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Leistungsregeleinrichtung für einen Turbosatz zur
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Sicherung einer ausreichenden Leistungsabgabe nach einer NetzstöruJ
Die Erfindung betrifft eine Leistungsregeleinrichtung für einen aus Turbine und
Generator bestehenden Turbosatz mit einem der Turbine nachgeschalteten Stellventil,
dem seinerseits über ein Vergleichsglied ein Drehzahlregler und ein Leistungsregler
vorgeschaltet sind, und mit einem zwischen Vergleicheglied und Leistungsregler angeordneten
Schalter, der inAusschaltabhängigkeit zu einem einem Leistungsmeßgerät nachgeschalteten
Grenzwertmelder steht, der den Schalter eingeschaltet hält, so lange eine Mindestleistung
überschritten wird.
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Eine derartige Regeleinrichtung gewährleistet, daß im normalen Betrieb
bei geschlossenem, dem Leistung regler nachgeschalteten Schalter die Turbine im
wesentlichen auf die gewünschte Leistung eingeregelt wird. Bei Störungen im elektrischen
Netz, wie z.B.
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bei einem l,astabwurf durch ctlnen regler in Generator nähe, wird
durch eine derartige Schaltung siehergestellt, daß die Drehzahl der Turbine des
Generators nicht unzulässig ansteigt. Dies geschieht dadurch, daß ein dem Leistungsregler
nachgeschalteter Schalter geöffnet wird, wenn eine bestimmte Mindestleistung (z.B.
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zweifacher Eigenbedarf der Anlage) unterschritten wird.
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In diesem Fall übernimmt allein der Drehzahlregler die weitere Beeinflussung
der Dampfzufuhr zur Turbine.
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Tritt im elektrischen Netz ein Kurzschluß auf, der vom Netzschutz
nach einer gewissen Zeit (z.B. 150 msec) durch Herausschalten der schadhaften Leitung
beseitigt wird, so entstehen nach Wiederkehr der Spannung Leistungspendelungen zwischen
Turbosatz und Netz. Diese ergeben sich vor allem deshalb, weil während des Pehlers
Synchronisationsmomente zwischen dem Drehfeld des elektrischen Netzes und dem Läufer
des Generators nicht oder nur in geringem Maße vorhanden sind. Der Läufer wird in
dieser Zeit nicht genügend abgebremst und eilt dem Drehfeld des Netzes voraus. Sobald
der Netzkurzschluß beseitigt ist, ergeben sich große synchronisierende Momente,
die zu Pendelungen des Läufers gegenüber dem Drehfeld fuhren und starke Schwankungen
der Leistungsabgabe zur Folge haben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei der beschriebenen Regelungsanordnung
und bei einem vom Netzschutz abgeschalteten Fehler sicherzustellen, daß auch bei
den auftretenden, unvermeidlichen Netzpendelungen nach einem solchen Störfall der
Turbosatz möglichst schnell wieder seine Soli-Leistung an d Netz abgibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß
dem
Leistungsmeßgerät ein weiterer, auf Rückleistung eingestellter Grenzwertmelder nachgeschaltet
ist, dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang des anderen Grenzwertmelders über ein
Oder-Glied mit dem Schalter derart verbunden ist, daß der Schalter auch bei Hückleistung
ein schaltet.
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Ein Beispiel für die Leistungsabgabe des Generators nach einer Störung
ist in dem Diagramm nach Figur 1 dargestellt. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Blockschaltbild.
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In Figur 1 ist auf der Ordinate des Diagramms die jeweils vom Turbosatz
abgegebene Ist-Leistung Pist aufgetragen, abhängig von der auf der Abszisse aufgetragenen
Zeit t. Eine gestrichelte Linie mit der Bezeichnung 2 EB kennzeichnet die Leistung,
die der doppelten Eigenbedarfsleistung entspricht. Außerdem ist eine gestrichelte
Linie - 1 % bei 1 % Rückleistung eingetragen.
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Die Zeitabschnitte zwischen je zwei Schnittpunkten der dargestellten
Leistungskurve P nach einem Netzkurzschluß mit den gestrichelten Linien 2 EB und
- 1 so sind mit a und b bezeichnet. Die Zeiten a kennzeichnen die Zeiten, in denen
bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein dem Leistungsregler nachgeschalteter Schalter
1 geöffnet ist, in den Zeiten b ist dieser Schalter geschlossen.
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Der Turbosatz 2 in Figur 2 besteht aus einem Generator 3 mit einer
auf gleicher Welle angeordneten Turbine 4.
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Der Turbine 4 ist ein Stellventil 5 zur Regelung der von der Turbine
abgegebenen Leistung vorgeschaltet.
