DE1426803B2

DE1426803B2 - Elektro-hydraulische Regeleinrichtung mit einem auf eine Ventileinrichtung für die Frischdampfzufuhr zu einer Dampfturbine einwirkenden Regler

Info

Publication number: DE1426803B2
Application number: DE19631426803
Authority: DE
Inventors: Patrick Coleman; Eggenberger Markus Adrian; Malone Paul Edward; Troutman Paul Henry; Schenectady N.Y. Callan (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1962-04-23
Filing date: 1963-04-20
Publication date: 1970-12-23
Also published as: CH419182A; DE1426803A1; GB1037346A; FR1366007A; JPS5344603B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektro-hydraulische Regeleinrichtung mit einem auf eine Ventileinrichtung für die Frischdampfzufuhr zu einer Dampfturbine einwirkenden Regler, der von der Drehzahl als Regelgröße und einem Dampfdruck nach dem Auslaß einer Hochdruckstufe als Hilfsregelgröße beeinflußt wird, wobei einem elektrischen Verstärker eine aus der Regel- und der Hilfsregelgröße gebildete Eingangsgröße zugeführt wird und die Ausgangsgröße die Verstellung der Ventileinrichtung bewirkt.

Eine derartige Regeleinrichtung ist aus der USA.-Patentschrift 2 977 768 bekannt.

Bei einer mehrstufigen Dampfturbine sehr hoher Leistung ist die Hochdruckstufe gewöhnlich doppelwandig ausgebildet. Ferner enthält die Ventileinrichtung für die Regelung der Frischdampfzufuhr mehrere parallelgeschaltete Regelventile, die nacheinander betrieben werden. Die Regelventile werden zur Regelung der Leistung der Turbine durch ein Stellglied verstellt. Um die Abhängigkeit des Dampfdurchflusses durch ein Regelventil von dem dem Stellglied zugeführten Stellsignal zu linearisieren, ist es aus jener Patentschrift bekannt, die Ventilstellung zu messen, das Meßsignal vom Stellsignal zu subtrahieren (diesem gegenzukoppeln) und das Differenzsignal über ein Kompensationsnetzwerk dem Stellglied zuzuführen. Bei Verwendung mehrerer Regelventile ist es jedoch schwierig oder zumindest aufwendig, die Stellung aller Regelventile als Maß für den Gesamtdurchfluß durch alle Regelventile und mithin als Maß für den Dampfdruck oder die Leistung der Turbine zu messen, wenn man die Leistung regeln will. Der einfachste Weg ist der, den Gesamtdurchfluß oder Dampfdruck direkt zu messen. Dies ist jedoch unmittelbar hinter den Regelventilen nicht möglich, wenn alle Regelventile in getrennten Leistungen liegen. Der Dampfdruck (als Maß für den Durchfluß oder die Leistung) kann dann nur in oder hinter der Hochdruckstufe gemessen werden. Wenn die Hochdruckstufe doppelwandig ausgebildet ist und man nicht zwei Metallwände hindurchgehen will, ist die erste Stelle, an der der 'Dampfdruck durch eine einzige Wandung hindurch gemessen werden kann, die Stelle, an der der Dampf die Hochdruckstufe verläßt.

Wenn der Hochdruckstufe ein Zwischenüberhitzer nachgeschaltet ist, liegt diese Stelle am Eingang des Zwischenüberhitzers.

Gegen eine Messung des Dampfdruckes an dieser Stelle, also gegen eine Messung dieses sogenannten »kalten« Zwischenüberhitzerdrucks, als Istwertsignal für die Hilfsregelgröße spricht die Zeitverzögerung vom Augenblick einer Regelventilstellung bis zur Ausbildung des dem neuen Dampfdurchfluß entsprechenden Zwischenüberhitzerdrucks. Diese Zeitverzögerung ist hauptsächlich durch das große Volumen der Zwischenüberhitzerleitung begründet, das bewirkt, daß sich ein dem Dampfdurchfluß unmittelbar hinter den Regelventilen entsprechender Dampfdruck am Eingang des Zwischenüberhitzers erst nach Ablauf einer endlichen Zeit einstellt. Diese Verzögerungszeit kann zur Folge haben, daß das Regelventil weiter öffnet oder schließt, als es zur Ausregelung einer Regelabweichung erforderlich ist, weil sich das Istwertsignal wegen der Zeitverzögerung nicht so schnell ändert. Jedesmal ungefähr nach Ablauf der Verzögerungszeit tritt daher eine neue Regelabweichung mit umgekehrtem Vorzeichen auf, so daß der Regelkreis instabil wird und Dauerschwingungen oder sogar aufklingende Schwingungen ausführt, durch die Teile der Anlage zerstört werden können.

