DE2636128A1

DE2636128A1 - Kraftwerksanlage und verfahren zu deren betrieb

Info

Publication number: DE2636128A1
Application number: DE19762636128
Authority: DE
Inventors: Jerry D Burkett
Original assignee: Turbodyne Corp
Current assignee: Turbodyne Corp
Priority date: 1976-05-10
Filing date: 1976-08-11
Publication date: 1977-11-24
Also published as: DE2636128B2; CA1085452A; GB1562813A; US4069424A; JPS52136318A; DE2636128C3; CH618556A5

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Kraftwerksanlagen und insbesondere auf Kraftwerke mit mehreren Turbogeneratorsätzen.

5 Industrielle Gasturbinen-Generator-Sätze, wie sie in neuzeitlichen elektrischen Kraftwerksanlagen zum Einsatz kommen, erfordern eine gewisse Hilfsenergie ;zum Anfahren bzw. Hochfahren aus dem Stillstand auf die Drehzahl, bei der die Gasturbine so viel Leistung erzeugt, daß sie

10 sich in Betrieb halten kann, wonach sie dann auf die volle Betriebsdrehzahl beschleunigt wird. Die Anfahrzeit für einen typischen Turbogeneratorsatz dieser Art liegt in der Größenordnung von 10 min, und die Anfahrleistung für eine Turbine mit einer Nennleistung von 50 000 kW beträgt

15 ungefähr 900 kW (1200 hp). Es ist bekannt, diese Hilfsenergie mittels eines Induktionsmotors zu erzeugen, der den Turbbgeneratorsatz über einen Drehmomentwandler antreibt.

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Deutsch· Bink (MQndwn) Kto. 51/61070 DrMdMr Bank (MOndwn) Kto. 3931144 Potted»* (München) Kto. WO-4MM

In neuerer Zeit ist es erkannt worden, daß die zum Anfahren erforderliche Leistung auch dadurch erzeugt werden kann, daß der Generator des TurbogeneratorSatzes als Synchronmotor betrieben wird. In diesem Zusammenhang wird auf die US-PS 3 764 815 verwiesen, die allgemein ein Verfahren dieser Art zum Anfahren von Gasturbinen, Pumpspeichereinheiten und dergleichen beschreibt.

Um den Generator eines Turbogeneratorsatzes in beschriebener Weise als Motor zu betreiben, ist ein Frequenzumformer erforderlich. Ein solcher Frequenzumformer arbeitet im Prinzip in der Weise, daß er die konstante Netzfrequenz von 60 Hz in Gleichstrom umwandelt. Dann wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, der eine Frequenz von Null bis zu einer oberen Auslegungsgrenze hat, wobei die Frequenz von einer Steuereinrichtung veränderbar gesteigert wird. Die Hauptbestandteile eines solchen Frequenzumformers sind die Gleichrichter, beispielsweise Thyristoren, und die Steuereinrichtung zur Steuerung der Zündzeitpunkte der Thyristoren bzw. der Ausgangsleistung entsprechender Elemente, sofern andere Elemente benutzt werden. Wie bekannt, ist, sind solche Frequenzumformer kompliziert und sehr teuer.

Vorstehend wurden die Erfordernisse beim Anfahren erläutert. Darüber hinaus tritt ein besonderes Problem auf, wenn ein arbeitender Turbogeneratorsatz heruntergefahren bzw. stillgesetzt werden soll. Wie bekannt ist, ist es beim Herunterfahren erforderlich, die Welle während einer längeren Zeitdauer mit niedriger Drehzahl zu drehen, damit für eine gleichmäßige Temperaturverteilung gesorgt wird, bis die sehr großen Restwärmemengen abgeführt sind. Die erfoderliehe Zeitdauer,während der die Welle gedreht werden muß, kann je nach den speziellen Eigenschaften des Turbogeneratorsatzes bis zu 30 h oder mehr betragen. Die erforderliche Drehleistung liegt jedoch beispielsweise für

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einen Turbögeneratorsatz mit einer Nennleistung von 50 000 kW lediglich in der Größenordnung von 3,7 kW (5 hp) bei 60 üpm.

Die Anfahreinrichtung, die mit als Motor betriebenem Generator arbeitet, kann außer zum Anfahren selbstverständlich auch dazu benutzt werden, während der Abkühlung die Welle mit niedriger Drehzahl zu drehen. Eine solche Lösung reicht vollständig aus bei einer Anlage, die nur einen Turbogeneratorsatz hat.

Bei Kraftwerksanlagen mit mehreren Turbogeneratorsätzen tritt jedoch ein komplizierteres und bisher unlösbares Problem auf. Eine einzige Anfahreinrichtung reicht aus, um jeweils einen Turbogeneratorsatz, d.h. mehrere Turbogeneratorsätze nacheinander, anzufahren. Wenn nun diese Anfahreinrichtung auch dazu benutzt wird, die Welle zum Abkühlen langsam zu drehen, dann ist die Anzahl der Turbogeneratorsätze, die von einer Anfahreinrichtung gesteuert werden können, auf zwei Turbogeneratorsätze begrenzt. Der Grund für diese Begrenzung liegt nicht in den Erfordernissen beim Anfahren sondern den Erfordernissen beim Drehen der Welle, da das Anfahren von mehreren Turbogeneratorsätzen zeitlich nacheinander erfolgen kann. Dagegen kann es notwendig sein, in der Lage zu sein, sämtliche Turbogeneratorsätze einer Kraftwerksanlage gleichzeitig im Langsamlauf zu betreiben.

Außerdem muß die Anfahreinrichtung so anpassungsfähig sein, daß es möglich ist, daß das langsame Drehen mehrerer Turbogeneratorsätze unterbrochen wird, um einen der Turbogeneratorsätze wieder hochzufahren.

