DE891563C

DE891563C - Arrangement for regulating steam-operated drive machines of electrical generators

Info

Publication number: DE891563C
Application number: DES15193D
Authority: DE
Inventors: Hans Dr-Ing Wierer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1938-08-11
Filing date: 1938-08-11
Publication date: 1953-09-28

Description

Anordnung zur Regelung von mit Dampf betriebenen Antriebsmaschinen elektrischer Generatoren Um die Schwankungen der Frequenz oder Leistung elektrischer Energieversorgungsnetze rasch ausregeln zu können, sind Regler entwickelt worden, die außergewöhnlich hohe Verstellgeschwindigkeiten erzielen. Hierbei kann es vorkommen, daß bei einer plötzlichen Lasterhöhung oder Frequenzänderung der Regler die Ventile einer Dampfturbine so schnell öffnet, daß der Dampfkessel nicht in der Lage ist, die der neuen Ventilöffnung entsprechende Dampfmenge nachzuliefern. Die Folge davon ist, daß der Dampfdruck stark sinkt, wodurch wiederum die Leistung der von dem Dampfkessel abhängigen Turbine herabgesetzt wird. Andererseits kann es vorkommen, daß bei einer plötzlichen Lastabschaltung die Ventile einer Dampfturbine so plötzlich geschlossen werden, daß in dem Dampfkessel ein hoher Überdruck entsteht, der ein Abblasen von Dampf durch die Sicherheitsventile zur Folge hat.Arrangement for regulating steam-operated prime movers electrical generators To control the fluctuations in the frequency or power of electrical To be able to regulate energy supply networks quickly, regulators have been developed which achieve exceptionally high adjustment speeds. Here it can happen that in the event of a sudden increase in load or a change in frequency, the regulator shuts off the valves a steam turbine opens so quickly that the steam boiler is not able to to deliver the amount of steam corresponding to the new valve opening. The consequence of this is that the steam pressure drops sharply, which in turn reduces the performance of the steam boiler dependent turbine is reduced. On the other hand, it can happen that with a sudden load shutdown the valves of a steam turbine so suddenly closed be that in the steam boiler there is a high overpressure that blows off Causes steam through the safety valves.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung auf den Regler außer von den durch die Betriebsweise des Generators gegebenen Regelgrößen noch ein zusätzlicher Einfluß in Abhängigkeit vom jeweiligen Dampfdruck derart ausgeübt, daß bei sinkendem Dampfdruck die der Antriebsmaschine zugeführte Dampfmenge gegenüber der geforderten Menge vermindert wird, während bei steigendem Dampfdruck die Dampfmenge gegenüber der geforderten erhöht wird. Besonders zweckmäßig ist es, den zusätzlichen Einfluß erst nach Überschreiten einer einstellbaren Mindestabweichung des Dampfdruckes vom Normalwert auszuüben.In order to avoid these difficulties, according to the invention on the controller except for the controlled variables given by the operating mode of the generator an additional influence depending on the respective vapor pressure exerted in such a way that that when the steam pressure falls, the amount of steam supplied to the engine is compared the required amount is reduced, while with increasing steam pressure the amount of steam is increased compared to the required. Particularly useful is es, the additional influence only after an adjustable minimum deviation is exceeded to exercise the vapor pressure from the normal value.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.

In der Fig. x ist mit K ein Dampfkessel bezeichnet, der über Rohrleitungen die Antriebsturbinen T1 bis T3 für die drei elektrischen Generatoren G1 bis G3 speist. Die Generatoren arbeiten auf eine gemeinsame Sammelschiene, von der eine Leitung rz zu dem Verbraucher E führt, während eine zweite Leitung 12 zu einem Energieverteilungsnetz führt, an das stets eine konstante Übergabeleistung abgegeben werden soll. Der Verbraucher E sei in diesem Falle als ein Verbraucher mit starken Schwankungen angenommen.In Fig. X, K denotes a steam boiler, which is via pipelines feeds the drive turbines T1 to T3 for the three electrical generators G1 to G3. The generators work on a common busbar, one of which is a line rz leads to the consumer E, while a second line 12 leads to an energy distribution network leads to which a constant transfer power should always be delivered. The consumer In this case, E is assumed to be a consumer with strong fluctuations.

