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Einrichtung zur Verteilung der in einem fahrplanfahrenden Kraftwerk
anfallenden Leistungsspitzen auf mehrere parallel arbeitende Maschinen Durch den
immer größer werdenden Bedarf an elektrischer Kraft ergab sich die Notwendigkeit
des Baues von Großkraftwerken, die im allgemeinen an Orten günstiger Kraftquellen
sowie an Punkten großen Verbrauches errichtet wurden.
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Bedingt durch vorteilhafte Kraftwirtschaft ging die weitere Entwicklung
dahin, einen Zu sammenschluß der so entstandenen Großkraftwerke mittels Verbindungsleitungen
durchzuführen, um damit zwei wichtige Forderungen zu erfüllen, nämlich größte Sicherheit
in der Kraftlieferung und günstigste Verteilung auf die einzelnen Kraftwerke. Der
Zusammenschluß erfolgte nun einerseits an den Punkten des größten Verbrauches und
andererseits durch unmittelbare Kupplung der Kraftwerke untereinander.
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Durch den Zusammenschluß von Kraftwerken ergeben sich grundsätzliche
Unterschiede gegenüber dem Einzelbetrieb, die sich dadurch kennzeichnen, daß jede
aus dem Versorgungsgebiet des Einzelwerkes anfallende Last nicht nur die Maschinen
dieses Werkes beeinflußt, sondern alle durch den Zusammenschluß im Netzverband laufende
Maschineneinheiten. Schon hieraus wird ersichtlich, daß auf den Verbindungsleitungen
und Leistungsübergabestellen unerwünschte Laständerungen auftreten können. Betrachtet
man nun die Frequenz des Netzes als Maßstab für den Bedarf elektrischer Kraft, dann
macht im Einzelbetriebe jedes Kraftwerk von diesem Maßstab Gebrauch, um sich in
jedem Falle auf den gewünschten Kraftbedarf einzuregeln. Anders verhält es sich
jedoch im Parallelbetrieb der Kraftwerke, weil hier die Frequenz nicht nur von dem
örtlichen Bedarf, sondern immer vom Bedarf des gesamten Netzverbandes beeinflußt
wird. Folglich kann jetzt die Frequenz kein Maßstab mehr für die Einreglung der
Einzelwerke sein.
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Hieraus ergibt sich die Forderung, daß bei einem Kraftwerkszusammenschluß
=von vornherein jedes Kraftwerk eine ganz bestimmte Aufgabe zu erfüllen hat, wobei
ein Werk als Führerwerk die Frequenz zu halten hat, während die anderen Kraftwerke
im Betriebe sich unabhängig von der Frequenz auf Lieferung oder Bezug elektrischer
Kraft einregeln müssen.
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Daß diese Aufgaben sich nicht ohne zusätzliche Einrichtungen durchführen
lassen, soll an nachstehendem Beispiel näher erläutert werden. Angenommen, im Versorgungsgebiet
eines sich auf Lieferung elektrischer Kraft einregelnden Kraftwerkes falle eine
Last von io MW an und der T-Tnglei,#hförmigkeitsgrad der Turbinensteuerung aller
zusaminengeschalteten
Maschineneinheiten betrage ständig .5 °lü..
,. Durch den Lastanfall von ro MW beteiligen-sich-zunächst alle Maschinen entspreehei.er@
Leistungszahl an der Leistungsaufnahme, wodurch auf 'allen Verbindungsleitungen
der gewöhnliche Leistungsfluß gestört wird. Da aber gleichzeitig mit diesem Lastanfall
auch die Netzfrequenz um einen entsprechenden Betrag fällt, muß das Frequenzwerk,
weil dieses ja die Frequenz halten soll, jetzt wieder auf gewöhnliche Frequenz regeln
und nimmt dadurch zunächst die gesamte angefallene Leistung auf, .die eigentlich
das Werk aufzunehmen hätte, in dessen Versorgungsgebiet sie angefallen ist. Nachdem
erst das Frequenzwerk die gesamte angefallene Leistung .aufgenommen hat, erkennt
das Lieferwerk, um welchen Betrag sich der Leistungsfluß auf der Verbindungsleitung
geändert hat. Nunmehr wird das Lieferwerk sich wieder auf seine gewöhnliche Lieferung
einregeln, was aber gleichzeitig eine abermalige Frequenzverbesserung im Frequenzweik
zur-Folge hat. Dieses wechselvolle Spiel des Einregelns der Leistung im Lieferwerk-
einerseits und Frequenzverbesserung im Frequenzwerk anderseits nimmt sehr viel Zeit
in Anspruch und klingt erst allmählich ab.