Wenn die Anzahl der Turbogeneratorsätze zwei nicht übersteigt, kann eine einzige Anfahreinrichtung, die einen Generator als Motor betreibt, dazu benutzt werden, zeitlich

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nacheinander jeden Turbogeneratorsatz hochzufahren. Wenn in diesem Fall beide Turbogeneratorsätze gleichzeitig stillgesetzt werden, ist es offensichtlich notwendig, während der Abkühlungszeit beide Turbogeneratorsätze parallel zu betreiben. Bei zwei Turbogeneratorsätzen kann dies dadurch erreicht werden, daß zunächst die Anfahreinrichtung mit dem ersten Turbogeneratorsatz verbunden wird und diesen betreibt, während der zweite Turbogeneratorsatz im Leerlauf langsamer wird. Ein Wellenstellungsanzeiger am ersten Turbogeneratorsatz zeigt einer Synchronisiereinrichtung dessen Polstellung und Drehzahl an. Die Synchronisiereinrichtung überwacht gleichzeitig den Ausgang der Anfahreinrichtung und schaltet dann den zweiten Turbogeneratorsatz parallel zum ersten Turbogeneratorsatz, wenn Frequenz und Phase synchron sind. Danach können beide Turbogeneratorsätze parallel betrieben werden.

Dieses Verfahren ist jedoch kompliziert und • kann nicht angewendet werden, wenn mehr als zwei Turbor generatorsätze vorhanden sind. Dies wird verständlich, wenn ein Fall mit drei Turbogeneratorsätzen betrachtet wird, die gleichzeitig abgeschaltet worden sind und von denen jeder mit seiner eigenen, jeweils etwas unterschiedlichen Geschwindigkeit langsamer wird. Das Signal der PoI-stellung eines Generators B könnte zwar überwacht werden, und ein Generator A könnte mit dem Generator B synchronisiert werden, es gibt jedoch keine Möglichkeit, mit einem Generator C ähnlich zu verfahren. Wenn die Auslaufeigenschaften der Generatoren genau übereinstimmen würden, könnte der Generator C dadurch synchronisiert werden, daß die Generatoren A und B getrennt werden, während sie synchron laufen, und daß die Anfahrsteuerung dazu benutzt wird, den Generator C ebenfalls in Phase zu bringen. Die Auslaufexgenschaften von Generatoren stimmen dazu jedoch nicht ausreichend überein, wie bekannt ist.

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-Sf-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verhältnismäßg einfaches System zu schaffen» das es ermöglicht, mit einer einzigen Anfahreinrichtung, die einen Generator zum Anfahren als Motor betreibt, die Turbogeneratorsätze einer Kraftwerksanlage mit mehreren Turbogeneratorsätzen anzufahren und außerdem eine beliebige Anzahl dieser Turbogeneratorsätze in den Langsamlauf zu überführen, ohne daß zusätzliche frequenzvariable Stromquellen und zugehörige Schaltungen und Komponenten erforderlich sind.

Dabei soll es das erfindungsgemäße System bei Kraftwerksanlagen mit mehreren Turbogeneratorsätzen ermöglichen, eine beliebige Anzahl von Turbogeneratorsätzen zum Abkühlen oder zu anderen Zwecken in den Langsamlauf zu überführen und im Langsamlauf zu halten, wobei dies mit verhältnismäßig billigen und wenig komplizierten Einrichtungen erreicht werden soll.

Erfindungsgemäße Kraftwerksanlagen sowie Verfahren zum Herunterfahren eines Turbogeneratorsatzes einer solchen Kraftwerksanlage sind in. den.Patentansprüchen gekennzeichnet.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine sogenannte Auslaufsammelschiene vorgeschlagen, auf der das Potential auf eine verhältnismäßig niedrige und konstante Frequenz in der Größenordnung von 1 bis 2 Hz geregelt ist. Diese Auslaufsammelschiene kann auch als "Parkschiene¹¹ bezeichnet werden, da die Generatoren während des Abkühlens oder dergleichen auf dieser Schiene "geparkt" werden. Ferner sind Schalteinrichtungen sowie Einrichtungen zur Anpassung von Phase und Frequenz vorgesehen, die es ermöglichen, daß dieselbe Anfahreinrichtung, die zum Anfahren der Turbogeneratorsätze benutzt wird, auch dazu benutzt wird, allmählich die Drehzahl eines

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bestimmten Turbogeneratorsatzes so weit zu steuern, daß Phase und Frequenz dieses Turbogeneratorsatzes denen der Auslaufsammelschiene angepaßt sind. Der Generator dieses Turbogeneratorsatzes wird dann elektrisch an die Auslaufsammelschiene übergeben bzw. angeschlossen. Aufgrund dieser Ausbildung kann eine beliebige Anzahl von Turbogeneratorsätzen parallel an die Auslaufsammelschiene angeschlossen werden, die dann für gleichzeitige und kontinuierliche Drehung der Turbogeneratorsätze bei niedriger Drehzahl zum Abkühlen oder zu anderen Zwecken sorgt. Die aufwendige, komplizierte und teure Anfahreinrichtung, die jeweils einen Motor als Generator betreibt, wird nicht mehr dazu benötigt, während der langen Abkühlzeit die Turbogeneratorsätze kontinuierlich weiterzudrehen, so daß bei üblichen Kraftwerksanlagen lediglich eine solche Anfahreinrichtung benötigt wird. Selbstverständlich können allerdings bei Bedarf zusätzliche Anfahreinrichtungen parallel zu einem Notaggregat bei Kraftwerksanlagen mit mehreren Turbinensätzen ■ vorgesehen sein.

Ferner versteht es sich, daß an die Auslaufsammelschiene angeschlossene Turbogeneratorsätze nicht unbedingt bis zum Stillstand gebracht werden müssen, bevor sie wieder auf volle Betriebsdrehzahl beschleunigt werden können.