Es liegt die Aufgabe vor, wenn als Maß für die Hilfsregelgröße einer Dampfturbine der Dampfdruck am Eingang eines der Hochdruckstufe nachgeschalteten Zwischenüberhitzers gemessen wird, die nachteilige Beeinflussung der Stabilität des Regelkreises durch die Verzögerungszeit zu vermeiden, die hauptsächlich durch das große Volumen des Zwischenüberhitzers hervorgerufen wird.

Diese Aufgabe wird bei Regeleinrichtungen der eingangs angegebenen Art durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) an den Auslaß der Hochdruckstufe ist ein Zwischenüberhitzer angeschlossen;

b) der Dampfdruck wird am Eingang des Zwischenüberhitzers gemessen;

c) der elektrische Verstärker ist mit sehr Eöhem Verstärkungsfaktor und Rückführung ausgebildet;

d) der Frequenzgang der Rückführung hat die Form

1 + MS
ti. = ,

1 + NS

wobei M und N Zeitkonstanten sind und S die komplexe Kreisfrequenz ist;

e) die Zeitkonstanten M und N sind einstellbar;

f) vor dem Regler und in der Leitung für die Hilfsregelgröße liegen je ein einstellbarer Spannungsteiler.

Mit Hilfe der einstellbaren Zeitkonstanten M und N des Frequenzgangs der Rückführung des Verstärkers und mit Hilfe der einstellbaren Spannungsteiler ist es möglich, die Zeitkonstante T_K (Verzögerungszeit) der zeitlichen Abhängigkeit des Zwischenüberhitzerdrucks von der Stellung des Regelventils an der Hochdruckturbine — der Frequenzgang H dieser Abhängigkeit hat etwa die Form

H =

— derart zu kompensieren, daß der Regelkreis stabil bleibt und die Leistung der Turbine in Abhängigkeit von einer sprungartigen Änderung des Leistungssollwerts aperiodisch gedämpft ohne Überschwingungen diesem Sollwertsprung folgt.

Die Rückführung des Verstärkers ist vorzugsweise als ÄC-Schaltung ausgebildet, bei der Widerstände als Potentiometer ausgebildet sind und der Abgriff eines Widerstandes mit den Abgriffen der Spannungsteiler verbunden ist.

Mit Hilfe der nicht mit dem Spannungsteiler verbundenen Potentiometer können die Zeitkonstanten M und N eingestellt werden, während es mit Hilfe des mit den Spannungsteilern verbundenen Potentiometers möglich ist, die Ubertragungsbeiwerte des Reglers und der Druckrückführung derart einzustellen, daß einerseits die Kompensation der Zeitkonstanten T_R unterstützt wird und zum anderen der Übertragungsbeiwert zwischen Leistungssollwert

und Regelventilstellung konstant bleibt. Die Konstanz des Übertragungsbeiwerts, also der Verstärkung zwischen Leistungssollwert und Regelventilstellung im stationären Zustand bei S=O ist vorteilhaft, weil dadurch die Druckrückführung weggenommen werden kann, um den Druckrückführzweig bei S to runden reparieren zu können, ohne daß sich die Ventilstellung ändert, wenn der Sollwert konstant bleibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einer Zwischenüberhitzerturbinenanlage und einer elektrohydraulischen Regeleinrichtung;

F i g. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des gesamten Kraftwerks;

F i g. 3 ist ein elektrisches Schaltbild des Netzwerks, das in der vorliegenden Ausführung zur Abwandlung der Größe dient;

F i g. 4 ist das Blockschaltbild eines einfachen Regelkreises als Hilfsdarstellung zur Erklärung;

F i g. 5 bis 7 zeigen Übergangsfunktionen, wie sie mit Hilfe des geschlossenen Kreises von F i g. 4 gemäß der Erfindung erzielt werden können, und

F i g. 8 ist eine graphische Darstellung verschiedener Regelventil-Übergangsfunktionen und der daraus resultierenden Übergangsfunktion der Leistungsabgabe eines typischen Turbinenkraftwerks der dargestellten Art. r

