DE850430C - Einrichtung zum Betrieb von hydraulischen Krafterzeugungsanlagen - Google Patents

Einrichtung zum Betrieb von hydraulischen Krafterzeugungsanlagen

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DE850430C
DE850430C DEA3544A DEA0003544A DE850430C DE 850430 C DE850430 C DE 850430C DE A3544 A DEA3544 A DE A3544A DE A0003544 A DEA0003544 A DE A0003544A DE 850430 C DE850430 C DE 850430C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
turbine
water
hydraulic power
speed
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Expired
Application number
DEA3544A
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English (en)
Inventor
Michel Dipl-Ing Cuenod
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BROWN AG
BBC Brown Boveri France SA
Original Assignee
BROWN AG
BBC Brown Boveri France SA
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of DE850430C publication Critical patent/DE850430C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F03B15/14Regulating, i.e. acting automatically by or of water level
    • 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

Landscapes

  • 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

  • Einrichtung zum Betrieb von hydraulischen Krafterzeugungsanlagen In hydraulischen Krafterzeugungsanlagen werden vielfach elektrische Generatoren von Turbinen angetrieben, welchen das Wasser aus einem Wasserschloß zugeleitet wird, das über einen Stollen mit dem Stausee in Verbindung steht.
  • Arbeiten die Generatoren einer hydraulisch-elektrischen Gruppe in Parallelbetrieb mit einem großen Netz, dann ist ihre Frequenz vom Netz bestimmt und von diesem synchron gehalten. Der Frequenzregler mißt die Drehzahl der Gruppe und regelt die Öffnung der Turbine unabhängig vom hydraulischen Druck. Daraus folgt, daß die Ursache von Niveauschwankungen im Wasserschloß unterdrückt wird, ohne daß es für die Stabilisierung notwendig wäre, einen Leistungsregler vorzusehen. Weil Frequenzänderungen in einem großen Netz relativ langsam erfolgen, kann man demnach die Turbinenöffnung praktisch als konstant betrachten.
  • Nimmt dagegen im Alleinbetrieb eines Generators seine Last zu, dann sinkt seine Drehzahl, und der Drehzahlregler öffnet in erheblichem Maße die Turbine. Der Wasserabfluß aus dem Wasserschloß zur Turbine nimmt zu, und der Wasserspiegel im Wasserschloß wird gesenkt, weil wegen der Trägheit des Wassers im langen Verbindungsstollen der Ausgleich zwischen Stausee und Wasserschloß erschwert ist. Das Absinken des Drucks am Wassereinlauf ruft eine weitere Öffnung der Turbine hervor. Dieser Umstand führt bei ungenügender Bemessung des Wasserschlosses zu Schwingungen des Wasserspiegels in diesem, die eine Periode von 5 bis io Minuten erreichen können.
  • Zur Behebung dieses Mangels hat man Regeln für die Bestimmung der Abmessungen des Wasserschlosses festgelegt. Man hat auch das sogenannte Differentialwasserschloß entwickelt, welches große Schwingungen des Wasserspiegels sehr rasch dämpft, für die Dämpfung kleiner residueller Schwingungen aber sehr große Abmessungen für das Wasserschloß erfordert. Da nun aber der Alleinbetrieb von hvdraulischen Krafterzeugungsanlagen lediglich als Ausnahmefall zu betrachten ist, ergibt sich wegen der für das Stabilisieren des Wasserspiegels für diesen Einzelfall notwendigen großen Abmessungen des Wasserschlosses eine beträchtliche Verteuerung der Anlagekosten.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine Regeleinrichtung für hydraulische Krafterzeugungsanlagen, die mit einem Wasserschloß arbeiten, welche erfindungsgemäß neben dem normalen Drehzahlregler ein vom Wasserdruck in der Verbindungsleitung Wasserschloß-Turbine abhängiges Regelglied mit vorübergehender Statik und großer Rückführzeitkonstante enthält, das entweder durch Eingriff in die Sollwerteinstellung .des Drehzahlreglers der Turbine deren Leistungsabgabe oder durch Beeinflussung der Generatorspannung die Leistungsaufnahme des gespeisten Netzes so beeinflußt, daß eine vom Drehzahlregler eingeleitete Änderung des Wasserdurchflusses durch die Turbine verlangsamt und dadurch die Anregung von ungedämpften Schwingungen des Wasserstands im Wasserschloß verhindert wird.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Weglassung der für das Verständnis der Erfindung entbehrlichen Wasserspeicher schematisch in Fig. i und 2 dargestellt.
