DE1426803C - Elektro hydraulische Regeleinrichtung mit einem auf eine Ventileinnchtung fur die Frischdampfzufuhr zu einer Dampfturbine einwirkenden Regler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektro-hydraulische Regeleinrichtung mit einem auf eine Ventileinrichtung für die Frisclidampfzufuhr 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 parallelgcschaltete Regelventile, die nacheinander betrieben werden. Die Regelventile werden zur. Regelung der Leistung der Turbine durch ein Stellglied verstellt. Um die Abhängigkeit des Dampfdiirchllusses 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 Dilferenzsignal 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 Regelventil 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 Mctallwände 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 viyläßt.

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« Zwischenüberhilzerdrucks, 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 Zwischuiüberhitzeileitung begründet, das bewirkt, daß sich ein dem Danipfdurchlluß unmittelbar hinter den RegelveiHilen entsprechender Dampfdruck am Hingang des Zwischenüberhitzers erst nach Ablauf einer endlichen Zeit einstellt. Diese Verzögerungszeit kann zur Folge haben, daß das Regelventil weiter ölfnet oder schließt, als es zur Ausregehiiig einer Regelabweichung erforderlich ist, weil sich das Islwei (signal wegen eier 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 Zwi-" schenüberhitzer angeschlossen;

b) der Dampfdruck wird am Eingang des Zwischenüberhitzers gemessen;

c) der elektrische Verstärker ist mit sehr hohem Verstärkungsfaktor und Rückführung ""ausgebildet; ■■',·■

d) der Frequenzgang der Rückführung hat die Form

1 + MS

H₁ --

1 + NS

wobei M und N Zeitkonstanten sind und 5 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 T₁₁ (Verzögerungszeit) der zeitlichen Abhängigkeit des Zwischenüberhitzerdrucks von der Stellung des Regelventils an der Hochdruckturbine — der Frequenzgang // dieser Abhängigkeit hat etwa die Form

TJ ,

— 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 /iC-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 /V eingestellt werden, während es mit Hilfe des mit den Spannungsteilern verbundenen Potentiometers möglich ist, die Übertragungsbeiwerte des Reglers und der Druckrückführung derart einzustellen, daß einerseits die Kompensation der Zcitkonstantcn T_K unterstützt wird und zum anderen der Übertragungsbeiwert zwischen Leistungssollwert

und Regelventilstellung konstant bleibt. Die Kon-. Form einer elektrischen Spannung vorgenommen

stanz des Übertragungsbeiwerts, also der Verstärkung und der Abweichung der Sollwert der Leistung über-

zwischen Leistungssollwert und Regelventilstellung lagert.

im stationären Zustand bei 5=0 ist vorteilhaft, weil Zur Vereinfachung der Beschreibung sei ange-

dadurch die Druckrückführung weggenommen wer- 5 nommen, daß der Regelventilsteller 24 den Dampf-

den kann, um den Druckrückführzweig bei Störun- zufluß zur Turbine steuert und daß die Drehzahl im

den reparieren zu können, ohne daß sich die Ventil- wesentlichen konstant ist. Daher wird normalerweise

stellung ändert, wenn der Sollwert konstant bleibt. eine unbedeutende Drehzahl-Regelabweichung auf

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an der Leitung 17 erscheinen, und die eigentliche Rege-, Hand der Zeichnungen beschrieben. . io lung des Generators wird mit Hilfe des Leistungs-• Fig; 1 ist eine schematische Darstellung eines reglers 18 durchgeführt, um den Anteil von der GeKraftwerks mit einer Zwischenüberhitzerturbinenan- samtleistung festzulegen, den der Generator an das lage und einer elektrohydraulischen Regeleinrich- Netz liefert. ■ tun«; . ··' . Fig. 2 zeigt das Signaliluß-Blockschaltbild der

