WO2014096113A2 - Verfahren zur steuerung eines wasserschütz-antriebs für ein wasserschütz mit einer elektrischen maschine, betriebsschaltung, wasserschütz-antrieb und wasserkraftanlage - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines wasserschütz-antriebs für ein wasserschütz mit einer elektrischen maschine, betriebsschaltung, wasserschütz-antrieb und wasserkraftanlage Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for controlling a water contactor drive for a water contactor, in particular for a water roller contactor, preferably in a hydropower plant, wherein the drive comprises an asynchronous machine, in particular an asynchronous motor / generator. Furthermore, the invention relates to an operating circuit for controlling a water contactor drive for a water contactor. Furthermore, the invention relates to a water contactor drive and a hydropower plant.
  • a hydroelectric power plant serves to convert a potential energy of water into electrical energy.
  • dammed or flowing water is supplied in a water detection via a bed load and an inlet rake of a usually in a turbine pipe, (eg suction pipe or pressure tube) arranged turbine in the flow direction and drives the turbine thereby.
  • the water leaving the turbine is fed via an outlet to the further water drain.
  • a fall height can be regularly in the range between 1 m and up to 10m, in some cases even above 15m, lie.
  • different turbine types can be used, as described for example in EP 1 440 240 B1.
  • a load-dependent operation of a turbine can be achieved in that a turbine geometry is set variable, z. B. by a pitch angle of turbine blades is changed.
  • a load-dependent operation of a turbine can be achieved in that a turbine geometry is set variable, z. B. by a pitch angle of turbine blades is changed.
  • a water contactor generally refers to a part of a weir system, in particular in the case of a hydropower plant, which has a movable contactor device, in particular a protective panel, for regulating the water flowing through the weir system, in particular in the case of a hydropower plant.
  • a protective panel may be guided in niches by military piers anchored in the weir. Basically, a distinction is made between a sliding contactor and a rolling contactor, depending on whether the protective panel is movable in slide rails and / or guided by means of castors such as running and guiding rollers of a roller arrangement. Under a water contactor drive is generally understood to mean any drive which is suitable, if necessary. In combination with a gearbox, to put the shield panel directly or via a roller assembly such as running and guiding rollers in motion or to inhibit movement.
  • a problem in an operating situation, especially emergency situation is that on the one hand a contactor device such as a protective panel with comparatively high weight must be quickly set in motion.
  • a weight force of the protective panel initially is fundamentally advantageous for initiating the movement, on the other hand the considerable resistance forces generated by the weight force for moving a protective panel must also be overcome.
  • the resistance forces are primarily attributable to frictional forces acting on the guidance of the protective panel, in particular also as a result of the water force.
  • Protective panels can have weights of possibly several tons to tens of tons.
  • a protective panel or the like can be set in motion against inertial forces and, above all, friction forces in order to avoid damage, in particular in the worst case destruction of the turbine system and / or the hydropower plant (in particular comprising a generator or the like electric Wasserkarftmaschine, in particular also includes a possible transmission or the like powertrain components and / or Stromformer components) of the hydropower plant to avoid.
  • a movement of a protective panel and the upstream control of a water contactor drive can be particularly critical if the emergency situation coincides with a situation in which no power supply is available for the water contactor drive; In particular, this situation proves to be problematic in the event that an electrical machine, ie an electrical Motor / generator, provided with the water contactor drive. Because in the previously explained emergency situation without power supply are then usual measures for braking the electric machine in the water contactor drive only conditionally available due to the lack of power.
  • a protective shield of a water cannon entering unhindered in an emergency situation would cause massive damage at the time of impact at the bottom of the guide of the protective panel; This is due to the inertial forces of a high-impact impact shield.
  • forces of a 30t shield panel at a drop height of 10m may result in the destruction of at least the guide and the bottom of the water contactor and, if necessary, the shield panel itself. In particular, even jamming the same in the guide may be the undesirable consequence.
  • the invention whose object is to provide a method and apparatus for controlling a water contactor drive with an asynchronous motor for a water contactor, in particular for a water roller contactor, the retraction of the passive passive, d , H.
  • the invention whose object is to provide a method and apparatus for controlling a water contactor drive with an asynchronous motor for a water contactor, in particular for a water roller contactor, the retraction of the passive passive, d , H.
  • without power supply even without mains power supply and even without uninterruptible power supply fuse ensured, while still preventing the panel protector unchecked or otherwise stops uncontrolled.
  • the object of the invention is thus to provide a method and a device for controlling a water contactor drive, preferably in operation, which are improved over the prior art, but at least to address one of the problems described above.
  • At least an alternative solution to a known in the prior art solution should be proposed.
