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Einrichtung zur Betätigung des Rückführmechanismus von Drehzahl-bzw.
Frequenzreglern der Kraftmaschinen von Kraftwerken Der Rückführmechanismus des selbsttätigen
Geschwindigkeitsreglers einer Kraftmaschine hat den wesentlichen Zweck, ein Drehzahl-Leistungs-Gesetz
zu verwirklichen, das eine genau bestimmte, annähernd lineare Beziehung zwischen
der durch das Spielen des Reglers gegebenen Betriebsdrehzahl und der abgegebenen
Leistung der Kraftmaschine schafft, deren Steuerung den Regler beeinflußt. Dieses
Drehzahl-Leistungs-Gesetz nennt man auch statische Charakteristik des Reglers, und
die i\Teigung dieser Charakteristik entspricht der Statik des Reglers.
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Der Rückführmechanismus ist im allgemeinen mit einer Vorrichtung zur
Änderung der Drehzahl ausgerüstet, die erlaubt, die statische Charakteristik des
Reglers parallel mit sich selbst zu verschieben. Auf diese Weise läßt sich einerseits
eine Drehzahländerung der von der betrachteten Kraftmaschine angetriebenen Gruppe
erreichen, wenn diese Gruppe für sich auf eine bestimmte Belastung arbeitet, anderseits
eine Leistungsänderung dieser Gruppe erzielen, `nenn sie bei gegebener Betriebsdrehzahl
mit anderen Gruppen parallel arbeitet.
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Bei einem gewöhnlichen Geschwindigkeitsregler wird der Rückführmechanismus
von der Steuerung der Kraftmaschine über ein Hebelgestänge angetrieben, und die
Änderung der Drehzahl wird durch Verschieben eines Gelenkpunktes oder durch
Verändern
einer Hebellänge hervorgerufen. Um dies durch Fernsteuerung, sei es von Hand, sei
es selbsttätig in Funktion einer dritten Größe, zu erreichen, bediente man sich
bisher eines mittelbaren und diskontinuierlichen Verfahrens, z. B. eines impulsweise
arbeitenden kleinen Hilfselektromotors.
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Diese Betriebsart führt aber zwangläufig zu Unter- und überregelungen
und ist mit einer genauen und raschen Wirkungsweise unvereinbar. Außerdem soll der
Rückführmechanismus häufig nicht von dem Öffnungsgrad der Steuerung der die Gruppe
führenden Kraftmaschine abhängig sein, also nicht in Funktion der von dieser Gruppe
abgegebenen Leistung stehen, sondern in Funktion einer anderen Größe, z. B. bei
zusammenhängenden elektrischen Netzen in Funktion einer Austauschleistung. Das Vorhandensein
eines mechanischen Hebelgestänges erlaubt aber nicht einfach; bei Abhängigkeit der
Rückführung von der Öffnung der Kraftmaschinensteuerung, von dieser Abhängigkeit
auf die Abhängigkeit der Rückführung von einer anderen Größe überzugehen.
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Die Lösung einer derartigen Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung.
Diese besteht in der Verwendung von Schaltorganen und von stetig wirkenden elektromechanischen
Zwischengliedern, deren Kombination gestattet, sowohl den Rückführmechanismus nach
Belieben unter den Einfluß wenigstens einer von verschiedenen wählbaren Betriebsgrößen
zu setzen als auch den Einfluß wenigstens. einer dieser Größen auf den Rückführvorgang
beliebig zu ändern.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel für die Erfindung das
Schaltbild der Regelvorrichtungen zweier zusammenarbeitender Wasserturbinengruppen
dargestellt, welche (in der Zeichnung nichtdargestellte) Kraftwerksgeneratoren antreiben.
