfsgrössen entsteht, so dass diese Turbinen auf möglichst gleiche Öffnungs stellung gesteuert werden.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgegenstandes schematisch wiedergegeben. und zwar zeigt Fig. 1 im wesentlichen eine Steuereinrich tung, welohe von der Verkettung der Ililfs- grössen Gebrauch macht, während in Fig. 2 eine Variante in bezug auf die Übermittlung der Befehlsgabe dargestellt ist.
Bei der in Fig. 1 angegebenen Anord nung sind die Generatoren 1, 1', welche auf das gemeinsame Netz \? arbeiten, direkt mit den Turbinen 3, 3' gekuppelt. Die Betäti gung der Steuerung der Turbinen erfolgt wie üblich. durch Verstellmotoren 4', 4, welche ,je nach der Befehlsgabe, ihrem ITnilaufsinn ent sprechend, eine Vergrösserung benv. Verklei nerung der Turbinenöffnung bewirken. Die Reglereinriebtungen 5, 5' dienen zur Erzen- gang der elektrischen Hilfsgrössen und wer den möglichst unmittelbar vom Steuerge stänge der ihnen zugeordneten Turbinen be tätigt.
Diese Regler werden vorzugsweise als lriduktionsregler finit Wechselstromfremd- erregung ausgeführt, so dass sie, von ihrer Sekundärseite aus betrachtet, im wesentlichen als Wechselstromgenerator mit stufenlos ver änderlicher Leerlaufspannung v-irken. Die früher üblichen, stufenweise veränderlichen ohinsclienWiderstände sind für solcheRegler nicht geeignet.
weil es sich gezeigt hat, dass ihre Anwendung auf die erfindungsgemässe Regelung zu unerwünschten Störerscheinun- gen Anlass geben kann. Die Regler 5, 5' wer den ferner derart ausgeführt, dass die indu zierten elektrornotorisehen Kräfte. gegebe nenfalls unter Berücksichtigung ihrer Phase, ein direktes und eindeutiges Mass für die Turbinenöffnung darstellen. Mit 6, 6' sind Zwischenapparate angedeutet, mittels -el- eher der Lastausgleich vorgenommen wird.
Der Rotor -r eines solchen Zwischenappara tes befindet sich in der eingetragenen Ruhe stellung dann, wenn ein Drehmoment auf ihn nicht ausgeübt wird, d. h. wenn der an seiner ZVicklung 8 wirkende. Angleichwert seinem Betrag nach nahezu oder ganz verschwindet.
Die mit dem Wechselstromzeicben versebe- nen Erregerwicklungen der Zwischenapparate 6, sowie auch der Reglereinricbtungen 5 kön nen Beineinsam an ein an sieh beliebiges @Vecbsel.stromnetz angeschlossen werden.
Eine Abhängigkeit der Wirkungsweise dieser Hilfsgeräte von Frequenz undloder Spannung dieses Wecbselstroninetzes ist infolge der be- ,#chriebenen Ausfiilir(uig weitgehend vermie den.
Die erfindungsgemässe Verkettung der an den Z -ischenapparaten wirkenden An gleichwerte ist hier dadurch erreicht. dass eine Wicklung des Zwischenapparates mit deni vom Steuergüstünge betätigten Regler je in Reibe und die derart entstehenden Zwei- pole mittels der Ansgleicbleitung 9 unter- einander parallelgcscbaltet sind.
Die Befehls- gabe, z. B. eines Sollwertgebers, wird auf die Wicklung 1(1 des polarisierten Relais 11 ge- fiihrt. welches je nach der Kontaktrabe auf die Leitungen 13, 1.1, die eine oder die an dere Hälfte der Erregerwicklung 15 der Ver- stellmotoren an den Pluspol einer nicht ein gezeichneten Batterie anlegt, deren Minuspol geerdet ist.
Auch die Rotoren der Zwischen apparate sind an diese Batterie angeschlos sen, wodurch in analoger Weise entsprechend der Kontaktgabe der Umlaufssinn der Ver- stellmotoren bestimmt wird. An Stelle einer Batterie kann bei geeigneter Bemessung der Anlage auch eine Wechselstromquelle ver wendet werden. Mittels der vom Relais 16 gemeinsam gesteuerten Umschalter 17, 17' wird erreicht, dass die Ausführung der Be fehlsgabe und die Steuerung auf gleiche Öff nungsstellung zeitlich nacheinander erfolgt.
In der Ruhelage sollen die Umschalter 17, 17', beispielsweise durch eine Feder, nach rechts gezogen werden, wodurch die Erreger wicklung 15 der Motoren 4 an die Kontakte der Zwischenapparate 6 gelegt sind. Die Steuerwicklung des Relais 16, sowie die Steuerwicklung des die Befehlsgabe vermit telnden polarisierten Relais 11 werden zweckmässig parallel geschaltet, so dass sie stromlos sind, wenn die von den Generatoren abgegebene Leistung oder Frequenz dem Sollwert entspricht.