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Auf Grund dieser Tatsachen mußte eine zusätzliche Regeleinrichtung
geschaffen werden, die die grundsätzlichen Mängel der bisher angewandten Maßnahmen
beseitigt und ihren Einfloß dahin geltend macht, daß, auf obiges Beispiel bezogen,
die Maschinen desjenigen Lieferwerkes zur Lastaufnahme gezwungen werden, in dessen
Versorgungsgebiet die Last anfällt, noch bevor das Frequenzwerk zur Verbesserung
der Netzfrequenz eingreifen muß.
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Wenn beim Einzelbetrieb von Kraftwerken die Leistungsverteilung meistens
den Geschwindigkeitsreglern der Dampfturbinen überlassen blieb, so erkennt man aus
dem angeführten Beispiel, daß bei einem KraftwerkszusammenschluB diese Art - der
Leistungsverteilung keinesfalls mehr beibehalten werden kann, vor allem dann,. wenn
in .den Versorgungsgebieten der einzelnen Werke Verbraucher mit stark schwankender
Last angeschaltet sind. Um die hieraus immer größer. werdenden Schwierigkeiten einer
Einregelung mit allen ihren Nachteilen zu vermeiden, ist -.der Einbau eines zusätzlichen
Fahrplanreglers in die Leitung zum frequenzregelnden Werk nicht: nur eine vertragliche
Forderung,: sondern auch eine technische- Notwendigkeit, um dem -frequenzfahrendenWerk
die schwere Aufgabe der Frequenzeinregelung`zu erleichtern.
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Zur Leistungseinregelung bei Kraftwerkszusammenschlüssen sind schon
Fahrplanregler bekannt, die an sich in der Lage sind, diese grundsätzliche Forderung,
wenn nur kleine und länger dauernde Leistungsänderungen ,auftreten, zu erfüllen
und damit eine gewisse Leistung an den übergabesteilen einzuhalten. Nicht mehr brauchbar
sind diese bckannten Einrichtungen, wenn in den einzelnen Versorgungsgebieten Verbraucher
mit stark schwankender Belastung steiler Kurvenform und sehr scharf ausgeprägten
Wendepunkten vorhanden sind, weil hierbei den bereits bekannten Fahrplanreglern
die Eigenschaft fehlt, den sehr schnellen Leistungsänderungen zu folgen und die
Regelbefehle den Vorgängen anzupassen. Bei Anwendung der bereits bekannten Fahrplanregler
für die letztgenannte Betriebsart würde sich ein einer Einregelung von Hand ähnlicher
Zustand ergeben, der 'auf alle Fälle vermieden werden muß.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei der Verteilung
der in einem fahrplanfahrenden Kraftwerk anfallenden Leistungsspitzen auf mehrere
parallel arbeitende Maschinen unter Verwendung eines Fahrplanreglers, der den Istwert
der anfallenden Leistung mit einem von Hand oder selbsttätig in zeitlicher Abhängigkeit
von einem Fahrplan eingestellten Sollwert vergleicht, die von dem Fahrplanregler
gegebenen Regelbefehle über einen Stromstoßgeber zur Wirkung gebracht werden, durch
den von der Regelgröße unabhängige Stromstöße bestimmter, einstellbarer Zeitdauer
.ind Zahl den Drehzahlverstellvorrichtungen der Maschinen gleichzeitig oder - nacheinander
zugeführt werden.
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Stromstoßgeber in Form von Kontaktwalzen sind an sich bei anderen
Regeleinrichtung bereits angewandt worden. Der besondere Vorteil -.der -erstmaligen
Anwendung eines solchen Stromstoßgebers bei einem Fahrplanregler besteht darin,
daß- den rasch I aufeinanderfolgenden Leistungsänderungen steiler Kurvenform mit
scharf ausgeprägten Wendepunkten leicht gefolgt werden kann, daß weiterhin die Regelbefehle
durch Änderung der Regelgeschwindigkeit, beispielsweise durch Änderung der Anzahl
der Stromstöße in der Zeiteinheit, den Leistungsänderungen angepaßt und zur Lastverteilung
der Spitzen an beliebig viele Maschinen gleichzeitig oder nacheinander übermittelt
werden i können: Durch Wahl der Länge und Zahl der Kontaktstücke, am Stromßtoßgeber
kann der - Fahrplanregler jeder Turbinensteuerung angepaßt werden. - Den, Geschwindigkeitsreglern
derTurbinensteuerungen wirdweiter- 1 hin- zwischen den einzelnen Regelbefehlen Gelegenheit
gegeben, einen gewissen Ruhezustand
zu erreichen. Schließlich kann
mit einem so entwickelten Regler die vertragliche Forderung, zu jeder Zeit eine
ganz bestimmte Übergabeleistung einzuhalten, ohne Rücksichtnahme auf die Art der
angeschalteten Verbraucher ohne -weiteres erfüllt wenden.
