Einrichtung zum Betrieb von hydraulischen Krafterzeugungsanlagen. In hydraulischen Krafterzeugungsanlagen werden vielfach elektrische Generatoren von Turbinen angetrieben, welchen das Wasser aus einem Wassersehloss zugeleitet wird, das über einen Stollen mit dem Stausee in Ver bindung steht. Arbeiten die Generatoren einer solchen hydraulischen Kraftanlage in Parallelbetrieb mit einem grossen Netz, dann wird die Tur binenöffnung durch den Frequenzregler praktisch konstant gehalten.
Der Wasserzu- fluss zur Turbine und damit die Wasserent nahme aus dem Wasserschloss sind konstant, so dass Schwankungen des Wasserspiegels im Wassersehloss nicht auftreten können.
Nimmt dagegen im Alleinbetrieb eines Generators seine Last zu, dann sinkt seine Drehzahl, und der Drehzahlregler öffnet die Turbine. Der Wasserabfluss aus dem Wasser schloss zur Turbine nimmt zu, und der Wasserspiegel im Wassersehloss wird gesenkt, weil wegen der Trägheit des Wassers im langen Verbindungsstollen der Ausgleich zwischen Stausee und Wasserschloss erschwert ist. Das Absinken des Druckes am Wasser einlauf der Turbine ruft eine weitere Öffnung der Turbine hervor.
Dieser Umstand führt bei ungenügender Bemessung des Wasser- schlosses zu Schwingungen des Wasserspiegels in diesem, die eine Periode von 5 bis 10 Minuten erreichen können.
Zur Behebung dieses Mangels hat man Regeln für die Bestimmung der Abmessungen des Wasserschlosses festgelegt. Man hat auch das sogenannte Differential-Wasserschloss entwickelt, welches grosse Schwingungen des Wasserspiegels sehr rasch dämpft, für die Dämpfung kleiner residueller Schwingungen aber sehr grosse Abmessungen für das Wasserschloss erfordert. Da nun aber der Alleinbetrieb von hydraulischen Krafterzeu- gungsanla.gen lediglich als Ausnahmefall zu betrachten ist, ergibt sich wegen :der für :das Stabilisieren des Wasserspiegels für diesen Einzelfall notwendigen grossen Abmessungen des Wasserschlosses eine beträchtliche Ver teuerung,der Anlagekosten.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zum Betrieb von hydraulischen Krafterzeugungsanlagen, die mit einem. Was serschlol3 arbeiten, bei welcher erfindungsge mäss Regelmittel zur Steuerung der Belastung der Kraftanlage vorhanden. sind, durch wel- ehe Schwingungen des Wasserstandes im Wasserschloss in Abhängigkeit des Druckes in der Verbindungsleitung von dem Wasser schloss zur Turbine stabilisiert werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung unter Weglassung der für das Verständnis der Erfindung entbehr lichen Wasserspeicher schematisch in Fig. 1 und 2 dargestellt.
In Fig. 1 ist mit 1 die Turbine bezeichnet, welche über den Verbindungsstollen 2 aus dem nicht. gezeichneten Wasserschloss gespeist wird, und welche den Generator 3 antreibt. Mit 4 ist das den Wasserzufluss zur Turbine regelnde Absperrorgan bezeichnet, und 1.0 ist der übliche Drehzahlregler der Turbine. Das Absperrorgan 4 für den Wasserzufluss zur Turbine wird mit Hilfe des Servomotors 11 in Abhängigkeit der Stellung des Drehzahl reglers 10 über das Wagebalkengestänge 12a bis 12d verstellt.
In dem Verbindungsstollen 2 liegt .das auf den Wasserdruck im Stollen ansprechende Messorgan, beispielsweise ein vom Wasser unmittelbar beeinflusster Druck kolben 5. Dieses druckabhängige Messorgan steuert unter Mitwirkung des Öldruck-Dämp- fungskolbens 6 und der Rückführfeder 7 Regelmittel, welche zur Konstanthaltung des Druckes im Verbindungsstollen dienen, wo durch Schwankungen des Wasserspiegels im Wassersehloss vermieden und der Wasserstand im letzteren .stabilisiert ist.