Beide Regelvorrichtungen sind einander völlig gleich. Die Leitschaufeln der Turbine
T werden vom Servomotor S verstellt, dessen Steuerventil D
vom Drehzahl-
bzw. Frequenzregler R beeinflüßt wird. Der Endpunkt des Reglerhebels c ist mit dem
dreiarmigen Rückführhebel V verbunden und kann zum Zweck der Beeinflussung der Turbinendrehzahl
bzw. der Generatorfrequenz entweder mittels des Handrades o oder vom Hilfsservomotor
s aus über den Winkelhebel h verstellt werden. Dieser Hilfsservomotor s wird vom
Ventil d gesteuert, das unter dem Einfluß des elektromagnetischen Steuerreglers
E mit den vier gleichstromerregten Spulen Be, Ba, Ba und BP steht. Die Spule B,
liefert dse Grunderregung und ist an die Gleichstromquelle G, z. B, eine Batterie,
angeschlossen.
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Die Spule Ba erregt sich gemäß dem Meßwert und kann über den regelbaren
Vorschaltwiderstand Rd entweder über den Kontakt i der Umschaltwalze U mit der Fernmeßleitung
F oder über den Kontakt a dieser Walze U mit dem Potentiometerwiderstand
P, verbunden werden, der über ein Gleichrichterviereck g, vom Regeltransformator
oder Induktionsregler i, gespeist wird. Dieser wird über den Transformator T, aus
dem Wechselstromhilfsnetz W erregt und ist mit dem Leitapparat der Turbine T gekuppelt,
so daß sein Rotor zugleich mit diesem verstellt wird. Daher fließt durch d.ie Spule
Ba ein Gleichstr om, der der Turhinenöffnung, somit der von der betreffenden Gruppe
abgegebenen Leistung, proportionall ist.
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Die Spule Ba des Reglers E wird über den Regelwiderstand Ra von zwei
gegeneinander in Reihe geschalteten Spannungen aus gespeist. Die eine wird von der
konstanten Gleichstromquelle G geliefert und am Potentiometer P" abgegriffen,' dessen
Einstellung an der Skala Q abgelesen werden kann. Die andere Spannung wird von der
Wechselstromquelle W geliefert und vom Induktionsregler i" über ein Gleichrichterviereck
g, und das Potentiometer PS umgeformt. Der Induktionsregler, der auch durch einen
(möglichst stufenlos) regelbaren Transformator ersetzt .werden könnte, wird über
den Transformator T, aus dem Netz W erregt und vom Hilfsservomotor s aus
zugleich mit dem Hebel h verstellt, der zum - Rückführmechanismus des Drehzahlreglers
R gehört. Dank dieser Verbindung ist die Spannung an den Sekundärklemmen des Potentiometers
PS proportional der vom Rückführmechanismus verursachten Verschiebung und folglich
auch proportional dem Wert der vom Regler R der betreffenden Gruppe eingestellten
Beharrungsdrehzahl. Da die Abgriffspannung des Potentiometers P" derjenigen des
Potentiometers PS entgegengerichtet ist, dient die Skala Q am Potentiometer P" zur
Verschiebung der Rückführcharakteristik, so daß auf diese Weise im Netzbetrieb eine
Laständerung erhalten wird. Selbstverständlich könnte der den Widerstand PS speisendie
Gleichstrom auch von einem mit -der Kraftmaschine gekuppelten Drehzahldynamo entnommen
öder aus der abgegebenen elektrischen Leistung der Gruppe gebildet werden.
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Die Spule B", die durch Schließen des Kontakts 3 der Umschaltwalze
U Strom erhält, wird dabei an den Geberkreis Te, ie, ge, P, einer benachbarten Maschinengruppe
angeschlossen, mit der die eigene Gruppe parallel arbeitet; die betreffende Gruppe
wird also von der benachbarten Gruppe gesteuert, die dann die Rolle einer Leitgruppe
übernimmt.
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Die Wirkungsweise ist nun folgende: Will man die Frequenzleistungsregelung
benutzen, so rückt man die Umschaltwalze U in Stellung A. Dann ist
das Kontaktpaar i geschlossen, während a und 3 offen sind. Die Meßwertspule Ba ist
dann an die Fernmessung F angeschlossen.
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Da am Steuerregler E die Leitwertspule BA ausgeschaltet ist, muß im
Gleichgewichtszustand des Reglersystems die Wirkung der Meßwertspule Ba durch diejenige
der Rückführspule Ba vollständig kompensiert werden. Bei der vorhandenen Einstellung
der Schieber an den Potentiometern P" und PS besteht für jeden Wert des durch die
Spule Ba fließenden Gleichstromes nur eine einzige Stellung der Rückführvorrichtung
des Reglers und folglich ein einziger Wert für die Beharrungsdrehzahl, die der betreffenden
Gruppe I bzw. II von ihrem Regler mitgeteilt wird.