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Der Fahrplanregler (Abb. i) besteht aus dem Istwertgeber i, der durch
die in der Leitung A fließende Leistung über eine wattmetrische Anlage beeinfiußt
wird, und aus dem Sollwertgeber 2, der entweder - örtlich oder über HF-Kanäle verstellt
werden kann. Der Vergleich zwischen Ist- und Sollwert erfolgt in einer Wheatstoneschen
Brücke, die aus den Widerständen R1, R2, R3 und R4 besteht. Der Widerstand R1 ist
mehrfach angezapft und liegt an einer Kontaktbahn 3, die vom Istwertgeber i über
eine Stromschiene 4 und Kontaktzeiger 5 bestrichen wird. Der Widerstand R2 ist ebenfalls
angezapft und liegt an der Kontaktbahn 6, die vom Sollwertgeber a über Stromschiene
7 und Kontaktzeiger8 bestrichen wird. Bei der in Abb. i gezeichneten Stellung stimmen
Ist- und Sollwert überein, wobei Gleichgewichtszustand in der Brücke herrscht, so
daß keinerlei Regelbewegung ausgeführt wird.
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Tritt nun eine Abweichung des Istwertes vom Sollwert ein, z. B. Unterschreitung
des Sollwertes um i MW, so nimmt der Istwertgeber i die in Abb. i punktierte rechte
-Stellung ein. Dadurch tritt ein Stromunterschied im Brückenzweig Ri-R3 gegenüber
R2-R4 ein, so daß das Brückenrelais g zum Ansprechen kommt und die ebenfalls punktierte
linke Lage einnimmt, wodurch der Fahrplanregler die nachfolgend näher erläuterte
Regelbewegung ausführt. Von der Stromquelle io fließt ein Strom über den Kontaktzeiger
des Brückenrelais g zum Kontakt H und von da aus zur Magnetspule des Schützes ii
und zur Stromquelle zurück. Das Schütz ii wird erregt und schließt seinen Kontakt,
wodurch der Stromkreis des Steuerrelais 13 geschlossen wird, das nunmehr Spannung
über den Strörnstoßgeber ig erhält und dadurch im Takte der einzelnen Stromstöße
seine Kontakte schließt und öffnet.
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Dieser Vorgang im Steuerrelais 13 wird benutzt, um der Drehzahlverstellvorrichtung
!1T der Kraftmaschine K so lange Stromstöße im Sinne der Lastaufnahme zuzuführen,
bis der Istwert mit *dem Sollwert wieder übereinstimmt. Bei diesem Vorgang wird
die Spannung der Stromquelle der Vorrichtung IVI über Kontakt EA »H« des: Begrenzungsschalters
21 und Kontakt I des Steuerrelais 13 an Klemme A und über Kontakt II des Steuerrelais
13 an Klemme B zugeführt. Das Feld der DrehzahlverstellvorrichtungM liegt dauernd
an der Stromquelle io, so daß die Stromstöße durch das Steuerrelais 13 auf die Drehzahlverstellvorrschtung
M im Sinne der Lastaufnahme erfolgen. -Beim Überschreiten des-Sollwertes ist der
Vorgang genau derselbe, nur nimmt jetzt der Istwertgeber i die in Abb. i punktierte
linke Stellung ein. Auch das Brückenrelais stellt sich jetzt in die punktierte rechte
Lage, wodurch nunmehr an Stelle des Schützes ii, des Steuerrelais 13 und des.GrenzkontaktesEA»H«
das Schütz 12, Steuerrelais 14 und Grenzkontakt EA »T« in Wirksamkeit treten und
die Drehzahlverstellvorrichtung 111 der Kraftmaschine K im Sinne der Lastabgabe
beeinflußt wird.