  • a device should and a method can be provided by means of which, in an emergency situation, it is necessary to react reliably and at the same time safely while avoiding further damage.
  • the asynchronous motor is equipped with a fan brake and the method has, after detecting an emergency situation, steps according to the invention:
  • the electric machine (motor / generator) is in particular an asynchronous machine.
  • an asynchronous motor / generator (asynchronous machine) is preferably provided for the water contactor drive.
  • an asynchronous machine for use in a water contactor drive proves to be fundamentally advantageous because it is robust and relatively low maintenance; This is mainly because a mode of operation without brushing is possible.
  • the mode of action is based on a rotating field which is generated by the stator winding of the stationary part of the asynchronous motor, namely the stator or stator.
  • the stator winding primary side of the three-phase asynchronous motor is a rotating squirrel-cage rotor (also called cage), which represents the secondary side.
  • the self-adjusting current depends on the speed.
  • the rotor of the asynchronous motor usually turns always slower than the rotating field on the coils of the primary side.
  • the control of the asynchronous machine, in particular asynchronous motor usually takes place via electromechanical contactors. You can see the engine speed, especially engine speed, via inverter, such. B. Control frequency converters by increasing or decreasing the frequency. This is particularly useful in a system such as a water contactor drive, which may require a variable speed, without an adjustable transmission should be used.
  • a transmission for actuating the roller arrangement in particular with at least one deflection roller, is preferably provided for moving a water roller contactor.
  • the method according to the concept of the invention proves to be sufficiently reliable and at the same time feasible, in particular without avoiding further damage, even in the event of a lack of power supply.
  • the reliable and damage-free implementation of the method in an emergency situation is particularly advantageous even if a mains power supply is missing and an uninterruptible power supply is not available.
  • the method in particular after the detection of an emergency situation, also comprises the steps: detection of an insufficient, in particular missing, power supply.
  • detection of an insufficient, in particular missing, power supply In particular, a lack of a mains current or a mains voltage and / or a lack of an uninterruptible power supply can be detected.
  • the lack of an uninterruptible power supply may also be due to the fact that a plant (UPS) for uninterruptible power supply is not installed - a preference of the concept of the invention described here is that advantageously the provision of a system (UPS) for uninterruptible power supply is not required since the concept of the invention makes possible a safe operation of the water contactor drive even in an emergency situation without mains current or without mains voltage; This leads to a component and cost savings.
  • UPS plant
  • the concept of the invention also leads to an operating circuit of claim 13, for controlling a water contactor drive for a water contactor, in particular for a water roller contactor, preferably in a hydropower plant, wherein the drive comprises an asynchronous machine, in particular an asynchronous motor / generator.
  • the operating circuit has a first power line, in particular for normal operation, and a second power line, in particular for emergency operation, wherein
  • the second power train is designed to operate the electric machine, in particular asynchronous machine, in generator island operation automatically, with a rotating field is generated automatically.
  • a rotating field can be generated automatically, in particular with at least one first stage of load resistors for a first control and / or regulating stage and a second stage of load resistors for a second control and / or regulating stage.
  • different braking resistors can be realized by way of this.
  • the concept of the invention also leads to a water contactor drive of claim 14.
  • the water contactor drive is designed to control an asynchronous machine for a water contactor, preferably in the form of a water roller contactor drive for a water roller contactor.
  • the concept of the invention also leads to a hydropower plant of claim 23 with a water contactor drive of the aforementioned type.
  • a water contactor drive of the aforementioned type.
  • the hydropower plant of the water contactor drive is designed to control an electrical machine, in particular asynchronous machine, for a water contactor, in particular for a water roller contactor, said electrical machine, in particular asynchronous machine having a fan brake.
  • the electric machine in particular asynchronous machine, according to the invention has a fan brake and further a signaling unit.
  • the signaling unit is advantageously designed to detect and / or display an emergency shutdown situation, in particular also a failure of a supply current or a supply voltage;
  • an actuator unit which is designed to implement a release of the fan brake, in particular in the event that a missing power supply is indicated;
  • An operating circuit for automatically operating the asynchronous machine wherein the operating circuit is designed to operate the asynchronous machine (as an asynchronous generator) in generator island operation, wherein a rotating field is generated automatically.
  • the method is also applicable when a power supply is detected.
  • the current-based measures for braking the asynchronous motor and thus the protective panel such as countercurrent braking, lowering or regenerative braking or DC braking of the asynchronous motor are particularly suitable.
  • an adequate power supply is displayed: detecting the power supply, in particular a power supply from a power grid and / or a system for uninterruptible power supply (UPS), wherein the electrical machine, in particular asynchronous machine is operated with the power supply .
  • the electrical machine, in particular asynchronous machine can then be operated at variable rotational speeds, in particular in the event that an adequate power supply is displayed.