Um die Übergabeleistung stets auf einen konstanten Wert zu halten, wird die Turbine T1 mit Hilfe eines hydraulischen Zusatzreglers R entsprechend der Abweichung zwischen Ist- und Sollwert der Übergabeleistung eingeregelt.In order to keep the transfer power at a constant value, is the turbine T1 with the help of an additional hydraulic controller R according to the Deviation between the actual and target value of the transfer power regulated.

Die Regelung erfolgt in der Weise, daß die Übergabeleistung am Punkt U gemessen und der Meßwert auf irgendeine Weise dem Meßsystem 6 des Reglers zugeführt wird. Auf der gleichen Achse mit dem Meßsystem 6 befinden sich noch zwei weitere Meßsysteme 5 und 7, B. Der Meßspule 8 wird der Sollwert der Übergabeleistung zugeführt, während der Meßspule 7 eine Kompensationsspannung zugeführt wird, Dem Meßsystem 5 wird eine von der Druckabweichung proportionale Spannung zugeführt, die jedoch zunächst bei Betrachtung der Regelvorgänge noch außer Betracht bleiben soll. Sämtliche drei Meßsysteme zusammen ergeben ein der Summe ihrer Drehmomente entsprechendes resultierendes Drehmoment, welches eine Fahne 13 verstellt, die zu einem Meßwertverstärker gehört. Der Meßwertverstärker besteht aus einer durch die Widerstände W1, W2, W3, W4 gebildeten Brückenschaltung, von der der Widerstand W4 ein verlustlos veränderbarer Röhrenwiderstand ist. Der Widerstand der Röhre wird durch Veränderung der Rückkopplung geändert, -wobei die Rückkopplung durch Abschirmung der Spule L1 gegen die Spule L2 durch die Fahne =3 verändert werden kann, In dem Diagonalzweig der Brücke wird die Kompensationsspannung an den Widerständen W5 und Ws abgegriffen und der Meßspule 7 zugeführt, während eine dem resultierenden Drehmoment sämtlicher Meßsysteme proportionale Gleichspannung der Verstellspule y des hydraulischen' Zusatzreglers zugeführt wird.The regulation takes place in such a way that the transfer power at the point U measured and the measured value fed to the measuring system 6 of the controller in some way will. On the same axis with the measuring system 6 there are two more Measuring systems 5 and 7, B. The measuring coil 8 is supplied with the nominal value of the transfer power, while the measuring coil 7 is supplied with a compensation voltage, the measuring system 5, a voltage proportional to the pressure deviation is supplied, but the voltage should initially be disregarded when considering the control processes. All three measuring systems together result in one corresponding to the sum of their torques resulting torque, which adjusts a flag 13, which leads to a measurement amplifier heard. The measuring amplifier consists of a resistor W1, W2, W3, W4 formed bridge circuit, of which the resistor W4 is a lossless variable Tube resistance is. The resistance of the tube is determined by changing the feedback changed, -wherein the feedback by shielding the coil L1 against the coil L2 can be changed by the flag = 3, in which the diagonal branch of the bridge becomes the compensation voltage is tapped at the resistors W5 and Ws and the measuring coil 7 is supplied, while one is proportional to the resulting torque of all measuring systems DC voltage of the adjusting coil y of the hydraulic 'additional regulator is supplied.

