-
Dampfturbinenanlagen
speisen die erzeugte Energie in ein elektrisches Netz ein, so daß die daran angeschlossenen
Verbraucher ihre benötigte
Energie aus dem Netz entnehmen können.
Meist wird ein solches elektrisches Netz zusammen mit weiteren elektrischen
Energiesystemen als Verbundnetz betrieben.
-
Kommt
es zum Ausfall einer in das Verbundnetz einspeisenden Dampfturbinenanlage,
so kann diese fehlende elektrische Leistung durch die anderen, dem
Verbundnetz zugehörigen
Dampfturbinenanlagen im Bedarfsfall mit gedeckt werden.
-
Nun
kann aber auch der Fall eintreten, daß sämtliche an das Verbundnetz
angeschlossene Dampfturbinenanlagen durch eine auftretende Großstörung ausfallen
und ein Totalzusammenbruch des elektrischen Verbundnetzes eintritt.
Eine Spannungsversorgung aus den benachbarten Energiesystemen steht
nicht zur Verfügung.
Um eine Dampfturbinenanlage anzufahren und nachfolgend teilweise
das Verbundnetz wieder aufzubauen, ist elektrische Energie notwendig.
-
Im
Stand der Technik sind Verfahren zum Anfahren von Kraftwerksanlagen
nach einem Ausfall bekannt.
-
Aus
der
DE 39 28 771 A1 ist
ein Verfahren zur Erzeugung von Dampf und elektrischem Strom für den Anfahr-und/oder
Hilfsbetrieb eines Dampfkraftwerkes bekannt. Das Anfahren der Dampfturbinen
erfolgt unter Verwendung eines in einem Anfahrheizkessel oder Hilfsdampferzeuger
erzeugten Dampfes, wobei die dazu benötigte elektrische Energie von
einem Stromgenerator, welcher von einer Gasturbine angetrieben wird,
stammt. Die Abwärme der
Gasturbine wird hierbei dem Hilfsdampferzeuger zugeführt und
dort zur Erzeugung des Dampfes genutzt.
-
Die
DE 195 18 093 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Anordnung einer Gasturbine in einem Kombikraftwerk.
Das Kombikraftwerk besteht aus einer Gasturbogruppe und einer Dampfturbogruppe mit
jeweils zugehörigem
Generator.
-
Im
Normalbetrieb wird die Dampfturbine der Dampfturbogruppe aus einem
mit dem Abgas der Gasturbine beheizten Abhitzekessel mit Dampf versorgt,
während
für den
Anfahrbetrieb ein zusätzlicher Anfahr-
oder Hilfsdampfkessel mit niedriger Dampfleistung vorgesehen ist.
Beide Generatoren sind elektrisch gekoppelt. Zum Anfahren der Gasturbine wird
der Anfahrdampf für
die Dampfturbine dem Anfahr- oder Hilfsdampfkessel entnommen. Die
durch den der Dampfturbine angekoppelten Generator erzeugte Energie
wird über
die elektrische Verbindung zum Generator der Gasturbogruppe geleitet,
welcher im Motorbetrieb nun seinerseits das Anfahren der Gasturbine
ermöglicht.
-
Die
Verfahren nach der
DE
195 18 093 A1 sowie
DE 39 28 771 A1 setzen jeweils voraus, dass am
Kraftwerksstandort eine Gasturbinenanlage vorhanden ist, mit welcher
die Kraftwerksanlage wieder in Betrieb genommen werden kann. Diese
Voraussetzungen treffen aber für
die wenigsten Kraftwerksanlagen zu.
-
Weiterhin
sind die Aufwendungen für
die benötigten
Anfahr- oder Hilfsdampfkessel relativ hoch, da es sich neben den
normalen um zusätzliche
Feuerungsanlagen mit allen dafür
notwendigen Einrichtungen handelt.