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des 15 Turbinenanlage und der 'Regeleinrichtung für die

gesamten Kraftwerks; ■ Regelventile 3. Die Soll- und Istwerte der Drehzahl

Fig. 3 ist ein elektrisches Schaltbild des Netz- werden über Leitungen 30 und 31 geleitet und sub-

werks, das in der vorliegenden Ausführung zur Ab- träniert, so daß in einer Leitung 32 die Drehzahl-

wandlung der Größe dient; ■ Regelabweichung erscheint. Eine Multiplizierschal-

Fig. 4 ist das Blockschaltbild eines einfachen 20 tung 33 ändert diese Regelabweichung'entsprechend

Regelkreises als Hilfsdarstellung zur Erklärung; dem gewünschten Verlauf der Drehzahlregelung, wo-.

Fig. 5'bi;; 7 zeigen Übergangsfunktionen, wie sie bei die abgewandelte Drehzahl-Regelabweichung·-in

mit Hilfe des geschlossenen Kreises von F i g. 4 ge- einer Leitung 34 erscheint. -

maß der Erfindung erzielt werden können, und Wenn der erwähnte Generator auf ein Verbund-

Fig. 8 ist-eine graphische Darstellung verschie- 25 netz arbeitet, dann ist die Drehzahl-Regelabweichung

dener Regelventil-Ubergangsfunktionen und der dar- in der Leitung 34 nahezu Null, und die Bauteile 30

aus resultierenden Übergangsfunktion der Leistungs- bis 34 können außer acht gelassen werden. Die Lei-

abgabe eines typischen Turbinenkraftwerks der dar- '. stung der Turbine wird in .Abhängigkeit von d_'r über

gestellten Art. · eine Leitung 35 zugeführten Leistungsführungsgröße

Bei der Anlage nach Fig. 1 strömt Frischdampf 30 geregelt, indem sie zusammen mit einem Zwischenvon einer Überhitzerschlange. 1 durch ein Sperrven- Überhitzer-Dampfdrucksignal über eine Leitung 3Cj til 2 und ein oder mehrere Regelventile 3, die an eine und einem weiteren über eine Leitung 37 zurückgemeinsame Zuleitung 4 angeschlossen sind, in eine geführten Signal einem Verstärker G₁ zugeführt wird. Hochdruckstufe 5. Von der Hochdruckstufe 5 strömt Die Wirkung des Frequenzganges/Z₁ der Rückfühder Dampf durch eine Leitung 6 zu einem Zwischen- 35 rung des Verstärkers G₁ auf den gesamten Regelvorüberhitzer 7 und dann durch ein Zwischenüberhitzer- gang ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, ventil 8 und ein Sperrventil 9 in eine Mitteldruck- Die resultierende Regelventilstellgröße erscheint stufe 10. Dann strömt der Dampf durch eine Nieder- in einer Leitung 38 und wird .einem Regelventildruckstufe 11,. die zusammen mit der Hochdruck- steller G₂ zugeführt. Eine Größe, die der wahren stufe 5 und der Mitteldruckstufe 10 eine Last antreibt, 40 Stellung des Regelventils entspricht, kann über eine z. B. einen Generator 12. Ein Drehzahlmesser 13 Schaltung mit dem Frequenzgang H., zur Lineurisie-' führt' einem' Drehzahlregler 14 das Drehzahl-Ist- rung der Dampfströmung in Abhängigkeit von der wertsignal über eine Leitung 15 zu. Im Drehzahl- Regelventilstellgröße zurückgeführt werden. Die regler wird es mit einem Drehzahlsollwert 16 ver- Größe in der Leitung 39 entspricht der Regclventilglichen. Eine Regelabweichung der Drehzahlen wird 45 stellung und ein Signal in der Leitung 40 dem über eine Leitung 17 in einen Leistungsregler 18 ge- Dampfdruck, wobei die nichtlineare Abhängigkeit leitet, wo sie mit einer dem Sollwert der Leistung des Dampfdruckes von der Regelventilstellung durch entsprechenden Größe 19 verglichen und dann ab- den Block G., wiedergegeben wird. Der.Dampfdruck gewandelt, wird. Aus dem Leistungsregler 18 gehen in der Leitung 40 entspricht dem Dampfdruck unStellgrößen 20, 21 und 22 zu einem Sperrventilsteller 50 mittelbar hinter den Regelventilen 3. am Eingang der 23, einem Regelventilsteller 24 und einem Sperrven- Hochdruckstufe 5. Wenn der Dampf durch die tilsteller 25. Die Ventilsteller verstellen ihre jeweili- Hochdruckstufe 5 (Block G₁) strömt, dann wirkt gen Ventile, angedeutet durch die gestrichelten dieser Dampfdruck (Leitung 41) als Drehkraft auf Linien, in die gewünschte Stellung. den Läufer der Hochdruckstufe. Nach Durchlaufen