Vielmehr können die "geparkten" Turbogeneratorsätze zu beliebiger Zeit wieder an die Anfahreinrichtung angeschlossen und auf eine Drehzahl beschleunigt werden, von der an die Turbine selbständig weiterarbeitet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Figur, die schematisch ein elektrisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Kräftweicsanlage zeigt.

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In der einzigen Figur ist ein Schematisches Blockdiagrainm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage 8 dargestellt.

Die dargestellte Anlage 8 umfaßt vier Turbogeneratorsätze 10, 12, 14 und 16. Diese Anzahl ist lediglich zur Erläuterung der Anlage gewählt und kann bei erfindungsgemäöen Anlagen auch größer oder kleiner sein. Es kann angenommen werden, daß diese Turbogeneratorsätze zu einem einzigen Kraftwerk gehören. Wie bereits vorstehend erläutert wurde, kann es von Zeit zu Zeit erforderlich sein, einige dieser TurbogeneratorSätze in Betrieb zu nehmen und an das Stromnetz anzuschließen, damit diese Turbogenertorsätze dann an das Stromnetz Strom liefern.

Außerdem kann es von Zeit zu Zeit erforderlich sein, einen oder mehrere der Turbogeneratorsätze während des Herunterfahrens bzw. Stillsetzens dieses Satzes bzw. dieser Sätze in einem Zustand zu betreiben, bei dem sich die zugehörige • Welle mit niedriger Drehzahl dreht. Dies hat beispielsweise den Zweck, eine Abkühlung zu ermöglichen. Die verschiedenen Verbindungen und Anschlüsse der Turbocjeneratorsätze 10, 12, 14 und 16 sind weitgehend, identisch und jeder Turbogeneratorsatz wird auf gleiche Weise und mit gleicher Abfolge der einzelnen beim Betrieb erforderlichen Schritte betrieben wie die übrigen Turbogeneratorsätze. Zur Bezeichnung entsprechender Elemente der Anlage 8 werden daher für alle Turbogeneratorsätze gleiche Bezugszeichen benutzt.

Die Turbogeneratorsätze, von denen jeder aus einem Generator 18 und einer Turbine 20 besteht, liefern elektrische Energie an eine Hochspannungs-Hauptsammelleitung bzw. -schiene 22, die zur Weiterleitung der elektrischen Energie zu den Verbrauchern dient. Die für die zum Anfahren eines Turbogeneratorsatzes benötigten Zusatzeinrichtungen erforderliche Energie wird über einen Unterbrecher 24 und einen Transformator 26 von der Hauptsammel-

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schiene 22 abgenommen. Der Transformator 26 liefert auf eine Versorgungsleitung 28 in der Regel beispielsweise einen Dreiphasenstrom mit 60 Hz und 4160 V. Von dieser 4160V-Versorgungsleitung 28 aus wird über einen Unfcerbrecher 32 und eine Leitung 34 eine Anfahreinrichtung versorgt, die zum Anfahren einen Generator als Motor schaltet. An die Versorgungsleitung 28 ist ferner über einen Unterbrecher 38 und einen Transformator 40 eine Auslaufsammelschieneneinrichtung angeschlossen- Der Transformator 40 transformiert die Spannung von 4160V auf 480V (60 Hz, drei Phasen) herab und speist über eine Leitung 98 eine Auslaufsteuerung 42, die die Energieversorgung einer Auslaufsammelschiene steuert.

Im folgenden sei konkret der Turbogeneratorsatz 10 betrachtet. Es sei angenommen, daß dieser Turbogeneratorsatz 10 zunächst stillsteht und daß er in Betrieb genommen und der Generator auf volle Drehzahl gebracht werden soll, so daß seine volle Kapazität auf die Hauptsammelschiene 22 gegeben werden kann. Zu diesem Zweck ist die Anlage 8 so ausgebildet, daß der Generator 18 zunächst als Synchronmotor arbeitet, so daß er die Turbine 20 in Betrieb setzt und antreibt, bis diese eine solche Drehzahl erreicht hat, daß sie danach ohne zusatzliehen Antrieb weiterlaufen kann. Bei einem typischen Beispiel bedeutet dies, daß der Generator 18 so betrieben wird, daß er es der Turbine 20 ermöglicht, daß diese beispielsweise eine Drehzahl in der Größenordnung von 2200 Upm erreicht, wonach die Turbine den Generator 18, der dann von der Turbine angetrieben wird, auf volle Drehzahl bringt. Das Prinzip der Verwendung des Generators eines Turbogeneratorsatzes in beschriebener Weise ist als solches nicht Gegenstand der Erfindung. DiesesPrinzip ist in der bisher beschriebenen Weise bekannt. In diesem Zusammenhand wird beispielsweise auf die US-PS 3 764 815 verwiesen.

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Zum Anfahren des Turbogeneratorsatzes 10 werden entweder mittels einer automatischen Einrichtung von einer Ablaufsteuerung oder von Hand ein Trennschalter 44 sowie die Unterbrecher 32 und 24 geschlossen, so daß die Anfahreinrichtung 30 mit Strom von 4160V versorgt wird. Steuersignale, die diese Vorgänge ermöglichen, werden von einer Schaltlogik 50 über Steuerleitungen 45, 25 und 90 geliefert. Bei der Anfahreinrichtung 30 handelt es sich um eine verhältnismäßig herkömmliche, im Handel erhältliche Einrichtung, wie sie von zahlreichen Firmen, beispielsweise der Fa. Brown Boveri, hergestellt wird. Diese Einrichtung besteht im Prinzip aus einem Paar in Serie geschalteter Elemente, nämlich einem Gleichrichter und einem Wechselrichter. Der Gleichrichter wandelt den aufgegebenen Wechselstrom in Gleichstrom um; der Wechselrichter wandelt das Gleichstromsignal wieder in ein Wechselstromausgangssignal um, das eine wahlweise veränderbare Frequenz hat, wobei diese Frequenzsteuerung auf bekannte Weise erfolgt, beispielsweise durch Steuerung der Zündzeitpunkte der Thyristoren, die Bestandteil des Wechselrichters sind.