Um nun mit Hilfe des druckabhängigen Messorgans den Wasserspiegel im Wasser schloss konstant halten zu können, bestehen zwei Regelungsarten mit je nach der Art der Belastung des Generators . verschiedenen Regelmitteln. Handelt es sich um eine vor wiegend motorische Last, dann wird durch Regelmittel das Verstellen der Turbinenöff nung geregelt, wie in Fig. 1 gezeigt. Wenn es sich dagegen um eine vorwiegend ohm'sche Last (elektrische Öfen, Llektrolyseanlagen ete.) handelt, dann wird durch Regelmittel gemäss Fig. 2 die Generatorspannung geregelt.
Bei der druckabhängigen Regelung der Turbinenöffnung gemäss Fig. 1 wird .der vom Drehzahlregler 10 beeinflusste Servomotor 11 für die Verstellung des Absperrorgans 4 parallel von einem Regelaggregat beeinflusst, das vom Messor gan 5 gesteuert wird.
Dieses Regelaggregat besteht aus .dem Potentiometer 9 und einem Potentiometer 13, sowie einem von der zwischen den Anzapfungen der bei den Potentiometer auftretenden Differenz spannung erregten polarisierten Differential relais 14 und einem von diesem gesteuerten Eiilfsmotor 15. Der Hilfsmotor beeinflusst über ein Getriebe und die Stange 12e einer seits den Hebel 16 mit der Schleifbürste des Potentiometers 13 und anderseits über den VTagebalken 12e den Servomotor 11.
Die An mpfungen des Potentiometers 9 werden durch eine am Hebel 8 sitzende Schleifbürste in Ab hängigkeit von der Stellung des Messorgans verändert.
Sinkt beispielsweise der Druck im Ver bindungsstollen 2, dann wird gemäss Fig. 1 vom Messorgan 5 die Schleifbürste am Poten- tiometer 9 nach oben verstellt. Zufolge der damit auftretenden Differenzspannung zwi schen den Anzapfungen an den Pot.entio- metern 9 und 13 spricht dass Differential relais 14 an und schaltet .den Hilfsmotor 15 ein.
Der Hilfsmotor verstellt einerseits die Schleifbürste des Potentiometers 13 so lange, bis sie eine der Schleifbürste am Pot.entio- meter 9 entsprechende Lage einnimmt und zwischen den Anzapfungen der Potentiometer ,die Spannung 0 herrscht. Anderseits wird vom Hilfsmotor 15 über das Gestänge 12e, 12c und 12d. sowie den Servomotor 11 das Ab sperrorgan 4 verstellt und damit die Turbi nenöffnung gedrosselt.
Ist der Wasserdruck konstant, dann entspannt sich die Rückführ- feder 7 über die Öldruckdämpfung 6, und die Schleifbürste des Potentiometers 9 wird in die dem Dauerbetrieb entsprechende Anfangs lage zurückgeführt, worauf auch das Potentio- meter 13 in seine Ausgangslage gelangt. Wenn der Druck konstant bleibt, dann wird in der beschriebenen Weise die Frequenz automa tisch auf ihren Anfangswert zurückgeführt.
Für den Fall des Druckanstieges im Ver bindungsstollen 2 wird in analoger Weise mit Hilfe des Messorgans 5 und des in Parallel schaltung zum Drehzahlregler der Turbine wirksamen Regelaggregates 9, 13, 14, 15 der Servomotor 11 und damit die Turbinenöff nung beeinflusst.
Um die Turbinenöffnung von Hand unab hängig vom Drehzahlregler .der Turbine be einflussen lassen zu können, ist in Fig. 1 ein zusätzlicher Motor 17 vorgesehen, der mittels des Umschalters 18 nach Bedarf für Rechts- oder Linksanlauf an ein Hilfsnetz angelegt werden kann. Auf diese Art kann die Soll frequenz eingestellt werden.
Auf diese Weise ist. durch die druckab hängige Regelung der Turbinenöffnung er- reicht, dass dauernde Druckschwankungen im Wasserschloss vermieden sind. Das ergibt den weiteren grossen Vorteil, dass die Abmessun gen des Wasserschlosses wegen der Stabilisie rung des Wasserspiegels verkleinert und bedeutende Einsparungen an Baukosten er zielt werden können.
