DE19860617C1

DE19860617C1 - Verfahren zum Anfahren eines Maschinensatzes, umfassend eine Pumpturbine und einen Motorgenerator

Info

Publication number: DE19860617C1
Application number: DE19860617A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Kopf; Lars Meier
Original assignee: Voith Hydro GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Hydro Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2018-12-30
Also published as: AU1983700A; WO2000039458A1; CN1334902A; CN1119525C

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Maschinensatzes, umfassend eine Pumpturbine und einen Motorgenerator, mit den Merkmalen, daß die Strömung im Druckrohr der Turbine verzögert wird um einen Druckanstieg im Druckrohr zu erzeugen, wobei der Maschinensatz synchronisiert wird, das heißt, es werden die Phasen von Generator- und Netzspannung in Übereinstimmung gebracht. DOLLAR A Gemäß der Erfindung wird vorgesehen, daß der Maschinensatz durch Einspeisen von elektrischer Energie in das Netz belastet und wenigstens einzelne oder alle Leitschaufeln zum Zwecke der Druckerhöhung wenigstens teilweise geschlossen werden und dabei wenigstens annähernd gleichzeitig mit der Verzögerung der Strömung im Druckrohr die Generatorbremse betätigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Merkmal 1 von Anspruch 1.

Das Kennfeld einer solchen Turbine wird meist in einem Diagramm dargestellt, bei dem der Einheitsdurchfluß Q1' über der Einheitsdrehzahl n1' aufgetragen wird. Bei vielen Pumpturbinen sind die Kennlinien, d. h. die Linien der Leitschaufelöffnungen, S-förmig gekrümmt. Diese S-förmige Krümmung ist besonders stark im Leerlaufbereich des Kennfeldes sowie im extremen Teillastbereich, außerdem beim Übergang vom Phasenschieben zum Turbinenbetrieb. Dies führt dazu, daß in diesen Bereichen bei großen Werten von n1' - d. h. bei kleiner Fallhöhe - ein stabiler stationärer Betrieb nicht möglich ist. Dies kann in Extremfällen sogar zu Folgendem führen: Will man den aus Turbine und Motorgenerator bestehenden Maschinensatz synchronisieren und belasten, so ist dies nicht möglich, weil nämlich die Turbine in den Bremsbetrieb oder sogar in den Rückwärtspumpbetrieb gelangt.

Als Abhilfe hat man versucht, die instabilen Kennfeldbereiche zu meiden. Dies kann dadurch geschehen, daß man das Absperrorgan nur teilweise öffnet, was bereits im Leerlauf größere Leitschaufelöffnungen notwendig macht. Damit ist ein erhöhter Verschleiß am Absperrorgang verbunden. Auch hat man schon versucht, durch asymmetrische Einstellung der einzelnen Leitschaufeln das Maschinenkennfeld selbst temporär zu verändern. Diese Lösung setzt voraus, daß die Leitschaufeln asymmetrisch einstellbar sind. Bei Maschinen, die nur einen Leitradring haben, aber keine Leitrad- Einzelservomotorsteuerung, ist diese Lösung nur mit großem Aufwand verwirklichbar.

DE 29 35 480 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Pumpenturbine zwischen Teillast- und Rückwärtspumpenbetrieb. Dabei geht es darum, die Kennlinien der Pumpenturbine beim Anfahren auf eine stabile Charakteristik zu bringen. Die Lösung besteht darin, daß wenigstens vorübergehend wenigstens eine Leitschaufel aus dem synchronen Verband herausgenommen und vorgeöffnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Maschinensatz, umfassend eine Pumpturbine und einen Motorgenerator, problemlos angefahren werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Turbine in den Bremsbetrieb oder in den Rückwärtspumpbetrieb übergeht, ferner ohne erhöhte Verschleißgefahr sowie ohne besonderen mechanischen oder elektrischen Aufwand.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfinder haben folgendes erkannt:

Die genannte S-Charakteristik der Linien konstanter Leitschaufelöffnungen ist bei großer Netto-Fallhöhe nur schwach ausgeprägt oder überhaupt nicht vorhanden. Es muß somit dafür gesorgt werden, die Turbine wenigstens vorübergehend in diesen Kennfeldbereich zu bringen. Gemäß der Erfindung geschieht dies dadurch, daß die Netto-Fallhöhe vorübergehend zu einem scharfen Anstieg gebracht wird. Dies kann durch plötzliches Verzögern der im Druckrohr strömenden Wassermassen geschehen. Die Verzögerung der Strömung führt zwangsläufig zu einem plötzlichen Druckanstieg oberhalb der Maschine, und damit zu einem Erhöhen der Netto-Fallhöhe.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zustand sodann unverzüglich ausgenutzt, in dem der Maschinensatz synchronisiert wird.

Anschließend wird der Maschinensatz durch Öffnen des Leitapparates belastet. Dies hat zur Folge, daß der Durchfluß vergrößert und Energie in das Netz eingespeist wird. Der Arbeitspunkt muß dabei soweit verschoben werden, daß nach Abklingen des Druckstoßes, d. h. nach Rückkehr zur ursprünglichen Fallhöhe, der kritische Kennfeldbereich verlassen wurde.