Um die Bedeutung der Erfindung voll würdigen zu können, muß beachtet werden, daß es sich bei der Anfahreinrichtung 30 mit als Motor arbeitendem Generator um eine sehr aufwendige Einrichtung handelt, die entsprechend teuer und kompliziert ist. Es ist daher äußerst sinnvoll, die Anzahl dieser Einrichtungen in einem Kraftwerk auf ein Minimum zu senken, wie dies mit der Erfindung angestrebt und auch erreicht wird, da gemäß der Erfindung lediglich eine solche Einrichtung erforderlich ist.

Der von der Anfahreinrichtung 30 gelieferte Ausgangsstrom mit gesteuert veränderbarer Frequenz gelangt über eine Leitung 51 auf eine Anfahrsammelschiene 52 und von dort über eine Leitung 84 und einen Unterbrecher 54 zum Stator des Generators 18. Während des Anfahrens ist der

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Generator von der Hauptsammeischiene 22 getrennt, da der Unterbrecher 56 und der Trennschalter 58 offen sind. Die Steuerung des Unterbrechers 56 und des Trennschalters 58 kann durch Steuersignale auf Steuerleitungen 57 und 59 von der Schaltlogik 50 erfolgen. Ein Rückkopplungssignal vom Generator, das die Polstellung des Rotors anzeigt, dient zur Steuerung der Phasenverschiebung und zur Anlegung von Gleichstromimpulsen von der Anfahreinrichtung 30 in Abhängigkeit von der Rotorstellung in der Weise, daß größtes Drehmoment zum Drehen des Rotors des Generators und der angeschlossenen Turbine erzeugt wird. Der Rotor- bzw. Feldfluß wird im Falle"'einer 'bürstenlosen Erregereinrichtung über eine Drehfeldtransformatorwicklung erzeugt, wobei die Erregereinrichtung über eine Erregersammelschiene 60 und einen Unterbrecher 62, der über eine Steuerleitung von der Schaltlogik 50 aus geschaltet werden kann, an eine Wechselstromquelle-angeschlossen ist. Dies führt zu Erregung, auch wenn die Drehzahl niedrig ist und die Spannung auf der Anfahrsammelschiene 52 noch zu niedrig ist, um Erregung zu bewirken. Während die Drehzahl von Turbine und Generator zunimmt, steigt die Ausgangsspannung der Anfahreinrichtung 30, und bei ungefähr 2000V wird ein Erregerunterbrecher von einem Signal auf einer Steuerleitung 110 geschlossen, während der dem Drehfeldtransformator zugeordnete Unterbrecher 62 geöffnet wird, so daß für die Erregerleistung über den Unterbrecher 54, der von einem Signal auf der Leitung 85 gesteuert wird, und einen Transformator 66 ein Übergang zur Anfahrsammelschiene erfolgt. Bei einer zum Anfahren benötigten Erregerleistung, die in der Regel 50% der Erregerleistung bei voller Generatorleistung beträgt, kann dieser Übergang vom Drehfeldtransformator als Stromquelle in der Regel bei ungefähr 13 Hz erfolgen. Es ist zu berücksichtigen, daß die Generatorausgangsspannung bei einer Welehdrehzahl von ungefähr 2 Hz ungefähr 1,5% der Nennspannung beträgt, d.h. nur 270V bei einem 18000V-Generator. Das vom als Synchronmotor arbeitenden Generator

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erzeugte Drehmoment fährt den Generator und die Turbine allmählich hoch. Die zunehmende Drehzahl wird durch die Rückkopplung vom Generatorrotor festgestellt, und entsprechend wird die Phasenumschaltung synchron zur Rotorfrequenz gesteuert.

Die zu diesem Zeitpunkt vom Generator 18 ausgangsseitig gelieferten Größen werden auf eine Synchronisiereinrichtung 70 gegeben, deren Aufgabe darin besteht, einen zuzuschaltenden Generator zu einem solchen Zeitpunkt mit dem Stromnetz zu verbinden, daß der zugeschaltete Generator in Phase und Frequenz auf das Stromnetz abgestimmt ist. Eine solche Einrichtung wird beispielsweise von der Firma Electric Machinery Mfg. Co. unter der Bezeichnung "Synchro-Matcher" angeboten. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Synchronisiereinrichtung 70 nicht nur eingangsseitig über eine Leitung 71 mit dem Generator 18 verbunden, sondern auch über eine Leitung 73 mit der Hauptsammeischiene 22.■

Wenn Generator und Turbine die gewünschte Drehzahl erreicht haben, wird der Unterbrecher von einem Signal auf der Steuerleitung 90 von der Schaltlogik 50 geöffnet, wonach dann die Turbine 20 den Turbogeneratorsatz bis zur Netzfrequenz hochfährt. Die Synchronisiereinrichtung 70 steuert zunächst über eine Steuerleitung 74 einen Spannungsregler 72 so, daß die Spannung eines Transformators 76 am Generatorausgang gleich der Spannung auf der Hauptsammeischiene 22 ist. Die. nächste Aufgabe der Synchronisiereinrichtung 70 besteht darin, die Wechselstromfrequenz am Generatorausgang festzustellen und den Geschwindigkeitsregler der Turbinensteuerung über eine Steuerieitung 80 so einzustellen, daß die Drehzahl des Turbogeneratorsatzes zur Frequenz und Phase auf der Hauptsammelschiene 22 passen. Wenn Frequenz, Phase und Spannung angepaßt sind, erzeugt die Synchronisiereinrichtung 70