Als Hilfsregelgröße wird der Dampfdruck vor 55 der Hochdruckstufe 5 strömt der; Dampf in den

dem Zwischenüberhitzer 7 abgenommen und über Zwischenüberhitzer 7 und erscheint als Zwischen-

einc Leitung 26 dem Leistungsregler 18 zurückge- überhitzerdruck in der Leitung 42. Die. Verzöge-

führt. ' '' ' .'. rungszeiten, als Folge der relativ langen Zeitkon-

Die Ventilsteller können die Ventile proportional staute bis zur Ausbildung des Dampfdrucks im Zwi-

einer elektrischen Größe verstellen. Der Regelventil- 60 schenüberhitzer und in den Zwischenleitungen (in-

steller 24 enthält weitere Vorrichtungen, mit denen folge ihres Volumens), sind in den ,Frequenzgang G.

die Regelventile 3 nacheinander geöffnet werden. enthalten. Der Zwischenüberhitzerdruck, der den

Den Regelventilstelier 24 kann man sich auch als Mittel-und Niederdruckstui'eu 10 und 11, dargestellt

ein Regelventil mit einem nichtlinearen Verhalten . durch den Block G,., zugeführt wird, bewirkt eine

denken, bei dem eine Druckrückführung erforderlich 65 weitere Drehkraft (Leitung 43). .

ist. . Die Gcneratorlast wird als negative Drehkraft über

In den Drehzahl- und Leistungsreglern 14 und 18 die Leitung 44 eingeführt, und das Dilferen/drchwird ein Soll-Ist-Wert-Vergleich der Drehzahl in moment, auf Turbinen- und auf Generatorrotor

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

Da in erster Linie die Abhängigkeit der Rcgelventilstellungen von der Leistungsführungsgröße interessiert, kann Fig. 2 zu Fig. 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 Fig. 2. Die Ausgangsgröße C ist die Regelventilstellung (Leitung 39 in Fig. 2). Der Frequenzgang G stellt den Verstärker G₁ und die Rückführung mit dem Frequenzgang//, dar, und der Frequenzgang// entspricht dem Frequenzgang G. 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 G., und des Blocks,G₃ in Fig. 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 Fig. 3 ist ein elektronischer Verstärker stabiler Bauweise. Es handelt sich um einen breitbandigen Gleichspannungsverstärker hoher Verstärkung.

Die Eingangsgrößen des Verstärkers G₁ sind eine Gleichspannung au der Zuführung 50. die die Drehzahl-Regelabweichung darstellt, nachdem letztere dem gewünschten Regelvorgang der Regelventile (Leitung 34 in Fi 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 vqr 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 G, 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 Hingangsspannung 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 Abgrilf 59 \ erstellt zu werden braucht.