Gemäss Fig. 2 werden Schwingungen des Wasserstandes im Wasserschloss dadurch stabilisiert, dass mittels eines Reglers 21, z. B. eines Wälzsektorreglers, die Spannung des Generators 3 geregelt wird. Das Messsystem des Reglers ist beim Beispiel in V-Sehaltung geschaltet, er ist über Spannungswandler 19 an die Generat.orklemmen gelegt. Zum Ein stellen des Spannungssollwertes dient der Widerstand 20. In Serie mit diesem Wider stand ist das vom Messorgan 5 verstellte Potentiometer 9 geschaltet.
Der Regler 21 speist die Erregermaschine 22 in Abhängig keit der Spannung des Generators 3. Die Erregermaschine 23 liefert eine Hilfs spannung.
Wenn bei dieser Einrichtung der Druck im Verbindungsstollen 2 fällt, dann wird mit tels des Messorgans 5 ein Teil des Wider standes des Potentiometers 9 abgeschaltet und damit der Sollwert der Spannung herabge setzt. Infolgedessen nimmt die elektrische Last ab, so dass Schwankungen des Wasser spiegels verhindert sind. Durch die Dämpfung 6 und die Feder 7 wird bei im Dauerzustand konstantem Druck die Sollspannung auf ihren Anfangswert zurückgeführt.
An Stelle des Druckes des -Wassers in der Verbindungsleitung vom Wasserschloss zur Turbine kann ohne weiteres auch der Wasser stand im Wasserschloss durch Fernmessung ermittelt und in Abhängigkeit von .diesem die Regelung durchgeführt werden.
Equipment for the operation of hydraulic power generation systems. In hydraulic power generation systems, electric generators are often driven by turbines, to which the water is fed from a water lock that is connected to the reservoir via a tunnel. If the generators of such a hydraulic power plant work in parallel with a large network, the turbine opening is kept practically constant by the frequency controller.
The water inflow to the turbine and thus the water withdrawal from the water lock are constant so that fluctuations in the water level in the water lock cannot occur.
If, on the other hand, the load increases when a generator is operating alone, then its speed drops and the speed controller opens the turbine. The flow of water from the water lock to the turbine increases, and the water level in the water lock is lowered because the inertia of the water in the long connecting tunnel makes it difficult to balance the reservoir and the water lock. The drop in pressure at the water inlet to the turbine causes the turbine to open further.
If the water lock is insufficiently dimensioned, this fact leads to oscillations in the water level in it, which can reach a period of 5 to 10 minutes.
To remedy this shortcoming, rules have been established for determining the dimensions of the surge tank. The so-called differential water lock has also been developed, which dampens large oscillations in the water level very quickly, but requires very large dimensions for the water lock to dampen small residual oscillations. Since the sole operation of hydraulic power generation systems is only to be regarded as an exceptional case, there is a considerable increase in the system costs due to: the large dimensions of the surge tank necessary for: stabilizing the water level for this individual case.
The invention now relates to a device for operating hydraulic power generation systems with a. What serschlol3 work in which according to the invention control means for controlling the load on the power plant are available. are, by which before vibrations of the water level in the water lock depending on the pressure in the connection line from the water lock to the turbine are stabilized.
In the drawing, Ausführungsbei games of the invention are shown schematically in Fig. 1 and 2, omitting the dispensable union for understanding the invention.
In Fig. 1, 1 denotes the turbine, which via the connecting tunnel 2 from the not. Drawn water tower is fed, and which drives the generator 3. The shut-off device regulating the flow of water to the turbine is denoted by 4, and 1.0 is the usual speed controller of the turbine. The shut-off element 4 for the water supply to the turbine is adjusted with the aid of the servo motor 11 depending on the position of the speed controller 10 via the balance beam linkage 12a to 12d.
The measuring element which responds to the water pressure in the tunnel, for example a pressure piston 5 directly influenced by the water, is located in the connecting tunnel 2. This pressure-dependent measuring element controls, with the cooperation of the oil pressure damping piston 6 and the return spring 7, regulating means which are used to keep the pressure constant Connecting tunnels are used where fluctuations in the water level in the water castle are avoided and the water level in the latter is stabilized.