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ein Signal, das über eine Steuerleitung 83 den unterbrecher 56 schließt, so daß der Generator 18 an das Stromnetz angeschlossen wird. Wenn der Geschwindigkeitsregler der Turbine dann weiter verstellt wird, so führt dies dazu, daß der Generator in vom Operator bestimmter Weise einen Teil der Last auf dem Stromnetz aufnimmt, wobei die obere Grenze dafür die Nennleistung des Turbogeneratorsatzes ist. Im Betrieb wird die Turbine durch heißen Dampf erwärmt, sofern es sich um eine Dampfturbine handelt, oder durch heiße Gase erwärmt, sofern es sich um eine Gasturbine handelt.

Bei einer Abschaltung,' und zwar entweder" einer geplanten Abschaltung, die beispielsweise bei Turbinensätzen für Spitzenlasten möglicherweise täglich erfolgt, oder bei einer durch eine Netzstörung verursachten Abschaltung, kommt der Antrieb bzw. die Turbine zum Stillstand, wobei sich unsymmetrische Temperaturverteilungen ergeben, die aus ungleichmäßiger Abkühlung des den Rotor umgebenden Gehäuses resultieren. Die Folge' ist, daß sich der Rotor aufgrund ungleichmäßiger thermischer Ausdehnung verbiegt bzw. verzieht, bis der Turbinenrotor überall gleiche Temperatur hat. Bei großen Turbogeneratorsätzen kann dieser Abkühlvorgang mehrere Tage dauern. Wenn während des Abkühlvorgangs, d.h. bei noch verzogenem Rotor, versucht wird, den Turbogeneratorsatz anzufahren, kann es zu Schwingungen kommen, die die Grenze der zulässigen Schwingungen des Turbogeneratorsatzes übersteigen. Um. diesen Zustand und die daraus resultierenden möglichen Verzögerungen der Verfügbarkeit zu vermeiden, wird eine Dreheinrichtung benutzt, die die Welle mit niedriger Drehzahl dreht und dadurch für gleichmäßige Temperaturverteilung während des Abkühlvorgangs sorgt.

Im Prinzip kann die Anfahreinrichtung 30 als Dreheinrichtung für dieses langsame Drehen benutzt werden, das in der Regel mit 2 Hz erfolgt.In diesem Falle würde

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jedoch die Leistungsfähigkeit der Komponenten der Einrichtung nicht voll ausgenutzt werden. Wenn zu einem Kraftwerk mehrere Turbinensätze gehören, was insbesondere bei Gasturbinensätzen üblich ist, ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäßen Auslaufeinrichtung, daß eine einzige Anfahreinrichtung 30 für mehrere Turbogeneratorsätze ausreicht, was zu beträchtlicher Einsparung an Kosten führt.

Bei der Auslaufsteuerung 42, die die Stromversorgung der Auslaufsammelschiene steuert, handelt es sich um einen Wechselrichter mit fester Ausgangsfrequenz, die beispielsweise bei 2 Hz liegt. Die Komponenten dieser Einrichtung sind so ausgelegt, daß sie die Antriebs- bzw. Drehleistung für die Anzahl der anschließbaren Turbogeneratorsätze -liefert. Typischerweise liegt die Drehleistung in der Größenordnung von 3,7 kW (5 hp) je Antriebseinheit bzw. Turbine.' Die Aus lauf steuerung 42 ähnelt der Anfahreinrichtung 30 mit dem Unterschied, daß die Auslaufsteuerung 42 geringere Nennleistung und ein einfacheres Ausgangsünpulssystem hat, da es sich dabei um ein System mit konstanter Frequenz im Gegensatz zum System mit variabler Frequenz der Anfahreinrichtung 30 handelt. Die Auslaufsammelschiene 82, die an die Auslaufsteuerung 42 angeschlossen ist, bildet somit eine geregelte Stromversorgung mit fester Frequenz.

Da die Hauptaufgabe der Auslaufsammelschiene 82 darin besteht, ein Potential mit genau geregelter Frequenz zu liefern, damit eine oder mehrere der Turbinen mit niedriger Drehzahl gedreht werden können, ist es nicht von entscheidender Bedeutung, daß das Signal genau auf den genannten bestimmten Wert von 2 Hz geregelt wird. Es reicht in der Regel, wenn dieses Ausgangssignal auf eine feste Frequenz im Bereich zwischen ungefähr 1 und 2 Hz stabilisiert wird, denn die sich daraus ergebenden Drehzahlen im

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Bereich von 60 bis 120 Upm der Turbinen sind typische, beim Abkühlen angestrebte Werte. Zum Verständnis der Vorteile der Erfindung ist es wichtig, zu berücksichtigen, daß die für einen typischen Turbogeneratorsatz der hier betrachteten Art, beispielspielsweise einen Turbogeneratorsatz mit einer Nennleistung von 50 000 kW, erforderliche Wellendrehleistung bei einer Drehzahl von 120 Upm lediglich ungefähr 3,7 kW (5 hp) beträgt, was zeigt, daß die Kosten und der konstruktive Aufwand der Auslaufsteuerung 42 verhältnismäßig gering sind.