Die Wirkungsweise der neuen Steuerein- richtung ist nun etwa die folgende: Bei einer Abweichung vom Sollwert der Frequenz und/oder Leistung wird über den Befehls geber je nach dem Vorzeichen dieser Abwei chung das polarisierte Relais 11 ansprechen und gleichzeitig unabhängig vom Vorzeichen der Befehlsgabe die Schalter 17, 17' nach links gelegt. Die Verstellmotoren beginnen zu laufen und korrigieren die Öffnungsstel lung der Turbinen so lange, bis die Gesamt leistung und die Frequenz des Aggregates wieder dem Sollwert entsprechen und dem nach das Relais 11 wieder seine Mittellage einnimmt und die Umschalter 17 nach rechts gezogen werden.
Wegen den verschiedenen Reaktionszeiten der einzelnen Turbinen sind nun aber die einzelnen Öffnungsstellungen nicht dieselben, sondern können stark vonein- I;nder abweichen, wodurch unter Umständen Überlastungen einzelner Maschinen auftre ten können. Den verschiedenen Öffnungsstel lungen entsprechend werden in den Reglern 5 auch verschiedene elektrische Spannungen erzeugt.
Beispielsweise sei angenommen, dass die Öffnung der Turbine 3' grösser ist als die jenige der Turbine 3 und demnach auch die am Rotor von 5' erzeugte EMK diejenige des Reglers 5 übertrifft. Über die Leitung 9 setzen Ausgleichströme ein, welche offen sichtlich die Wicklungen 8, 8' in verschiede nem Sinn durchfliessen, entgegengesetzte Drehmomente an den Rotoren 7, 7' erzeugen, so dass die Turbine 3 auf etwas höhere Öff nungsstellung, die Turbine 3' auf geringere Öffnungsstellung so lange gesteuert werden, bis in der Ausgleichleitung 9 eine Potential differenz verschwindet, d. h. bis die Turbi nen auf gleiche Öffnung gesteuert sind.
Dann kehren die Rotoren 7, 7' in die Ruhelage zu rück und schalten die Motoren 4, 4' vom Pluspol der Stromquelle ab. Bei erneuertem Einsetzen einer Befehlsgabe wiederholt sich dieser gesamte Vorgang.
Als weiteres Beispiel ist in Fig. 2 eine Variante dargestellt, bei welcher die An gleichwerte nicht nur zur Ausebnung von unterschiedlichen Turbinenöffnungen, son dern auch zur Kompensation der Befehlsgabe verwendet werden. Die Zwischenapparate 6 dienen hier ferner noch zur Übermittlung der Befehlsgabe, welche im Gegensatz zu Fig. 1 nicht Änderungen diktiert, sondern direkt Steuergrössen übermittelt, welche zum Soll wert der Frequenz oder Leistung in Bezie hung stehen.
Der nicht eingezeichnete Soll wertgeber sendet diese Steuergrössen unmit telbar auf die Leitung 13, 14, an welche die weiteren Wicklungen 18, 18' der Zwischen apparate angeschlossen sind. Damit die Ro toren 7, 7' der Zwischenapparate eindeutige Drehmomente erhalten, wird die Frequenz der die Befehlsgabe darstellenden Steuergrö ssen auf der Leitung 13, 14 gleich gewählt, wie die Frequenz des früher genannten Hilfs netzes, welches die mit dem Wechselstrom zeichen versehenen Erregerspulen der Zwi schenapparate wie auch der Reglereinrich- tun-en 5 speist. Dureli diese Massnahme wird. ähnlich wie früher, eine Abhängigkeit der Wirkungsweise der gesamten Steuerung vom Hilfsnetz weitgehend ausgeschaltet.
Abge sehen von der abweichenden Verkettung d(ii- in den Reglern 5 erzeugten Hilfsgrössen, welche mittels des Widerstandes 19 einge stellt werden kann, sind die Funktionen der restlichen Anlageteile im wesentlichen die selben wie bei der Einrichtung nach Fig. 1.
Zur Erklärung der Wirkungsweise sei beispielsweise ein momentaner Betriebszu stand angenommen, in welchem die Rotoren der Zwisohenapparate die angegebene Ruhe lage einnehmen, also die Turbinen mit glei cher Offnun"sstellung arbeiten.
Der Soll- C- hat demnach einen Wechselstrom solcher Grösse bezw. auch Phase über die Lei tung<B>13,</B> 14 den -#Vieklungen 18. 1.8' zu über mitteln, dass ein Drehmoment auf die Rotoren 7, 7' nicht ausgeübt ist. Ändert sich rinn die Befehlsgabe, dann werden die Ströme in den \Dicklungen 18, 18' entsprechend verschieden vom anfänglichen Wert, die Rotoren 7, 7' erhalten ein Drehmoment und die Verstell- motoren 4, 4' beginnen beide beispielsweise die Öffnung der Turbinen zu vergrössern.