Bei der Anlage nach F i g. 1 strömt Frischdampf von einer Überhitzerschlange 1 durch ein Sperrventil 2 und ein oder mehrere Regelventile 3, die an eine gemeinsame Zuleitung 4 angeschlossen sind, in eine Hochdruckstufe 5. Von der Hochdruckstufe 5 strömt der Dampf durch eine Leitung 6 zu einem Zwischenüberhitzer 7 und dann durch ein Zwischenüberhitzerventil 8 und ein Sperrventil 9 in eine Mitteldruckstufe 10. Dann strömt der Dampf durch eine Niederdruckstufe 11, die zusammen mit der Hochdruckstufe 5 und der Mitteldruckstufe 10 eine Last antreibt, z. B. einen Generator 12. Ein Drehzahlmesser 13 führt einem Drehzahlregler 14 das Drehzahl-Istwertsignal über eine Leitung 15 zu. Im Drehzahlregler wird es mit einem Drehzahlsollwert 16 verglichen. Eine Regelabweichung der Drehzahlen wird über eine Leitung 17 in einen Leistungsregler 18 geleitet, wo sie mit einer dem Sollwert der Leistung entsprechenden Größe 19 verglichen und dann abgewandelt wird. Aus dem Leistungsregler 18 gehen Stellgrößen 20, 21 und 22 zu einem Sperrventilsteller 23, einem Regelventilsteller 24 und einem Sperrventilsteller 25. Die Ventilsteller verstellen ihre jeweiligen Ventile, angedeutet durch die gestrichelten Linien, in die gewünschte Stellung.

Als Hilfsregelgröße wird der Dampfdruck vor dem Zwischenüberhitzer 7 abgenommen und über eine Leitung 26 dem Leistungsregler 18 zurückgeführt.

Die Ventilsteller können die Ventile proportional einer elektrischen Größe verstellen. Der Regelventilsteller 24 enthält weitere Vorrichtungen, mit denen die Regelventile 3 nacheinander geöffnet werden. Den Regelventilsteller 24 kann man sich auch als ein Regelventil mit einem nichtlineareh Verhalten denken, bei dem eine Druckrückführung erforderlich ist.

In den Drehzahl- und Leistungsreglern 14 und 18 wird ein Soll-Ist-Wert-Vergleich der Drehzahl in Form einer elektrischen Spannung vorgenommen und der Abweichung der Sollwert der Leistung überlagert.

Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, daß der Regelventilsteller 24 den Dampfzufluß zur Turbine steuert und daß die Drehzahl im wesentlichen konstant ist. Daher wird normalerweise eine unbedeutende Drehzahl-Regelabweichung auf der Leitung 17 erscheinen, und die eigentliche Regelung des Generators wird mit Hilfe des Leistungsreglers 18 durchgeführt, um den Anteil von der Gesamtleistung festzulegen, den der Generator an das Netz liefert.

F i g. 2 zeigt das Signalfluß-Blockschaltbild der Turbinenanlage und der Regeleinrichtung für die Regelventile 3. Die Soll- und Istwerte der Drehzahl werden über Leitungen 30 und 31 geleitet und subtrahiert, so daß in einer Leitung 32 die Drehzahl-Regelabweichung erscheint. Eine Multiplizierschaltung 33 ändert diese Regelabweichung entsprechend dem gewünschten Verlauf der Drehzahlregelung,_wobei die abgewandelte Drehzahl-Regelabweichung in einer Leitung 34 erscheint. *- ■

Wenn der erwähnte Generator auf ein Verbundnetz arbeitet, dann ist die Drehzahl-Regelabweichung In der Leitung 34 nahezu Null, und die Bauteile 30 bis 34 können außer acht gelassen werden. Die Leistung der Turbine wird in Abhängigkeit von der über eine Leitung 35 zugeführten Leistungsführungsgröße geregelt, indem sie zusammen mit einem Zwischenüberhitzer-Dampfdrucksignal über eine Leitung 36 und einem weiteren über eine Leitung 37 zurückgeführten Signal einem Verstärker G₁ zugeführt wird. Die Wirkung des Frequenzganges H₁ der Rückführung des Verstärkers G₁ auf den gesamten Regelvorgang ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung.