In order to be able to keep the water level in the water lock constant with the help of the pressure-dependent measuring element, there are two types of regulation, depending on the type of load on the generator. various control means. If it is a predominantly engine load, then the adjustment of the Turbinenöff voltage is regulated by regulating means, as shown in FIG. If, on the other hand, it is a predominantly ohmic load (electric ovens, electrolysis systems, etc.), then the generator voltage is regulated by regulating means according to FIG.
In the pressure-dependent regulation of the turbine opening according to FIG. 1, the servomotor 11, which is influenced by the speed controller 10, for adjusting the shut-off element 4 is influenced in parallel by a control unit which is controlled by the measuring element 5.
This control unit consists of .dem potentiometer 9 and a potentiometer 13, as well as a polarized differential relay 14 excited by the voltage between the taps of the differential voltage occurring in the potentiometer and an auxiliary motor 15 controlled by this. The auxiliary motor influences via a gear and the rod 12e on the one hand the lever 16 with the grinding brush of the potentiometer 13 and on the other hand the servomotor 11 via the V-day bar 12e.
At the mpfungen of the potentiometer 9 are changed by a seated on the lever 8 grinding brush in dependence on the position of the measuring element.
If, for example, the pressure in the connecting tunnel 2 falls, then, according to FIG. 1, the measuring element 5 moves the grinding brush upwards on the potentiometer 9. As a result of the resulting differential voltage between the taps on potentiometers 9 and 13, the differential relay 14 responds and switches on the auxiliary motor 15.
On the one hand, the auxiliary motor adjusts the grinding brush of the potentiometer 13 until it assumes a position corresponding to the grinding brush on the potentiometer 9 and voltage 0 prevails between the taps of the potentiometer. On the other hand, the auxiliary motor 15 via the linkage 12e, 12c and 12d. as well as the servomotor 11 from the shut-off element 4 adjusted and thus the turbine opening is restricted.
If the water pressure is constant, the return spring 7 relaxes via the oil pressure damping 6, and the grinding brush of the potentiometer 9 is returned to the starting position corresponding to continuous operation, whereupon the potentiometer 13 also returns to its starting position. If the pressure remains constant, the frequency is automatically returned to its initial value in the manner described.
In the event of the pressure increase in the connecting tunnel 2, the servomotor 11 and thus the Turbinenöff voltage is influenced in an analogous manner with the aid of the measuring element 5 and the control unit 9, 13, 14, 15 operating in parallel with the speed controller of the turbine.
In order to be able to influence the turbine opening by hand independently of the speed controller .the turbine, an additional motor 17 is provided in Fig. 1, which can be applied to an auxiliary network by means of the switch 18 as required for right or left starting. The target frequency can be set in this way.
That way is. The pressure-dependent regulation of the turbine opening ensures that constant pressure fluctuations in the surge tank are avoided. This has the further great advantage that the dimensions of the water tower are reduced because of the stabilization of the water level and significant savings in construction costs can be achieved.
According to FIG. 2, vibrations of the water level in the surge tank are stabilized in that by means of a controller 21, e.g. B. a rolling sector regulator, the voltage of the generator 3 is regulated. In the example, the controller's measuring system is connected to the V position, it is connected to the generator terminals via voltage converter 19. The resistor 20 is used to set the voltage setpoint. The potentiometer 9 adjusted by the measuring element 5 is connected in series with this resistor.
The controller 21 feeds the exciter 22 as a function of the voltage of the generator 3. The exciter 23 supplies an auxiliary voltage.
If the pressure in the connecting tunnel 2 falls in this device, then part of the counter position of the potentiometer 9 is switched off with means of the measuring element 5 and thus the setpoint value of the voltage is reduced. As a result, the electrical load decreases, so that fluctuations in the water level are prevented. Due to the damping 6 and the spring 7, the nominal voltage is returned to its initial value when the pressure is constant in the permanent state.
Instead of the pressure of the water in the connection line from the surge tank to the turbine, the water level in the surge tank can easily be determined by remote measurement and, depending on this, the regulation can be carried out.