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Einrichtung zur Betriebsüberwachung in Kraftnetzen Es ist bereits
bekannt, Leistungsmeßgeräte mit einem farbigen Skalenstrich zu versehen, welcher
beispielsweise die Nennleistung der zugehörigen Maschine angibt. Aus der jeweiligen
Zeigerstellung des Meßgerätes und seinem Abstand bis zu dem roten Skalenstrich ist
nun zu ersehen, ob die betreffende Maschine über- oder unterbelastet ist. Würde
man bei einem derartigen Meßgerät den Nullpunkt der Skala an der Stelle des roten
Skalenstrichs anordnen, dann sind ohne besondere Rechnung aus der jeweiligen Zeigerstellung
die Leistungseinheiten abzulesen, um die die augenblickliche Belastung von der Nennleistung
entfernt ist. Ein derartiges Verfahren ist aber nur für eine einzelne Maschine anwendbar
und gibt nicht unbedingt Aufschluß über die Leistung, die im Falle -eines unvorhergesehenen
Belastungsanstiegs von der betreffenden Maschine sofort oder nach Ablauf einer gewissen
Zeit zur Verfügung steht.
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Ist insbesondere die Maschine unbelastet, dann würde aus der Zeigerstellung
zu entnehmen sein, daß die ganze Maschinenleistung sofort oder nach Ablauf ;einer
gewissen Zeit zur Verfügung steht. Tatsächlich ist dies jedoch nicht der Fall, denn
die Stromlosigkeit der Maschine bzw. des Meßgeräts kann ihren Grund einerseits darin
haben, daß die Maschine überhaupt nicht an das Netz angeschlossen ist und stillsteht,
oder andererseits, daß die Maschine zwar an das Netz angeschlossen, aber unbelastet
ist. Aus der Zeigerstellung kann daher keinesfalls geschlossen werden, wlelché Leistung
sofort oder nach Ablauf einer gewissen Zeit zur Deckung einer unvorhergesehenen
Belastungsspitze zur Verfügung steht.
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Sobald es sich dagegen um mehrere Maschinen oder Krafrerke handelt,
die einer gemeinsamen Überwachungsstelle unterstellt sind, muß diese Anzeige versagen,
insbesondere dann, wenn zum Antrieb der Stromerzeuger Kraftmaschinen verschiedener
Art verwendet werden.
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Würde man die Maschinen eines Kraftwerks in dieser Weise, gegebenenfalls
an entfernter Stelle, überwachen, dann kann ein einziges Meßgerät, welches die Gesamtleistung
aller in Betrieb befindlichen Maschinen anzeigt und mit einem roten Skalenstrich
entsprechend der Gesamtnennleistung aller in Betrieb befindlichen Maschinen versehen
ist, nicht verwendet werden, denn die Anzahl und Größe der in Betrieb befindlichen
Maschinen ändert sich dauernd, so daß auch der rote Skalenstrich verschiebbar gemacht
und seine jeweilige Stellung fortlaufend nachgeprüft werden müßte. Will man die
dadurch gegebene Möglichkeit zu Irrtümern vermeiden, dann bleibt nichts übrig, als
für pede einzelne Maschine des Kraftwerk in der Überwachungsstelle ein Leistungsmeßgerät
mit
einem feststehenden Skalenstrich anzuordnen.
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Dadurch wird aber der tXberwachungsbeamte, dem zumeist mehrere Kraftwerke
unterstellt sind, gezwungen, jede einzelne Maschine aller Kraftwerke dauernd zu
beaufsichtigen und dadurch von seinen anderen Obliegenheiten abgehalten.
