DE758938C - Vorrichtung zur Sicherung des Weiterbetriebes der Wasserturbine eines elektrischen Kraftwerkes - Google Patents

Vorrichtung zur Sicherung des Weiterbetriebes der Wasserturbine eines elektrischen Kraftwerkes

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DE758938C
DE758938C DEE54608D DEE0054608D DE758938C DE 758938 C DE758938 C DE 758938C DE E54608 D DEE54608 D DE E54608D DE E0054608 D DEE0054608 D DE E0054608D DE 758938 C DE758938 C DE 758938C
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turbine
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Escher Wyss Maschinenfabriken GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • F03B15/18Regulating, i.e. acting automatically for safety purposes, e.g. preventing overspeed
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Sicherung des Weiterbetriebes der Wasserturbine - eines elektrischen Kraftwerkes Die Erfindung betrifft Wasserturbinen elektrischer Kraftwerke, .deren Regler von einem Elektromotor angetrieben w-ir-d, der unmittelbar oder über einen Wandler von,dem Netz gespeist wird, auf .das der mit der Turbine gekuppelte Generator arbeitet. Diese unmittelbare Speisunig des Motors für das Reglerperndel ist als billiger Ausweg bekannt. Man spart dadurch nämlich einen besonderen Stromerzeuger, der unmittelbar mit der Turbine gekuppelt ist und nur den Reglermotor speisen soll. Diese billigere Ausführung hat aber den Nachteil, daß bei Spannungsstörungen oder wenn das Netz abgeschaltet wird, das Reglerpendel stehenbleibt. D ies würde zur Folge haben, daß idiie Turbine bei Entlastung durchweht. Um das zu verhindern, wurde bisher durch eine besondere Vorrichtung der Wasserzulauf zu der Turbine vollständig gesperrt, sobald der Regler s;tehenbleibt. Damit hat man zwar eine Sicherheit gegen das Durchgehen;, !aber es ergibt sich Idier neue Nachteil, daß man in jedem -dieser Fälle die Maschine aus dem Stillstand neu hochfahren sowie den Stromerzeuger von neuem mit dem Netz parallel schalten und synchronisieren muß. Die Erfindung will die einfache und billige Speisung dies Antriebsmotors für den Regler ,unmittelbar vom Stromerzeuger oder vom Netz beibehalten. aber den Nachteil beseitigen, daß bei jeder Störung die Turbine stillgesetzt werden muß. Dies wird durch eine mechanisch auf das Regelgestänge der Turbine wirkende Stellvorrichtung erreicht., die bei Spannungs:sfiörungen im elektrischen Netz das Regelgestänge der Turbine in eine bestimmte Lage einstellt. Die Stellvorrichtung wirkt mechanisch auf das Regelgestän:g° und wird durch einen besonderen Hilfsmoor verstellt. Dieser Hilfsmotor kann z. B. ein mit Öldruck beaufschlagter Druckkolben sein. Er wird :durch ein elektrisches Relais, z. B. über ein Steuerventil, gesteuert. Das Relais spricht bei Spannungsstörungen an. Die Stellung, in die das Regelgestänge durch d1° Stellvorrichtung eingestellt wird, entspricht einer Turbinendrehzahl, die man trotz der Spannungsstörung aufrechterhalten will. Man wird diese Stellung entweder so wählen, d.aß bei ihr der Turbine so viel Wasser zugeführt wird, daß sie mit unveränderter Betriebsdrehzahl leer läuft oder unter Umständen auch so viel, daß der Betrieb mit voller Last aufrechterhalten bleibt.
  • Besonders bei großen Kraftwerken kommt es vor, daß bereits bei Spannungsabsenkungen, also bei nicht vollständigem Ausbleiben der Spannung, die Sicherheitsvorrichtung eingreifen muß. Für solche Fälle kann die Stellvorrichtung nach der Erfindung mit einem Sperrglied versehen «-erden, das sie zunächst in einer Lage festhält, die der Vollastöffnung der Turbine entspricht. Das Sperrglied wird ebenso wie die Stellvorrichtung ferngesteuert und kann nach Bedarf ausgerückt werden, so daß nunmehr die Stellvorrichtung das Regelgestänge in eine Lage bringt, hei der diie Turbine leer läuft.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch angegeben. Abb. i ist ein Schema der Regelanordnung mit nur einer Stellvorrichtung; Abb. 2 ist ein Schema mit einer Stellvorrichtrung und, einem Sperrglied.
  • i ist die Turbine mit dem Stellring 2 für die Leitschaufeln 3, der bei Drehung in der Pfeilrichtung d. die Turbine öffnet.. Durch das Gestänge 5 wird dieser Stellring von dem Servomotorkolben 6 bewegt. Dieser Kolben wird: durch Drucköl entweder aus der Leitung 7 oder der Leitung 8 beaufschlagt, :die beide an das Hauptsteuerventil 9 angeschlossen sind und von diesem je nach der Stellung des Ventils abwechselnd mit Drucköl aus der Zuleitung io gespeist oder beide abgesperrt werden. Das Ventil wird über das Gestänge ii von dem Regler 12 bewegt und durch die Rückführung 13 von dem Kolben 6 in seine Ruhelage zurückgeführt. Der durch einen (nicht gezeichneten) von Hand zu verstellenden Lasteinsteller veränderbare Regler 12 wird durch einen Elektromotor 1.4 angetrieben, der über die Leitungen 15 und 16 an die Spannung des Netzes 17 angeschlossen ist. Der von der Turbine i angetriebene Generator 18 kann :durch einen Sich-erheitsscbalter i9 abgeschaltet werden, der selbsttätig abschaltet, sobald der über die Leitungen 16 an das Netz 17 angeschlossene Elektromagnet 2o spannungslos wird.
  • Sobald also die Spannung im Netz 17 verschwindet, wird der Schalter i9 den Generator 18 abschalten und damit die Turbine i entlasten. Zugleich beginnt der Reglermotor 1.:1, stehenzubleiben. Dadurch fallen die Glewiclite des Reglers 12 zusammen, und dier Regler wirkt in dem Sinne einer weiteren Öffnung dies Leitschaufelapparates 3. Die Turbine würde also durchgehen.
  • Um dies zu verhindern, ist gemäß der Erfindung eine Stellvorrichtung 21 ,angebracht, deren Kolben von einer Feder 22 gegen die verschiebbare Welle des Reglefs 12 gedrückt wird, so daß diese in eine Stellung gelangt, die der Leerlauföffnlung des Leitapparates 3 entspricht. Die Turbine läuft demnach ohne Last mit ihrer Leerlaufdrehzahl weiter und braucht nicht stillgesetzt zu werden.
  • Im normalen Betrieb soll der Kolben der Stellvorrichtung 2:1 die Reglung nicht beeinflussen. Er wird deshalb über die Leitung 23 von dem Nebensteuerventil2.I mit Drucköl beaufschlagt, solange der den Kolben des Nebensteuerventils 2.4 bewegende Elektrotnagllet 25 über die Leitungen 26 und 16 vom Netz 17 Spannung erhält. Dann ist der Kolben des Ventils 2d. angehoben, so d@aß die Leitung 23 mit der Druckölzuleitung io verbunden ist. Wenn der Elektromagnet 25 spannungslos wird, kommt dien Kolben des Ventils 2.1 in eine Stellung, in der er die Leitung 23 mit der Ölableitung 27 verbindet. Dann sinkt der Öldruck unser dem Kolben der Stellvorrichtung 2i, so d:aß die Feder 22 wirksam wird. Über die Leitung 28 kann beim normalen Betriebszustand der Turbine das Lecköl der Ste11vorrichtung 21 entweichen.
  • In der Abb. 2 sind alle bisher beschriebenen Teile mit gleicher Bezeichnung dargestellt. Sie sind. aber noch ergänzt durch ein Sperrglied 29, das in eingerücktem Zustande nur eine Teilbewegung der Stellvorrichtung 21 zuläßt. Es wird durch eine Feder 30 unter die Stellvorrichtung 21 geschoben, sobald der Öldruck aus der Leitung 31 aufhört. Diese ist an ein: zweites Nebensteuerventil 32 angeschlossen, das die Leitung 31 entweder an die Zuleitung io oder über die Leitungen 33 und 28 an: die Ableitung 27 anschließt. Dieses Ventil wird von: einem Elektromagneten 34 bewegt, der jedoch nicht an die Netzspannung angeschlossen ist, sondern mit Hilfe eines (nicht gezeichneten) Schalters oder Relais an eine vom Netz unabhängige Stromquelle nach Bedarf angeschlossen werden kann.
  • Um die Arbeitisweise der Einrichtung zu erklären, werden vier Fälle behandelt.