Die resultierende Regelventilstellgröße erscheint in einer Leitung 38 und wird einem Regelventilsteller G₂ zugeführt. Eine Größe, die der wahren Stellung des Regelventils entspricht, kann über eine Schaltung mit dem Frequenzgang H₂ zur Linearisierung der Dampfströmung in Abhängigkeit von der. Regelventilstellgröße zurückgeführt werden. Die Größe in der Leitung 39 entspricht der Regelventilstellung und ein Signal in der Leitung 40 dem Dampfdruck, wobei die nichtlineare Abhängigkeit des Dampfdruckes von der Regelventilstellung durch den Block G₃ wiedergegeben wird. Der Dampfdruck in der Leitung 40 entspricht dem Dampfdruck unmittelbar hinter den Regelventilen 3 am Eingang der Hochdruckstufe 5. Wenn der Dampf durch die Hochdruckstufe 5 (Block G₄) strömt, dann wirkt dieser Dampfdruck (Leitung 41) als Drehkraft auf den Läufer der Hochdruckstufe. Nach Durchlaufen der Hochdruckstufe 5 strömt der Dampf in den Zwischenüberhitzer 7 und erscheint als Zwischenüberhitzerdruck in der Leitung 42. Die Verzögerungszeiten, als Folge der relativ langen Zeitkonstante bis zur Ausbildung des Dampfdrucks im Zwischenüberhitzer und in den Zwischenleitungen (infolge ihres Volumens), sind in den Frequenzgang G₅ enthalten. Der Zwischenüberhitzerdruck, der den Mittel- und Niederdruckstufen 10 und 11, dargestellt durch den Block G₀, zugeführt wird, bewirkt eine weitere Drehkraft (Leitung 43).

Die Generatorlast wird als negative Drehkraft über die Leitung 44 eingeführt, und das Differenzdrehmoment, auf Turbinen- und auf Generatorrotor

(Block G₇) gegeben, liefert die wahre Turbinendrehzahl (Leitung 45).

Da in erster Linie die Abhängigkeit der Regelventilstellungen von der Leistungsführungsgröße interessiert, kann F i g. 2 zu F i g. 4 vereinfacht werden. Dort ist ein einfacher, geschlossener Kreis als Regeleinrichtung gezeigt. Die Eingangsgröße/? entspricht in erster Linie der über die Leitung 35 zugeführten Leistungsführungsgröße von F i g. 2. Die Ausgangsgröße C ist die Regelventilstellung (Leitung 39 in F i g. 2). Der Frequenzgang G stellt den Verstärker G₁ und die Rückführung mit dem Frequenzgang H₁ dar, und der Frequenzgang H entspricht dem Frequenzgang G₅ des Zwischenüberhitzers in F i g. 2. (Alle anderen Bauteile sind weggelassen, da ihre Zeitkonstanten im Vergleich zu den oben erwähnten relativ kurz sind. Mit anderen Worten, der Frequenzgang^ und die Frequenzgänge des Regelventilstellers G₂ und des Blocks G₃ in F i g. 2 sind vernachlässigt worden.)

Obwohl die Eingangsgröße R bei der vereinfachten Darstellung nach F i g. 4 als Führungsgröße der Leistung betrachtet wird, kann sie auch eine Regelabweichung der Drehzahl sein, die infolge von Laständerungen des einzelnen Generators oder infolge einer Änderung der Frequenz des Verbundnetzes auftreten kann.

Der Verstärker G₁ nach F i g. 3 ist ein elektronischer Verstärker stabiler Bauweise. Es handelt sich um einen breitbandigen Gleichspannungsverstärker hoher Verstärkung.

Die Eingangsgrößen des Verstärkers G₁ sind eine Gleichspannung an der Zuführung 50, die die Drehzahl-Regelabweichung darstellt, nachdem letztere dem gewünschten Regelvorgang der Regelventile (Leitung 34 in F i g. 2) angepaßt worden ist, und eine Gleichspannung an der Zuführung 51 (Leitung 35 in F i g. 2), die der gewünschten Leistung der Turbine nach Erreichen der richtigen Drehzahl entspricht.

Eine weitere Eingangsgröße des Verstärkers G₁ ist der in Form einer Gleichspannung an der Zuführung 52 zurückgeführte Dampfdruck vor dem Zwischenüberhitzer. Der Dampfdruck vor dem Zwischenüberhitzer wird über ein Rohr 53 einem Meßumformer 54 zugeführt, der den Dampfdruck in eine proportionale Gleichspannung umformt.

