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Kraftwerksschaltung zur Versorgung zweier Netze verschiedener Betriebsbedingungen
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Dampfkraftwerk zur Versorgung zweier Netze mit
stark voneinander abweichenden Betriebsbedingungen. Dieser Fall liegt insbesondere
dort vor, wo das gleiche Kraftwerk sowohl ein Netz der öffentlichen Versorgung (im
folgenden Drehstromnetz genannt) wie ein Bahnkraftnetz versorgen soll. Ähnliche
Betriebsbedingungen können aber auch in anderen Fällen vorliegen, etwa dort, wo
ein metallurgisches Werk von einem Kraftwerk der öffentlichen Versorgung aus gespeist
werden soll. Wenn also im folgenden von einem »Bahnkraftwerk« gesprochen wird, so
soll hierin keine Beschränkung gerade auf ein Bahnkraftnetz ausgedrückt werden,
wie auch das »Drehstromnetz« nicht unbedingt ein Netz der öffentlichen Versorgung
sein muß. Wesentlich ist nur, daß die im Drehstromnetz auftretenden Lastschwankungen
mit geringerer Laständerungsgeschwindigkeit verlaufen als die im Bahnstromnetz.
Nach einem älteren Vorschlag ergeben sich für derartige Betriebsbedingungen besonders
günstige Verhältnisse, wenn man im Kraftwerk eine Trennung der beiden Kraftwetksteile
vornimmt, also für das Drehstromnetz und für das Bahnstromnetz getrennte Maschinen
aufstellt und diese auch getrennt betreibt. Dann ist es einmal möglich, das Bahnstromnetz
dampfseitig einwandfrei zu puffern, andererseits den Drehstromteil mit bestem Wirkungsgrad
zu betreiben.
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Wie in allen Fällen starker Belastungsschwankungen entstehen aus dem
Ausgleich Aufgaben, die vielfach nicht einfach zu lösen sind. Man könnte
im
vorliegenden Falle daran denken, den Lastausgleich durch Dampfspeicher vorzunehmen.
Aber der völlige Ausgleich durch dieses Mittel führt im allgemeinen zu Speichergrößen,
die wirtschaftlich nicht mehr vertretbar sind. Auch entstehen Verluste an ausnutzbarem
Wärmegefälle, die sich nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit des Betriebes auswirken.
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Es ist eine Dampfturbinenanlage zum Antrieb von elektrischen Generatoren
bekanntgeworden, von denen einer oder mehrere zur Speisung von Wechselstromnetzen
konstanter Frequenz dienen, während ein anderer oder mehrere andere Generatoren
Kraftmaschinen mit stark schwankender oder intermittierender Belastung speisen.
Dabei sind der oder die Generatoren für veränderlichen Kraftbedarf mit zum Belastungsausgleich
dienenden Schwungmassen mechanisch gekuppelt und durch eine besondere, innerhalb
eines bestimmten Drehzahlbereiches ungeregelte Turbine angetrieben, welche mit der
Hauptturbine des Kraftwerkes derart verbunden ist, daß ihre Dampfströme teilweise
parallel, teilweise gemeinsam in einer beliebigen der beiden Turbinen verlaufen.
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Zur Lösung der der Erfindung gesetzten Aufgabe scheiden aber solche
Maßnahmen aus, da es mit Hilfe einer Pufferung über eine Puffermaschine mit Schwungrad
nicht möglich wäre, in dieser Schwungmasse hinreichend große Energien zu speichern.
Die Kupplung der beiden Netze über die bekannte Ausgleichmaschine ist deshalb nicht
möglich, weil dann das Netz mit starrer Frequenz durch das über die Ausgleichmaschine
angekuppelte Netz stark schwankender Frequenz gestört werden würde.
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Die Erfindung geht zur Lösung des Problems der Lastpufferung einen
grundsätzlich anderen Weg. Die Erfindung verwendet zwar im gleichen Kraftwerk aufgestellte,
aber getrennt betriebene Kraftwerksteile für die beiden zu versorgenden Netze und
eine dampfseitige Pufferung des Kraftwerksteiles mit stark schwankender Belastung.