-
Aus
dem U.S. Patent 4,103,178 ist weiterhin eine Black-Starteinrichtung
für große Dampfkraftwerke
bekannt, welche für
den Start eines Kraftwerkes nach dessen Trennung von einem elektrischen
Netz genutzt werden kann. Das System umfasst neben einem fossil
befeuerten Dampfkraftwerk auch eine Gasturbine. Diese Gasturbine
wird nun zum Anfahren des Dampfkraftwerkes genutzt, indem der Generator
der in Betrieb genommenen Gasturbine auf eine kraftwerkseigene Stromschiene
geschaltet wird, welche ihrerseits alle großen elektrischen Verbraucher, die
zum Anfahren des Dampfkraftwerkes notwendig sind, in festgelegter
Reihenfolge versorgt. Auch bei dieser Black-Starteinrichtung trifft
der bereits erwähnte
Nachteil der Notwendigkeit einer beim Kraftwerksstandort notwendigen
Gasturbinenanlage zu.
-
Nach
der
DE 196 21 926
A1 ist ein Verfahren zum Anfahren einer als Einwellenanlage
oder als Mehrwellenanlage ausgebildeten Kombikraftwerksanlage bei
Netzausfall mit einer Gasturbine bekannt geworden. Der Start der
Kombikraftwerksanlage erfolgt üblicherweise,
indem die vorhandene Startvorrichtung oder der als Motor arbeitende
Generator über
ein Verbundnetz gespeist wird, damit die Gasturbine auf Zünddrehzahl
beschleunigt und mit Nenndrehzahl weiterbetrieben werden kann. Das
erzeugte Abgas beheizt den Abhitzekessel des Dampfturbinenteils.
Bei Netzausfall wird zuerst der Dampfturbinenteil in Betrieb genommen,
um Strom für
den Start der Gasturbine zur Verfügung zu stellen. Dazu wird zunächst der
Abhitzekessel mit Hilfe einer Zusatzfeuerung beheizt, um Dampf für den Betrieb
der Dampfturbine zu erzeugen. Die dafür notwendige elektrische Energie
liefert eine vorhandene Notstromversorgung des Kombikraftwerkes.
Damit erfolgt die elektrische Versorgung der Zusatzbrennstoffzufuhr, der
Frischluftzufuhr sowie des Leitstandes und der übrigen Komponenten wie Lüfter, Pumpen.
-
Neben
der am Kraftwerksstandort erforderlichen Gasturbine sind auch bei
diesem Verfahren neben den normalen Dampfkraftwerksanlagen zusätzliche Anlagen
wie Zusatzbrennstoffzufuhr, Frischluftzufuhr und die damit verbundenen
Komponenten erforderlich, um nach einem Netzausfall die Kraftwerksanlage
wieder anzufahren. Das ist wiederum mit zusätzlichen materiellen Aufwendungen
verbunden. Auch ist ab einer bestimmten Kraftwerksgröße eine
Versorgung von Anlagenteilen mit elektrischen Strom aus einer Notstromanlage
nicht mehr möglich und
wirtschaftlich nicht sinnvoll.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen,
welches es gestattet, nach dem Ausfall aller in einem Netz vorhandenen Dampfturbinenanlagen
und der Trennung dieses Netzes vom Verbundnetz eine der Dampfturbinenanlagen
mit geringem Aufwand in kurzer Zeit wieder in Betrieb zu nehmen
und somit das Netz wieder aufzubauen.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Lieferung
von elektrischem Strom für das
Anfahren der Dampfturbinenanlage eine unabhängig von sowie außerhalb
der Dampfturbinenanlage befindliche Gasturbinenanlage eingesetzt
wird, in dieser Gasturbinenanlage zunächst durch Inbetriebnahme von
Notstromaggregaten die elektrische Eigenbedarfsversorgung hergestellt
wird,
weiterhin der elektrische Leitungsweg von der Gasturbinenanlage
zu der anzufahrenden Dampfturbinenanlage durch entsprechende Schaltung
der auf dem Leitungsweg befindlichen Generatorleistungsschalter