Die Lcitungsführungsgröße 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 Leitwer-te 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 iniler Zuführung 52 hervorruft, die die Höhe <Jer 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 Ädditionspunkt 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 A' 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 Ts, 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 Fig. 4 erläutert. Hier sind die Vorwärtsfrequenzgänge zu einem einzigen Frequenzgang G zusammengefaßt, und // ist der Frequenzgang der Druckrückführung. Die Ausgangsgröße dieses geschlossenen Kreises ist:

C- R ^G . (T)

.1-1- G//

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

7 8

gang H entfernt, dann ist die Ausgangsgröße einfach net (unter Vernachlässigung der Bauteile mit kleinen

r — ο r ■ O\ Zeitkonstanten) und hat einen Frequenzgang von der

^C ~ ^K' °' ^{Λ }} Form:

die Frequenzgänge G und H sind normalerweise rvo — 1 + M^ t(\
komplexe Größen. Da aber nur der stationäre Zu- 5 ^ ' \ +~MS ' .
stand interessiert, brauchen nur die Beträge betrachtet zu werden. Da die stationäre Verstärkung wobei N die Zeitkonstante des Vorhalts und M die mit und ohne Rückführung gleich sein soll, muß Verzögerungszeitkonstante ist.
Gleichung (1) wie folgt abgeändert werden: Die Schaltung H₁ enthält einen Widerstand 70

ίο parallel zur Reihenschaltung eines verstellbaren

C = RK . (3) Widerstandes 71 und eines Kondensators 72. Die

1 + GH Spannung, die dem Kondensator 72 zugeführt wird,

Hier ist K ein Faktor, mit dem die Eingangs- ^{wird von} <r^inem einstellbaren Widerstand 73 abgegröße R multipliziert wird und im stationären Zu- nommen, dessen unteres Ende über einen Widerstand eilt- ' ^{15 stan}d 74 an Masse hegt. Ein weiteres Potentiometer " ' /C=I-I- GH (4) 75 mit einem verstellbaren Abgriff 76 ist mechanisch

mit den Abgriffen 59 und 62 verbunden und dient

Dann bleibt die Ausgangsgröße C im stationären entweder dazu, den Widerstand 71 und den Kon-Zustand gleich, ob mit oder ohne Rückführung. densator 72 parallel zu dem Widerstand 70 zu schal-Selbstverständlich ist die Übergangsfunktion mit 20 ten oder den Einfluß dieser Bauteile auszuschalten, Rückführung anders als ohne, aber es interessiert je nachdem, ob der Drehknopf 65 für die Druckhier auch nur der stationäre Zustand. Deshalb kön- rückführung in die Stellung »EIN« oder in die nen die Widerstände 63, die die Druckrückführung Stellung »AUS« gebracht wird. Auch hier ist ein dämpfen, für einen bestimmten Wert des Frequenz- Schalter 77 vorgesehen, um den oberen Zweig der gangs G im Vorwärtskreis so gewählt werden, daß 25 Parallelschaltung schnell mit Masse zu verbinden,
die Forderung von Gleichung (4) erfüllt wird. Mit Der verstellbare Widerstand 71 ist mit einem Drehanderen Worten, zu jedem Wert von K gehört ein knopf 78 versehen, mit dem die Zeitkonstante N in entsprechender Wert des Frequenzgangs H. Der Gleichung (6) verändert werden kann. In ähnlicher Frequenzgang// und der Faktor K müssen ^gleich- Weise kann mit dem Drehknopf 79 des einstellbaren zeitig so geändert werden, daß die Ausgangsgröße C 30 Widerstandes 73 die Zeitkonstante M von Gleichung immer konstant bleibt. (6) eingestellt werden. Mit dem Drehknopf 78 kann Es kann auch gezeigt werden, daß, entsprechend die Zeitkonstante so eingestellt werden, daß sie naheder linearen Gleichung (4), die Stationärverstär- zu gleich der Zeitkonstanten T_R des Zwischenüber-

kun₂ <; bei jeder Stellung oder Verstellung der Ab- ^⁵ «t. Danach wird mit dem Drehknopf 79 die ■ *- R ^{3 b B} 35 Übergangsfunktion der Regelventil den Verandegriffe 59 und 62 konstant bleibt, wenn lineare Poten- rungen der Eingangsgröße und der Fähigkeit des tiometer verwendet werden. Somit kann also die Dampfkessels, den Lastschwankungen zu folgen, anRückführung stetig und stufenweise zugegeben oder gepaßt.