  • In den Figuren ist mit i die Turbine bezeichnet, welche über die Verbindungsleitung 2 aus dem nicht gezeichneten Wasserschloß gespeist wird und welche den Generator 3 antreibt. Mit 4 ist das den Wasserzufluß zur Turbine regelnde Absperrorgan bezeichnet, und, io ist der übliche Drehzahlregler der Turbine. Das Absperrorgan 4 für den Wasserzufluß zur Turbine wird mit Hilfe des Servomotors i i in Abhängigkeit der Stellung des Drehzahlreglers io über das Waagebalkengestänge 12° bis 12d verstellt. In der Verbindungsleitung 2 liegt das auf den Wasserdruck in dieser ansprechende Meßorgan, beispielsweise ein vom Wasser unmittelbar beestiflußter Druckkolben 5.
  • Dieses druckabhängige Meßorgan steuert über die Öldämpfung 6 und gegen die Rückführfeder 7 Regelmittel, welche direkt oder indirekt die Drehzahlregelung so beeinflussen, daß eine -Anregung von Schwingungen zwischen Wasserstand im Wasserschloß und Drehzahlregelung der Turbine verhindert wird.
  • Für die Einwirkung des druckabhängigen Meßorgans auf die Drehzahlregelung bestehen zwei :Möglichkeiten. Allgemein und besonders bei motorischer Generatorbelastung läßt man es gemäß Fig. i direkt in die Drehzahlregelung eingreifen. Ist der Generator vorwiegend ohmisch belastet (elektrische Öfen, Elektrolyseanlagen usw.), so läßt man es die Generatorspannung und damit die Generatorbelastung so beeinflussen, daß dadurch eine einsetzende Drehzahländerung verlangsamt wird (Fig. 2).
  • Bei der druckabhängigen Regelung der Turbinenöffnung gemäß Fig. i wird der vom Drehzahlregler io beeinflußte Servomotor i i für die Verstellung des Absperrorgans a parallel von einem Regelaggregat beeinflußt, das vom lleßorgan 5 gesteuert wird. Dieses Regelaggregat besteht aus dem Potentiometer 9 und einem Potentiometer 13 sowie einem von der zwischen den Anzapfungen der beiden Potentiometer auftretenden. Differenzspannung erregten polarisierten Differentialrelais 14 und einem von diesem gesteuerten Hilfsmotor 15. Der Hilfsmotor beeinflußt über ein Getriebe und die Stange 12e einerseits den Hebel 16 mit der Schleifbürste des Potentiometers 13 und andererseits über den Waagebalken 121' den Servomotor i i. Die Anzapfungen des Potentiometers 9 werden durch eine am Hebel 8 sitzende Schleifbürste in Abh@ängigheit von der Stellung des' Meßorgans verändert.
  • Sinkt beispielsweise der Druck im Verbindungsstollen 2 infolge Off nens der Turbine durch den Drehzahlregler oder im Laufe einer Wasserspiegelschwingung, dann wird gemäß Fig. i vom Meßorgan 5 die Schleifbürste am Potentiometer 9 nach oben verstellt. Zufolge der damit auftretenden Differenzspannung zwischen den Anzapfungen an den Potentiom-etern 9 und 13 spricht das Differentialrelais 14 an und schaltet den Hilfsmotor 15 ein. Der Hilfsmotor verstellt einerseits die Schleifbürste des Potentiometers 13 so lange, bis sie eine der Schleifbürste am Potentiometer 9 entsprechende Lage einnimmt und zwischen den Anzapfungen der Potentiometer die Spannung o herrscht. Andererseits wird vom Hilfsmotor 15 über das Gestänge 12e, 12c und 12d sowie den Servomotor i i das Absperrorgan 4 verstellt und damit die Turbinenöffnung gedrosselt. Ist der Wasserdruck in der Verbindungsleitung 2 wieder konstant, dann entspannt sich die Rückführfeder 7 über die Üldruckdämpfung 6, und die Schleifbürste des Potentiometers 9 wird sehr langsam in die dem Dauerbetrieb entsprechende Anfangslage zurückgeführt, worauf auch das Potentiometer 13 in seine Ausgangslage gelangt. Wenn der Druck konstant bleibt, dann wird in der beschriebenen Weise die Frequenz automatisch auf ihren Anfangswert zurückgeführt.