(5; 6; 7; 8; 34), Leistungsschalter
(13; 14; 17; 18; 21; 22; 25; 26; 29; 30; 33)
sowie Transformatoren (9; 10; 11; 12; 16; 24; 32)
vorbereitet wird,
eine erste Gasturbine (1) der Gasturbinenanlage
und nachfolgend weitere Gasturbinen angefahren und auf Nenndrehzahl
gebracht werden,
der durch den Generator der ersten Gasturbine
(1) erzeugte elektrische Strom durch einen ersten Leitungsabschnitt
des elektrischen Leitungsweges von der Gasturbinenanlage zu der
Dampfturbinenanlage durch Zuschalten des Generatorleistungsschalters (5)
geleitet wird, wobei die Generatorständerspannung in Abhängigkeit
der niedrigsten Erregerspannung des Generators eingestellt wird,
bei
Zuschaltung weiterer Leitungsabschnitte und Transformatoren des
elektrischen Leitungsweges und damit Durchleitung des elektrischen
Stromes zu der Dampfturbinenanlage in Abhängigkeit der kapazitiven Ladeleistung
dieser Leitungsabschnitte und der induktiven Magnetisierungsleistung
der Transformatoren weitere Generatoren der in Betrieb befindlichen
Gasturbinen dem elektrischen Leitungsweg synchron zugeschaltet werden,
wobei die Einregelung der Generatorständerspannung auf niedrigem Niveau
in Abhängigkeit
der Blindleistungsreserve der Generatoren der Gasturbinen erfolgt,
nach
Herstellung des gesamten elektrischen Leitungsweges die Betriebsspannung
durch Erhöhung der
Generatorspannung und/oder Stufung der Transformatoren eingestellt
wird und
mit dem in die Dampfturbinenanlage geleiteten elektrischen
Strom alle Systeme zum Anfahren der Dampfturbinenanlage gespeist
werden.
-
Vorteilhafterweise
wird bei Zuschaltung weiterer Generatoren der Gasturbinenanlage
zum elektrischen Leitungsweg die Generatorständerspannung in Abhängigkeit
der kapazitiven Blindleistung der Generatoren der Gasturbinen so
eingestellt, daß mit
Sicherheit das Ansprechen des Untererregungsschutzes der Generatoren
bei er Zuschaltung der weiterer Leitungsabschnitte vermieden wird.
Weiterhin werden vorteilhafterweise drei Generatoren der Gasturbinenanlage
zur Lieferung von elektrischem Strom für das Anfahren der Dampfturbinenanlage
in Betrieb genommen.
-
An
einem Ausführungsbeispiel
soll die Erfindung näher
erläutert
werden. Die Zeichnung zeigt dabei schematisch den elektrischen Schaltungsweg vom
einem Gasturbinenkraftwerk zu einem anzufahrenden Braunkohlenkraftwerk.
-
In
ein elektrisches Netz speisen sowohl Dampfturbinenkraftwerke als
Gasturbinenkraftwerke elektrische Energie ein. Die Gasturbinen werden
dabei meist als schnell einsetzbare Reserve genutzt, d. h., aufgrund
ihrer geringen Anfahrzeit bis zur Vollast kommen sie zum Einsatz,
wenn kurzfristig elektrische Energie in das Netz eingespeist werden
muß.
-
Aus
hier nicht näher
dargelegten Gründen kommt
es zum Ausfall sämtlicher
in dem Netz vorhandenen Dampfturbinenkraftwerke. Auch eine Inselbetriebsfahrweise
wurde durch die Dampfturbinenkraftwerke nicht erreicht.
-
Damit
kommt es zum Ausfall des Neztes. Aus den dem Verbundnetz benachbart
angeschlossenen Netzsystemen ist auch keine Spannungsvorschaltung
möglich.
Die Dampfturbinenanlagen vor Ort verfügen nicht über entsprechende Anfahrvorrichtungen
nach einem Schwarzwerdefall, d. h., die zum Anfahren der Dampfturbinenanlagen
benötigte elektrische
Energie muß von
außen
an die Dampfturbinenanlage heran geführt werden.