Da durch die
Spule Bd ein Strom fließt, der proportional zu der an der Übergabestelle abgegebenen
Leistung ist, besteht für jeden Wert dieser Leistung nur ein einziger Wert für die
der betreftenden Gruppe von ihrem Regler mitgeteilte Beharrungsdrehzahl. Das vorgeschriebene
und eingestellte Frequenzleistungsgesetz an der übergabestelle ist somit erfüllt.
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Das Potentiometer PS dient zur Einstellung des gewünschten Wertes
der Statik an der Übergabestelle des Reglersystems, mit anderen Worten: des Proportionalitätsfaktors
zwischen der Leistungsabweichung an der Übergabestelle und der Frequenzabweichung.
Die Leistungsabweichung wird auf den Sollwert der an der Übergabestelle abzugebenden
Leistung und die Frequenzabweichu.ng auf die normale Frequenz bezogen. Die Statik
der Regeleinrichtung drückt sich in der Neigung der Frequenzleistungscharakteristik
aus.
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Zur Einstellung des Sollwertes der an der Übergabestelle abzugebenden
Leistung dient das Potentiometer P", dessen Skala Q in Megawatt eingeteilt werden
kann. Damit man bei Betätigung des Schiebers des die Statik an der Übergabestelle
beeinflussenden Potentiometers PS die Nullstellung auf der Skala Q nicht zu ändern
braucht, ist der Widerstand Rd vorgesehen,. der dazu dient, bei Regelung am Potentiometer
PS eine Korrektur anzubringen, die bewirkt, daß die Leistungsskala Q gültig bleibt.
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Wünscht man den Wert der an der Übergabestelle abzugebenden Solleistung
nicht in der Zentrale, sondern an der Übergabestelle zu regeln, so muß durch die
Fernmessung nicht der Leistungswert, sondern der Wert der Leistungsabweichung übermittelt
werden.
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Zwecks reiner Frequenzregelung wird die Umschaltwalze U in
die Stellung B gerückt; dann sind die Kontaktpaare i und 3 offen und das
Kontaktpaar 2 geschlossen.
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Da die Leitwertspule BP ausgeschaltet ist, muß in der Gleichgewichtslage
des Systems die Wirkung der Spule Bd durch die Wirkung der Rückführspule Ba vollständig
kompensiert werden. Daher ist für jeden Wert des durch die Spule Bd fließenden Stromes,
für eine bestimmte Einstellung des Potentiometers P, und PS, nur eine einzige Stellung
der Rückführvorrichtung s, h, Tr des Reglers R und folglich nur ein einziger Wert
für die Beharrungsgeschwindigkeit vorhanden, die der betreffenden Gruppe I und II
von ihrem Regler R mitgeteilt wird.
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Da durch die Spule Bd ein Strom fließt, der proportional zur Turbinenöffnung
der betreffenden Gruppe, d. h. zu der von ihr abgegebenen Leistung ist, so ist für
den Wert dieser Leistung nur ein einziger Wert für die Beharrungsgeschwindigkeit,
die der betreffenden Gruppe von ihrem Regler R mitgeteilt wird, vorhanden. Das Drehzahl-
bzw. Frequenzleistungsgesetz, d. h. die Statik des Reglers, ist somit für die betreffende
Gruppe erfüllt, genau wie bei einem gewöhnlichen Regler durch die mechanische Rückführung.
Die Statik des Reglers R kann bis auf den Wert 0 reduziert werden.; die Frequenz
ist dann unabhängig von jeder abzugebenden Leistung konstant. Die gewünschte Statik
des Reglers, d. h. die Neigung der Drehzahlleistungscharakteristik, wird mittels
des Potentiometers PS eingestellt.
