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Uberströmregelung für Dampfkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf die Überströmregelung von vorzugsweise in Blockschaltung mit dem Dampferzeuger
betriebenen Dampfkraftmaschinen, die auf ein frequenzgeregeltes Netz arbeitende
Synchrongeneratoren antreiben. Bisher werden derartige Maschinen mit einer vom Lastverteiler
festgesetzten Grundlast gefahren, während die Deckung der Lastspitzen von besonderen
Maschinen bzw. Kraftwerken übernommen wird. Infolge der zunehmenden Beanspruchung
der Kraftstromnetze besteht die Forderung, Grundlast fahrende Maschinen bzw. Kraftwerke
zumindest im begrenzten Umfange zur Deckung der Spitzenlast mit heranzuziehen Damit
die Vorteile der Erfindung besser deutlich werden, soll zunächst auf die Wirkungsweise
der Überströmregelung eingegangen werden, wenn der Impuls für die Feuerung nicht
wie bisher üblich, nach der von Hand eingestellten Grundlast, sondern durch die
Frequenzabweichung des Netzes gegeben würde. _ In Fig. r der Zeichnung ist ein schematisches
Wirkschaltbild einer Dampfkraftanlage mit in Blockschaltung mit dem Dampfetzepger
6 betriebener Turbine Z dargestellt: Das Dampfven#il, z vor der Turbine 2 wird durch
_ den, Überatxömregler 3 immer so verstellt, da$ der Druck_vor dem Dampfventil
jeweils
dem am Regler eingestellten Sollwert 15 entspricht. Zur Druckmessung dient das an
die Dampfleitung angeschlossene Manometer 7.
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Die Turbine 2 treibt einen auf das Kraftstromnetz. io arbeitenden
Synchrongenerator 8 an. Die Frequenz des Netzes wird -mit Hilfe. des Frequenzmesseirs
f gemessen und als. Eingangsgröße in die Frequenzmeßschaltung 4 eingeführt.'
Fällt nun die Netzfrequenz- infolge einer plötzlich auftretenden Belastung unter
den an der Frequenzmeßschaitung 4 eingestellten Sollwert 18, so erhält 'der Feuerungsregler
5 einen Impuls, und das Stellglied des Reglers vergrößert die 'der Kesselfeuerung
zugeführte Brennstoffmenge. Infolge der Feuerungszeitkonstanten steigt die Dampfentwicklung
des Kessels 6 erst mit erheblicher Verzögerung. Der Druck in der Kesseltrommel 6
beginnt nun anzusteigen, und. der Regler 3 öffnet das Dampfventil i und vergrößert
die der Turbine 2 zugeführte Dampfmenge so lange, bis der Druck den eingestellten
Sollwert wieder erreicht. Die größere Turbinenleistung hat inzwischen den Generator
beschleunigt und die Netzfrequenz angehoben. Hat die Netzfrequenz ihren Sollwert
erreicht, so hört die Feuerungsverstellung auf, und es stellt sich ein neuer Betriebszustand
entsprechend dem größeren Leistungsbedarf im Netz ein.
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Die beschriebene Anordnung hat erhebliche Nachteile und arbeitet mit
großer zeitlicher Verzögerung. Soll die Turbinenleistung ansteigen, so muß der Dampfstrom
zunehmen, während der Druck vor der Turbine. durch den Überströmregler konstant
gehalten wird. Der Druckabfall im Dampfüberhitzer 9 nimmt jedoch mit zunehmenden!
.Dampfstrom zu, so daß der Druck in 'der Kesseltrommel stark ansteigen muß, damit
die geforderte Dampfmenge in die Turbine geliefert werden kann. Die Feuerungsmehrleistung
bei einer Laststeigerung wird zum Teil dazu verbraucht, Energie in der Kesseltrommel
zu speichern. Umgekehrt wird bei einem Abfallen der Belastung zusätzlich Dampf aus
der Kesseltrommel nachgeliefert, bis der Trommeldruck abgefallen ist. Das Speichervermögen
der Kesseltrommel wirkt hierbei also gerade im unerwünschten Sinne und verzögert
das Wirksamwerden der das Netz stützenden. Turbinenleistung. Ein steiler Lastanstieg
-im Netz kann daher im Verein mit der unvermeidlichen Feuerungsträgheit zu einem
Netzzusammenbruch führen, da die größere Leistungsabgabe des Synchrongenerators
und damit die Stützwirkung für das Netz zu spät einsetzt. Turbogeneratoren mit Überströmregelung
konnten daher bisher ' nur sehr begrenzt zur Deckung von Lastspitzen im Netz herangezogen
werden.
