CH396644A - Verfahren und Einrichtung zum schnellen Inbetriebsetzen eines hydroelektrischen Maschinensatzes mit geregelter Wasserturbine - Google Patents

Description

  Verfahren und     Einrichtung    zum     schnellen        Inbetriebsetzen    eines     hydroelektrischen     Maschinensatzes     mit    geregelter     Wasserturbine       Die Erfindung     betrifft    ein Verfahren zum schnel  len     Inbetriebsetzen    eines hydroelektrischen Maschi  nensatzes mit geregelter Wasserturbine und eine Ein  richtung zur Durchführung des Verfahrens.  



  Speicherkraftwerke werden in der Regel zur     Dek-          kung    von Belastungsspitzen eingesetzt. Solche Bela  stungsspitzen treten oft plötzlich auf, besonders dann,  wenn andere     Maschinensätze    infolge von Schäden  oder Störungen im elektrischen Netz ausfallen. Um  ein Zusammenbrechen des Netzes zu vermeiden, ist  es dann notwendig, die Maschinensätze der Speicher  anlagen sehr schnell auf Leistungsabgabe an das  Netz zu bringen.  



  Stellt man beim Anfahren das     Einlassorgan    der  Turbine auf     Leerlauföffnung,    das heisst auf jene  Öffnung, bei der der Maschinensatz ohne Leistungs  abgabe auf     Netzfrequenz    gehalten wird, so ergibt  sich ein Verlauf der Drehzahl n in Funktion der  Zeit<I>t</I> etwa gemäss Kurve<I>a</I> von     Fig.    1. Die Dreh  zahl n nähert sich     asymptotisch    der Synchrondreh  zahl     n.    entsprechend der     Netzfrequenz.    Praktisch  wird     -diese    gemäss Punkt A nach     verhältnismässig     langer Zeit erreicht.  



  Das Anfahren kann zwar im unteren Drehzahl  bereich beschleunigt werden, indem das     Einlassor-          gan    auf grössere Öffnung, z. B. auf 50 % Öffnung, ge  bracht wird. Es ergibt sich aber auch dann insge  samt keine wesentliche     Verbesserung,        weil    die Re  gelung erst     verhältnismässig    spät     eingreift    und daher  nicht mehr genügend Zeit bleibt, um das     Einlassor-          gan    bis zum Erreichen der Netzfrequenz auf die       Leerlaufstellung    zurückzubringen.

   Es ist hierbei zu  bedenken, dass die Schliessgeschwindigkeit zwecks  Vermeidung von     Druckstoss    zu begrenzen ist. Die  Maschinendrehzahl überschreitet daher vorerst die    Synchrondrehzahl und schwingt erst in einer folgen  den Zeitspanne etwa gemäss Kurve b in     Fig.    1 auf  diese ein.  



  Diese Erscheinung ist bei den     Turbinen    von  Speicherkraftwerken besonders ausgeprägt, weil bei  diesen der Regler meist     mit    verhältnismässig kleiner  bleibender Regelabweichung oder sogar     annähernd          isodrom    eingestellt wird. Wie beispielsweise durch  Kurve c in     Fig.2    dargestellt ist, bedarf es dann  einer verhältnismässig geringen Drehzahlsenkung ge  genüber Leerlauf, damit der Regler die Öffnung     a.     des     Turbineneinlassorgans    von der Leerstellung     aoo     auf 100 % bringt.

   Dies ist erwünscht, um im norma  len Betrieb den Maschinen des Speicherkraftwerks  die Übernahme des Hauptanteils der Belastungs  schwankungen im elektrischen Netz zuzuweisen, ist  aber beim Anfahren der Turbine insofern nach  teilig, als der Regler, wie erwähnt, erst eingreift,     wenn     die Netzfrequenz schon nahezu erreicht ist, also  bei 50 %     Öffnung,    wie oben angenommen, im Punkt  P der     Fig.    2.

   Die zur     Stabilisierung    des Regelvorgan  ges     mit    Rücksicht auf den Druckstoss vorgesehene  nachgebende Rückführung bewirkt vom Punkt P aus       vorübergehend    einen Verlauf nach Kurve d in     Fig.    2  und das schon erwähnte     Überschwingen    der Dreh  zahl über die Netzfrequenz gemäss Kurve b der     Fig.l.       Das Verfahren gemäss dieser Erfindung er  möglicht nun ein wesentlich schnelleres     Inbetrieb-          setzen    eines     hydroelektrischen    Maschinensatzes mit  geregelter Wasserturbine, bei welcher die Regelein  richtung eine nachgebende Rückführung aufweist, da  durch,

   dass für die Dauer des     Anfahrvorganges    die       Nachstellzeit        (Isodromzeit)    der Rückführung auf un  endlich grossen Wert     eingestellt    wird.      Die Einrichtung zur     Durchführung    des Verfah  rens weist     erfindungsgemäss    ein während des An  fahrvorganges wirksames Steuerglied auf, welches in       seiner    Wirklage die     Nachstellzeit    der Rückführung  auf unendlich grossem Wert     hält.    Dieses Steuer  glied wird vorzugsweise mit dem Leistungsschalter  derart verbunden, dass es beim Einlegen des Lei  stungsschalters selbsttätig aus seiner Wirklage in  eine Lage gelangt,

   bei der die     Nachstellzeit    der  Rückführung den für den Netzbetrieb des Maschinen  satzes erforderlichen kürzeren Wert     annimmt.     



       Fig.3    zeigt ein     Ausführungsbeispiel    der erfin  dungsgemässen Einrichtung in vereinfachter Darstel  lung. Anhand dieses Ausführungsbeispiels wird im  folgenden auch das Verfahren erläutert.  



  Ein zur Betätigung des nicht dargestellten     Tur-          bineneinlassorgans    dienender     Stellmotorkolben    1 ist  als Stufenkolben ausgebildet.     Über    eine Leitung 2  mit Druck p zugeführte Druckflüssigkeit gelangt  einerseits in eine Kammer 3, wo sie die kleinere  Stirnfläche des Kolbens 1     beaufschlagt.    Ein Steuer  schieber 4 kann anderseits je nach seiner Stellung  den     Zufluss    von Druckflüssigkeit von der Leitung  2     in    eine     Kammer    5 freigeben,

       in    welcher die       Druckflüssigkeit    die grössere     Stirnfläche    des Kolbens  1     beaufschlagt,    oder auch Flüssigkeit aus der Kam  mer 5 abfliessen lassen. Der Steuerschieber 4 ist  am freien Ende eines Hebels 6     angelenkt.     



  Der Steuerschieber 4 steht unter dem Einfluss  der Drehzahl der     Turbine,    indem von einer nicht ge  zeigten Einrichtung aus über eine Leitung 7 ein  etwa zum Quadrate der Drehzahl n proportionaler  Flüssigkeitsdruck     p.    auf eine Kammer 8 bzw. auf  einen Belag 9 dieser Kammer 8 übertragen wird, der  über eine Stange 10 mit dem Hebel 6 verbunden ist.  



  Die Bewegung des Kolbens 1 wird auf     eine     Steuerwelle 11 übertragen, die ihrerseits über     einen     Nocken 12 und einen     Winkelhebel    13 mit Rolle 14  eine mit dem Hebel 6 verbundene Feder 15 in  einem von der Lage des     Steuermotorkolbens    1 ab  hängigen Mass spannt.  



  Mit dem Hebel 6 ist ferner das eine Ende einer  Feder 16 verbunden, welche über     ein    Zahnrad 17  mit von Hand     betätigbarem    Hebel 18 und eine  Zahnstange 19, an der das andere     Ende    der Feder  16 befestigt ist, gespannt werden kann.  



  Zur     Regeleinrichtung    gehört ferner ein Winkel  hebel 20, der am einen Ende mit einer Rolle 21 an  einem Nocken 22 der     Reglerwelle    11 anliegt und  dessen anderes Ende über eine Feder 23 mit einem  Belag 24 verbunden ist, der dem Flüssigkeitsdruck in  einer Kammer 25 ausgesetzt ist. Ein weiterer, dem  Flüssigkeitsdruck in der Kammer 25 ausgesetzter  Balg 26 steht über ein Gestänge 27, 28, 29 mit dem He  bel 6 in Verbindung. Eine Blende 30 stellt normaler  weise eine Verbindung zwischen der Kammer 25 und  einem der Atmosphäre ausgesetzten Flüssigkeitsraum  31 her.  



  Im stationären Betriebszustand befindet sich der  Steuerschieber 4     in    der     dargestellten    Lage. Die am    Hebel 6 angreifenden Kräfte sind im Gleichgewicht.  Eine Änderung der Drehzahl und damit eine Ände  rung des     Druckes    p" bedingt zur Aufrechterhal  tung des Gleichgewichtes eine entsprechend verän  derte Spannung der Feder 15 und damit eine ver  änderte Lage des     Stellmotorkolbens    1 und des mit  ihm verbundenen     Einlassorgans    der Turbine.

   Die       Rückführung    der Steuerung über den Winkelhebel  13 ergibt     eine    bleibende Statik     (P-Abweichung),    wie  sie durch die Kurve c der     Fig.    2 dargestellt ist.  



  Die Feder 16 mit den Teilen 17, 18, 19     bildet    eine       Drehzahlverstellvorrichtung.    Durch Veränderung der  Spannung der Feder 16 kann die Kurve c in     Fig.    2  nach unten oder nach oben verschoben werden.  



  Die Teile 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 be  wirken dagegen eine nachgebende Rückführung der  Steuerung. Bei einer Verschiebung des Stellmotor  kolbens 1 wird wohl die Feder 23 gespannt, wo  bei über die Flüssigkeit in der Kammer 25     eine     Kraftübertragung auf das Gestänge 27, 28, 29 und  weiter auf den Hebel 6 stattfindet. Die Verbindung  der Kammer 25 mit dem Raum 31 sorgt indessen  dafür, dass sich nach Ablauf einer gewissen Zeit  spanne in der Kammer 25 wieder der Atmosphären  druck     herstellt,    so dass die     Kraftwirkung    auf das  Gestänge 27, 28, 29 aufhört.