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Abgesehen davon ist aber auch der Abstand zwischen dem Zeiger eines
Meßgeräts und einem Skalenstrich, der die Nennleistung der betreffenden Nascnine
bezeichnet, keineswegs immer ein Maß für die Leistung, die die betreffende Maschine
sofort oder nach Ablauf einer gewissen Zeit zur Deckung einer unvorhergesehenen
Belastungsspitze beisteuern kann. Die für die Lastübernabme zur Verfügung stehende
Leistung einer Einheit wird im einzelnen Falle verschieden zu ermitteln sein. Besteht
die Einheit aus einem Transformator, der an ein Nacbbarnetz angeschlossen ist und
der dieses jederzeit bis zu seiner Nennleistung belasten darf, so ist die Differenz
zwischen dieser Nennleistung und der jeweiligen Belastung als die zur Verfügung
stehende Leistung anzusehen. Dasselbe gilt für Generatoren, die von Wasserturbinen
oder Dieselmasdinen angetrieben werden. Eraftmaschinen dieser Art können innerhalb
sehr kurzer Zeit auf ihre Nennleistung gebracht werden; es läßt sich also ein von
ihnen angetriebener Generator jederzeit bis zu seiner Nennleistung belasten. Die
Abb. I zeigt diese mögliche Belastungssteigerung S in Abhängigkeit von der augenblicklichen
Belastung A'.
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Bei der Leistung Null ist die Belastungssteigerung gleich der Nennleistung
der Maschine, bei der Nennleistung der Maschine ist die Belastungssteigerung Null.
Die dazwischenliegenden Werte der Belastungssteigerung sind offenbar durch eine
gerade Linie gegeben.
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Dagegen liegen die Verhältnisse bei Generatoren, welche von Dampfturbinen
angetrieben werden, grundsätzlich anders. Zunächst kann die Leistung einer Dampfturbine
mit Rücksicht auf die gleichmäßige Erwärmung der Turbine selbst nicht beliebig schnell
gesteigert werden, selbst wenn die nötige Dampfmenge zur Verfügung steht. In diesem
Falle ist als betriebsbereite Leistung nur ein festliegender Bruchteil der augenblicklichen
Belastung anzusehen. Nach dieser Definition ist also die verfügbare Leistung durch
die punktierte Linie in Abb. f gegeben. Ähnliches gilt bei Dampferzeugungseinrichtungen.
Einem Dampfkessel, der beispielsweise nur halb belastet ist, kann nicht augenblicklich
die seiner Nennleistung entsprechende Dampfmenge für unbegrenzte Zeit entnommen
werden. Auch bei Dampfkesseln ist daher nur ein Bruchteil der augenblicklielten
Belastung als betri.bsbereite Leistung anzusehen. Es kann beispielsweise angenommen
werden, daß bei einer Dampfturbine oder einem Dampfkessel aus thermischen Gründen
bzw. mit Rücksicht auf die Steigerung der Feuerleistung eine sofortige Leistungssteigerung
um nur 20°,o der augenblicklichen Belastung zulässig ist. Eine Meßeinrichtung, die
bei jeder Leistung diesen Prozentsatz als zur Verfiigung stehende Leistung anzeigt,
wird beispielsweise bei goo/o der Nennleistung einen größeren Wert anzeigen als
er mit Rücksicht auf die Größe der Nennleistung tatsächlich geliefert werden kann.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Betriebsüberwachung in
Kraftnetzen, die mit Dampfkesseln und deren Stromerzeuger mit Dampfkraftantriebsmaschinen
ausgerüstet sind. Der geschilderte Mangel wird erfindungsgemäß dadurch vermieden,
daß außer Meßgeräten zur Anzeige der erzeugten Leistung weitere Meßgeräte vorgesehen
sind, durch die die sofort und gegebenenfalls die nach Ablauf einer bestimmten Zeit
zur Verfügung stehende, einen Bruchteil der augenblicklichen Belastung bildende
betriebsbereite Leistung der ganz oder teilweise unbelasteten, aber betriebsbereiten.
ans Netz angeschlossenen Maschinen angezeigt wird, derart, daß ein Zeigerausschlag
entsprechend einem festliegenden Bruchteil der augenblicklichen Belastung und ein
solcher entsprechend der Differenz zwischen der Nennleistung und der augenblicklichen
Belastung gebildet und nur der kleinere von beiden zur Anzeige gebracht wird. Die
verfügungsbereite Leistung ist dabei durch die Ordinaten der schraffierten Fläche
in Abb. 1 gegeben. In bestimmten Fällen kann es außerdem von Vorteil sein, in der
überwachungsstelle neben der augenblicklich verfügbaren Leistung noch anzuzeigen,
welche Belastung einer bestimmten Einheit innerhalb eines bestimmten festen Zeitraumes,
z. B. in 10 Minuten, zugeteilt werden kann.
