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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Weglassung
der für das Verständnis der Erfindung entbehrlichen Wasserspeicher schematisch in
Fig. i und 2 dargestellt.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.