  • the electrical machine, in particular the asynchronous machine is operated for slow closing of the water contactor and / or an electric stop ramp is driven for the asynchronous machine. This is especially true in the event that a sufficient power supply is displayed, in particular under electrical regulation of the asynchronous machine and / or a frequency converter.
  • an insufficient power supply from a power grid and / or insufficient power to a system for uninterruptible power supply (UPS) in particular additionally in the case of detecting an emergency situation, be provided that an electromechanical stop ramp for the asynchronous motor under rules and / or preferably controlling the fan brake is driven.
  • UPS uninterruptible power supply
  • a known per se fan brake can be provided.
  • a fan brake may be provided in such a way that an asynchronous motor / generator or similar electric machine is mechanically held in the de-energized state.
  • brake springs can press axially movable armature disks of a rotor against a friction lining against the stator.
  • the braking torque can be transmitted to a shaft via a feather key connection of a friction lining carrier or a toothed driving disk. If a DC voltage is applied to the brake coil, the armature disc releases brake pad so that the engine can run up.
  • This exemplary description of a fan brake serves only to illustrate a possible fan speed. brake operating principle - the invention is not limited to a specific embodiment of a fan brake.
  • the release of the fan brake takes place with automatic and self-actuated lifting of the fan brake.
  • the asynchronous motor can then be driven by the force of gravity of the water contactor, in particular the protective panel, for example, in which the protective panel pulls on the tension cord of the castors and the power of the tension cord is transmitted to the asynchronous machine via the transmission.
  • the asynchronous machine can be driven under the action of a weight force of a protective panel of the water contactor. In particular, this can be done via a capacitor arrangement of excitation capacitors. In that case, the asynchronous motor or the like electrical machine generates a rotating field automatically in regenerative island operation.
  • the asynchronous machine or similar electric machine can be operated with different, in particular substantially predetermined fixed, first and second rotational speeds, in particular in the event that an insufficient power supply is indicated, in particular without power supply.
  • at least one control and / or regulating stage in particular a first control and / or regulating stage as a braking stage and a second control and / or regulating stage as a stopping stage for the asynchronous machine can be run under load switching of the fan brake.
  • braking of the asynchronous machine can be effected by connecting a first stage of load resistors.
  • brake control of the asynchronous machine can be voltage-dependent and / or dependent on a position of the water contactor. It has proven to be particularly preferred that the asynchronous machine is controlled at least in two speed levels. For this purpose, it has proved to be advantageous to switch on a first and a second stage of load resistances depending on the voltage and / or depending on a position of the water contactor, in particular to connect a first and a second stage of load resistors.
  • the actuator unit has a gas spring accumulator by means of which the fan brake can be released.
  • the actuator unit preferably has a current-locked (ie in the rule powered with mains power supply or with a power supply from an uninterruptible power circuit) Control valve in an actuator pressure line between the gas spring accumulator and the fan brake. Since the control valve is thus normally open, the actuator unit secures a supply of gas pressure to the fan brake by opening the normally open control valve in the actuator pressure line between the gas spring accumulator and the fan brake.
  • the operating circuit preferably has a number of capacitors and at least a first number of switchable load resistors.
  • a number of switchable load resistors is preferably voltage-dependent and / or switchable depending on a position of the water contactor, in particular a single or a number of two three or more load resistors can be switched on individually or in groups.
  • an electromechanical contactor may be provided between the capacitor and the load resistor in order to switch on the number of switchable load resistors, preferably voltage-dependent and / or dependent on a position of the water contactor.
  • another means of interdependency for connection can be established (for example a time control or another dependency control or control means) in order to realize a braking resistor for the water contactor, in particular by switching on one Number of switchable load resistors.
  • An electromechanical contactor preferably has an electrical control line and an electrical load line, in particular as a three-phase line.
  • the operating circuit has a control which is designed to switch on a first number of switchable load resistors and / or a second number of switchable load resistors, in particular voltage-dependent and / or dependent on a position of the water contactor and / or switch on depending on another dependency means.
  • a retraction of a protective panel of the water contactor can be provided with particular advantage with a two- or multi-stage control and / or -regulation.
  • a first stage of a control and / or regulation can be designed, in particular, to set a control panel in motion particularly quickly.
  • a second stage of the control and / or regulation may preferably be designed to effectively implement the deceleration of the protective panel.
  • an electromechanical stop ramp for the asynchronous machine can be designed such that for a large part of the path of the protective panel a first number of switchable load resistances ensure the most effective possible drive of the water contactor drive and thus the most effective retraction of the protective panel.