  • i. Nach Ab:b. i Betrieb bei Vollast: Der Leitapparat isst weit geöffnet; -die Turbine läuft mit der Nenndrehzahl. In diesem Augenblick hört die Spannung im Netz, z. B. durch Kurzschluß, auf. Der Schalter i9 wird durch den Elektromagneten 2o ausgeschaltet. Der Regliermotar 14 bleibt stehen, die Gewichte des Reglers 12 fallen zusammen. Das Ventil 9 -verbinidet die Leitung 8 mit der Leitung i o, so diaß der Kolben 6- sich hebt und den Leitapparat noch weiter zu öffnen sucht. Der Elektromagnet 25 fällt ab, weil er gleichfalts spannungslos geworden ist, und das Ventil 24 verbindet die Leitung 23 mit der Ableitung 27, so daß der Druck unter dem Kolben der Stellvorrichtung oi aufhört und die Feder 22 den Kolben bis zum Anschlag nach unten drückt. Dadurch wird die verschiebbare Welle des Reglers 12 mit dem Gestänged'rebpunkt so weit verstellt,daß ,d,erVentil@lcolben 9 die Leitung 8 sperrt und statt ihrer die Leitung 7 an die Zuleitung io anschließt. Der Kalben 6 senkt sich so weit, daß dier Leitapparat bis auf die Leerlaufstellung geschlossen wird.
  • 2. Nach Abb. i Betrieb bei geringer Last: Der Leitapparat ist wenig geöffnet; die Turbine läuft mit. Nenndrehz:a:hl. Die Vorgänge spielen sich genau so. ab wie beim vorigen Beispiel, nur der Leitapparat bewegt sich zwischen ,seiner gerinigen Anfangsöffnung und der Vodliastbffnung, bis er, genau wie vorher, in die Ijeerlaufstellung zurückgeführt wird, nachdem die Stellvorrichtung 21 eingegriffen hat.
  • 3. Nach Abb. 2 Betrieb bei Vollast: Wenn die Turbine bei nur teilweissem Spannungsabfaj@l, der bereits genügt, um den Reglermotor 14 langsamer laufen zu lassen, noch mit einer bestimmten, Last in Betrieb bleiben soll, wird beim normalen, Betrieb-,der Elektromagnet 34 abgeschaltet. Dann verbindet das Ventil 32 die Leitung 3.1 mit der Ableitung 33, 28, 27, und die Feder 30 drückt den K'ol'ben 29 uniber .den Kolben 21, so daß beim Abfallen id-es El"elctromag-neten 25 und der dadurch bewirkten Verstellung des Ventils 24 der Kolben 2i nur so weit sinken kann, daß er den Regler nicht bis in die Leerlaufstellung drückt, sondern nur bis in eine mittlere Stellung, bei der derLeitupparat halb geöffnet. ist.
  • 4. Nach Abb. 2 Betrieb bei geringer Last: Dabei ist- der Regler von vornherein so weit gesenkt, d'aß beim Absinken der Netzspannung und Eingreifen der Stellvorrichtung 21 diese nur einen sehr kleinen Weg zu machen hat, bis sie durch das Sperrglied 29 aufgehalten wird:.
  • Man kann den Elektromagneten 34 in beliebiger Weise betätigen. Selbstverständlich kann man. ihn auch selbsttätig an die vom Netz unabhängigeHilfs.spannung anschließen, sobald die Netzspannung nicht nur absinkt, sondern völlig verschwindet. Nachträglich würde dann das Spi°rrgl:ied 29 zurückgezogen, so .daß nunmehr die Stel:lvorricbtung ein Schließen der Leitvorrichtun,- bis zum Leerlauf der Turbine veranlaßt.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRü6HE: i. Vorrichtung zur Sicherung des Weiterbetriebes -der Wasserturbine eines elektrischen Kraftwerkes, deren Regler durch einen von dem mit ihr gekupp-#lten Stromerzeuger oder vom Hocbspannungsnetz des Werkes gespeisten Elektromotor angetrieben wird, gekennzeichnet durch eine mechanisch auf .das Regelgestänge der Turbine wirkende Stellvorrichtung, die bei Spannungsstörungen im Netz ,durch: einen. von der NTetzspannung über ein Relais gesteuerten Hilfsmotor so verstellt wird, d@aß sie das Hebelgestänge in eine Lage bringt, die einer trotz der Spannungsstörung aufrecbtzuerhaltenidien Turbinen,dre'hza'hl entspricht.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein Sperrglied, das die Stellvorrichtung in einer Zwischenstellung festhält, die dieser nur so weit auf das Reglergestänge zu wirken gestattet, wie @es der Vollastöffn@ung der Turbine entspricht.
  3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet., daß auch das Sperrglied durch einen ferngesteuerten Hilfsmotor so verstellt wird, daß es das Stützglied zu einer Einwirkung auf -das Regelgestänge freigibt, die der Leerl.auföffnung .der Turbine entspricht.
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