Die Regelabweichung in der Zuführung 50 wird über eine Parallelschaltung aus Widerständen 56 und 57 einem Additionspunkt 55 des Verstärkers G₁ zugeführt. Ein Spannungsteiler 58 liegt in Masse und hat einen verstellbaren Abgriff 59. Letzterer dient dazu, die Widerstände 57 voll zu den Widerständen 56 parallel zu schalten oder ihren Einfluß auf die Eingangsspannung zu verringern, indem der Abgriff 59 entweder nach oben oder nach unten verschoben wird. Wird der Abgriff 59 nach unten verschoben, dann hat die Eingangsspannung in der Zuführung 50 einen Strom zur Folge, der von der Größe der Widerstände 56 und 57 bestimmt wird. Ein weiterer Erdungsschalter 60 kann dazu dienen, den Einfluß der Widerstände 57 sofort zu verringern, ohne daß der Abgriff 59 verstellt zu werden braucht.

Die Leitungsführungsgröße in der Zuführung 51 wird ebenfalls über eine ähnliche, einstellbare Widerstandsschaltung dem Additionspunkt 55 zügeführt. Da die Widerstände hier auch die gleichen Funktionen in bezug auf die Eingangsgröße an der Zuführung 51 haben, wie sie soeben für die Eingangsgröße an der Zuführung 50 beschrieben wurden, sind sie auch mit den gleichen Ziffern versehen und bedürfen keiner weiteren Erklärung.

Die Widerstände 56 und 57 sind so gewählt worden, daß die Leitwerte zwischen den Zuführungen 50 und 51 und dem Additionspunkt 55, wenn sich die Abgriffe 59 in der oberen Stellung befinden, ein bestimmtes Vielfaches der Leitwerte zwischen den Zuführungen 50 und 51 und dem Additionspunkt 55 betragen, wenn sich die Abgriffe in der unteren Stellung befinden. Dieses Vielfache, hier mit K bezeichnet, stellt einen Faktor dar, um den die Eingangsgrößen der Zuführungen 50 und 51 am Additionspunkt 55 vergrößert sind, wenn sich die Abgriffe 59 in der oberen Stellung statt in der unteren Stellung befinden.

Die Druckrückführungsgröße in der Zuführung 52 hat ein solches Vorzeichen in bezug auf die Größen in den Zuführungen 50 und 51, daß eine Erhöhung des Dampfdrucks im Zwischenüberhitzer infolge einer Vergrößerung der Ventilöffnung durch ein Ansteigen der Größen 50 und 51 eine solche Größe in 3er Zuführung 52 hervorruft, die die Höhe der Verstärker-Eingangsgröße am Additionspunkt 55 zu vermindern sucht. Der Einfluß dieser negativen Rückführung wird durch den Spannungsteiler 61 bzw. den Abgriff 62 und durch die Widerstände 63 vor dem Additionspunkt 55 bestimmt. Befindet sich der Abgriff 62 in der oberen Stellung, dann erfolgt die Rückführung über die Widerstände 63 zum Additionspunkt 55. Dagegen liegt keine Rückführung vor, wenn sich der Abgriff 62 in der unteren Stellung befindet. Die Widerstände 63 sind im Hinblick auf den Faktor £ so gewählt, daß die Verstärkung in bezug auf die Eingangsgröße im stationären Zustand nahezu konstant bleibt, gleichgültig, ob der Kreis offen oder geschlossen ist oder sich in einer Zwischenstellung befindet. Auch hier ist ein Erdungsschalter 64 vorgesehen, um die Rückführung schnell abzuschalten.

Die Abgriffe 59 und 62 sind miteinander gekoppelt, so daß sie mit einem einzigen Drehknopf 65 betätigt werden können.

Die eben beschriebene Vorrichtung gestattet es, die Druckrückführung wirksam oder unwirksam werden zu lassen oder jedes gewünschte Verhältnis der Rückführung einzustellen, ohne die Stationärverstärkung des Generators wesentlich zu beeinflussen oder ohne daher die Leistung des Generators wesentlich zu verändern, während er das Netz speist. Mit konstanter Stationärverstärkung ist gemeint, daß eine Verstellung der Leistungsführungsgröße auch den gewünschten Wert der Leistung des Generators zur Folge hat, nachdem der Übergangsvorgang abgeklungen ist, gleichgültig, ob eine Rückführung vorliegt oder nicht.