Eine solche dampfseitige Pufferung ließe sich an sich nur schwerlich vermeiden,
aber bei der Erfindung wird diese Pufferung durch einen Leistungsausgleich ergänzt.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Kraftwerksteil, welcher starken
Belastungsschwankungen unterworfen ist, in Einspeiseverbindung mit mindestens zwei
Turbosätzen steht, von denen der eine als Hauptmaschinensatz die elektrische Verbraucherlast
einschließlich der Höchstlast des zugeordneten Netzes deckt und von denen der andere
als zugeordneter Ausgleichsmaschinensatz bei Lastschwankungen den überschüssigen
Dampf übernimmt, jedoch die damit erzeugte elektrische Leistung in das Netz des
anderen Kraftwerksteiles einspeist.
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Es ist an sich eine Dampfkraftanlage bekanntgeworden, bei der unter
gemeinsamer Beheizung ein Hoch- und ein Niederdruckdampferzeuger getrennt nebeneinander
betrieben werden und bei dem der Niederdruckdampferzeuger zur Speisung einer Hilfskraftmaschine
zur Arbeitsmittelfördereinrichtung der beiden Dampferzeuger dient. Selbst wenn hierbei
eine mit der Hilfskraftmaschine gekuppelte elektrische Leistungsausgleichmaschine
noch zur Versorgung herangezogen wird, kann die nicht nennenswerte elektrische Leistung
der Leistungsausgleichmaschine keine Pufferwirkung ausüben, da durch die gemeinsame
Beheizung der Dampferzeuger die Kesselregelung in beiden Systemen gleichsinnig erfolgt.
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Bei der Erfindung wird unter Verzicht einer Speicherung der in der
Kesselanlage des Bahnkraftteiles überschüssig erzeugten Dampfmenge diese in elektrische
Leistung umgesetzt, welche an das Drehstromnetz abgegeben wird. Die Kesselanlage
des Bahnkraftwerkes wird so ausgelegt, daß sie im Höchstbelastungsfalle die gesamte
Bahnleistung decken kann. Dann bleibt unter Umständen für die Ausgleichmaschine
keine Dampfmenge mehr verfügbar, soweit sie nicht für den Leerlauf der Ausgleichmaschine
benötigt wird. Wenn aber die Belastung der Bahnkraftmaschine wieder zurückgeht,
wird die überschüssige Kesselleistung auf die Ausgleichmaschine übergeschoben, und
diese gibt sie in Form elektrischer Energie an das Drehstromnetz ab. Ein wesentlicher
Unterschied gegenüber den in anderen Zweigen der Technik vielfach üblichen Ausgleichmaschinen
liegt jedoch darin, daß der Leistungsfluß bei der neuen Schaltung immer nur in einer
Richtung verläuft, nämlich von der Ausgleichmaschine in Richtung auf das Drehstromnetz.
Der umgekehrte Leistungsfluß, nämlich vom Drehstromnetz über die Ausgleichmaschine
an das Bahnnetz, der bekanntlich nur schwierig durchzuführen-ist, unterbleibt.
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Für die Steuerung der Ausgleichmaschinen steht eine Reihe verschiedener
Mittel zur Verfügung. Am übersichtlichsten und einfachsten gestalten sich die Verhältnisse
jedoch, wenn man mit einer Steuereinrichtung arbeitet, die den Belastungsgrad der
dem stark schwankenden Kraftwerksteil zugeordneten Kesselanlage überwacht. Als eine
solche Steuereinrichtung kommt in erster Linie das Überströmventil in Frage, das
deshalb den weiteren Ausführungen zugrunde gelegt werden soll.
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Von den verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten seien einige an Hand
der Ausführungsbeispiele erläutert.