-
Dies
erfolgt nunmehr mittels Gasturbinen eines Gasturbinenkraftwerkes,
deren erzeugter elektrischer Strom mittels Hochspannungsleitungen
in einen 500 MW Block eines Braunkohlenkraftwerkes übertragen
wird. Beide Kraftwerksanlagen sind durch etwa 110 km Hochspannungsfreileitung
miteinander verbunden.
-
Das
Gasturbinenkraftwerk besteht aus 8 Gasturbinen, welche jeweils eine
Leistung von 40 MW erbringen. Zunächst wird die elektrische Eigenbedarfsversorgung
für das
Gasturbinenkraftwerk wiederhergestellt. Mittels eines Dieselnotstromaggregates
und unter Beachtung der Strombelastung des Dieselnotstromaggregates
wird dazu eine Gasturbine in Betrieb genommen. Alle 8 Gasturbinen
sind so ausgerüstet,
daß sie
sowohl mit Heizöl
als auch mit Erdgas betrieben werden können. Der konkrete Einsatz
muß entsprechend
den Gegebenheiten entschieden werden. So kann es sein, daß mit der
Spannungslosigkeit des Netzes keine gesicherte Erdgasversorgung
zur Verfügung
steht, so daß auf
Heizöl aus
Vorratstanks zurückgegriffen
wird.
-
Nach Übernahme
der elektrischen Eigenbedarfsversorgung des Gasturbinenkraftwerkes
durch eine Gasturbine sowie Tätigung
aller dafür
notwendigen elektrischen Schalthandlungen kann das Dieselnotstromaggregat
außer
Betrieb genommen werden.
-
Von
den Generatoren der Gasturbinen 1; 2; 3; 4 (1)
führen
jeweils über
einen Generatorleistungsschalter 5; 6; 7; 8 Leitungen
zu den Transformatoren 9; 10; 11; 12.
Die Spannung wird dabei von 10 kV der Generatoren 1; 2; 3; 4 auf
110 kV transformiert. Die Leitungen nach den Transformatoren 9; 12 sowie 10; 11 werden
jeweils zusammengeführt
und sind mit je einem Leistungsschalter 13; 14 verbunden,
von denen jeweils eine Leitung zu der Sammelschiene 15 führt. Von
dieser Sammelschiene 15 besteht eine Verbindung zu einem
Transformator 16, der die Spannung von 110 kV auf 220 kV
transformiert. Unter- und oberspannungsseitig zum Transformator 16 sind
jeweils Leistungsschalter 17; 18 installiert.
Der Transformator 16 speist die Sammelschiene 19.
Von dieser führt
eine ca. 62 km lange 220 kV-Hochspannungsfreileitung 20 mit
jeweils am Anfang sowie am Ende der Hochspannungsfreileitung 20 installierten
Leistungsschaltern 21; 22 zu einer weiteren Sammelschiene 23.
An dieser Sammelschiene 23 ist der Transformator 24 unterspannungsseitig
mit dem Leistungsschalter 25 angeschaltet.
-
Oberspannungsseitig
ist der Transformator 24 mit dem 380 kV-Leistungsschalter 26 an die
Sammelschiene 27 angeschlossen, von welcher eine ca. 43
km lange 380-kV Hochspannungsfreileitung 28 mit ihren am
Anfang und Ende befindlichen Leistungsschaltern 29; 30 mit
der Sammel-schiene 31 verbunden ist. Verbunden mit dieser
Sammelschiene 31 ist ein Blocktransformator 32 des
500 MW-Blockes des Braunkohlenkraftwerkes mit dazwischengeschaltetem
Leistungsschalter 33. Es erfolgt an diesem Transformator 32 eine
Transformierung der Spannung von 380 kV auf 20 kV. Dieser Blocktransformator 32 ist
unterspannungsseitig verbunden mit dem Generator 35 des
500 MW-Blockes des Braunkohlenkraftwerkes über einen Generatorleistungsschalter 34 sowie über Stelzenabzweige
mit drei weiteren Blockeigenbedarfstransformatoren, welche von 20
kV-Stelzenspannung auf 10 kV-Blockeigenbedarfsspannung transformieren.