  • the electromechanical stop ramp for the asynchronous machine can be designed to decelerate the water contactor drive as effectively as possible and thus to ensure as effectively as possible a deceleration of the protective board. For example, much of the way between 50% and 95% of the Einfahrweges of the protective panel make. For example, a lesser part of the way can make up between 50% and 5% of the path of entry of the dashboard.
  • 1 is an exemplary view of a water contactor and a water contactor
  • the water contactor is formed as a rolling contactor of a weir system in a hydropower plant
  • 2 schematically shows a water contactor drive with a water roller contactor and an asynchronous machine which has a fan brake and can be connected to a signaling unit, an actuator unit and an operating circuit of a particularly preferred embodiment of a water contactor drive
  • Fig. 3 shows the combination of a water contactor drive according to a preferred embodiment with a first part of an operation control for regular operation of an asynchronous machine with a power supply to the mains, however, according to the preferred embodiment without an uninterruptible power supply and with a second part of an operation control, passively designed for a reliable and damage-free operation, wherein a signaling unit, an actuator unit and a second power supply is provided for the second part of the operation control;
  • FIG. 4 shows schematically a flow chart of a preferred embodiment of a
  • Fig. 1 shows a detail of an exemplary construction of a water roller contactor for a shown in Fig. 2 in more detail hydropower plant 1000.
  • the weir has to depict the water contactor 100 here-a water roller contactor on a transfer roller 130 a protective panel 1 10 in a contactor bearing 120.
  • the contactor bearing 120 has a first bearing rail 121 and a second bearing rail 122, which are designed with a groove in each case for forming a slide rail; the protective panel 1 10 is slidably mounted on both sides in the groove of the first and second bearing rail 121, 122.
  • the protective panel 1 10 is held by a tensile strand 131 of the transfer roller 130 of Fig.
  • the protective panel 110 may have a very considerable weight in the ton range, for example, a weight of 32 tons here, and a drop height in the guidance of the contactor bearing 120 may be several meters, for example up to 10 meters or 15 meters.
  • a drop height in the guidance of the contactor bearing 120 may be several meters, for example up to 10 meters or 15 meters.
  • a water contactor 100 in the form shown in FIG. 1 or in the form shown in FIG. 2 can be arranged directly, as shown, in front of a turbine pipe of a schematically illustrated turbine 400.
  • a protective panel 1 10 of the rolling contactor serves as a closure gate in front of a watercourse 500 of the hydropower plant 1000.
  • a water contactor 100 can also be formed in a position upstream of the turbine pipe, for example as part of the computing system or as part of the Geschiebefangs (not shown here).
  • FIG. 2 there is schematically shown in detail a front and rear part 123, 124 of a guide of the contactor bearing 120 with the protective panel 1 10 on the tensile strand 131.
  • the protective panel 1 10 is again shown in the lower position -hier emergency position, d. H. lying on the lower boundary 301 and adjacent to an upper boundary 302 of the turbine pipe 300 in front of the turbine 400.
  • For the distance of the overlying driving range B90 is controlled by the preferred first part described hereinbelow a control and / or regulation of the water contactor drive 200.
  • the water contactor drive 200 also has the variable speed fan motor 210 as well as the asynchronous machine 210 which can be operated as a motor or generator 210 and the gearbox 220 also includes the fan brake 230 assigned to the asynchronous machine 210 which sits on a common shaft 201 with a rotor of the asynchronous machine 210.
  • the fan brake 230 is formed in this embodiment in that the rotor of the asynchronous 210 is frictionally connected to the stator of the asynchronous machine 210.
  • an actuator unit 240 acts against the force of a brake spring 250; this via suitable connecting means 260.
  • the brake spring 250 has the effect that without actuation of the actuator unit 240, a rotor frictionally engaged with the stator of the asynchronous 210 is positively frictionally engaged. Without actuation of the actuator unit 240, the fan brake engages 230 and the asynchronous 210 is stuck.
  • the protective panel 110 In a first holding state, not shown in FIG. 2, the protective panel 110 is held in an upper position releasing the turbine pipe 300 for flowing the turbine pipe 300 with water 500, so that the turbine 400 is driven.
  • the fan brake does not need to take the weight of the Schütztafel 1 10; this can be locked and / or held by other construction means (not shown here).
  • the holding position HP1 is symbolized.
  • the protective panel 1 10 in a second fixed state as shown in Fig. 2 is shown, ie transferred to a lower holding position HP2 after the actuator unit 240, the fan brake 230 has released.
  • the pressure of the brake spring 250 on the rotor to represent a frictional engagement between the rotor and stator due to the force of the actuator 240 is taken back to the brake spring 250.
  • the rotor of the asynchronous machine 210 in the stator can be rotated in the direction of a generator operation according to speed n for automatic generation of a rotating field.