Die Vorrichtung, durch die die Rückführung des Dampfdrucks im Zwischenerhitzer entfernt und hinzugefügt wird, sei an Hand von F i g. 4 erläutert. Hier sind die Vorwärtsfrequenzgänge zu einem einzigen Frequenzgang G zusammengefaßt, und H ist der Frequenzgang der Druckrückführung. Die Ausgangsgröße dieses geschlossenen Kreises ist:

C = R- . (1)

1 + GH

R ist die veränderliche Eingangsgröße. Ist der Kreis geöffnet, d. h. die Druckrückführung mit Frequenz-

gang H entfernt, dann ist die Ausgangsgröße einfach C = R-G^- (T\

die Frequenzgänge G und H sind normalerweise komplexe Größen. Da aber nur der stationäre Zustand interessiert, brauchen nur die Beträge betrachtet zu werden. Da die stationäre Verstärkung mit und ohne Rückführung gleich sein soll, muß Gleichung (1) wie folgt abgeändert werden:

C = RK

1 + GT?

Hier ist K ein Faktor, mit dem die Eingangsgröße R multipliziert wird und im stationären Zustand gilt:

K = I+ GH. (4)

Dann bleibt die Ausgangsgröße C im stationären Zustand gleich, ob mit oder ohne Rückführung. Selbstverständlich ist die Übergangsfunktion mit Rückführung anders als ohne, aber es interessiert hier auch nur der stationäre Zustand. Deshalb kön-■) nen die Widerstände 63, die die Druckrückführung dämpfen, für einen bestimmten Wert des Frequenzgangs G im Vorwärtskreis so gewählt werden, daß die Forderung von Gleichung (4) erfüllt wird. Mit anderen Worten, zu jedem Wert von K gehört ein entsprechender Wert des Frequenzgangs H. Der Frequenzgang H imd der Faktor K müssen gleichzeitig so geändert werden, daß die Ausgangsgröße C immer konstant bleibt.

Es kann auch gezeigt werden, daß, entsprechend der linearen Gleichung (4), die Stationärverstär-

kung -v bei jeder Stellung oder Verstellung der Abgriffe 59 und 62 konstant bleibt, wenn lineare Potentiometer verwendet werden. Somit kann also die Rückführung stetig und stufenweise zugegeben oder entfernt werden, ohne daß sich die Stationärverstärkung der Turbine ändert.

Wie schon erwähnt, erfolgt die Druckrückführung mit einer Zeitverzögerung entsprechend der relativ langen Zeitkonstante, mit der sich der Dampfdruck im Zwischenerhitzer auf einen neuen stationären Zustand einstellt. Diese Zeitkonstante kann in der Größenordnung von 3 bis 11 Sekunden liegen und ist beträchtlich größer als die der elektronischen und hydraulischen Vorrichtungen zur Regelung der Turbine. Der Frequenzgang H der Rückführung des Dampfdrucks im Zwischenüberhitzer (F i g. 4) hat etwa folgende Form:

H (S) = -— , (5)

1 + T_RS

wobei die Ubergangsfunktion in Operatorenform dargestellt ist und worin T_R die Zeitkonstante des Zwischenüberhitzers und 5 die komplexe Kreisfrequenz als Variable ist.

Um die Zeitkonstante T_R zu kompensieren, ist der Verstärker G₁ mit einer Rückführung mit dem Frequenzgang H₁ gemäß F i g. 3 versehen. Der Frequenzgang H₁ stellt für sich betrachtet einen Vorhalt mit Verzögerung dar (PDT-Verhalten); wird er jedoch in die Rückführung des Verstärkers G₁ geschaltet, so ergibt sich für den Frequenzgang des geschlossenen Kreises eine Verzögerung mit Vorhalt (PP-Verhalten). Der geschlossene Kreis aus G₁ mit H₁ in der Rückführung ist in F i g. 4 mit G bezeichnet (unter Vernachlässigung der Bauteile mit kleinen Zeitkonstanten) und hat einen Frequenzgang von der Form:

. I + NS .,.

^v-V ι -f MS '

wobei TV die Zeitkonstante des Vorhalts und M die Verzögerungszeitkonstante ist.

