DE2057497B2 - Einrichtung zum schnellsynchronisieren eines turbogenerators - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schnellsynchronisieren eines Turbogenerators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei Gasturbosätzen, die zur Stützung eines überlasteten Netzes herangezogen werden sollen, wird vielfach die Forderung erhoben, daß der Kaltstart d. h. der Start mit kalter Maschine bis zur vollen Belastung des Gasturbosatzes, in etwa vier Minuten abgeschlossen sein soll. In dieser außerordentlich kurzen Zeit ist überdies noch die Zeit für das Synchronisieren des Generators mit dem Netz enthalten. Es kommt dabei also darauf an, die Synchronisierzeit so kurz wie möglich zu machen, vor allem weil längere Synchronisierzeiten sich auch ungünstig hinsichtlich der Wärmespannung im Turbinenläufer auswirken, denn während eines langsamen Angleichens der beiden Frequenzen sinkt die Temperatur in der Brennkammer und in der Turbine. Wärmespannungen können dann auch bei der anschließenden schnellen Belastungszunahme durch Aufheizen eintreten.

Bei den bisher üblichen Synchronisierverfahren läßt sich dies aber kaum vermeiden, da der Hochfahrvorgang des Turbogenerators bereits beendet ist und bis zum Synchronisieren keine weitere Beschleunigung mehr stattfindet der Turbogenerator also gewissermaßen im Leerlauf weiterdreht und dementsprechend die Energiezufuhr stark gedrosselt werden muß. Dies gilt sowohl für Gasturbinen, bei denen die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer entsprechend verringert wird, wie auch für Dampfturbinen, bei denen die Einlaßsteuerung stark gedrosselt werden muß. In beiden Fällen sinken die Temperaturen in der Turbine.

Ein Beispiel für eine derartige Synchronisationseinrichtung ist aus der DT-AS 12 13 037 zu entnehmen. Hier wird eine von einem Drehzahlregler beeinflußte Turbine bis zur syrchronen Drehzahl hochgefahren. Der Drehzahlregler erhält dabei einen sich kontinuierlich vergrößernden Sollwert, der nach Erreichen der synchronen Drehzahl nur noch von der Netzfrequenz abhängig ist. Hierdurch bleibt abhängig vom Winkel zwischen der Polradspannung der elektrischen Maschine und der Netzspannung die Turbine so lange in der Nähe der synchronen Drehzahl des Generators, bis ein Synchronisieren des Generators ermöglicht wird. Der Erfindung ließt die Aufgabe zugrunde, sicherzustellen, daß schon bei oder kurz vor dem ersten Erreichen der synchronen Drehzahl mit Sicherheit die Synchronisierung des Generators mit dem Netz

erfolgen kann.

s Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Sollwert des Drehzahlreglers zusätzlich abhängig von einem Winkelregler ist der eingangsseitig von einem Steuergerät die Winkelabweichung des Winkels zwischen Generator- und Netzspannungsvek-

tor zu einem aus Schlupf und Beschleunigung berechneten Sollwinkel erhält wobei der Sollwinkel so berechnet ist daß bei Erreichen des Schlupfwertes Null gleichzeitig der Winkel einen vorbestimmten Wert nicht

überschreitet

Die Erfindung betrifft damit eine Einrichtung zum Schnellsynchronisieren einei Turbogenerators, dessen Turbine von einem Drehzahlregler beeinflußt hochgefahren wird, wobei der Drehzahlregler von einem Funktionsgenerator einen sich stetig bis zur Synchrondrehzahl erhöhenden Sollwert erhält.

Im Gegensatz zum Bekannten wird durch den zusätzlichen. Einfluß der Winkelabweichung zwischen Netzvektor und dem in dem Generator erzeugten Spannungsvektor eine Korrektur der Hochlaufkurve bereits weit vor Erreichen der synchronen Drehzahl vorgenommen. Hierdurch wird sichergestellt, daß gleichzeitig mit dem ersten Erreichen der synchronen Drehzahl auch die Winkelabweichung zwischen Netzvektor und Spannungsvektor der Maschine so gering ist, daß der Generator an das Netz geschaltet werden kann. Hierdurch wird neben der Zeitersparnis beim Start einer Turbine außerdem erreicht, daß die Temperatur am Eintritt der Turbine während des I lochfahrens und Synchronisieren nicht absinkt.