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Die Zeit, innerhalb der auf die Nennleistung umgestellt werden kann,
wird für jede Turbine bzw. für jeden Kessel experimentell ermittelt. Die Abb. 2
zeigt ein sich auf diese Verhältnisse beziehendes Diagramm.
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Auf der Ordinatenachse sind diejenigen Leistungen aufgetragen, die,
ohne den Betrieb zu gefährden, augenblicklich von der Turbine geliefert werden können.
Diese jederzeit verfügbare Leistung läßt sich nur mit einer gewissen Geschwindigkeit
bis zur Höchstleistung steigern, was für die verschiedenen Teillasten aus den Kurven
des Diagramms hervorgeht.
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Das Diagramm zeigt z. B. nachdem die Belastung der Turbine schnell
auf 50% gesteigert wordeil ist. daß eine Belastung von 75ola
erst
nach etwa 7 Minuten ~ möglich ist und daß die Nennleistung erst nach etwa 10 Minuten
erreicht werden kann. Für Dampfkessel gelten bezüglich der Leistungssteigerung ähnliche
Regeln. Die Meßeinrichtung soll nun in diesen Fällen derart beschaffen sein, daß
neben den augenblicklich verfügbaren Leistungen, die nach dem obigen Beispiel. etwa
200/0 über der jeweiligen Belastung liegen sollen, auch noch diejenigen Leistungen
angezeigt werden, die etwa in 15 Minuten von der betreffenden Einheit im Bedarfsfalle
geliefert werden können. Die tatsächliche Üb ernahme dieser Leistungen innerhalb
15 Minuten setzt - natürlich voraus, daß die Feuerleistung der Dampfkessel sofort
lentsprechend gesteigert wird bzw. die Dampfturbine sofort mit einer größeren Dampfmenge
beschickt wird, um sich entsprechend erwärmen zu können.
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Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden besc¾rieben
und sind in den Abb. 3 -bis 5 schematisch dargestellt.
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Die Anzeige der durch die Ordinaten der schraffierten Fläche in Abb,
1 gegebenen Werte kann beispielsweise mit der in Abb. 3 dargestellten Einrichtung
gewonnen werden.
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Sie bestent aus einer Kombination zweier Ein-Einrichtungen, nämlich
einer, die die Differenz zwischen der Nennleistung und der augenblicklichen Belastung
bildet, und leiner, welche einen Bruchteil der augenblicklichen Belastung der Einheit
anzeigt. Es sind also zwei Sendereinrichtungen vorhanden, und zwar ist angenommen,
daß beide nach dem Impulses zeitverfahren arbeiten. Dem ersten Sender ist der Empfangsapparat
27, dem zweiten der Empfangsapparat 28 zugeordnet. Beide Empfangsapparate besitzen
einen gemeinsamen Zeiger 29, der mit den Empfängern 27 und 28 über zwei Winkelhebel
30 und 3I in Verbindung steht und auf welchen außerdem eine Spiraifeder 32 einwirkt,
die ihn gegen das rechte Skalenende zu bewegen trachtet.
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Die Skala des Zeigers 29 hat ihren Nullpunkt am linken Ende und zeigt
an ihrem rechten Ende einen Leistungswert, welcher 209/0 der Nennleistung der betreffenden
Einheit bedeutet. Die Antriebsgeschwindigkeiten der Empfänger 27 und 28 sind so
gewählt, daß der Empfänger 27 sich, wenn die Einheit voll belastet ist, zu Beendigung
des betreffenden, ihm zugeführten Impulses auf den Nullpunkt einstellt, der Empfänger
28 dagegen auf das rechte Skalenende. Zu Beginn des Impulses besitzt der Empfänger
27 eine Lage, die vom linken Skalenende (Nullpunkt der Skala) um den fünffachen
Betrag der Skalenlänge entfernt ist. Der Empfänger 28 ist auf den Nullpunkt der
Skala eingestellt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung soll für zwei Fälle erläutert werden,
nämlich, daß die augenblickliche Belastung der Einheit den Wert N1 und daß sie den
Wert N2 besitzt (Abb. 4). Der Empfänger 27 enthält einen Zeitimpuls, welcher bei
der Leistung1 der Differenz zwischen der Nennleistung der betreffenden - Einheit
und der Leistung entspricht Der Empfänger 27 bewegt sich aus seiner Ruhelage dabei
um die Strecke P1, Pol', ist also auch zu Beendigung des Zeitimpulses noch vom rechten
Skalenende ein beträchtliches Stück entfernt und kommt demgemäß mit dem Winkelhebel
30 nicht in Berührung.