  • the actuator unit 240 is in the present case of the embodiment of Fig. 3 concretely formed with a pressure accumulator 241, which can be opened via an actuator pressure line 242 and arranged in this control valve 243 to a gas spring accumulator 244.
  • a signaling unit 270 is provided, via a signal line 271 the signal of an emergency situation to a control port 243.1 of the control valve
  • the control connection 243.1 can be, for example, a magnetic coil for moving a valve piston 243.2 of the control valve 243. Is the gas spring storage
  • the mechanical principle of action of the roller contactor drive 200 is as follows.
  • the winch system here as transfer roller 130 of castors, is fed by a pull cord 131 on a cable drum 133.
  • the cable drum is driven by the water contactor drive 200, namely completely from the asynchronous machine 210, which operates as a motor driving the gear 220 and about the guide roller 133.
  • the protective panel 1 10 of the rolling contactor as a closure for the watercourse 500 or the turbine pipe 300th serve the hydroelectric power plant 1000.
  • a power grid 600 is available for displaying a three-phase current I, which is shown here with lines for three phases, I 2 , I 3 .
  • the power can be supplied via a first power line 710 of the asynchronous machine 210.
  • electro-mechanical contactor 720 in the form of a Normal prevailsflates- the phases, l 2 , I3 of the power line I with the asynchronous machine 210 are electrically connected, so that it is driven.
  • the normal operation contactor 720 is for this purpose in an electrical branch line 713 for connection to the power line 71 1 via the frequency converter 712; this in the energy-free - ie not attracted - state of the normal operation contactor.
  • the frequency converter 712 is a three-phase frequency converter with braking resistors.
  • the uninterruptible power supply system can be provided in the present case; For example, for an operating voltage of 400 V in three phases, with a corresponding number of batteries and a bypass.
  • the fan brake 230 may, as in the present case, act via a brake pressure, which in the present case is made available via a brake spring force of the brake spring 250.
  • This state corresponds to a state of the asynchronous machine 210 without power supply, be it a power supply. supply of power grid 600 or a power supply from a non-provided here but in individual cases existing uninterruptible power supply UPS.
  • the asynchronous machine 210 can be operated at, for example, 400 V and at a frequency between, for example, 3 and 50 Hz with a corresponding AC voltage.
  • the operating circuit 700 is designed in a second power train 730 for a regenerative island operation in a special way.
  • the asynchronous machine 210 is designed for the operation of a generator in isolated operation.
  • the weight G of a protective panel 1 10 of the water contactor 100 generates in the above-described release of the fan brake 230, a rotational movement of the rotor in the stator of the asynchronous 210 and thus provides for a self-supply of the control and / or regulation of the drive 200th
  • a capacitor assembly 731 of excitation capacitors, a The first arrangement 732, a number of load resistors in turn for the three phases, I 2 , I 3 and a second arrangement 733 of load resistors in turn for the three phases, I 2 , I 3 of an electrical emergency operating line 714 can be connected via suitable contactors for the emergency operating part 730 ,
  • a first load contactor is switchable, for example, with a control current generated by the reactive power and the rotating field of the excitation capacitors.
  • the second emergency contactor 716 can also be switched via the rotating field and the current thus generated as a control current.
  • Corresponding control signal lines 721 ', 722' are led to the emergency operation contact
  • an asynchronous machine 210 can be operated as a generator under limited conditions in stand-alone operation, ie without connection to the power grid 600, for example as an emergency power generator.
  • a preferred option for island operation is that of operation as a self-excited asynchronous generator.
  • the reactive power may be provided by a parallel connected capacitor bank 731 which itself discharges capacitive reactive power;
  • the engine generates inductive reactive power.
  • the frequency is particularly constant by a frequency converter 712.
  • the voltage amplitude can be controlled taking into account the maximum phase current amplitude. If overloaded, the voltage amplitude can be reduced if necessary.
  • a high-quality island operation can be carried out by means of the asynchronous generator. ren, as proposed here.
  • UPS uninterruptible power supplies
  • FIG. 4 shows the sequence of an emergency closing control method for the water gun drive 200 via the operating circuit 700, or more specifically via the second part of the operating circuit 700, namely to the emergency operating circuit using the second power line 730
  • the operating circuit 700 is in normal operation, ie. H. the normal operation contactor 720 is acted upon Ström and thus closed - as shown in Fig. 3.
  • the asynchronous machine 210 is operable via a power supply of the power grid 600 as a motor via the frequency converter 712 and the normal operation contactor 720.
  • the control of the water protection drive 200 via the frequency converter 712 with the power supply be done from the power grid 600. It can be used in normal operation via the frequency converter 712 with different and possibly variable speeds; this z. B. for slowly lifting the panel 1 10 with start and stop ramps or slow lowering the same with start and stop ramps.