Die Synchronisierung des drehbeschleunigten Turbosatzes erfolgt also im Rahmen der Erfindung unmittelbar in Verbindung mit dem Hochfahren nach vorherigem Einregeln des Turbosatzes auf einer vorausberechneten optimalen Leitbahn, die eine Funktion des Winkels zwischen den beiden Spannungszeigern von Netz und von Generator und der Zeit darstellt, und die weitgehend angenähert zu der idealen Synchronisierungsbedingung führt, bei der sowohl Winkel als auch Schlupf den Nullwert erreichen.

Wenn beim Prozeßrechner die Kurve des Winkels zwischen den beiden Spannungszeigern über die Zeit vorausberechnet wird, die beim Winkel Null nur einen kleinen Schlupf von höchstzulässig vorgegebenem Wert aufweist, so kann ein Winkelregler den Turbosatz auf diese vorausberechnete Bahn einregeln. Der Turbosatz weist jetzt keinen Freiheitsgrad mehr auf und kann mit großer Beschleunigung in den Synchronismus hochgefahren werden, so daß er sofort nach dem Zuschalten Wirkleistung an das Netz abgibt.

In F i g. 1 der Zeichnung ist der Winkel zwischen Zeiger der Netzspannung und des Generators beim Synchronisieren graphisch dargestellt. Der Winkel ■& ändert sich dabei in Abhängigkeit der Zeit t gemäß der Kurve a auf einer Bahn, die sich ergibt, wenn die &o Regelventilstellung nicht verändert oder durch andere Mittel eine konstante Beschleunigung eingehalten wird. Die Kurve b bedeutet die ideale Bahn, bei der die Null-Linie tangiert wird. Darüber hinaus zeigt die Kurve c eine Bahn mit Sicherheitszuschlag. Dabei kann die 65 Leitkurve beispielsweise so berechnet werden, daß beim Winkel ^ = C der Sch'upf einen höchstzulässigen Wert

aufweist.
Der Prozeßrechne· oder das Steuergerät bestimmt

zunächst die Bahn a, auf der der Turbosatz bei unveränderter Beschleunigung laufen würde. Wie die Darstellung zeigt, wäre auf dieser Bahn a eine Zuschaltung aber nicht möglich. Da andererseits die Bahn b, die die idealen Zuschaltbedingungen veranschaulicht, praktisch nicht mit Sicherheit erreichbar ist, wird 2US Sicherheitsgründen die Bahn c angestrebt, bei der mit einem kleinen Schlupf untersynchron die Zuschaltung erfolgt. Die Bahn c bildet daher eine Sollwertkurve, wobei man von der Kurve a zur Kurve c durch eine Erhöhung der Beschleunigung gelangt, wie durch die gestrichelt gezeichnete Linie d versinnbildlicht ist. Der Zuschaltpunkt ist mit e bezeichnet
In einem Abtastzyklus kann der Winkel laufend bestimmt und als Istwert mit dem Sollwert aus der Bahn cverglichen werden. Gemäß dem in Fig.2 dargestellten Schema kann die Winkelabweichung Δ& über die Signallinie 1 einem integralen Winkelregler 2 zugeführt werden. Der Drehzahlsollwert vom Funktionsgenerator 7 gelangt längs der Signallinie 3 zur Multipliziereinrichtung 4, in die als zweiter Faktor der Ausgang 8 des Winkelreglers 2 nach Addition mit dem Wert »Eins« eingeht und von wo aus der Drehzahlregler 5 beeinflußt wird, der über die Wirkleituug 6 die Turbine ansteuert. Durch die Einflußnahme auf die Beschleunigung wird der Freiheitsgrad, den man früher mit dem Schlupf haue, beseitigt. Dadurch ist ein stoßarmes Synchronisieren auch bei hoher Beschleunigung möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprach:

   Einrichtung zum Schnellsynchronisieren eines Turbogenerators, dessen Turbine von einem Drehzahlregler beeinflußt hochgefahren wird, wobei der Drehzahlregler von einem Funktionsgenerator einen sich stetig bis zur Synchrondrehzahl erhöhenden Sollwert erhält, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert des Drehzahlreglers (5) zusätzlich abhängig von einem Winkelregler (2) ist, der eingangsseitig von einem Steuergerät die Winkelabweichung (Δ &) des Winkeis (&) zwischen Generator- und Netzspannungsvektor zu einem aus Schlupf und Beschleunigung berechneten Sollwinkel erhält, wobei der Soll winkel so berechnet ist daß bei Erreichen des Schlupfwertes Null gleichzeitig der Winkel (&) einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet