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Einrichtung zum bedienungslosen Betrieb von elektrischen Nebenkraftwerken
Für elektrische Nebenkraftwerke mit Wasserturbinenantrieb ist ein Verfahren zum
selbsttätigen Inbetriebsetzen vom Hauptwerk aus bekannt geworden, das darin besteht,
daß zunächst die Primärmaschinen bei Spannungsgabe auf das nach dem Nebenwerk führende
Netz durch selbsttätiges Öffnen des Hauptschiebers in Gang gesetzt und darauf die
leer mitlaufenden Synchronmaschinen selbsttätig synchronisiert werden. Für kleinere
und mittlere Kraftwerke wird aber die hierfür nötige Einrichtung zu teuer.
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Vor allem, um eine selbsttätige Parallelschaltvoxrichtung sowie den
teuren Turbinenregler zu sparen, wird daher nach einer neueren bekannten Ausführungsart
das Kraftwerk bei geschlossenem Turbinenschieber oder geschlossenem Turbinenleitapparat
rein elektrisch angelassen, indem die Synchronmaschinen zunächst unerregt ans Netz
gelegt und als asynchrone ,Motoren angelassen werden. Nachdem sie dann fast ihre
synchrone Drehzahl erreicht haben, werden sie erregt und dadurch synchronisiert.
Erst jetzt wird die Turbine beaufschlagt, so daß sich nunmehr der Energiefluß umkehrt
und die Turbine Energie an das Netz liefert.
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Um nun die Inbetriebsetzung in einfachster Weise bewerkstelligen zu
können, werden die Synchronmaschinen selbsttätig in unerregtem oder schwacherregtem
Zustande vermittels Anzapfungen des sie speisenden Transformators zunächst an einen
Bruchteil der Spannung gelegt, z. B. an die Hälfte der Spannung; nach ihrem Hochlaufen
werden sie selbsttätig durch Einschalten der Erregung synchronisiert und dann an
die volle Spannung gelegt; nun erst wird die Kraftmaschine durch Zufuhr ihres Treibmittels
angelassen.
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Um nun diese Vorgänge in einfacher und betriebssicherer Weise ganz
selbsttätig zu bewerkstelligen, werden erfindungsgemäß Relais zu Hilfe genommen,
die sich gegenseitig und mit Hilfe der von ihnen ausgelösten Vorgänge selbsttätig
steuern und verriegeln. So wird vor allem der Anlaßschalter, der die Maschine erst
an die Teilspannung des Transformators legt und dann auf volle Spannung umschaltet,
von zwei Relais gesteuert, von denen das den Teilspannungskontakten des Anlaßschalters
zugeordnete unmittelbar bei der Ferneinschaltung des Nebenkraftwerkes anspricht,
während das den Vollspannungskontakten des Anlaßschalters zugeordnete eine Verzögerungseinrichtung
besitzt und außerdem mit der Einschaltvorrichtung der Synchronmaschinenerregerwicklung
derart verriegelt ist, daß er erst nach erfolgter Einschaltung dieser Wicklung anspricht.
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In der Zeichnung ist ein Nebenkraftwerk nach der Erfindung mit einem
von einer Turbine i angetriebenen Synchrongenerator a schematisch dargestellt. Seine
Klemmen sind über den Anlaßschalter 3, den Transformator q. und den Hauptschalter
5 an das Netz 6 des Hauptwerks angeschlossen. Auf der Netzseite des Schalters5 liegt
der Spannungswandler 7 als Stromquelle für die Hilfsapparate.