Ändert der Verbraucher E die von ihm abgenommene Leistung plötzlich, so ändert sich damit auch plötzlich die Übergabeleistung, und wenn man annimmt, daß der Verbraucher E plötzlich eine wesentlich höhere Leistung der Sammelschiene entnimmt, so sinkt die Übergabeleistung ebenso plötzlich stark ab. Der Regler R wird infolgedessen die Ventile der Turbine T1 mit großer Schnelligkeit öffnen, um den Generator G1 zur Abgabe der fehlenden Übergabeleistung zu veranlassen. War die Lastzunahme durch den Verbraucher E sehr groß, so kann es vorkommen, daß bei der plötzlichen Öffnung der Ventile der Turbine T1 der Kessel nicht in der Lage ist, die verlangte Dampfmenge zu liefern. Der Dampfdruck sinkt infolgedessen ab. Um dies zu vermeiden, wird auf folgende Weise ein zusätzlicher Einfluß auf die Regelung ausgeübt.If the consumer E suddenly changes the service he has taken, so suddenly the transfer rate changes, and if one assumes, that the consumer E suddenly has a much higher power of the busbar removes, the transfer power drops sharply just as suddenly. The controller R will consequently open the valves of the turbine T1 with great rapidity to cause the generator G1 to deliver the missing transfer power. Was the Load increase by the consumer E is very large, so it can happen that the sudden opening of the valves of turbine T1 the boiler is unable to to deliver the required amount of steam. As a result, the vapor pressure drops. To this to avoid becomes an additional influence on the regulation in the following way exercised.

An die Dampfleitung ist ein Manometer r angeschlossen, das mit Hilfe des Kolbens 2 und der Gegenfeder 3 dem Gestänge q. eine dem Dampfdruck entsprechende Lage gibt. Statt des Dampfdruckmessers tritt bei anderen Kraftmaschinen ein entsprechender Apparat. Das Gestänge q. greift auf dem als Spannungsteiler geschalteten Widerstand W7 eine Spannung ab. Ist der Dampfdruck normal, so steht das Gestänge q. gerade in der Mitte des Widerstandes. In der Mitte des Widerstandes ist aber auch ein fester Anschluß vorgesehen, der mit der einen Seite der Meßsystemspule 5 in Verbindung steht. Die andere Seite der Spule ist zu dem Abgriff des Gestänges ¢ geführt. Ist der Druck des Kessels normal, so greift das Gestänge q. an dem Widerstand W7 keine Spannung ab. Die Spule des Meßsystems 5 übt also kein zusätzliches Drehmoment aus. Ändert sich jedochderDampfdruck, so wird je nachdem, ob der Druck zu hoch oder zu niedrig ist, durch die von dem Gestänge q. abgegriffene Spannung über das Meßsystem 5 ein zusätzliches positives oder negatives Drehmoment auf die Fahne 13 ausgeübt. Bei Absinken des Dampfdruckes wirkt dieses Drehmoment einer weiteren Öffnung der Turbinenventile entgegen, bei einer Erhöhung des Dampfdruckes wirkt dieses Drehmoment im Sinne einer weiteren Öffnung der Turbinenventile. Dies hat zur Folge, daß bei zu geringem Dampfdruck die erforderliche Übergabeleistung nicht voll eingehalten wird und daß bei zu hohem Dampfdruck die erforderliche Übergabeleistung überschritten wird, jedoch ist es in dem einen Falle aus Sicherheitsgründen erforderlich, die Übergabebedienung kurzzeitig nicht ganz zu erfüllen, während es im anderen Falle zweckmäßig ist, kurzzeitig die Übergabeleistung etwas zu überschreiten, um nicht unnötigen Dampfverlust durch Druckerhöhung und Abblasen des Kessels zu haben. In Fig. 3 ist in einer Kennlinie die Abhängigkeit zwischen Druckänderung und Leistungsänderung dargestellt.A manometer r is connected to the steam line, which with the help of the piston 2 and the counter spring 3 the rod q. there is a position corresponding to the vapor pressure. Instead of the vapor pressure meter, a corresponding device is used in other prime movers. The linkage q. picks up a voltage on the resistor W7, which is connected as a voltage divider. If the steam pressure is normal, the boom q is stationary. just in the middle of the resistance. In the middle of the resistor, however, a fixed connection is also provided, which is connected to one side of the measuring system coil 5. The other side of the spool is led to the linkage ¢. If the boiler pressure is normal, the rod q engages. at the resistor W 7 from no voltage. The coil of the measuring system 5 therefore does not exert any additional torque. If, however, the steam pressure changes, depending on whether the pressure is too high or too low, by the linkage q. tapped voltage exerted an additional positive or negative torque on the flag 13 via the measuring system 5. When the steam pressure drops, this torque counteracts further opening of the turbine valves; when the steam pressure increases, this torque acts to further open the turbine valves. As a result, if the steam pressure is too low, the required transfer capacity is not fully complied with and if the steam pressure is too high, the required transfer capacity is exceeded in the other case it is advisable to briefly exceed the transfer power in order not to have unnecessary loss of steam due to pressure increase and blowing off the boiler. In Fig. 3, the relationship between pressure change and change in power is shown in a characteristic curve.