Nach einer Abschaltung'werden der Generatorunterbrecher 56 und der Erregerunterbrecher 64 geöffnet. Die Spannung am Generatorausgang ist daher Null. Um einen Turbinensatz an die Auslaufsammelschiene 82 anzuschließen, damit der Turbinenrotor zum Abkühlen langsam gedreht wird, werden folgende Schritte entweder von Hand oder automatisch durchgeführt: Der Unterbrecher 54 in der Leitung 84 von der Anfahrsammelschiene 52 wird geschlossen, wobei die Steuerung von der Schaltlogik 50 über eine Steuerleitung 85 erfolgt. Dann wird der Drehfeldtransformatorunterbrecher 62 durch ein Signal auf einer Steuerleitung 88 von der Schaltlogik 50 geschlossen, so daß die Rotorwicklung erregt wird. Der Unterbrecher 32 wird von einem Signal auf der Steuerleitung 90 geschlossen, so daß die Anfahrsammelschiene 52 mit Strom versorgt wird und wie beim Anfahren des Turbogeneratorsatzes dieser vom Stillstand aus hochgefahren wird. Die Drehzahl wird dabei von einer Synchronisiereinrichtung 92 gesteuert, deren Eingang über Leitungen 115 und 117 an die Auslaufsammelschiene 82 angeschlossen ist und die die Geschwindigkeitsregler schaltung der Anfahreinrichtung 30 so steuert, daß die Drehzahl des Turbogeneratorsatzes der Frequenz und der Phase der Auslaufsammelschiene 82 angepaßt ist. Die Synchronisiereinrichtung 92 kann auch die Spannung der Anfahreinrichtung 30 auf den Wert der Spannung auf der Auslaufsammelschiene 82 steuern; der Unterbrecher 94

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kann jedoch durch ein Steuersignal auf einer Steuerleitung 96 von der Schaltlogik. 50 schon dann geschlossen werden, wenn die Spannungen auf der Anfahrsammelschiene 52 und der Auslaufsammelschiene 82 geringe Unterschiede aufweisen, ohne daß es zu übermäßig hohen Strömen kommt. Der Unterbrecher 94 wird somit von der Synchronisiereinrichtung 92 über einen Steuerleitung 112 so angesteuert, daß er schließt, so daß der Generator 18 an die Auslaufsammelschiene angeschlossen ist. Die erforderliche Energie zur Speisung der Auslaufsammeischiene wird vom Stromnetz bzw. der Hauptsammeischiene über den Unterbrecher 24, den Transformator 26, 'den Unterbrecher 28 und den'Transformator 4 0 sowie die Leitung 98 geliefert.

Der Unterbrecher 32 der Anfahreinrichtung wird dann über die Steuerleitung 90 geöffnet, und auch der Unterbrecher 54 wird geöffnet. Der Generator 18 ist nun allein an die Auslaufsammelschiene 82 angeschlossen, d.h. auf dieser "geparkt". Die Anfahreinrichtung ist in Ruhe und steht zur Verfügung, um eine andere Einheit des Kraftwerks anzufahren oder eine andere Einheit des Kraftwerks zum Abkühlen an die Auslaufsammelschiene zu übergeben bzw. auf dieser zu "parken". Während des Auslaufens erfolgt die Erregung der Rotorwicklungen über den Unterbrecher 62 durch den Drehfeldtransformator.

Es versteht sich, daß die übrigen Turbogeneratorsätze, d.h. die Turbogeneratorsätze 12, 14 und 16, ebenfalls an die Auslaufsammelschiene 82 angeschlossen werden können, und zwar durch genau gleiche Abfolge der Schritte, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Ferner ist das "Parken", d.h. der Anschluß an die Auslaufsammelschiene, nicht nur während des Abkühlens von Nutzen; vielmehr können die Turbogeneratorsatze an die Auslaufsammelschiene 82 auch zu anderen Zeiten angeschlossen werden, beispielsweise zwischenzeitlich oder intermittierend

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beim Hochfahren. Die verschiedenen Schalter und Unterbrecher, die beispielsweise von Magneten betätigt werden können, sowie die zugehörigen Steuerungen und Verbindungen arbeiten für jeden der TurbogeneratorSätze in gleicher Weise, wie sie vorstehend für den Turbogeneratorsatz 10 beschrieben wurde. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden daher nicht c; I. le Elemente der übrigen Turbogeneratorsätze mit Bezugszeichen versehen.

Erfindungsgemäß ist somit bei einer elektrischen Kraftwerksanlage mit mehreren Turbogeneratorsätzen eine Auslaufsammelschiene vorgesehen, deren Potential so gesteuert wird, daß die Frequenz verhältnismäßig niedrig ist und konstant im Bereich von 1 bis 2 Hz liegt. Es sind Schaltvorrichtungen und Vorrichtungen zur Anpassung von Phase und Frequenz vorgesehen, die es ermöglichen, daß dieselbe mit gesteuert veränderbarer Frequenz arbeitende Anfahreinrichtung, die zum Anfahren der Turbogeneratorsätze benutzt wird, auch zum allmählichen Einstellen der Drehzahl eines bestimmten Turbogeneratorsatzes auf einen solchen Wert benutzt wird, daß Phase und Frequenz denen der Auslauf sammelschiene angeglichen sind, wonach dann der Generator dieses Turbogeneratorsatzes elektrisch an die Auslaufsammelschiene angeschlossen wird. Diese Ausbildung ermöglicht es, daß eine beliebige Anzahl von Turbogeneratorsätzen parallel an die Auslaufsammelschiene angeschlossen werden kann, die es ermöglicht, daß die Turbogeneratorsätze zum Abkühlen oder zu anderen Zwecken gleichzeitig und ununterbrochen mit niedriger Drehzahl weiterlaufen.

Die komplizierte und kostspielige Anfahreinrichtung braucht somit nicht die Aufgabe zu übernehmen, die Turbogeneratorsätze während der langen Abkühlzeiten weiterzudrehen, so daß bei den üblichen Kraftwerksanlagen lediglich eine solche Anfahreinrichtung benötigt wird.