-
Als
vorbereitende Arbeiten zur Übertragung von
elektrischem Strom vom Gasturbinenkraftwerk in das anzufahrende
Braunkohlenkraftwerk werden im Braunkohlenkraftwerk alle für das Anfahren
der Dampfturbinenanlage notwendigen ober- und unterspannungsseitigen
Leistungsschalter sowie Leistungsschalter von Einspeisungen ausgeschalten.
-
Weiterhin
werden die Leistungsschalter 13; 14; 17; 18; 21; 22; 25; 26; 29; 30; 33 sowie
die Generatorleistungsschalter 5; 6; 7; 8; 34 ausgeschaltet. Sämtliche
in der Zeichnung nicht dargestellten Leistungsschalter der Abgänge von
den Sammelschienen 15; 19; 23; 27; 31 werden
ebenfalls ausgeschaltet. Die Stufung der Transformatoren 16; 24 sowie des
Blocktransformators 32 erfolgt entsprechend der Grundeinstellung
der Spannung für
ein niedriges Spannungsniveau. Die automatische Wiedereinschaltung
der Hochspannungsfreileitungen nach einem einpoligen Erdkurzschluß wird unwirksam
gemacht. Die Inbetriebnahme des elektrischen Leitungsweges von der
Gasturbinenanlage zum 500 MW-Block des Braunkohlenkraftwerkes erfolgt schrittweise.
Zuerst werden die Leistungsschalter 13; 14 eingeschaltet.
Nunmehr erfolgt die aufeinanderfolgende Inbetriebnahme der Gasturbinen 1; 2; 3 mit Hilfe
von Anwurfmotoren. Die Gasturbinen 1; 2; 3 werden
auf Nenndrehzahl gebracht. Die Automatikregelung der Spannung wird
außer
Betrieb genommen sowie der Unterspannungsschutz deaktiviert.
-
Am
Generator der Gasturbine 1 wird die Generatorständerspannung
bis maximal 3 kV oder kleiner manuell eingestellt, um die kapazitive
Ladeleistung der Hochspannungsfreileitungen und den Magnetisierungsstrom
der Transformatoren im Einschaltmoment klein zu halten. Die Synchronisationsautomatik
ist ebenfalls außer
Betrieb. Nunmehr wird mittels Einschalten des Generatorleistungsschalters 5 unter
Beachtung der maximalen kapazitiven und induktiven Belastung die
Sammelschiene 15 unter Spannung gesetzt. Nachfolgend wird über Zuschaltung
der Leistungsschalter 17; 18 bis zur Sammelschiene 19 der
elektrische Verbindungsweg durchgeschaltet. Es erfolgt nunmehr die
Inbetriebnahme der Hochspannungsfreileitung 20 durch Zuschalten
der Leistungsschalter 21; 22. Damit ist ein erster
Leitungsabschnitt des elektrischen Leitungsweges von der Gasturbinenanlage
zur dem 500 MW-Block
des Braunkohlenkraftwerkes in Betrieb gesetzt.
-
Aufgrund
der zugeschalteten kapazitiven Ladeleistung der Hochspannungsfreileitung 20 ist
nunmehr der Generator der Gasturbine 2 mit dem bereits in
Betrieb befindlichen elektrischen Teilnetz zu synchronisieren, d.
h., der Generatorleistungsschalter 6 zu schließen, wobei
die Generatorständerspannung auf
ca. 6,7 kV eingestellt wird.
-
Nunmehr
kann durch Einschalten der Leistungsschalter 25; 26 die
Sammelschiene 27 unter Spannung gesetzt werden.
-
Um
wieder die kapazitive Ladeleistung der Hochspannungsfreileitung 28 auszugleichen,
wird der Generator der Gasturbine 3 synchronisiert, die Generatorständerspannung
auf ca. 7 kV eingestellt und mit Schließen des Generatorleistungsschalters 7 ist
der Generator der Gasturbine 3 mit dem in Betrieb befindlichen
Teilnetz verbunden.
-
Jetzt
erfolgt die Inbetriebnahme der Hochspannungsfreileitung 28 durch
Einschalten der Leistungsschalter 29; 30 und damit
ist auch die Sammelschiene 31 unter Spannung gesetzt.