In den meisten Fällen wird es nun nicht erwünscht sein, bei jeder Druckänderung sogleich eine Leistungsänderung zu erhalten, sondern man wird erst eine Leistungsänderung zulassen, wenn der Druck wesentlich von seinem Normalwert abweicht. Der Zusammenhang zwischen Druckabweichung und Leistungsabweichung würde dabei der in Fig. q. dargestellten geknickten Kennlinie entsprechen.In most cases it will not be desirable for everyone Change in pressure immediately to get a change in performance, but one becomes first allow a change in performance when the pressure is significantly different from its normal value deviates. The relationship between pressure deviation and power deviation would while the in Fig. q. correspond to the kinked characteristic shown.

In Fig. 2 ist nun ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem gezeigt wird, wie man in Abhängigkeit von dem Dampfdruck Spannungen erzeugen kann, die eine Änderung der Leistung erst bei größeren Abweichungen des Druckes bewirken.In Fig. 2, a further embodiment is now shown in it is shown how to generate stresses as a function of the vapor pressure can that a change in performance only in the case of larger deviations in pressure cause.

Der Dampfdruck wird genau so wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. z mit Hilfe des Manometers z über den Kolben 2 und die Gegenfeder 3 gemessen, und es wird dementsprechend das Gestänge ¢ eingestellt. Das Gestänge greift an dem Widerstand W7 eine Spannung ab. Bei normalem Dampfdruck befindet sich der Abgriff gerade in der Mitte des Widerstandes. Ebenfalls in der,Mitte des Widerstandes ist wiederum eine zweite Leitung fest angeschlossen, die in diesem Falle jedoch nicht zu dem Meßinstrument 5, sondern zu der Mitte eines weiteren Widerstandes W9 geführt ist. Der Widerstand W9 ist als Doppelspannungsteiler ausgebildet, und es können an ihm durch die Kontakte 14 und 15 verschiedene Spannungswerte abgegriffen werden. Die Kontakte 14 und 15 sind über die Gleichrichter 16 bzw. 17 mit dem einen Anschluß der Meßspule 5 verbunden, während der andere Anschluß der Meßspule mit dem Gestängeabgriff q. verbunden ist. Die an dem Widerstand W9 durch die Kontakte 14 und 15 eingestellten Spannungen dienen als Gegenspannungen. Die Gleichrichter haben den Zweck, zu verhindern, daß im Normalzustand Ströme über das Meßinstrument 5 fließen. Weicht der Dampfdruck von dem normalen Druck ab, so wird durch den Gestängeabgriff q. ein bestimmter Spannungswert an dem Widerstand W7 abgegriffen. Dieser wird jedoch zunächst durch die an dem Widerstand W9 eingestellte Spannung kompensiert, und erst in dem Augenblick, in dem die am Widerstand W7 abgegriffene Spannung größer ist als die am Widerstand W3 eingestellte Spannung, wird dem Meßinstrument eine Spannung zugeführt. Durch Einstellung der Kontakte 14 und 15 auf den Widerstand W9 ist es also möglich, die Knickpunkte nach Fig. q. in beliebigen Grenzen einzustellen.The vapor pressure becomes exactly as in the embodiment according to Fig. Z measured with the help of the manometer z over the piston 2 and the counter spring 3, and the linkage ¢ is adjusted accordingly. The linkage engages Resistor W7 from a voltage. The tap is at normal steam pressure just in the middle of the resistance. Also in the middle of the resistance is again a second line is permanently connected to this Cases however, not to the measuring instrument 5, but to the center of another resistance W9 is performed. The resistor W9 is designed as a double voltage divider, and different voltage values can be tapped on it through the contacts 14 and 15 will. The contacts 14 and 15 are connected to the one via the rectifier 16 and 17, respectively Terminal of the measuring coil 5 connected, while the other terminal of the measuring coil with the linkage tap q. connected is. The one at the resistor W9 through the contacts The voltages set 14 and 15 serve as counter voltages. The rectifiers have the purpose of preventing currents through the measuring instrument under normal conditions 5 flow. If the steam pressure deviates from the normal pressure, the linkage tap q. a certain voltage value is tapped at the resistor W7. However, this one will initially compensated by the voltage set at the resistor W9, and only at the moment when the voltage tapped at resistor W7 is greater than the voltage set across the resistor W3, a voltage is applied to the measuring instrument fed. By setting contacts 14 and 15 to resistor W9, it is thus possible, the inflection points according to Fig. q. set within any limits.