  • an emergency shutdown with a targeted stop ramp can be carried out. This can in particular also include common electrical braking methods by a generator operation of the asynchronous machine 210.
  • the present control system offers drive the water contactor drive 200 the advantage that this is passively feasible.
  • the control method of the water contactor drive 200 is in the case without external power supply from the power grid 600 and also without power from a next to the frequency converters 712, if necessary, existing uninterruptible power supply UPS feasible.
  • a UPS may be provided;
  • the passive method presented here has the advantage that costly uninterruptible power supply systems can be saved. If the situation is given by a combination of the method steps VS2, VS3 that an emergency closure of the water contactor 100 is required even without a power supply, this can be detected and displayed by the signaling unit 270.
  • a fan brake 230 can be released by the actuator unit 240 described by way of example.
  • a driving of the asynchronous machine 210 in accordance with the weight G of the protective panel 1 10 follows as a generator - thus, in step VS5, a rotating field is generated by means of the stage 731 of excitation capacitors 731.1, 731 .2, 731 .3.
  • the second emergency contactor 722 can be switched to connect the second stage 733 of load resistors 733.1, 733.2, 733.3. It may additionally or alternatively to the circuit, the position of the roll support be decisive. This can in a second steeper stop ramp a considerable residual braking of the protective panel 1 10 in FIG. th lowering range B10 cause.
  • a first stop ramp can be implemented via the first unit 732 of load resistors and in method step VS7 a second stop ramp can be implemented via the second unit 733 of load resistors.
  • a first and second stop ramp can thus be driven passively via the second part of the operating circuit, namely the second power line 730.
  • a safe braking of the protective panel 1 10 can be implemented without mains power and / or without frequency converter 712; a passive start-up of the protective panel 1 10 can be implemented via the previously described actuator 240 with the normally open control valve 243.
  • the method steps VS4 and VS5 can still be carried out.
  • retraction of the protective panel 110 can be effected in a current-controlled manner in the method step VS9. The process ends with the protective panel retracted in step VS8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs (200) für ein Wasserschütz (100), insbesondere für ein Wasserrollschütz, vorzugsweise bei einer Wasserkraftanlage (1000), wobei der Antrieb eine elektrische Maschine aufweist, insbesondere eine Asynchronmaschine (210) aufweist, insbesondere einen Asynchron-Motor/Generator. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine (210), eine Lüfterbremse (230) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Lösen der Lüfterbremse (230) für den Fall, dass eine unzureichende Stromversorgung angezeigt wird, selbsttätiges Betreiben der elektrischen Maschine, insbesondere Asynchronmaschine (210), wobei die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, im generatorischen Inselbetrieb betrieben wird, bei dem ein Drehfeld selbsttätig erzeugt wird.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs für ein Wasserschütz mit einer elektrischen Maschine, Betriebsschaltung, Wasserschütz-Antrieb und Wasserkraftanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs für ein Wasserschütz, insbesondere für ein Wasserrollschütz, vorzugsweise bei einer Wasserkraftanlage, wobei der Antrieb eine Asynchronmaschine aufweist, insbesondere einen Asynchron-Motor/Generator. Weiter betrifft die Erfindung eine Betriebsschaltung zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs für ein Wasserschütz. Weiter betrifft die Erfindung einen Wasserschütz-Antrieb und eine Wasserkraftanlage.