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Wird zwecks Inbetriebsetzung des Nebenkraftwerkes
die
Leitung 6 bei geschlossenem Hauptschalter 5 vom Hauptwerk aus unter Spannung gesetzt,
so wird dadurch zunächst das erste Einschaltrelais 8 erregt und schließt seinen
Kontakt. Dadurch erhält der Einschaltmotor g des Anlaßschalters 3 Strom und fängt
in solchem Drehsinn an zu laufen, daß der Anlaßschalter 3 nach links, d. h. an die
Anzapfung des Haupttransformators 4 gelegt wird, die etwa der halben Generatorspannung
entsprechen mag. Ist der Schalter 3 nach links geschlossen, so schaltet der Hilfsmotor
g mittels des Mechanismus io und des Rückführungsumschalters ii selbst diejenige
Wicklung, die für die Linksschaltung des Umschalters 3 gebraucht wird, aus und die
für Rechtsschaltung des Schalters 3 benötigte Wicklung ein. Die unerregte bzw. über
den hohen Widerstand 36 erregte, mit massiven Polschuhen versehene Maschine z läuft
nun als Induktionsmotor an und kommt, weil leerlaufend bzw. nur mit der leeren Turbine
i belastet, rasch auf Touren und dem Synchronismus nahe. Die auf der gleichen Welle
sitzende selbsterregte Erregermaschine 12 wirkt als Tachometerdynamo und gibt Spannung
auf die Wicklung des Erregerrelais 13, das durch Schließung seines Kontaktes 14
den Widerstand 36 kurzschließt bzw. den Erregerkreis der Maschine 2 schließt und
diese dadurch zum Einschnappen in den Synchronismus veranlaßt. Gleichzeitig wird
vom Relais 13 der Kontakt 15 geöffnet und der Kontakt i6 geschlossen. Durch das
Einlegen des Anlaßschalters 3 nach links wurde der Hilfskontakt ig geschlossen,
17 dagegen wurde geöffnet. Infolge Schließung der Kontakte z6 und z9 hat nunmehr
das zweite Einschaltrelais 2o, das mit einer Verzögerungseinrichtung versehen ist,
Spannung erhalten und schließt eine gewisse, einstellbare Zeit danach seinen Kontakt.
Da der Rückführungsschalter ii den Schaltmotor g für die entsprechende Drehrichtung
vorbereitet hat, legt dieser Motor nunmehr den Umschalter 3 nach rechts um, so daß
die Maschine,-? jetzt an der vollen Spannung des Transformators 4 liegt.
Mit dem Umschalten des Schalters 3 sind die Kontakte i7 und ig geöffnet und damit
die beiden Einschaltrelais 8- und 2o stromlos geworden, während Kontakt 18 geschlossen
wurde. Dies hat nun zur Folge, daß über den geschlossenen Kontakt 22 des Fliehkraftschalters
21 der Einschaltmotor 25 des Turbinenschiebers 27 anläuft und diesen hochhebt, bis
die Zahnstange seines Getriebes 26 den Endausschalter 28 öffnet. Nunmehr läuft die
Turbine i an und übernimmt die ihrer eingestellten Beaufschlagung entsprechende
Leistung, wobei sich der Synchronmotorbetrieb der Maschine z in Generatorbetrieb
umwandelt.
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Die Außerbetriebsetzung des Nebenkraftwerks erfolgt durch Abschalten
der Hauptleitung 6 an der Kommandostelle. Dadurch wird das selbsttätige Nebenkraftwerk
vollständig entlastet, so daß die Turbine durchgehen will. Der Fliehkraftschalter
2i schlägt aus und schließt den Kontakt 24 unter Öffnung der Kontakte 22 und z3,
dadurch wird der Magnet 29 aberregt, der die Zahnräder des Getriebes 26 anzieht,
und die Gegenfeder bringt so das Ritzel aus dem Einzelgriff mit der Zahnstange des
Schiebers27. Durch sein Eigengewicht fällt dieser herunter und schließt so den WaSSerzufluß
zur Turbine. Gleichzeitig ist durch den Kontakt 24 der Stromkreis der Ausschaltspule
3o des Anlaßschalters 3 geschlossen und dieser in seine Mittelstellung gezogen worden.
Dabei ist die Einrichtung so getroffen, daß hierbei der Umschalter ii in seiner
Bereitschaftslage zum Umlegen des Anlaßschalters 3 nach links verharrt. Nachdem
somit die Spannung beidseitig des Haupttransformators 4 verschwunden, der Hilfstransformator
7 somit spannungslos geworden und der Fliehkraftschalter 21: beim Abfallen der Drehzahl
wieder in die gezeichnete. Anlaßstellung zurückgekehrt ist, ist das Nebenkraftwerk
bereit, den Betrieb wieder aufzunehmen, sobald das Netz 6 wieder unter Spannung
gesetzt wird.
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Bei Störungen im Netz 6 werden die bekannten Sicherheitsapparate ausgelöst,
die in der Zeichnung nicht dargestellt sind und den Anlaßschalter 3 zur Auslösung
bringen. Ist die Störung behoben, so kann das Kraftwerk wieder selbsttätig in Betrieb
gesetzt werden.
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Im Gegensatz dazu habenStörungen im Nebenkraftwerk selbst mehr bleibenden
Charakter. In diesen Fällen muß der- Betrieb desselben gesperrtwerden, bis eine
Kontrolle und die Instandstellung erfolgt ist.. Daher ist für den Fall der inneren
Störung eine dauernde Abschaltung ohne die Möglichkeit des selbsttätigen Wiedereinschaltens
vorgesehen. Bei inneren Störungen tritt das an die Strom- und Spannungswandler 31
angeschlossene Rückwattrelais 32 in Tätigkeit, durch welches die Auslösespule 33
des Hauptschalters 5 erregt wird. Dieser wird ausgelöst und kann nur.von Hand wieder
eingeschaltet werden. Zugleich wird der Kontakt 34 geöffnet, wodurch der Stromkreis
des ersten Einschaltrelais 8 unterbrochen und dadurch eine Wiedereinschaltung des
Werkes vom Netz 6 aus unmöglich gemacht ist. Die Auslösung der Ausschaltspule 33
beim. eventuellen Ansprechen des Rückwattrelais 32 infolge des Anlaßvorganges wird
dadurch verhindert, daß ihr Stromkreis über den Kontakt 35 am Endausschalter 28
des Schiebermotors 25 der Turbine führt, der nur bei voller Öffnung des Turbinenschiebers
geschlossen ist.
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Eine Reihe von weiteren Sicherheitsvorrichtungen sind selbstverständlich
nötig und ohne weiteres anzubringen; sie sind aus der Zeichnung weggelassen,
um das Schaltbild nichtverwickelter zu machen.
Das vorliegende Schaltbild
ist für den Fall entworfen, daß die Turbine ohne Regelung arbeitet. Die ist nur
möglich, wenn die in der Zeiteinheit gelieferte Wassermenge entweder konstant oder
dem Leistungsbedarf annähernd angepaßt ist. Ist dies jedoch nicht der Fall, so muß
ein hydraulischer Regler vorgesehen werden. Im allgemeinen braucht dies beim Nebenkraftwerk,
bei dem die Drehzahl der Maschinen durch die Frequenz der Hauptkraftwerksmaschinen
ohnehin bestimmt ist, kein Drehzahlregler zu sein, sondern es genügt die Regelung
auf konstante Beaufschlagung der Leistung in Abhängigkeit vom Oberwasserstand bzw.
von der zufließenden Wassermenge. Statt nun, wie bei dem gezeichneten Beispiel,
zum Anlassen und Abstellen der Turbine den Turbinenschieber elektrisch zu beeinflussen,
ist bei geregelten Turbinen lediglich der Steuerschieber des hydraulischen Hilfsmotors
elektromagnetisch zu öffnen und zu schließen, was erheblich kleinere Verstellkräfte
erfordert. Der Turbinenschieber kann dann noch aus Sicherheitsgründen entweder ebenfalls
mit elektrischer Steuerung versehen werden oder bloß eine elektromagnetische Auslösung
erhalten, bei deren Ansprachen im Gefahrfalle er sich selbsttätig schließt, dann
aber von Hand geöffnet werden muß.
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Soll das Nebenkraftwerk als Reserve dienen und gelegentlich selbständig
arbeiten können, so muß allerdings ein Drehzahlregler vorgesehen werden. In diesem
Falle kann ein besonderer Fliehkraftschalter 2= entbehrt und das Fliehkraftpendel
des Reglers mit entsprechenden Kontakten 22, 23, 24. ausgerüstet werden. Auch eine
elektrische Schnellregelung der Synchronmaschine kann selbstverständlich vorgesehen
werden.
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Enthält das Nebenkraftwerk mehrere Maschinensätze; so können die Schalteinrichtungen
entsprechend vermehrt werden. Ferner können Vorrichtungen getroffen werden, die
es ermöglichen, vom Hauptwerk aus oder ganz selbsttätig die Zahl der in Betrieb
befindlichen Maschinen der jeweiligen Belastung anzupassen.
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Die beschriebene Einrichtung kann sinngemäß auch bei solchen Kraftwerken
angebracht werden, welche mit anderen Kraftmaschinen als Wasserturbinen betrieben
werden.