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Das Potentiometer P" kann zum Regeln der Drehzahl verwendet werden,
d. h., es wirkt wie eine Vorrichtung zur Veränderung der Drehzahl. Es ändert tatsächlich
die im Gleichgewichtszustand vom Potentiometer PS zu liefernde Spannung, somit die
Stellung der Rückführvorrichtung und infolgedessen den Wert der Geschwindigkeit,
die der betreffenden Gruppe durch ihren Regler R mitgeteilt wird. Mit ihm kann also
die Drehzahl-Leistungs-Kurve parallel zu sich selbst verschoben werden.
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In Stellung C der Walze U, die zur Lastverteilung zwischen parallel
laufenden Kraftwerksgruppen dient, ist das Kontaktpaar i offen, und die Kontaktpaare
2 und 3 sind geschlossen.
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Da die Leitwertspule BP diesmal eingeschaltet ist, muß im Gleichgewichtszustand
des Systems die Wirkung der Meßwertspule Bd durch die Summe der Wirkungen der Rückführspule
Ba und. der Leitwertspule B, kompensiert werden. Die Verwendung der Spule BP hat
die gleiche Wirkung wie das Einschalten einer zusätzlichen Spannung in den Stromkreis
der Spule Ba. Daher erfüllt sie den gleichen Zweck wie die Betätigung des Potentiometers
P", welches, wie erwähnt, zur Leistungseinstellung im Parallelbetrieb dient.
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Da durch die Leitmeßwertspule BP der Kraftwerksgruppe II infolge ihrer
Speisung über das Kontaktpaar 3 ein Gleichstrom fließt, der proportional zur Öffnung
des Turbinenleitrades der benachbarten Gruppe I ist, ergibt sich die selbsttätige
Lastverteilung zwischen beiden Gruppen, das ist die Aufrechterhaltung eines bestimmten
Verhältnisses zwischen der von der Steuergruppe I und der von der gesteuerten Gruppe
II abgegebenen Leistung.
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Zur Regelung der erwünschten Verteilung der von jeder Gruppe abgegebenen
Leistung dienen die Potentiometer P, der Gruppe 1I, während die Potentiometer P,
zum Einstellen des Verhältnisses dienen, in welchem diese Gruppe an den Laständerungen
teilnehmen soll.
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Die Umschaltwalzen U mit drei Stellungen A, B, C der verschiedenen
Gruppen der Zentrale können auch durch Einzelschalter ersetzt werden. Zweckmäßig
werden sie auf der Schalttafel angeordnet. Durch ihre Betätigung kann jede beliebige
Gruppe mit Frequenzleistungsregelung oder reiner Frequenzregelung oder fremdgesteuerter
Regelung arbeiten.
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Für das Parallelschalten einer Gruppe kommt natürlich die Frequenzregelung
in Frage, wobei die Umschaltwalze der Gruppe in die Stellung B gebracht wird. Man
kann sie dann durch Verändern der Statik ihres Reglers auf den gewünschten Wert
als Leitgruppe mit Frequenzregelung oder durch Einstellung des Umschalters auf die
Stellung A zur Frequenzleistungsregelung verwenden. Indem
man den
Umschalter in die Stellung C bringt, kann man sie schließlich in fremdgesteuerter
Regelung in Abhängigkeit von einer anderen, als Leitaggregat gewählten Gruppe der
gleichen oder einer entfernten Zentrale oder nach einem vorgeschriebenen Programm
arbeiten lassen.
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Diese Leitgruppe, deren Umschalter in die Stellung A (Frequenzleistungsregelung)
oder in die Stellung B (Frequenzregelung) gebracht worden ist, kann auch mehrere
andere gesteuerte Gruppen leiten, deren Umschalter in die Stellung C gebracht werden.
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Irgendwelche Störungen im Steuerregler E, z. B. Ausbleiben der Speisung
oder Fehler im Ansehluß der Stromkreise der Spulen, oder Fehler im Empfängerkreis
der Fernmessung können keine schweren Folgen nach sich ziehen. Eine solche Störung
könnte zwar das Betätigen des Hilfsservomotors s verhindern, doch bleibt die Drehzahlregelung
der Gruppe dauernd durch ihren Regler R, D, S gesichert; die Frequenz kann höchstens
etwas vom Normalwert abweichen wegen der unbestimmten Lage der Rückführvorrichtung
h.