Eine Wasserkraftanlage, dient zur Umwandlung einer Lageenergie von Wasser in elektrische Energie. Dazu wird aufgestautes oder fließendes Wasser in einer Wassererfassung über einen Geschiebefang und einen Einlaufrechen einer üblicherweise in einem Turbinenrohr, (z.B. Saugrohr oder Druckrohr) angeordneten Turbine in Strömungsrichtung zugeführt und treibt die Turbine dadurch an. Das die Turbine verlassende Wasser wird über einen Auslauf dem weiteren Wasserablauf zugeführt. Je nach Fallhöhe zwischen Wassererfassung und Auslauf unterscheidet man zwischen Nieder- Mittel- und Hoch- druckwasserkraftanlagen; eine Fallhöhe kann dabei regelmäßig im Bereich zwischen 1 m und bis zu 10m, in Einzelfällen sogar oberhalb von 15m, liegen. Je nach Fallhöhe können unterschiedliche Turbinenarten zum Einsatz kommen, wie eine beispielsweise in EP 1 440 240 B1 beschrieben ist. Unabhängig von der konkreten Ausführung einer Turbine zeigt sich, dass diese lastabhängig betrieben werden sollte; beispielsweise kann ein lastabhängiger Betrieb einer Turbine dadurch erreicht werden, dass eine Turbinengeometrie veränderlich eingestellt wird, z. B. indem ein Pitchwinkel von Turbinenschaufeln verändert wird. Es kann darüberhinaus aber erforderlich sein, eine Notschluss-Situation zu erkennen und dazu ein auch zum Schutz einer Wasserkraftanlage vorgesehenes Wasserschütz zu schließen; beispielsweise kann dies den Fall einer vollständig geöffne- ten Turbinengeometrie betreffen, auch in Normalbetriebs- oder Test-Situationen; z.B. bei aus der Strömung heraus gepitchten Turbinenschaufeln (Turbine auf Durchgang). Dies kann auch echte Notsituationen betreffen; beispielsweise bei Eindringen von gegebenenfalls nachteilig für eine Turbine wirkenden Geschiebes oder falls bei technischen Problemen der Wasserkraftmaschine und/oder Turbine einer Wasserkraftanlage ein Wasserab- fluss gestoppt werden sollte. Unter einer Notschluss-Situation wird im vorliegenden Fall somit ganz allgemein jede Betriebssituation verstanden, in der es erforderlich oder sinnvoll ist, das Wasserschütz vor der Turbine bzw. vor dem Turbinenrohr der Turbine zu schließen. Unter einem Wasserschütz ist vorliegend allgemein ein Teil einer Wehranlage, insbesondere bei einer Wasserkraftanlage, zu verstehen, die eine bewegbare Schützvorrichtung, insbesondere eine Schütztafel, zur Regelung des die Wehranlage durchströmenden Wassers aufweist, insbesondere bei einer Wasserkraftanlage. Eine Schütztafel kann beispielsweise in Nischen von Wehrpfeilern geführt sein, die in der Wehranlage verankert sind. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen einem Gleitschütz und einem Rollschütz, je nachdem, ob die Schütztafel in Gleitschienen beweglich ist und/oder mit Hilfe von Lenkrollen wie Lauf- und Führungsrollen einer Rollenanordnung geführt wird. Unter einem Wasserschütz-Antrieb ist ganz allgemein jeder Antrieb zu verstehen, der geeignet ist, ggfs. in Kombination mit einem Getriebe, die Schütztafel direkt oder über eine Rollenanordnung wie Lauf- und Führungsrollen in Bewegung zu versetzen oder eine Bewegung zu hemmen.
Problematisch bei einer Betriebssituation, insbesondere Notschluss-Situation ist, dass zum einen eine Schützvorrichtung wie eine Schütztafel mit vergleichsweise hoher Gewichtskraft zügig in Bewegung gesetzt werden muss. Eine Gewichtskraft der Schütztafel ist dem Initiieren der Bewegung zunächst zwar grundsätzlich vorteilhaft, aber zum anderen sind auch die durch die Gewichtskraft erzeugten erheblichen Widerstandskräfte zur Bewegung einer Schütztafel zu überwinden. Die Widerstandskräfte sind vor allem als auf die Führung der Schütztafel wirkende Reibkräfte, insbesondere zudem infolge der Was- serkraft zurückzuführen. Schütztafeln können Gewichtskräfte von gegebenenfalls mehreren Tonnen bis in den zweistelligen Tonnen-Bereich aufweisen.
Zum einen kann eine Schütztafel oder dergleichen Schützvorrichtung bei einer Betriebssituation wie einer Notschluss-Situation in gegebenenfalls kürzester Zeit gegen Trägheitskräfte und vor allem Reibkräfte in Bewegung zu versetzen sein, um Schäden zu vermei- den, insbesondere im schlimmsten Fall eine Zerstörung der Turbinenanlage und/oder der Wasserkraftmaschine (insbesondere umfassend einen Generator oder dergleichen elektrische Wasserkarftmaschine, insbesondere auch umfassend ein etwaiges Getriebe oder dergleichen Antriebsstrangkomponenten und/oder Stromformer-Komponenten) der Wasserkraftanlage zu vermeiden. Vor allem aber kann eine Bewegung einer Schütztafel und die dem vorgelagerte Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs besonders dann kritisch sein, wenn die Notschluss- Situation mit einer Situation zusammenfällt, bei welcher keine Stromversorgung mehr für den Wasserschütz-Antrieb zur Verfügung steht; insbesondere erweist sich diese Situation als problematisch für den Fall, dass eine elektrische Maschine, also ein elektrischer Motor/Generator, beim Wasserschütz-Antrieb vorgesehen ist. Denn bei der zuvor erläuterten Notschluss-Situation ohne Stromversorgung stehen dann übliche Maßnahmen zum Abbremsen der elektrischen Maschine beim Wasserschütz-Antrieb nur bedingt zur Verfügung infolge der fehlenden Stromversorgung. In einer solchen Situation wäre damit zu rechnen, dass eine ungehindert in einer Notschluss-Situation einfahrende Schütztafel eines Wasserschützes zum Aufschlagzeitpunkt am Grund der Führung der Schütztafel massive Schäden hervorrufen würde; dies aufgrund der Trägheitskräfte einer einschlagenden Schütztafel mit hohem Gewicht. Beispielsweise können Kräfte einer 30t-Schütztafel bei einer Fallhöhe von 10m die Zerstö- rung wenigstens der Führung und des Bodens des Wasserschützes sowie ggfs. der Schütztafel selbst zur Folge haben. Insbesondere kann auch ein Verklemmen derselben in der Führung die unerwünschte Folge sein.