Die Schaltung H₁ enthält einen Widerstand 70 ίο parallel zur Reihenschaltung eines verstellbaren Widerstandes 71 und eines Kondensators 72. Die Spannung, die dem Kondensator 72 zugeführt wird, ^{wird von} J^nem einstellbaren Widerstand 73 abgenommen, dessen unteres Ende über einen Wider^stanc* 74 an Masse hegt. Ein weiteres Potentiometer ^ ^m^ ^e*^nem verstellbaren Abgriff 76 ist mechanisch mit den Abgriffen 59 und 62 verbunden und dient entweder dazu, den Widerstand 71 und den Kondensator 72 parallel zu dem Widerstand 70 zu schalten oder den Einfluß dieser Bauteile auszuschalten, je nachdem, ob der Drehknopf 65 für die Druckrückführung in die Stellung »EIN« oder in die Stellung »AUS« gebracht wird. Auch hier "ist ein Schalter 77 vorgesehen, um den oberen Zweig der Parallelschaltung schnell mit Masse zu verbinden.

Der verstellbare Widerstand 71 ist mit einem Drehknopf 78 versehen, mit dem die Zeitkonstante N in Gleichung (6) verändert werden kann. In ähnlicher Weise kann mit dem Drehknopf 79 des einstellbaren Widerstandes 73 die Zeitkonstante M von Gleichung (6) eingestellt werden. Mit dem Drehknopf 78 kann die Zeitkonstante so eingestellt werden, daß sie nahezu gleich der Zeitkonstanten T_R des Zwischenüberf£^zers «t. Danach wird mit dem Drehknopf 79 die Ubergangsfunktion der Regelventile den Veranderungen der Eingangsgröße und der Fähigkeit des Dampfkessels, den Lastschwankungen zu folgen, angepaßt.

Wird Gleichung (6) mit dem Faktor 3 und Gleichung (5) mit dem Faktor 2/3 multipliziert und das Ergebnis in Gleichung (1) eingesetzt, dann ergibt sich eine Stationärverstärkung von 1 für den Frequenzgang des geschlossenen Kreises nach F i g. 4. Wird als nächstes die Zeitkonstante N durch Verstellen des Knopfes 78 gleich der Zeitkonstanten T_R des Zwischenüberhitzers gewählt, dann reduziert sich die Stationärverstärkung des geschlossenen Kreises nach F i g. 4 zu:

1 + ?flS
1 + (M/3) 5

Dieser Ausdruck hat einen konstanten Zähler, wie schon erwähnt, und die Zeitkonstante M im Nenner kann mit dem Drehknopf 78 eingestellt werden. Somit kann der Wert (M/3) kleiner als T_R eingestellt werden, so daß sich ein Vorhalt mit Verzögerung (PDT-Verhalten) ergibt, oder M/3 kann größer als T_R gemacht werden, wodurch sich eine Verzögerung mit Vorhalt (PP-Verhalten) ergibt. Wird die Zeitkonstante M so eingestellt, daß M/3 genau gleich T_R wird, dann kürzen sich Zähler und Nenner weg, und die Übergangsfunktion zeigt ein reines proportionales Verhalten. (Bezüglich der Begriffe PDT- und PP-Verhalten siehe »Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge« von W. O ρ pelt, 1960, S. 81, Bild 13,2.) F i g. 5 zeigt die Übergangsfunktion bei einem Einheitssprung der Eingangsgröße, wenn T_R

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kleiner als M/3 ist, wobei Gleichung (6) ein Ubergangsverhalten mit Verzögerung und Vorhalt (PP-Verhalten) liefert und die Regelventilstellung

sofort auf den Wert springt und dann langsam

auf den Endwert ansteigt.

Fig. 6 zeigt die umgekehrte Situation. Hier ist die Zeitkonstante T_R des Zwischenüberhitzers größer als M/3, was charakteristisch ist für einen Vorhalt mit Verzögerung (PDT-Verhalten). Jetzt öffnen sich die Regelventile sprungartig weiter als bis auf einen Wert, der ihrer Endstellung entspricht, wieder

-jjjfr» und nähern sich dann langsam ihrem stationären .Endwert.

Fig. 7 zeigt den Fall, daß T_R gleich M/3 ist. In diesem Fall öffnen sich die Regelventile sofort sprungartig bis auf ihren Endwert.