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Das Kraftwerk nach Fig. i enthält die beiden Drehstromsätze i und
2, die in Blockschaltung zusammen mit dem Hochdruckkesse13 bzw. q. betrieben werden
und deren Stromerzeuger 5 und 6 auf das Drehstromnetz 7 arbeiten. Die beiden Maschinensätze
sind für sehr hohen Druck, z. B. 125 at, und hohe Betriebstemperaturen ausgelegt
und arbeiten infolgedessen mit Zwischenüberhitzern $ und g. Für den Bahnkraftteil
kommt diese Schaltung nicht in Frage. Die Blockschaltung ist ersetzt durch eine
Dampfsammelschiene io, an die die Kessel i i und i2 angeschlossen sind. Diese Kessel
können an sich durchaus mit einem höheren Druck arbeiten, z. B. 8o at, jedoch liegt
dieser Druck dann immer noch wesentlich unter dem der
Kessel 3 und
4. Auf Zwischenüberhitzung ist in diesem Falle verzichtet. Die Bahnkraftmaschine
ist mit 13 bezeichnet. Ihre schwankende Belastung wird, ohne daß unbedingt ein Speicher
erforderlich wäre, durch die Kesselanlage i i, i2 gedeckt. Es war aber bereits ausgeführt,
daß man hiermit einen hinreichenden Lastausgleich nicht erzielen könnte. Dieser
wird vielmehr gemäß der Erfindung dadurch geschaffen, daß man an die Dampfsammelschiene
io parallel zur Maschine 13 eine weitere Maschine 14 schaltet, die jedoch nicht
parallel zum Bahngenerator 15 arbeitet, sondern auf das Drehstromnetz 7. Wenn also
die von der Kesselanlage 11, 12 erzeugte Dampfleistung größer ist, als der Belastung
der Bahnkraftmaschine 13 entspricht, wird über ein vom Druckimpuls 16 betätigtes
Überströmventil eine entsprechend große Dampfmenge der Turbine 14 zugeführt und
die auf diese Weise erzeugte elektrische Leistung an das Netz 7 abgegeben. Je stärker
die Maschine 13 belastet wird, um so geringer ist die in der Maschine 14 erzeugte
Ausgleichleistung, und umgekehrt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine Abänderung der Schaltung
insofern vorgenommen, als die einfache Ausgleichmaschine 14, die der Maschine 13
parallel geschaltet war, durch eine Entnahmeturbine 17 ersetzt ist. Die Dampfsammelschiene
iö arbeitet also jetzt nicht mehr mit Frischdampf, sondern mit einer Dampfmenge,
die im Hochdruckteil 17a der Ausgleichmaschine bereits teilweise entspannt war.
Der Druckimpuls 16 ist bei dieser Schaltung durch einen Impuls 16' ersetzt, der
den Druck in der Dampfsammelschiene io' überwacht. Die Wirkung dieser Schaltung
ist offensichtlich die gleiche wie im Falle der Fig. i.
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Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 2 insofern, als
die beiden Turbinenteile 17a und 17b nicht mehr der gleichen Maschine zugeordnet
sind, sondern getrennte Turbinen mit den Stromerzeugern i8' und 18" darstellen.
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Fig.4 läßt erkennen, daß auch die Umkehrung der in Fig. 2 und 3 beschriebenen
Dampfschaltung möglich ist in der Weise, daß die Bahnkraftmaschine 13 jetzt als
Entnahmemaschine mit den beiden Teilen 13 a und 13 b ausgebildet ist und die Ausgleichmaschine
14 hinter der Turbine 13 an die Dampfsammelschiene io' angeschlossen ist. Die Steuerung
der Dampfzufuhr zur Maschine 14 erfolgt in diesem Falle wieder durch ein vom Druckimpuls
16 in Abhängigkeit vom Druck in der Dampfsammelschiene io betätigtes Überströmv
entil.
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Bei den bisher beschriebenen Schaltungen war angenommen, daß der Bahnkraftteil
mit einem Kessel niederen Druckes arbeite und keine Blockschaltung vorliege. Das
Ausführungsbeispiel nach Fig.5 zeigt jedoch, daß auch die Blockschaltung mit Zwischenüberhitzung
möglich ist. An Stelle einer Mehrzahl von Kesseln 11, 12 ist hier nur ein einziger,
entsprechend größerer Kessel ii' von z. B. 125 ata vorgesehen. Die Bahnkraftmaschine
13 ist an die Zwischendruckleitung io" angeschlossen, und zwar ist hinter dem Turbinenteil
14a vor die Leitung iö' ein Zwischenüberhitzer i9 geschaltet. Fig. 6 schließlich
zeigt die Umkehrung der in Fig. 5 beschriebenen Schaltung in der Weise, daß die
Bahnkraftmaschine 13 als Entnahmemaschine vor die Ausgleichmaschine 14 geschaltet
ist, wobei ebenfalls wieder Zwischenüberhitzung (Zwischenüberhitzer i9) angenommen
ist.
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Die Ausführungsbeispiele sollen naturgemäß nicht eine erschöpfende
Darstellung aller Möglichkeiten bieten, sondern nur zeigen, daß sich der Erfindungsgedanke
in den verschiedensten Schaltungen verwirklichen läßt.