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Der Empfänger 28 ,erhält bei der Leistung einen Impuls, welcher der
Strecke P1'', Pt"' entspricht. Der Zeiger 29 ist also zu Beendigung des dem Empfänger
zugeführten Impulses auf eine Lage zwischen dem Nullwert und dem Höchstpunkt der
Skala eingestellt. Ist die betreffende Einheit mit der Leistung No, also nahezu
mit ihrer Höchst leistung belastet, so wird der Empfänger 27 zu Beendigung des ihm
zugeführten Impulses eine Stellung besitzen, die von seiner Anfangslage um die Strecken2,
P2' entfernt ist.
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Er befindet sich also innerhalb des Skalenbereiches des Zeigers 29.
Der zweite Empfänger wird durch den ihm zugeführten Impuls um die StreckeP2", P"'
verdreht und b,efindet sich demgemäß in der Nähe des rechten Skalenendes. Der Zeiger.29
vermag dem Empfänger 28 nur bis zu dem Punktes, zu folgen von dort ab wird er durch
den Empfänger 27 wieder auf den Nullpunkt der Skala zurück; geführt. Bei der Leistung
Arg entspricht also die Stellung des Zeigers 29 dem Punkte P2'.
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Durch diese Einrichtung wird die Aufgabe gelöst, die Ordinaten der
schraffierten Fläche in Abb. I anzuzeigen.
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Eine Einrichtung, mit welcher die bereits an Hand der Abb. 2 besprochene
Anzeige erhalten werden kann, ist in der Abb. 5 dargestellt. Die Einrichtung arbeitet
ebenfalls nach dem Impuls-Zeit-Fernmeß-System. Am Orte der zu überwachenden Einheit
befindet sich ein Impuls-Zeit-Geberinstrument, welches die augenblickliche Belastung
meldet. Die Antriebsgeschwindigkeit der Empfangsinstrumente ist 20% größer als diejenige
der Abtastzeiger der Geberinstrumente. Die Achse 34 des Empfängerinstrumentes wird
also bei jedem Impuls um einen Winkel verdreht, welcher der sofort lieferbaren Leistung
der Einheit (Summe der tatsächlichen Belastung und der sofort lieferbaren Mehrleistung)
entspricht. Von diesem Betrag ab ist eine Leistungssteigerung erst nach gewissen
Zeiten möglich, wie an Hand der Abb. 2 besprochen.
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Auf der Achse 34 ist eine Kurvenscheibe 35 befestigt, die auf einen
Zeiger 36 einwirkt, welcher durch eine Spiralfeder 37 ständig
gegen
den Rand der Kurvenscheibe gedrückt wird. Die Kurvenscheibe ist derart geformt,
daß die Winkels zu den Radien in dem durch die Abb. 2 gegebenen Verhältnis stehen.
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Die Achse des Empfängerinstrumentes verdreht sich während des Impulses
um einen Winkel w, der der augenblicklich lieferbaren Gesamtlast w (Abb. 2) der
betreffenden Einheit entspricht. Aus dem für die betreffende Einheit experimentell
ermittelten Diagramm nach Art der Abb. 2 ist zu entnehmen, daß dann in 10 Minuten
die Leistung r geliefert werden kann. Um diese Größe wird der Zeiger 36 durch die
Kurvenscheibe 35 aus seiner Nullage abgelenkt. Der Zeiger 36 zeigt also die nach
IO Minuten lieferbare Leistung an.