Natürlich stellen die Fig. 5, 6 und 7 ideale Verhältnisse dar, unter Vernachlässigung der kurzen Zeitkonstanten im Regelkreis. Das wirkliche Übergangsverhalten des Regelventils infolge einer sprunghaften Änderung der Führungsgröße für die Leistung drückt sich in etwa mehr abgerundeten Kurven aus und könnte z. B. durch die Kurven 80, 81 und 82 in Fig. 8 dargestellt werden, die jeweils den Fig. 5 bis 7 entsprechen. An der Kurve 82 erkennt man, daß infolge eines Sprungs der Führungsgröße für die Leistung die Regelventile sofort in die neue Stellung entsprechend dem Führungssprung gehen, wobei sich der Druck in der ersten Stufe nahezu sprungartig ändert (unter Vernachlässigung der relativ kleinen Zeitkonstanten des hydraulischen Ventilstellmotors und der elektronischen Bauteile). An dem Übergangsverhalten der Kurve 83, angedeutet durch eine durchgehende Linie, zeigt sich zunächst ein sprunghafter Anstieg, der dem Anteil der Leistung entspricht, die von der Hochdruckstufe aufgebracht wird, um dann etwas langsamer anzusteigen, so wie sich der Dampfdruck im Zwischenüberhitzer ausbildet und zusätzliche Leistung von der Mitteldruck- und Niederdruckstufe abgegeben wird.

Die Kurve 81 ergibt sich infolge einer Verstellung des Drehknopfes 79 in der Rückführung des Verstärkers G₁, so daß das Regelventil überschwingt und dann allmählich auf den neuen Wert zurückgeht. Den entsprechenden Verlauf der Leistung veranschaulicht die gestrichelte Linie 84, und man erkennt, daß die Hochdruckstufe während des plötzlichen Anfangssprungs der Leistungskurve sofort einen größeren Anteil der Leistung übernimmt, und daß die Leistung wie vorher ansteigt, so wie sich der Dampfdruck im Zwischenüberhitzer ausbildet.

Die Kurve 80 zeigt, daß die Bewegungen des Regelventils etwas gedämpft sind, während sie sich ihrem neuen Wert nähern, und die entsprechende Leistungskurve 85 zeigt ein etwas langsameres Ansteigen der Leistung.

Man erkennt also, daß durch eine Einstellung der Rückführung des Verstärkers G₁ am Drehknopf 79 die Leistungskurven 83, 84 und 85 so eingestellt werden können, daß sie mit der Leistungsfähigkeit des Frischdampfkessels bei sprunghaften Laständerungen vereinbar sind.

Obwohl sich die vorangehende Beschreibung auf Änderungen der Leistungsführungsgröße bezieht, die getrennt von der Drehzahlregelabweichung eingegeben wird, gehört es auch zur Erfindung, wenn als Eingangsgröße nur eine Drehzahlregelabweichung auftritt, wenn also der Generator unabhängig läuft, d. h. kein äußeres Netz speist, das andere Generatoren enthält, die ihre Drehzahl konstant halten. Die Übergangsfunktion der Regelventile ist in diesem Fall die gleiche wie vorher, nur daß die Eingangsgröße eine Regelabweichung infolge eine Drehzahländerung ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektro-hydraulische Regeleinrichtung mit einem auf eine Ventileinrichtung für die Frischdampfzufuhr zu einer Dampfturbine einwirkenden Regler, der von der Drehzahl als Regelgröße und einem Dampfdruck nach dem Auslaß einer Hochdruckstufe als Hilfsregelgröße beeinflußt wird, wobei einem elektrischen Verstärker eine aus der Regel- und der Hilfsregelgröße gebildete Eingangsgröße zugeführt wird und die Ausgangsgröße die Verstellung der Ventileinrichtung bewirkt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen:

a) an den Auslaß der Hochdruckstufe (5) ist ein Zwischenüberhitzer (7) angeschlossen;

b) der Dampfdruck wird am Eingang des Zwischenüberhitzers (7) gemessen;

c) der elektrische Verstärker (G₁) ist mit sehr hohem Verstärkungsfaktor und Rückführung ausgebildet;

d) Der Frequenzgang der Rückführung hat die Form

1 + MS

^Hl ⁼ 1 + NS '

wobei M und N Zeitkonstanten sind und S die komplexe Kreisfrequenz ist;

e) die Zeitkonstanten M und N sind einstellbar;

f) vor dem Regler (G) und in der Leitung für die Hilfsregelgröße liegen je ein einstellbarer Spannungsteiler (58, 61).

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung mit dem Frequenzgang (H₁) des Verstärkers (G₁) als /?C-Schaltung ausgebildet ist, bei der Widerstände (71, 73, 75) als Potentiometer ausgebildet sind und der Abgriff (76) eines Widerstandes (75) mit den Abgriffen (59, 62) der Spannungsteiler (58, 61) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen