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Regelverfahren für Wasserkraftanlagen. Es ist bekannt geworden, die
Leistung von Turbinen bei Wasserkraftanlagen durch Änderung des Druckes vor der
Turbine zu regeln, ferner bei Turbinenanlagen mit mehr als einer Einheit die Leistung
zwischen eine oder mehrere Grundbelastungsturbinen und eine Regelturbine aufzuteilen,
wenn das Leistungsdiagramm einer Elektrizitätserzeugungsanlage starke Spitzen und
Schwankungen zeigt, die mit der Jahres- und Tageszeit ständig wechseln.
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Bei der jetzigen Bauweise der Kraftwerke ist es nötig, entsprechend
dem jeweils zu erwartenden Leistungsbedarf mehr Maschinen-
Sätze
im Gang zu haben, als an sich der Leistung nach bedingt sind. Dies führt bei Anlagen
mit Wasserturbinen in der Regel zur Teilbelastung der einzelnen Turbineneinheit
und macht für jede Turbine ein eigenes Regel- und Steuerorgan für den Belastungswechsel
(Öldruckregler) nötig, was bei den heutigen Verhältnissen einen nicht unwesentlichen
Teil der Anlagekosten bedingt. Dabei muß jedes Inbetriebsetzen einer Einheit und
jede Leistungsverteilung für die einzelnen Einheiten durch besonders geschultes
Schaltpersonal erfolgen, was wieder zur Verteuerung und Erschwerung des Betriebes
führt.
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Das Regelverfahren nach vorliegender Erfindung sucht diese Nachteile
zu beseitigen und ermöglicht bei denkbar einfachster Form der hydraulischen Regelung
eine durchaus zuverlässige, betriebssichere und dabei ökonoinische Betriebsführung
auch unter den günstigsten Belastungsverhältnissen, wobei die gesamte Regeltätigkeit
keiner Bedienung, sondern nur einer Wartung und Aufsicht bedarf.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Regelverfahrens
an einer Anlage veranschaulicht, welche mit fünf aus je einer Turbine und einem
Generator bestehenden Einheiten, und zwar einer Regelturbine und vier Grundbelastungsturbinen
ausgestattet ist.
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Die vier Grundbelastungsturbinen I, II, 111, IV besitzen je
ein Regelorgan, welches durch Druckänderung auf die Turbinenleistung einwirkt, während
die Spitzen- oder Regelturbine V als normale Turbine mit Drehschaufeln und Leistungsregelung
bei konstantem Druck ausgeführt werden kann. Die vier Grundbelastungsturbinen arbeiten
hierbei als Turbinen höchster spezifischer Drehzahl mit feststehender Leitradschaufelung
und ohne jede Änderung oder Verstellung der Einlaufquerschnitte bzw. der Zulaufwinkel
zum Laufrad.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Das Druckwasser gelangt durch eine
oder mehrere Zuleitungen in das Verteilerrohr A. Aus diesem führen die Zuleitungen
B zu den einzelnen Einheiten I, II, III, IV, V. Jede Zuleitung B hat einen Hauptschieber
C, welcher sowohl von Hand als mittels eines Elektromotors D von der Schaltbühne
aus bewegt werden kann, ferner ein Drehschieber E mit Ausnahme jener für die Regelturbine
V. Das Gehäuse jedes Drehschiebers E hat drei um je i2o° versetzte Einmündungen,
eine für die Zuleitung B, eine zweite für den Anschluß der Turbinen I bzw. II, III
und IV und eine dritte für den Anschluß an den Leerschuß L bzw. gemeinsamen Energievernichter
oder eine Rohrdr uckentlastung. Die Turbinen- oder Leerschußöffnung kann somit durch
jeden Drehschieber E verschlossen «,-erden. Diese Drehschieber E sitzen, schaubildlich
angegeben, auf einer kurzen `Felle, die am anderen Ende ein Zahnrad F trägt.
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Die Grundbedingungen .der Regelung sind beispielsweise für Drehstromanlagen
folgende: Sämtliche Einheiten sind elektrisch gekuppelt, d. h. alle Synchronmaschinen
hängen parallel am Netz und laufen belastet als Generatoren, unbelastet als Synchronmotoren
mit. Die Spitzen- und Regeleinheit hat dabei drei Aufgaben: i. die Regelung sämtlicher
Maschinen auf konstante Drehzahl bzw. Periodenzahl des Netzes; z. die Leistungsabgabe
an das Netz unter Verteilung auf die arbeitenden Maschinen, derart, daß jeweils
nur die tatsächlich benötigte Maschinenzahl als Generator, diese aller bei Kuppelung
mit Grundbelastungsturbinen unter voller Belastung mitläuft; 3. das Ein- und Ausschalten
der Grundbelastungsturbinen und die Umschaltung von Generator auf Motorleistung.
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Um dies zu erreichen, hat der Regler der Spitzenturbine eine Steuerungsvorrichtung,
z. B. Zentrifugalpendel mit Relais, durch «-elche er in geeigneter Weise auf die
Umschaltvorrichtung bzw. auf den Hauptregelmotor G einwirkt. Dieser Motor G treibt
über ein Schneckenvorgelege, dessen übersetzung der gewünschten Regelschnelligkeit
angepaßt wird, die Steuerwelle H an, auf welcher eine der Zahl n der Grundbelastungsturbinen
entsprechende Zahl von Zahnradsegmenten I sitzen, welche je 36o : n Kreisbogengrade
umfassen und in der Aufeinanderfolge um je 36o : n Grade gegeneinander versetzt
sind, so daß jede von ihnen reit je einem Zahnrad F des Drehschiebers der Reihe
nach in Angriff kommt.