Vorstehend wurde eine bestimmten Ausführungsform

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der Erfindung beschrieben. Diese Offenbarung ermöglicht dem Fachmann, auch zahlreiche andere und abgewandelte Ausführungsformen zu realisieren, die jedoch im Rahmen der Erfindung liegen. Die Erfindung ist daher nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.

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Claims

Patentansprüche

Elektrische Kraftwerksanlage mit mehreren Turbogeneratorsätzen und einer mit gesteuert veränderbarer Frequenz arbeitenden Anfahreinrichtung zum Anfahren der Turbogeneratorsätze, die danach an ein Stromversorgungsnetz angeschlossen werden, gekennzeichnet durch eine Auslaufsammelschiene (82), eine Einrichtung (42) zur Speisung der Auslaufsammelschiene mit einem Potential, das auf eine verhältnismäßig niedrige und konstante Frequenz im Bereich von ungefähr 1 bis 2 Hz geregelt ist, eine Schalteinrichtung (54) zum Anschließen eines bestimmten Turbogeneratorsatzes (10, 12, 14, 16) an die Anfahreinrichtung (30), eine Einrichtung ;zur Steuerung der Frequenz der Anfahreinrichtung in der Weise, daß der bestimmte Turbogeneratorsatz zumindest ungefähr auf die Drehzahl gebracht wird, die der Frequenz auf der Auslaufsammelschiene entspricht, eine Einrichtung (92) zur Phasen- und Frequenzanpassung, die Phasen- und Frequenzübereinstimmung zwischen dem bestimmten Turbogeneratorsatz und der AuslaufsammeLschxene feststellt, sowie eine zweite Schalteinrichtung (94), die auf diese Phasen- und Frequenzüberexnstiinmung anspricht und den bestimmten Turbogeneratorsatz auf die Auslaufsammelschiene schaltet, so daß dieser Turbogeneratorsatz danach mit niedriger Drehzahl weiterlaufen kann, wobei die erforderliche Energie von der Auslaufsammelschiene geliefert wird.
2. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Generatoren (18) der Turbogeneratorsätze (i0, 12, 14, 16) parallel mit der Auslaufsammelschiene (82) verbindbar sind, so daß mehrere Turbogeneratorsätze gleichzeitig im Langsamlauf betrieben werden können.

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3. Kraffcwerksanlage mit mehreren Turbogeneratorsätzen, einer mit gesteuert veränderbarer Frequenz arbeitenden Anfahreinrichtung, einer Einrichtung zur Verbindung des Ausgangs der Anfahreinrichtung mit dem Generator eines bestimmten Turbogeneratorsatzes und zur allmählichen Erhöhung der Ausgangsfrequenz der Anfahreinrichtung, so daß der Generator als Synchronmotor betrieben werden kann und die Turbine auf eine Drehzahl bringen kann, von der an sie selbständig weiterläuft, einer Einrichtung zum Trennen des Generators von der Anfahreinrichtung, nachdem die Turbine diese Drehzahl erreicht hat, einem Stromversorgungsnetz und einer Synchronisiereinrichtung, die den Generator an das Stromversorgungsnetz anschließt, nachdem Phasen- und Frequenzübereinstimmung zwischen dem Generator und dem Stromversorgungsnetz erreicht worden sind, gekennzeichnet durch· eine Auslaufsammelschieneneinrichtung (82), eine Einrichtung (42) zur Speisung der AuslaufsammelSchieneneinrichtung mit einem Potential bei verhältnismäßig konstanter, niedriger Frequenz, eine Schalteinrichtung (54, 56, 58) zum Trennen eines bestimmten Turbogeneratorsatzes (10, 12, 14, 16) vom Stromversorgungsnetz (22) und zum Anschließen dieses Turbogeneratorsatzes an die Anfahreinrichtung (30, 52), eine Einrichtung zur allmählichen Verminderung der Frequenz der Anfahreinrichtung, damit die Drehzahl des Turbogeneratorsatzes allmählich verringert wird, eine Einrichtung (92) zur Anpassung von Phase und Frequenz des bestimmten Turbogeneratorsatzes an Phase und Frequenz der Auslaufsammelschieneneinrichtung und eine Einrichtung (94) zum darauffolgenden Verbinden des Generators (18) des Turbogeneratorsatzes mit der Auslaufsammelschieneneinrichtung, so daß dieser Turbogeneratorsatz mit niedriger Drehzahl weiterläuft, wobei lediglich eine Anfahreinrichtung benötigt wird, um jeweils einen bestimmten Turbogeneratorsatz in den

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Langsamlaufzustand zu überführen.
4. Kraftwerksanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Generatoren (18) der Turbogeneratorsätze (10, 12,14, 16) parallel mit der Auslaufsammei-Schieneneinrichtung (82) verbindbar sind, so daß mehrere Turbogeneratorsätze gleichzeitig mit niedriger Drehzahl weiterlaufen können.
5. Kraftwerksanlage nach Anspruch 3 oder 4_f dadurch

gekennzeichnet, daß das Potential, mit dem die AuslaufsammelSchieneneinrichtung (82) gespeist wird, einen verhältnismäßig konstanten Wert im Bereich von ungefähr 1 bis 2 Hz hat.
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6. Einrichtung zum Anfahren eines bestimmten Turbogeneratorsatzes einer elektrischen Kraftwerksanlage mit mehreren Turbogeneratorsätzen und zum Betreiben der Turbogenerätorsätze mit niedriger Drehzahl und verhältnismäßig konstanter Winkelgeschwindigkeit zum Abkühlen oder dergleichen, gekennzeichnet durch eine frequenzvariable Anfahreinrichtung (30),die einen Generator als Motor betreibt, eine Einrichtung (54) zum Verbinden des Ausgangs der Anfahreinrichtung mit dem Generator (18) eines anzufahrenden Turbogeneratorsatzes (10, 12, 14, 16), damit dieser Generator als Synchronmotor arbeitet, während allmählich die Frequenz des Anfahreinrichtungsausgangs erhöht wird, so daß die Turbine (20) auf eine Drehzahl gebracht wird, von der an sie selbständig weiterläuft, eine Einrichtung zum Trennen des Generators von der Anfahreinrichtung, nachdem die Turbine diese Drehzahl erreicht hat, ein Stromversorgungsnetz (22), eine Synchronisiereinrichtung (70), die mit dem Stromversorgungsnetz und mit dem Ausgang des Generators verbunden ist und den Generator mit dem Stromversorgungsnetz verbindet, wenn Phasen- und Frequenzübereinstimmung