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Bei größeren Abweichungen des Istwertes vom Sollwert ist es erwünscht,
äußerst rasch den Sollwert wieder zu erreichen. Es ist daher eine Beschleunigung
der Drehzahlverstellvorrichtungen erforderlich, um größere Lastanteile je Stromstoß
auszulösen. Zu diesem Zweck ist der Istwertgeber i mit einer weiteren Kontaktbahn
z3 und der Sollwertgeber a mit einer zweiten Kontaktbahn 26 ausgerüstet. Beide Kontaktbahnen
sind durch Verbindungsleitungen 3o zusammengeschaltet. Bei .dem vorher beschriebenen
Regelvorgang mit einer Abweichung von i MW setzt die Beschleunigung noch nicht ein,
da das Beschleunigungsrelais 17 noch keine Spannung erhält. Sein Erregerstromkreis,
ausgehend von der Stromquelle io über Kontaktschiene 24, Zeigerkontakt 25, Kontakt
I der Kontaktbahn --3 und von da über die Verbindungsleitung 301 zum Kontakt
I der Kontaktbahn 26 ist .durch. das Isolierstück 27 noch unterbrochen. Erst bei
einer Abweichung des Istwertes von a bis 3 MW wird der Erregerkreis geschlossen
und durch das Ansprechen des Relais 17 der im Feldstromkreis der Drehzahlverstellvorrichtung
M liegende Widerstand ioo, der bis jetzt durch das Relais 17 überbrückt war, eingeschaltet,
das Feld der Vorrichtung M geschwächt und diese in ihrer Drehzahl je Stromstoß beschleunigt,
was eine Auslösung größerer Lastanteile an der Kraftmaschine K zur Folge hat.
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Bei Abweichungen des Istwertes vom Sollwert von etwa 4 MW und mehr
setzt der gleiche Vorgang mit dem Unterschied ein, daß die Spannung der Stromquelle
io jetzt über die Kontakte IV der Kontaktbahnen 23, 26 zur Kontaktschiene :z9 und
von dort aus zu dem Beschleunigungsrelais 18 gelangt, das jetzt an Stelle des Relais
17 seinen Kontakt öffnet und dadurch in .den Feldstromkreis der Drehzahlverstellvorrichtung
M den Widerstand Zoo einschaltet. Die Beschleunigung der Drehzahlverstellvorrichtung
M je Stromstoß wird jetzt noch mehr erhöht, so daß mit zunehmender Größe der Abweichung
des Istwertes
vom Sollwert noch größere Lastanteile an der Kraftmaschine
K ausgelöst werden. . .
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Bei dem in Ahb._2 dargestellten Regler stimmen Arbeitsweise, Stromlauf
und Schaltung unter Anwendung-der gleichen Schaltsymbole, und Bezugsziffern grundsätzlich
mit der Beschreibung der Abb. i überein. Unterschiedlich ist die Abb.2 gegenüber
der Abb. i nur darin, daß das Beschleunigungsrelais 17 den Widerstand ioo nicht
in den Feldstromkreis der Verstellvorrichtung M, sondern in den Ankerstromkreis
schaltet.. Die hiermit erzielte Wirkung ist im wesentlichem dieselbe als bei der
in Abb. i gewählten Schaltungsart. Weiterhin ist der Stromstoßgeber in Abb. 2 gegenüber
der Abb. i etwas ausführlicher dargestellt, woraus hervorgeht, daß über diesen,die
Stromstöße gleichzeitig oder nacheinander mehreren Drehzahlverstellvorrichtungen
M zugeteilt werden können. Aus diesem Grunde sind auch die Steuerrelais 1311, 1311!,
.i31 bzw. i411, i411; 141v miteingezeichnetworden.
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Das in Abb. 2 dargestellte Zeitrelais 33, der Druckknopf 31 sowie
der Nullkontakt.34 am Istwertgeber i dienen dazu, in Störungsfällen den Regler von
Hand oder selbsttätig stillzusetzen; was durch Bedienen .des Schützes 32 durch die
vorher erwähnten Vorrichtungen geschieht. Dadurch wird .die Spannung der Stromquelle
io, die über .den Kontakt des Schützes 32 zum Stromstoßgeber ig geführt ist, unterbrochen,
so daß die Steuerrelais 13, 14 keine Stromstöße mehr bekommen.