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Wird die Belastung größer, so daß die Leistung der gerade im Generatorzustand
befindlichen Einheiten nicht mehr zu ihrer Dekkung ausreicht, so wird, da jede unter
Druck befindliche Grundbelastungsturbine bereits ihre volle Leistung abgibt, die
Drehzahl eine fallende Tendenz aufweisen. Dies Fallen verhindert jedoch der Regler
der Spitzen-oder Regelturbine, der von einer bestimmten oberen bzw. unteren Regelstellung
an bzw. von einer bestimmten Belastung der Regelturbine an, bei Überschreitung des
.oberen bzw. unteren Belastungspunktes mit einer entsprechenden Verstellung seiner
Muffe reagiert und beispielsweise einen Relaisstromkreis schließt, welcher seinerseits
wieder den Hauptregelmotor G im Vorwärts- bzw. Rückwärtssinn in Betrieb setzt. Bewegt
der Hauptregel-
,notor G die Steuerwelle H im Öffnungssinn, kommt
jeweils jenes Zahnradsegment J niit dein zugehörigen Zahnrad F in Eingriff, welches
zur nächstzubelastenden Turbine gehört. Der Drehschieber F, welcher den Druck zur
Turbine freigibt und die für die Turbine benötigte Wassermenge von dem Energievernichter
absperrt, wird dabei so allmählich geöffnet, daß- die Belastung, welche die Spitzenturbine
als Mehrlast vorübergehend übernommen hatte, unter Vollbelastung der neuzugeschalteten
Einheit stoßfrei auf dasselbe übergeht: In dieseln Falle kehren die Muffen und der
Füllungshebel der Spitzenturbine wieder in ihre Normalstellung zurück und schalten
dabei den Hauptregelniotor G wieder ab. Der !'bergan- vom Motor- zum Generatorzustand
vollzieht sich derart selbsttätig, daß die leer laufende Turbine bis zu ihrer Belastung
vom Netz aus durch die Synchronmaschine mit der richtigen Drehzahl angetrieben wird.
Dabei bedeutet dieser Antrieb der Synchronmotoren vom Netz aus keinen Leistungsverlust,
solange an einer beispielsweise nicht speicherfähigen Anlage das Wasser ohnedies
nicht der Wasserführung entsprechend voll verwertet werden kann oder wenn bei speicherfälligen
Anlagen eine größere Anzahl von Einheiten i,;it Teilbelastung und schlechten Wirkungsgraden
arbeiten muß.
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Bei Verringerung der Belastung wiederholt sich das Spiel in umgekehrter
Reihenfolge, d. h. die zuletzt umgeschaltete Einheit wird durch Druckwegfall entlastet,
sein Gei:ei-ator geht wieder in den Motorzustand über, bis eine abermalige Belastung
erfolgt.
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Zur Durchführung des geschilderten Verfahrens können folgende Nebenvorrichtungen
-ngewendet werden, welche zwar nicht zum laufenden Betrieb, wohl aber zu einer Sicherung
der Betriebsführung nötig sind.
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r. Synchronisiervorrichtung. Das Herausnehmen einer Einheit geschieht
in einfachstet- Weise dadurch, daß mit Hilfe eines Motors D von der Schaltbühne
aus dessen Schieber C geschlossen, die Turbine also entlastet wird, dann wird der
Generator vom Netz abgeschaltet und die Einheit bleibt stehen. Das Abschalten hat
auf die anderen Turbinen keinen Einfluß, da statt (ler abgeschalteten Turbine sofort
die nächste freie deren Leistung übernimmt.
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Das Wiederinbetriebsetzen erfolgt mittels eines Hilfsmotors, welcher
längs der ganzen lurbinenreilie fahrbar angeor.-liiet sein kann und der mit einem
Vorgelege in das Zahnrad 1' des Drehschiebers eingreift. Es wird also zuerst der
Schieber C geöffnet und dann finit dein Regelorgan bzw. durch Steuern eines Ililfsinotors
von der Schalttafel aus auf norinaleWeise synchronisiert sowie gegebenen-2
alls
selbsttätig die Parallelschaltung vollzogen. Mit Hilfe des Synchronisiermotors wird
das Regelorgan wieder geschlossen oder geöffnet, so wie es gerade der Stellung der
Steuerwelle entspricht. Das Synchronisieren i,,escliieht bei allen Maschinen mit
einem Motor und einer Synchronisiervorrichtung. Es ist keinesfalls schwieriger als
das bisherige Verfahren und stellt bei einer derartigen Anlage an sich keinen betriebsmäßigen
Zustand dar.
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2. Sicherheitsvorrichtung gegen Durchgehen.
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Im Falle eines Schieberdefektes, eines Kurzschlusses o. dgl. kann
auf jeder 'I'urbineav, eile ein kleines Fliehkraftpendel sitzen, das tei Überschreitung
der normalen Drehzahl auf eine entsprechende Steuerung wirkt und so auf alle Fälle
ein Schließen des Absperrschiebers C durch den Motor D veranlaßt.