  • Für den Fall .des Druckanstiegs in der VerbindungsleitUng 2 wird in analoger Weise mit Hilfe des Meßorgans 5 und des in Parallelschaltung zum Drehzahlregler der Turbine wirksamen Regelaggregats 9, 13, 14, 15 der Servomotor i i und damit die Turbine im Sinne einer Öffnung beeinflußt.
  • Um die Turbinenöffnung von Hand unabhängig vom Drehzahlregler der Turbine beeinflussen zu können, ist in Fig. i ein zusätzlicher Motor 17 vorgesehen, der mittels des Umschalters 18 nach .Bedarf für Rechts- oder Linksanlauf an ein Hilfsnetz angelegt werden kann. Auf diese Art kann die Sollfrequenz eingestellt werden.
  • Auf diese Weise ist durch eine druckabhängige Regeluni; der Turbinenöffnung erreicht, daß dauernde Druckschwankungen im Wasserschloß vermieden sind. Das ergibt den weiteren großen Vorteil, daß die Abmessungen des Wasserschlosses wegen der Stabilisierung des Wasserspiegels verkleinert und bedeutende Einparungen an Baukosten erzielt werden können.
  • Gemäß Fig. 2 werden Schwingungen des Wasserstands im Wasserschloß dadurch stabilisiert, claß mittels eines Reglers 21, z. . eines Wälzsektorreglers, die Spannung des Generators 3 geregelt wird. Das hießsystem des Reglers ist beim Beispiel in V-Schaltung geschaltet, er ist über Spannungswandler i9 an die Generatorklernmen gelegt. Zum Einstellen des Spannungssollwerts dient der Widerstand 20. In Serie mit diesem Widerstand ist das vorn l\-Ießorgan 5 verstellte Potentiometer 9 geschaltet. Der Regler 21 speist die Erregermaschine 22 in Abhängigkeit der Spannung des Generators 3. Die Erregermaschine 23 liefert eine Hilfsspannung.
  • Wenn bei dieser Einrichtung der Druck in der Verbindungsleitung 2 fällt, dann wird mittels des hfeßorgans ä ein Teil des Widerstands des Potentiometers 9 abgeschaltet und damit der Sollwert der Spannung herabgesetzt. Infolgedessen nimmt die elektrische Last ab, wodurch die Öffnung der Turbine verkleinert wird und Schwankungen des Wasserspiegels verhindert sind. Durch die Dämpfung 0 und die Feder 7 wird bei im Dauerzustand konstantem Druck die Sollspannung auf ihren Anfangswert zurückgeführt.
  • An Stelle des Drucks des Wassers in der Verbindungsleitung vom Wasserschloß zur Turbine kann ohne weiteres auch der Wasserstand im Wasserschloß durch Fernmessung ermittelt und in Abhängigkeit von diesem die Regelung durchgeführt werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zum Betrieb von hydraulischen Kraftwerken, die mit einem Wasserschloß arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung aus einem drehzahlabhängigen und einem vom Wasserdruck abhängigen Reglerteil besteht und daß der letztere ein Regelaggregat mit vorübergehender Statik und großer Riickführzeitkonstante ist, zu dem @Zweck, Schwingungen des Wasserstands zu stabilisieren.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der druckabhängige Reglerteil parallel zum Drehzahlregler der Turbine den Servomotor für die Verstellung der Turbinenöffnung derart steuert, daß er bei sinkendem Wasserdruck eine Verringerung und bei steigendem Wasserdruck eine Vergrößerung der Turbinenöffnung bewirkt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der druckabhängige Reglerteil auf die Spannungsregelung des Generators derart einwirkt, daß bei sinkendem Druck die Generatorspannung verkleinert und bei steigendem Druck erhöht wird.
DEA3544A 1949-10-29 1950-09-19 Einrichtung zum Betrieb von hydraulischen Krafterzeugungsanlagen Expired DE850430C (de)

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