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zwischen Generator und Stromversorgungsnetz erreicht sind, eine Auslaufsairimelschieneneinrichtung (82) , eine Einrichtung (42) zur Speisung der Auslaufsammelschieneneinrichtung mit einem Potential praktisch konstanter, verhältnismäßig niedriger Frequenz, eine Einrichtung zum Trennen eines bestimmten Turbogeneratorsatzes vom Stromversorgungsnetz und zum Verbinden dieses Turbogeneratorsatzes mit der Anfahreinrichtung, so daß die Drehzahl des Turbogeneratorsatzes allmählich durch Verminderung der Frequenz der Anfahreinrichtung verringert werden kann, eine Einrichtung (92) zur Anpassung von Phase und Frequenz'des bestimmten Turbogeneratorsatzes, der von der Anfahreinrichtung betrieben wird, an die entsprechende Phase und Frequenz der Auslaufsammel-Schieneneinrichtung und eine Einrichtung (94) zum darauffolgenden Verbinden des Generators des Turbogeneratorsatzes mit der Auslauf sainmelschieneneinrichtung, so daß dieser Turbogeneratorsatz kontinuierlich mit niedriger Drehzahl weitergedreht wird.
7. Verfahren zum Herunterfahren eines Turbogeneratorsatzes einer elektrischen-Kraftwerksanlage mit mehreren Turbogeneratorsätzen und einer mit gesteuert veränderbarer Frequenz arbeitenden Anfahreinrichtung zum Anfahren der Turbogeneratorsätze, indem deren Generatoren als Synchronmotor betrieben werden, bis Drehzahlen erreicht sind, bei denen die Turbinen selbständig weiterlaufen, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß eine Auslaufsammelschiene vorgesehen wird,auf der ein verhältnismäßig konstantes Potential mit niedriger Frequenz vorliegt,

(b) daß der herunterzufahrende Turbogeneratorsatz vom Stromversorgungsnetz getrennt und mit der Anfahreinrichtung verbunden wird,

(c) daß allmählich die Frequenz des Anfahreinrichtungsausgangs gesenkt wird und dadurch die Drehzahl des

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bestimmten Turbogeneratorsatzes allmählich vermindert wird,

(d) daß Phase und Drehfrequenz des bestimmten Turbogeneratorsatzes der Phase und Frequenz der Auslaufsammelschiene angepaßt werden,

(e) daß der Generator des bestimmten Turbogeneratorsatzes an die Auslaufsammelschiene angeschlossen wird, nachdem Übereinstimmung von Phase und Frequenz erreicht ist, und

(f) daß danach der Turbogeneratorsatz mit niedriger

Drehzahl weitergedreht wird, wobei dieser Generator von der Auslaufsammelschiene gespeist wird, so daß die überführung eines bestimmten Turbogeneratorsatzes in den Langsamlauf zum Abkühlen oder dergleichen mit einer einzigen Anfahreinrichtung für die gesamte Kraftwerksanlage durchgeführt werden kann.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (b) bis- Cf) wiederholt werden und dadurch mehrere Turbogeneratorsätze an die Auslaufsammelschiene angeschlossen werden und daß danach diese mehreren Turbogeneratorsätze parallel unter Speisung durch die Auslaufsammelschiene weiterbetrieben werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest drei Turbogeneratorsätze auf diese Weise parallel betrieben werden. .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Potentials auf einem verhältnismäßig konstanten Wert im Bereich von ungefähr 1 bis 2 Hz gehalten wird.

11, Verfahren zum Herunterfahren eines Turbogenerator-

satzes einer elektrischen Kraftwerksanlage mit mehreren Turbogeneratorsätzen und einer mit gesteuert veränder-

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barer Frequenz arbeitenden Änfahreinrichtung zum Anfahren der Turbogeneratorsätze, indem deren Generatoren als Synchronmotor betrieben werden, bis Drehzahlen erreicht sind, bei denen die Turbinen selbständig weiterlaufen, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß eine Auslaufsammelschiene vorgesehen wird, deren Potential verhältnismäßig konstant ist und niedrige Frequenz hat,

(b) daß die Anfahreinrichtung dazu benutzt wird, einen gewünschten Turbogeneratorsatz ungefähr auf die Drehzahl zu bringen, die der Frequenz auf der Auslaufsammeischiene entspricht,

(c) daß Phase und Drehfrequenz des bestimmten Turbogeneratorsatzes der Phase und Frequenz der Auslaufsammelschiene angepaßt werden und

(d) daß der Generator des bestimmten Turbogeneratorsatzes elektrisch zur Auslaufsammelschiene überführt wird, nachdem Phase und Frequenz angepaßt worden sind, und daß danach der Turbogeneratorsatz mit niedriger Drehzahl weitergedreht wird, wobei der Generator als Synchronmotor betrieben wird und von der Auslaufsammelschiene gespeist wird, so daß eine einzige Anfahreinrichtung sowohl zum Anfahren als auch dazu ausreicht, mehrere Turbogenera-25. torsätze während längerer Zeit zum abkühlen oder dergleichen langsam zu drehen.

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