-
Anschließend erfolgt
die Durchschaltung des elektrischen Verbindungsweges zum Braunkohlenkraftwerk
durch Einschalten des Leistungsschalters 33, womit der
Blocktransformator 32 in Betrieb genommen wird.
-
Es
erfolgt nunmehr ein Spannungsabgleich der Transformatoren 9; 10; 11; 16; 24; 32 auf
Betriebsspannung. Für
die Leistungs- und Spannungsregelung der Generatoren der Gasturbinen 1; 2; 3 werden
von Hand- auf Automatikbetrieb geschalten.
-
In
Abhängigkeit
von der kapazitiven Ladeleistungen des in Betrieb zu nehmenden elektrischen Leitungsweges
ist es natürlich
möglich,
weitere Gasturbinen zu- oder abzuschalten.
-
Über die
Blockeigentransformatoren des Braunkohlenkraftwerkes werden nunmehr
alle nachfolgenden Systeme für
die Stromversorgung des Braunkohlenkraftwerkes in Betrieb genommen,
um den 500 MW-Block entsprechend Bedienvorschriften bis zur Synchronisation
des Generators mittels des Generatorleistungsschalters 32 anzufahren.
Die erforderlichen Anfahrleistungen einschließlich der Leistung für das Anfahren
leistungsintensiver Aggregate von bis zu 45 MVA wird über den
vorgeschalteten Leitungsweg von den Generatoren der in Betrieb befindlichen
Gasturbinen der Gasturbinenanlage bereitgestellt.
-
Das
Verfahren zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
- – Unabhängiger Netzwiederaufbau
bei Ausfall des Verbundnetzes, auch bei Ausfall der Erdgasversorgung
- – Einfache
Handlungsabläufe,
die in Handlungsvorschriften für
das Bedienpersonal vorgegeben werden können, damit schnelles Reagieren
ermöglicht
wird.
- – Einschwingvorgänge der
Spannungen beim Zuschalten nichtlinearer Widerstände (Induktivitäten/Kapazitäten) werden
im zulässigen
Bereich gehalten.
- – Die
Spannungen im Gesamtsystem verbleiben in den zulässigen Grenzen.
- – Das
gesamte System weist eine hohe Stabilität während des Anfahrbetriebes der
Dampfturbinenanlage sowie auch nach Synchronisation des Generators
der Dampfturbinenanlage auf.
- – Mit
Aufbau des Leitungsweges und Anfahren der Dampfturbinenanlage, d.
h., Zuschaltung von ohmschen Verbrauchern (Motoren usw.), stabilisiert
sich das System soweit, daß beim
Betrieb mehrerer Gasturbinen der Ausfall einer Gasturbine oder eine
Außerbetriebnahme
einer Gasturbine nicht zum Ausfall des Gesamtsystems führt.
-
- 1
- Gasturbine
- 2
- Gasturbine
- 3
- Gasturbine
- 4
- Gasturbine
- 5
- Generatorleistungsschalter
- 6
- Generatorleistungsschalter
- 7
- Generatorleistungsschalter
- 8
- Generatorleistungsschalter
- 9
- Transformator
- 10
- Transformator
- 11
- Transformator
- 12
- Transformator
- 13
- Leistungsschalter
- 14
- Leistungsschalter
- 15
- Sammelschiene
- 16
- Transformator
- 17
- Leistungsschalter
- 18
- Leistungsschalter
- 19
- Sammelschiene
- 20
- Hochspannungsfreileitung
- 21
- Leistungsschalter
- 22
- Leistungsschalter
- 23
- Sammelschiene
- 24
- Transformator
- 25
- Leistungsschalter
- 26
- Leistungsschalter
- 27
- Sammelschiene
- 28
- Hochspannungsfreileitung
- 29
- Leistungsschalter
- 30
- Leistungsschalter
- 31
- Sammelschiene
- 32
- Blocktransformator
- 33
- Leistungsschalter
- 34
- Generatorleistungsschalter
- 35
- Generator