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Es ist bereits bekannt, bei auf Dampfdurchsatz gesteuerten Dainpfkraftmaschinen,
deren Abdampf zur Speisung von Wärmeverbrauchern, beispielsweise Heizungsanlagen,
benutzt wird, einen zusätzlichen, von der Synchronmaschine abgeleiteten Regelimpuls
auf das die Dampfzufuhr zur Kraftmaschine regelnde Ventil zu geben. Das die Dampfzufuhr
steuernde Ventil wird bei dieser Anordnung von dem Druck im Dampfnetz der Wärmeverbraucher
gesteuert, und die Stromleistung des mit der Dampfkraftmaschine verbundenen Synchrongenerators
ist vom Wärmeverbrauch- im Niederdruck-Dampfnetz abhängig. Um eine Überlastung des
Synchrongenerators zu verhindern, wird bei der, bekannten Anordnung ein' elektrischer
Impuls im entgegengesetzten Wirkungssinn auf das.Ventil der Dampfkraftmaschine gegeben,
wenn -die Leistungsabgabe des Synchrongenerators das zulässige Maß ..überschreitet.
Dieser Impuls begrenzt also lediglich die Leistung der Dampfkraftmaschine auf das
der elektrischen Maschine zuträgliche Maß. Bei einer Überlastung der Synchronmaschine
wird dabei der eigentliche vom Dampfdruck im Niederdruck-Dampfnetz gesteuerte Regler
unwirksam gemacht und das die Dampfzufuhr einstellende Ventil von dem Impuls des
Synchrongenerators gesteuert. Das Wechselstromnetz, auf das die Synchronmaschine
arbeitet, ist dagegen ohne Einfluß auf deren Leistungsabgabe.
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Durch die Anwendung der Erfindung wird es möglich, Kraftmaschinen
mit Überströmregelung in weit größerem Maße als bisher zur Deckungyön Lastspitzen
des Netzes, heranzuziehen. Es ergibt sich der große wirtschaftliche Vorteil, daß
die Zahl der speziell zur Deckung- der Lastspitzen ausgelegten Spitzenkraftwerke
bzw. Kraftmaschinen wesentlich kleiner gehalten werden kann.
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Erfindungsgemäß wirkt auf den Regler für- die. Dampfzufuhr 'zur Kraftmaschine
als Eingangsgröße außer dem Kesseldruck noch die der Kraftmaschine zugeführte Dampfmenge
und/oder eine von der Frequenzabweichung des Netzes abgeleitete Größe. Die zusätzlichen
z. B. vom Dämpfstrom bzw. von der Frequenzabweichung des Netzes abgeleiteten Größen
verstellen den Sollwert des Überströmreglers für die Kraftmaschine.
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An Hand der Figg. 2 der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel einer
gemäß der Erfindung arbeitenden Über§trömregelung näher erläutert.
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Der Dampfstrom zur Turbine 2 wird wiederum durch das Stellglied-i
des Überströmreglers 3 eingestellt. Die Turbine 2 ist wie in Fig.. r beschrieben,
mit dem Synchrongenerator 8 gekuppelt, der auf ein frequenzgeregeltes Netz io arbeitet.
Mit f ist wiederum der Frequenzmesser, mit q. die Frequenzmeßschaltung und mit 5
der Feuerungsregler bezeichnet. Der Druckmesser ii mißt den Druck in der Kesseltrommel,
der gleichzeitig in den Regler 3 eingeführt wird. Der Sollwert des Kesseldruckes
wird an der Stelle 15 in die Schaltung i i eingeführt und an den Regler 3
weitergeleitet. Die Schaltung i i dient weiterhin zur Überlagerung der vom Dampfstrom
und gegebenenfalls von der Frequenzabweichung des Netzes abgeleiteten Einflußgrößen.
Im Dampfstrom ist z. B. an der Stelle 14 eine Meßblende eingesetzt, deren Differenzdruck
vom Druckmesser 13 gemessen und an die Schaltung i i weitergeleitet wird. Zwischen.Differenzdruckmesser
13 und Sollwertschaltung i i ist beispielsweise noch eine Anordnung 16 eingefügt.
Diese Anordnung dient dazu, das- Ausmaß und gegebenenfalls die . Richtung der Wirkung
des- Differenzdruckes auf den Sollwert des Reglers 3 einzustellen. Die vom
Dampfstrom
abgeleitete Größe kann hierdurch nach einer vorgegebenen, gegebenenfalls einstellbaren
Funktion im umgekehrten oder im gleichen Sinne wie der Dampfstrom zur Wirkung gebracht
werden, d. h. daß entweder. dem ansteigenden Dampfstrom ein fallender oder steigender
Sollwert des Kesseldruckes entspricht.
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Die von der Frequenz abgeleitete Einflußgröße, die z. B. dem ersten
Differentialquotienten der Frequenz entsprechen kann, wird einem Zeitschaltglied
12 zugeführt. Dieses hat die Aufgabe, einen in seiner zeitlichen Dauer begrenzten
Impuls in die Sollwertschaltüng i i zu liefern. Bei einem plötzlichen Absinken der
Frequenz infolge eines Laststoßes wird beispielsweise ein mit einstellbarer Zeitverzögerung
abklingender Impuls iri die Sollwertschaltung i i gegeben, wobei die Impulshöhe
z. B. von der Größe der. Frequenzabweichung und damit von der Größe des Laststoßes
abhängig ist. Durch diesen Impuls wird der Sollwert des Kesseldruckes abgesenkt
und über den Regler 3 das Ventil i weiter geöffnet. Die Zeitkonstante des Schaltgliedes
12 wird zweckmäßig so gewählt, daß der Zusatzimpuls abgeklungen ist, wenn die vom
gleichen Impuls bewirkte Verstellung des Feuerungsreglers 5 im Ansteigen des Kesseldrucke
zur Auswirkung kommt.