entfernt werden, ohne daß sich die Stationärverstär- Wird Gleichung (6) mit dem Faktor 3 und Gleikung der Turbine ändert. 40 chung (5) mit dem Faktor 2/3 multipliziert und das Wie schon erwähnt, erfolgt die Druckrückführung Ergebnis in Gleichung (1) eingesetzt; dann ergibt mit einer Zeitverzögerung entsprechend der relativ sich eine Stationärverstärkung von 1 für den Frelangen Zeitkonstante, mit der sich der Dampfdruck quenzgang des geschlossenen Kreises nach F i g. 4. im Zwischenerhitzer auf einen neuen stationären Zu- Wird als nächstes die Zeitkonstante N durch Verstand einstellt. Diese Zeitkonstante kann in der 45 stellen des Knopfes 78 gleich der Zeitkonstanten T_R Größenordnung von 3 bis 11 Sekunden liegen und des Zwischenüberhitzers gewählt, dann reduziert sich ist beträchtlich größer als die der elektronischen und die Stationärverstärkung des. geschlossenen Kreises hydraulischen Vorrichtungen zur Regelung der Tür- nach F i g. 4 zu:
bine. Der Frequenzgang H der Rückführung des

Dampfdrucks im Zwischenüberhitzer (F i g. 4) hat 50 ' _ ₌ _i "^" ^R (7)

etwa folgende Form: Rl + (M/3)5

1 + Γ "5' ' ' '' ' ■ Dieser Ausdruck hat einen konstanten Zähler, wie

^R schon erwähnt, und die Zeitkonstante M im Nenner

wobei die Übergangsfunktion in Operatorenform 55 kann mit dem Drehknopf 78 eingestellt werden. So-

dargestellt ist und worin T_R die Zeitkonstante des mit kann der Wert (M/3) kleiner als T_R eingestellt

Zwischenüberhitzers und S die komplexe Kreis- werden, so daß sich ein Vorhalt mit Verzögerung

frequenz als Variable ist. (PDT-Verhalten) ergibt, oder M/3 kann größer als

Um die Zeitkonstante T_R zu kompensieren, ist der T_R gemacht werden, wodurch sich eine Verzögerung

Verstärker G₁ mit einer Rückführung mit dem Fre- 60 mit Vorhalt (PP-Verhälten) ergibt. Wird die Zeit-

quenzgäng H₁ gemäß Fig. 3 versehen. Der Fre- konstante M so eingestellt, daß M/3 genau gleich T_R

quenzgang W₁ stellt für sich betrachtet einen Vorhalt wird, dann kürzen sich Zähler und Nenner weg, und

mit Verzögerung dar (PDT-Verhalten); wird er je- die Übergangsfunktion zeigt ein reines proportionales

doch in die Rückführung des Verstärkers G₁ ge- Verhalten. (Bezüglich der Begriffe PDT- und PP-

schaltet, so ergibt sich für den Frequenzgang des gc- 65 Verhalten siehe »Kleines Handbuch technischer

schlossenen Kreises eine Verzögerung mit Vorhalt Regelvorgänge« von W. Oppelt, 1960, S. 81,

(PP-Vcrhaltcn). Der geschlossene Kreis aus G₁- mit Bild 13,2.) Fig. 5 zeigt die Übergangsfünktion bei

H₁ in der Rückführung ist in Fig. 4 mit G bezeich- einem Einheitssprung der Eingangsgröße, wenn T_R

■',.-.■ ' · 109 630/36

kleiner als M/3 ist, wobei Gleichung (6) ein Übergangsverhalten 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

*-*-, und nähern sich dann langsam ihrem stationären Endwert.

F i g. 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 CJ₁ 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 (2)

1. 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 Hilfsregelgröije 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 (S) 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

   ^ηλ⁼ I ₊ 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. 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