   Ein Mass für diese       Zeitspanne    bildet die     sogenannte        Nachstellzeit        (Iso-          dromzeit),    die vom Querschnitt der Blende 30, ab  hängig ist. Diese nachgebende Rückführung wirkt       grundsätzlich    in gleicher Weise auf den Hebel 6  wie die Rückführung durch den Winkelhebel 13  und die Feder 15. Sie ergibt eine vorübergehende  Regelabweichung (Statik), die in der Regel ein Viel  faches der bleibenden Statik oder     P-Abweichung     beträgt.  



  Um nun die durch die Erfindung erstrebte Wir  kung zu erhalten, ist bei der dargestellten Einrich  tung ein als Drehschieber ausgebildetes Steuerglied  32 mit Durchgangskanal 33 vorgesehen, welches die  Verbindung zwischen der Kammer 25 und dem Raum  31 zu unterbrechen ermöglicht. Ein zur Betätigung  des Drehschiebers 32     dienender    Hebel 34 wird nor  malerweise durch eine Feder 35 an einen Anschlag  36 gepresst, wobei der Drehschieber in einer Lage  gehalten wird, bei welcher der Kanal 33 die Ver  bindung zwischen der Kammer 25 und dem Raum  31 offenhält. Ein Elektromagnet 37 erlaubt dagegen,  den Hebel 34 entgegen der Wirkung der Feder 35  zu drehen und so den Drehschieber 32 in eine Wirk  lage zu bringen, bei welcher die Verbindung zwi  schen Kammer 25 und Raum 31 unterbrochen ist.  Ein Druckausgleich ist daher nicht mehr möglich.

    Die     Nachstellzeit    erhält somit einen unendlich grossen  Wert, und die vorübergehende Regelabweichung wird  damit zu einer bleibenden Regelabweichung, die sich       zu    jener addiert, die durch die Rückführung über  den     Winkelhebel    13 erhalten wird. Es ergibt sich  so anstelle der Kurve c insgesamt die Kurve e nach       Fig.    2.      Für die Dauer des     Anfahrens    des Maschinen  satzes wird nun der Elektromagnet 37 unter Strom  gesetzt. Durch entsprechende     Einstellung    des Reg  lers kann erreicht werden, dass sich die Kurven e  und c der     Fig.2    im     Leerlaufpunkt    Q schneiden.

    Wegen der erhaltenen beträchtlichen Vergrösserung  der bleibenden Statik     (P-Abweichung)    greift     nun     die Regeleinrichtung schon bei verhältnismässig tie  fer Drehzahl ein, so dass genügend Zeit verbleibt,  um das     Einlassorgan    bis zum Erreichen der Netz  frequenz auf     Leerlauföffnung    zu schliessen. Es ist  daher     möglich,    mit voller Öffnung     anzufahren,    und  es wird dann beispielsweise etwa nach Kurve f  der     Fig.    1 ohne     Überschwingen    der Drehzahl über  die Synchrondrehzahl bei B nach verhältnismässig  kurzer Zeit der     Leerlaufzustand    erreicht.

   Nach dem       Parallelschalten    des Maschinensatzes an das Netz  wird der Magnet 37 stromlos gemacht, so dass die  zusätzliche bleibende Statik wieder in eine vorüber  gehende Statik übergeht.  



  Es kann mit Vorteil eine Vorrichtung vorgesehen  werden, welche z. B. beim Einlegen des Leistungs  schalters den Stromdurchgang durch den Magneten  37 selbsttätig unterbricht, so dass dann das Steuer  glied 32 aus seiner Wirklage in die dargestellte Lage  zurückfällt, bei der die     Nachstellzeit    den für den  Netzbetrieb des Maschinensatzes erforderlichen Wert  annimmt.  



  Statt der beschriebenen hydraulischen Mittel kön  nen auch entsprechende elektrische Mittel mit glei  cher Wirkung angewendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum schnellen Inbetriebsetzen eines hydroelektrischen Maschinensatzes mit geregelter Wasserturbine, bei welcher die Regeleinrichtung eine nachgebende Rückführung aufweist, dadurch gekenn zeichnet, dass für die Dauer des Anfahrvorganges die Nachstellzeit der Rückführung auf unendlich gro ssem Wert gehalten wird.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfah rens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein während des Anfahrvorganges wirksames Steuer glied (32), welches in seiner Wirklage die Nachstell- zeit der Rückführung auf unendlich grossem Wert hält.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (32) mit dem Leistungsschalter derart verbunden ist, dass es beim Einlegen des Leistungsschalters selbsttätig aus seiner Wirklage in eine Lage gelangt, bei der die Nach stellzeit der Rückführung den für den Netzbetrieb des Maschinensatzes erforderlichen kürzeren Wert annimmt. 2. Einrichtung nach Patentanspruch II, bei wel cher die Nachstellzeit durch eine flüssigkeitsdurch strömte Drossel bestimmt ist, dadurch gekennzeich net, dass das Steuerglied (32) in seiner Wirklage die Drossel (30) völlig abgesperrt hält.