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Das Stellventil 5 wird von einem elektrohydraulischen Umformer 6 gesteuert,
der seinerseits von einem vorgeschalteten Stellungsregler 7 beeinflußt wird. Vor
dem
Stellungsregler ist ein Additionsgljed 8 angeordnet, an das die Ausgangsleitung
9 eines Drehzahlreglers 10 und die Ausgangsleitung 11 eines Leistun;sreglers 12
angeschlossen ist. In dem Additionsgiled d erfolgt die Addition so, daß der Drehzahlregler
einen gegenüber dem Leistungsregler geringen MinfluB (ca. 10 %) auf das an den nachgeschalteten
Stellungsregler 7 abgegebene Signal besitzt. In die Ausgangsleitung 11 des Leistungsreglers
12 ist ein Schalter 1 eingeschaltet. Dieser Schalter 1 wird vom Ausgang eines Und-Gliedes
2 über eine Spule 1a beeinflußt.
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Sowohl dem Drehzahlregler 10 als auch dem Leistung regler 12 sind
Vergleichglieder 13 zum Soll-Istwert-Vergleich vorgeschaltet. Diese Vergleichsglieder
erhalten von Stellorganen 14 und 15 einen Sollwert für die Drehzahl nS und einen
Sollwert für die Leistung Ps Außerdem ist das dem Drehzahlregler 10 vorgeschaltete
Vergleichsglied mit einem Drehzahlmeßgerät 16 und das dem Leistungsregler 12 vorgeschaltete
Vergleichsglied mit einem Leistungsmeßgerät 17 zur Zuführung der lstwerte verbunden
Im Ausführungsbeispiel ist das Drehzahlmeßgerät 16 mit der Welle der Turbine 4 gekuppelt
und das Beistungsme'igerät über einen Spannungswandler 18 und einen Stroalwandler
19 mit einer Leitung 2() des Netzes verbunden.
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Zur Steuerung des Schalters 1 in der Ausgangsleitung 11 des Leistungareglers
12 ist einem Eingang des Und-Gliedes 2 eine Kippstufe 21 vorgeschaltet, deren Eingängen
seinerseits ein Und-Glied 22 und ein Oder-Glied 23 vorgeschaltet sind. Das Oder-Glied
23 ist mit einer Zeitstufe 24 verbunden, deren Eingang über eine Umkehrstufe 25
mit dem zweiten Eingang des Und-Gliedes 2 verbunden ist. Je ein Eingang des Oder-Gliedes
23
und des Und-Gliedes 22 sind mit einer Leitung 27 zur ZufUhrung
eines Aus-Signals und einer Leitung 28 zur Zuführung eines Sin-Signals verbunden.
Diese Leitungen 27 und 28 dienen zur Handsteuerung der Regelungsanordnung.
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Durch ein Signal auf der Leitung 27 wird die Kippstufe 21 gesperrt
und gibt kein Signal an das Und-Glied 2 ab, so daß der Schalter 1 gedffnet bleibt.
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Bei der Einschaltung des Leistungsreglers ist ein Signal auf der Leitung
28 vorhanden und bei genügender Leistungsabgabe an das Netz ergibt sich auch ein
Signal am zweiten Eingang des Und-Gliedes 22. Hierdurch wird die Kippstufe 21 so
gesetzt, daB ein Signal an das Und-Glied 2 gegeben wird. Der zweite Eingang des
Und-Gliedes 2 ist einerseits an die der Zeitstufe 24 vorgeschaltete Umkehrstufe
25 angeschlossen und andererseits mit einem Oder-Glied 29 verbknden.Der zweite Eingang
des Und-Gliedes 22 ist ebenfalls an den Ausgang des Oder-Gliedes 29 angeschlossen.
Das Oder-Glied. 29 besitzt zwei Eingänge, von denen einer dem Grenzwertmelder 26
und der andere einem Grenzwertmelder 30 nachgeschaltet ist. Beide Grenzwei tmelder
26 und 30 sind an den Ausgang des Leistungsmeßgerätes 17 angeschlossen. Dabei ist
der Grenzwertmelder 26 auf einen Wert eingestellt, der z.B. dem zweifachen Eigenbedarf
der Anlage entspricht, während der Grenzwertmelder 30 auf einen Wert eingestellt
ist, der diesen erst bei Rückleistung, d.h. bei Leistungsaufnahme des Turbosatzes
2, einschaltet. Der Einschaltpunkt des Grenzwertmelders 30 ist in Figur 1 durch
die zweite gestrichelte Linie mit der Bezeichnung -1 ffi dargestellt.