Die Zeitspanne zum Durchführen des Synchronisierens und Belastens ist nicht sehr groß. Sie beträgt in der Regel eins bis zwei Sekunden. Die Vorgänge müssen demgemäß schnell erfolgen. Deshalb ist es zweckmäßig, das Synchronisiergerät in den Turbinenregler zu integrieren.

Ferner ist es zweckmäßig, den genannten Druckstoß durch Verstellen der Leitschaufeln zu erzeugen. Demgemäß wird der Anstellwinkel der Leitschaufeln kurzzeitig verringert und damit die Strömung im Druckrohr verzögert.

Umfaßt eine Anlage zwei oder mehrere Maschinensätze, so kann man die Netto-Fallhöhe auch dadurch temporär verändern, das man den Arbeitspunkt eines benachbarten Maschinensatzes, der an dieselbe Druckrohrleitung angeschlossen ist, verändert.

Beim Synchronisieren nach dem Erzeugen des Druckstoßes ist folgendes zu beachten: Die erzeugte Druckwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit, (das heißt mit einer Geschwindigkeit von rund 1200 m/s) in der Druckrohrleitung aus, ausgehend von den Leitschaufeln. Die Druckwelle wird an Unstetigkeitsstellen (Querschnittsänderungen, Behältern usw.) reflektiert und kehrt mit negativer Amplitude zurück. Dies führt nach der sogenannten Reflexionszeit zu einer Absenkung der Netto-Fallhöhe gegenüber dem ursprünglichen Wert führen. Dies bedeutet, daß für den gesamten Vorgang (Synchronisieren und Belasten) maximal die halbe Reflexionszeit zur Verfügung steht. Es ist somit bezüglich des Synchronisierens und Belastens Eile geboten.

Auch bei der Auswahl des Synchronisiergerätes ist auf diesen Sachverhalt Bedacht zu nehmen. Heute übliche Synchronisiergeräte arbeiten meist mit sehr geringen Phasen-Änderungsgeschwindigkeiten zwischen den Spannungssystemen von Motorgenerator und Netz. Es vergeht somit eine relativ große Zeitspanne, bis Generatorspannung und Netzspannung in Phase sind und bis der Leistungsschalter geschlossen werden kann. Deshalb muß ein leistungsfähiges Synchronisiergerät verwendet werden, das - wie oben erwähnt - in den Turbinenregler integriert wird.

Weitere praktische Maßnahmen empfehlen sich im Rahmen der Erfindung:

- Vorausberechnung von Druck-, Drehzahl- und Phasenverlauf
- gleichzeitige Überwachung sämtlicher relevanter hydraulischer und elektrischer Größen
- Steuern der Leitschaufelstellung in einer Weise, daß die Vergrößerung der Netto-Fallhöhe und die Synchronisierung gleichzeitig erfolgen können
- Einsetzen der Generatorbremse als unterstützendes Element, um ein Gegenmoment und damit ein Verschieben des Arbeitspunktes im Kennfeld zu erreichen; hierdurch wird der gesamte Vorgang optimiert
- Einflußnahme auf die Form der Druckwelle mittels des Steuergesetzes zum Verändern der Leitschaufelstellung. Dabei wird das Steuergesetz derart optimiert, daß die Druckerhöhung an der Maschine so lang wie möglich erhalten bleibt.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist ein Kennfeld einer Turbine dargestellt. Auf der Ordinate ist der Einheitsdurchfluß Q1' aufgetragen und auf der Abszisse die Einheitsdrehzahl n1'.

Die Linien 1 bis 6 sind Linien konstanter Leitschaufelöffnung. Die beiden Linien 10, 20 sind Linien konstanter Netto-Fallhöhe. Zwischen diesen beiden Linien liegt der normale Betriebsbereich.

Die Linie 30 zeigt die Leerlauf-Kennlinie.

Die Kurve 40 ist eine Kennlinie, die gemäß der Erfindung durchfahren werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Anfahren eines Maschinensatzes, umfassend eine Pumpturbine und einen Motorgenerator, mit den folgenden Merkmalen:

1. 1.1 die Strömung im Druckrohr der Turbine wird verzögert, um einen Druckanstieg im Druckrohr zu erzeugen;
2. 1.2 der Maschinensatz wird synchronisiert, das heißt es werden die Phasen von Generator- und Netzspannung in Übereinstimmung gebracht;
3. 1.3 der Maschinensatz wird durch Einspeisen von elektrischer Energie ins Netzt belastet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einzelne oder alle Leitschaufeln zum Zwecke der Druckerhöhung wenigstens teilweise geschlossen werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens annähernd gleichzeitig mit dem Verzögern der Strömung im Druckrohr die Generatorbremse betätigt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit zwei Maschinensätzen, die von ein und demselben Druckrohr gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Maschinensatz zur Unterstützung des Anfahrens des anderen Maschinensatzes herangezogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmoment der Generatorbremse bei konstanter Leitapparatstellung verändert wird, und daß nach Schließen des Leistungsschalters ein Druckstoß erzeugt wird, um das Belasten der Maschine zu ermöglichen.