Wegen den verschiedenen Reaktionszeiten werden nim in den Rotoren der Regler 5 und 5' vorerst stetig sich vergrössernde Unter schiede in den erzeugten Hilfsspannungen entstehen. Entspricht die Gesamtleistung oder die Frequenz dem Sollwert, dann wür den sämtliche Rotoren 7, 7' der Zwischen apparate in die Ruhelage zurückkehren, so bald die an den Wicklungen 8, 8' -wirkenden Angleichwerte die von der Befehlsgabe er zeugten Drehmomente auf die Rotoren 7, 7' kompensieren.
Wegen den in diesem Zeit moment noch verschiedenen Turbinenöffnun gen werden aber nur die Verstellmotoren 4 derjenigen Turbinen stillgesetzt, welche eine bestimmte mittlere Leistung abgeben, wäh rend durch die Verkettung der Hilfsgrössen über den Widerstand 19 diejenigen Turbinen mit zu grosser Öffnung wieder zuriicli:ge- steuert, diejenigen Turbinen mit zu geringer Öffnung noch weiter geöffnet werden, bis die Regler 5 alle gleiche Hilfsgrössen erzeugen.
Weil hier die. Ausgleichvorgänge auch schon während der Befehlsgabe wirksam sind, ist im Gegensatz zu Fig. 1 eine wesentlich kür zere Gesamtheit zur Ausführung der Be fehlsgabe und zur Steuerung auf gleiche Öffnung möglich. -Mit dem Widerstand 19 ist der Grad der Verkettung zwischen den Hilfs grössen in weiten Grenzen einstellbar, und zwar wird die gegenseitige Verkettung bei kleinem Widerstand verhältnismässig gering, -l;ihrend bei höherem Widerstand eine stär kere Verkettung resultiert.
Mit der Erhö hung oder Verminderung von 19 hat natür lich auch eine entsprechende Änderung der Primärspannung der Reglereinriehtungen 5 zu erfolgen. wenn die Zwiselienapparate 6 unverändert beibehalten werden und gleiche Empfindlichkeit verlangt wird.
Es ist einleuchtend, dass durch die be schriebene Verkettung und Zusammenfas sung der Hilfsgrössen zii einzelnen Angleicli- werten Steuereinrichtungen erhalten werden, bei -,velchen interne Lastpendelungen nicht auftreten können.
Dabei ist es gleiohgiiltig. ob. wie in Fig. 1, die Ausführung der Be fehlsgabe und die Steuerung auf gleiche Öff nung zeitlich nacheinander oder, wie in Fig. =2, zeitlich nebeneinander durchgeführt werden. Für Aggregate, die mehr als zwei Turbinen enthalten, deren Generatoren auf das gemeinsame Netz \? arbeiten, sind die Einrichtungen analog auszuführen.
An die die Befehlsgabe vermittelnde Leitung 18, 14 sind sämtliche Wicklungen 18 bezw. 17 anzuschliessen, welche je einer Turbine zugeordnet sind.
Ausserdem fasst auch die Leitung 9 sämtliche Zweipole zu sammen, die aus den Reihenschaltungen der -NVieklungen 8 der Zwischenapparate mit den clazuBehörigen Rotoren der Regler 5 entste- hen. 'Man erhält dann eine Steuereinrichtung, in welcher der einer beliebigen Turbine zu stehende Angleichwert durch Verkettung der von den Reglern sämtlicher Turbinen erzeug ten Hilfsgrössen entsteht, so dass diese Tur binen alle auf Bleiehe Öffnungsstellung ge- steuert werden. t's ist auch möglich,
andere Verkettungen als die beschriebenen zu ver wenden und beispielsweise je zwei Turbinen zu einer Gruppe zusammenzufassen und die von verschiedenen Gruppen erzeugten Hilfs grössen untereinander zu verketten. Um die Pendelung der Gesamtleistung des Aggre gates zu verhindern, ist es ferner vorteilhaft, die Zeitkonstante der Regeleinrichtungen für die Ausgleichvorgänge bezw. für die Steue rung auf gleiche Öffnungsstellung wesent lich verschieden gegenüber der Zeitkonstaxi- ten des die Befehlsgabe vermittelnden Fre quenz- oder Leistungsreglers zu wählen.
In den beschriebenen Einrichtungen wird dieser Forderung vorzugsweise dadurch Rechnung getragen, dass die Zeitkonstante des Fre quenz- oder Leistungsreglers kleiner als die Zeitkonstante für die Ausgleichsvorgänge ge nommen wird.