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Ein ähnliches Zeitschaltglied kann auch in eine vom Dampfstrom abgeleitete
Meßgröße (z. B. Differentialquotient des Dampfstromes) eingeschaltet werden. Der
hierdurch erzeugte Zusatzimpuls wird in gleicher Weise in der Sollwertschaltung
i i überlagert. Die. Zeitschaltglieder werden zweckmäßig so ausgebildet, daß° die
Zeitkonstante und das Ausmaß der Wirkung der Impulse einstellbar sind.
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Die Wirkungsweise der im Beispiel der Fig.2 dargestellten Überströmregelung
soll im folgenden näher erläutert werden. Das Stellglied des Überströmreglers 3,
d. h. das Dampfventil i, wird entsprechend dem Dampfdruck in der Kesseltrommel verstellt,
bis der Kesseldruck dem an der Stelle 17 eingeführten Sollwert entspricht. Tritt
nun ein Laststoß im Netz auf und fällt die Netzfrequenz, so wird über den Frequenzmesser
f und die Frequenzmeßschaltung q. der Feuerungsregler 5 auf größere Leistung gestellt.
Würde die Regelung nur in Abhängigkeit vom Kesseldruck erfolgen, so wird bereits
bei Erhöhung der Feuerungsleistung mehr Dampf geliefert, ohne daß der Trommeldruck,
wie bei den bisher üblichen Regelanordnungen, zunächst ansteigen muß. Es wird also
in diesem Fall kein Dampf in der Trommel gespeichert. Der Trommeldruck bleibt konstant,
und der Druck vor der Turbine fällt mit steigender Last. Die Stützwirkung für das
Netz kann wesentlich schneller eintreten. Weitere Verbesserungen ergeben sich durch
Messung des Dampfstromes und eine Verstellung des' Sollwertes im überströmregler
3 in Abhängigkeit von der vom Dampfstrom abgeleiteten Einflußgröße beispielsweise
des Differenzdruckes an einer Meßblende. Hierdurch wird der Sollwert des Trommeldruckes
z. B. lastabhängig abgesenkt und damit das Speichervermögen der Trommel im an der
Über-Lagerungsschaltung i i einstellbaren Ausmaß mit herangezogen.
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An Stelle der Beeinflussung des Sollwertes vom Dampfstrom her kann
der Sollwert auch unmittelbar von einer von der Frequenzabweichung abgeleiteten
Größe verstellt werden. Gegebenenfalls werden beide Maßnahmen kombiniert. Beiin
Absinken der Netzfrequenz unter den Sollwert wird dann zuerst der von der Frequenz
abgeleitete Zusatzimpuls den Sollwert des Reglers 3 verstellen, d. h: der Regler
3 öffnet sofort das Dampfventil i, und die Turbine geht auf größere Leistung, wobei
das Speichervermögen der Kesseltrommel herangezogen und der Druck in der Trommel
abgesenkt wird. Inzwischen hat der Feuerungsregler die Feuerungsleistung vergrößert,
und die Dampfentwicklung in der Kesseltrommel nimmt zu. Der zunehmende Dampfstrom
verstellt über die Glieder 1q., 13, 16, 11 den Sollwert im gleichen Sinne, d. h.
das Ventil i wird weiter geöffnet. Inzwischen ist jedoch der im Zeitschaltglied
12 gebildete Impuls bereits wieder abgeklungen,- und der Regler arbeitet in Abhängigkeit
vom Dampfdruck und der vom Dampfstrom abgeleiteten Größe als Eingangsgröße.
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In Sonderfällen, z. B. wenn ein Dampfsammelbehälter vorhanden ist,
kann auch die Aufgabe vorliegen, mit ansteigendem Dampfstrom den Trommeldruck in
gewissen Grenzen zu erhöhen, um im Dampfsammler Dampf zu speichern. In diesem Fall
wirkt die vom Dampfstrom abgeleitete Einflußgröße im umgekehrten Sinne auf den Sollwest
des überströmreglers, d. h. mit zunehmendem Dampfstrom wird der Sollwert in einstellbarem
Ausmaß erhöht.
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Der Feuerungsregler wird in an sich bekannter Weise zweckmäßig als
Schnellregler ausgebildet, d. h. es wird mit Vorhalt gearbeitet. Hierdurch wird
bei einem plötzlichen Zunehmen der Last (Auflast) die Feuerung kurzzeitig auf volle
Leistung gesteigert, während bei einem plötzlichen Absinken der Belastung (Ablast)
kurzzeitig mit minimaler Feuerungsleistung gefahren wird.