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Die Wirkungsweise der Regelungsanordnung bei einem
Netzkurzschluß
mit anschließender Abschaltung durch den Netzschutz ist dann folgende: Im normalen
Betrieb ist sowohl der Leistungsregler 12 als auch der Drehzahlregler 10 auf das
Additionsglied 8 geschaltet und der Turbosatz 2 gibt seine durch den Soll-Wert PS
bestimmte Leistung ab. Diese Leistung wird durch den Leistungeregler 12 bestimmt,
der einen proportionalen und einen integralen Anteil besitzt.
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Bei Auftreten einer kraftwerksnahen Störung sinkt die vom Generator
3 abgegebene Leistung auf einen Wert ab, der unterhalb des zweifachen Eigenbedarfes
liegt.
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In dieses Augenblick schaltet der Grenzwertmelder 26 um, so daß an
seinem Ausgang das vorher vorhandene Ein-Signal verschwindet. Gemessen wird die
Istleistung mit einem MeOumformer, dessen Einschwingzeit ca. 10 ms beträgt. Da auch
der Grenzwertmelder 30 kein Signal abgibt (die abgegebene Leistung ist gröBEr als
-1 ), sind beide Eingänge des Oder-Gliedes 29 ohne Signal, so daß an den rechten
Eingang des Und-Gliedes 2 kein Signal mehr gelangt und der Schalter 1 ausgeschaltet
wird. Außerdem wird die Zeitstufe 24 in Betrieb gesetzt, die über das Oder-Glied
23 dafür sorgt, daß bei andauerndem Netzfehler der Schalter 1 endgültig ausgeschaltet
bleibt, bis wieder eine Einschaltung von Hand erfolgt.
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In dem in Figur 1 angenommenen Fall schaltet der Netzschutz jedoch
den Fehler wieder ab. In der Zwischenzeit ist der Läufer der Turbine 4 und des Generators
7 beschleunigt worden, so daß ein Winkel zwischen dem Drehield der wiederkehrenden
Netzspannung und dem im Generator induzierten Drehfeld vorhanden ist. Dies hat zur
Folge, daß durch die wiederkehrende Spannung des
Netzes der Läufer
des Generators abgebremst wird und der Turbosatz 2 eine Leistung oberhalb der vorher
gelieferten Leistung abgibt. Durch das Ansteigen der Leistung hat der Grenzwertmelder
26 wieder eingeschaltet und über das Oder-Glied 29 und das Und-Glied 22 mit der
Kippstufe 21 Signale an die beiden Eingänge des Und-Gliedes 2 gegeben, so daß der
Schalter 1 wieder einschaltet. Durch die anschließend auftretende Pendelung geht
die Leistung entsprechend der Kurve P in Figur 1 wieder zurück und unterschreitet
bei ausreichend großer Pendelungsamplitude wiederum den Leistungsgrenzwert des Grenzwertmelders
26.
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Ohne den Grenzwertmelder 30 und das Oder-Glied 29 hätte dies zur Folge,
daß für relativ lange Zeiten der Leistungsregler immer wieder abgeschaltet wird,
eo daß trotz einer intakten Verbindung zwischen Generator und wieder hergestelltem
Netz die Leistungsabgabe des Turbosatzes 2 stark verringert ist. Diese Verringerung
der Leistungsabgabe ergibt sich beispielsweise dadurch, daß bei abgeschaltetem Leistungsregler
das Stellventil 5 schnell schließt, während die öffnungsgeschwindigkeit dieses Stellventile
bei wieder zugeschaltetem Leistungsregler 12 wesentlich geringer als die Schließgeschwindigkeit
ist. Diese Eigenschaft des Stellventils 5 ist konstruktionsbedingt. Durch das Vorhandensein
des Grenzwertmelders 30, der auf einen geringen RUckleistungswert eingeatellt ist,
wird jedoch dieser Grenzwertmelder ein Signal abgeben, sobald das Vorzeichen der
vom Generator abgegebenen Leistung sich umgekehrt hat.
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Dadurch gelangt über das Oder-Glied 29 wiederum ein Signal an die
Und-Glieder 2 und 22, so daß der Schalter 1 wieder eingeschaltet wird.
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Aus Figur 1 ist zu sehen, daß dadurch nur sehr kurze
Zeiten
vorhanden sind, in denen der Leistungsregler 12 nicht wirksam wird. Der Turboaatz
2 kann aleo nach einem vom Netzschutz abgeschalteten Kurzschluß auch bei großen
Pendelungen der Leistung zwischen Netz und Generator relativ schnell seine volle
Leistung wieder abgeben, ohne daß zu irgend einem Zeitpunkt für den Fall eines erneuten
Netzfehlers der Übergang von der Leistungsregelung zur Drehzahlregelung beeinträchtigt
ist.
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1 Patentanspruch 2 Figuren