Die an dem Widerstand W7 abgegriffene Spannung braucht nicht linear von dem Dampfdruck abhängig zu sein, sondern kann eine beliebige Funktion des Dampfdruckes sein, so daß die für die Betriebsweise günstigste Abhängigkeit erreicht werden kann. Die in den Fig. 3 und q. dargestellten Kennlinien können also auch mehrere Knicke aufweisen oder können gekrümmt sein. .The voltage tapped off at the resistor W7 does not need to be linear to be dependent on the vapor pressure, but can be any function of the vapor pressure so that the most favorable dependency for the mode of operation can be achieved. The in Figs. 3 and q. The characteristic curves shown can also have several kinks have or can be curved. .

Bei mit Dampf gespeisten Anlagen kann man eine schnelle Regelung dadurch unterstützen, daß man parallel zu den Dampfkesseln noch Dampfspeicher, beispielsweise Ruthspeicher, anordnet, die bei plötzlich eintretenden Laständerungen die Dampfkessel unterstützen und eine Absinken oder Ansteigen des Druckes nach Möglichkeit verhindern. Der Einsatz der Speicher erfolgt dabei vollkommen selbsttätig. Die Regelung wird dabei so durchgeführt, daß ein zusätzlicher Einfluß auf dem Regler in Abhängigkeit vom Dampfdruck erst dann ausgeübt wird, wenn der Speicher entladen oder aufgeladen ist. Auch bei nicht mit Dampf betriebenen Anlagen kann man ähnliche Ausgleichseinrichtungen versehen, mit denen man Ungleichmäßigkeiten in der Betriebsstoffzuführung auszugleichen in der Lage ist.In the case of systems fed with steam, this enables rapid regulation support that one still has steam accumulators parallel to the steam boilers, for example Ruthspeicher, arranges the steam boiler in the event of sudden load changes support and prevent a decrease or increase in pressure as far as possible. The memory is used completely automatically. The scheme will carried out in such a way that an additional influence on the controller as a function the vapor pressure is only exerted when the accumulator is discharged or charged is. Similar compensating devices can also be used in systems that are not operated with steam provided, with which one can compensate for irregularities in the fuel supply be able to.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for regulating steam-operated Driving machines of electrical generators, in which a controller is provided, the works according to controlled variables, which are given by the operating mode of the generators are, characterized in that an additional control influence as a function is exerted by the respective steam pressure in such a way that when the steam pressure falls, the the amount of steam supplied to the engine is reduced compared to the amount required is, while with increasing steam pressure the amount of steam compared to the required Amount is increased.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that the additional control influence only after an adjustable minimum deviation has been exceeded the vapor pressure is exerted by normal pressure.

3. Arrangement according to claim i, characterized by a voltage or current generator depending on the level of the steam pressure, which the electrical control device one of the deviation of the vapor pressure from the normal value proportional voltage (current) supplies. ¢. Arrangement according to claim i, characterized in that that steam accumulators are provided as compensation devices. 5. Arrangement according to Claim q., Characterized in that the additional control influence is only exercised when the steam accumulator is discharged or charged.