Im Ergebnis ist somit in einer Notschluss-Situation selbst bei fehlender Stromversorgung nicht nur eine zügige Bewegung der Schütztafel zu gewährleisten, sondern darüber hinaus eine angemessene Steuerung des Wasserschütz-Antriebs, um ein ungehindertes Einschlagend der Wasserschütztafel am Grund zu verhindern.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu der vorliegenden Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 80 09 242 1 1 1 U1 sowie DE 893 920 . An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs mit einem Asynchron-Motor für ein Wasserschütz anzugeben, insbesondere für ein Wasserrollschütz, das bei einem Notschluss ein Einfahren der Schütztafel passive, d. h. insbesondere ohne Stromversorgung, selbst ohne Netzstromversorgung und selbst ohne unterbrechungsfreie Stromver- sorgungssicherung, gewährleistet und dabei gleichwohl verhindert, dass die Schütztafel ungebremst oder anderweitig unkontrolliert stoppt.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebes, vorzugsweise im Betrieb, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert sind, wenigstens aber eines der oben beschriebenen Probleme zu adressieren. Zumindest soll eine alternative Lösung zu einer im Stand der Technik bekannten Lösung vorgeschlagen werden. Insbesondere sollte eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, mittels denen in einer Notschluss-Situation zuverlässig und gleichzeitig sicher unter Vermeidung von weiteren Schäden zu reagieren ist.
Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird durch ein Verfahren des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Asynchron-Motor mit einer Lüfterbremse ausgestattet ist und das Verfahren nach Erkennen einer Notschluss-Situation erfindungsgemäße Schritte aufweist:
- Lösen der Lüfterbremse für den Fall, dass eine unzureichende Stromversorgung angezeigt wird,
- selbsttätiges Betreiben der elektrischen Maschine, wobei die elektrische Ma- schine im generatorischen Inselbetrieb betrieben wird, bei dem ein Drehfeld selbsttätig erzeugt wird.
Die elektrische Maschine (Motor/Generator) ist insbesondere eine Asynchronmaschine.
Bevorzugt ist zur Verwendung ein Asynchron-Motor/Generator (Asynchronmaschine) beim Wasserschütz-Antrieb vorgesehen. Zwar erweist sich eine Asynchronmaschine zur Verwendung in einem Wasserschütz-Antrieb als grundsätzlich vorteilhaft, da diese robust und vergleichsweise wartungsarm ist; dies liegt vor allem daran, dass eine Betriebsweise ohne Bürsten möglich ist. Beim Drehstrom-Asynchron-Motor beruht die Wirkungsweise auf einem Drehfeld, das von der Ständerwicklung des feststehenden Teils des Asyn- chron-Motors, nämlich dem Ständer oder Stator, erzeugt wird. In der durch die Ständer- Wicklung realisierten Primärseite des Drehstrom-Asynchron-Motors befindet sich ein rotierender Kurzschlussläufer (auch Käfig genannt), welcher die Sekundärseite darstellt. Der sich einstellende Strom hängt von der Drehzahl ab. Der Läufer des Asynchron- Motors dreht sich üblicherweise immer langsamer als das Drehfeld an den Spulen der Primärseite. Die Steuerung der Asynchronmaschine, insbesondere Asynchron-Motors, erfolgt zumeist über elektromechanische Schütze. Man kann die Maschinendrehzahl, insbesondere Motordrehzahl, über Umrichter, wie z. B. Frequenzumrichter steuern, indem man die Frequenz erhöht oder reduziert. Das ist insbesondere sinnvoll bei einer Anlage wie der eines Wasserschütz-Antriebs, die gegebenenfalls eine variable Drehzahl benötigt, ohne dass ein verstellbares Getriebe eingesetzt werden soll. Bevorzugt ist bei einer Wasserschütz-Antriebs-Anlage auch ein Getriebe zur Betätigung der Rollenanordnung, insbesondere mit wenigstens einer Umlenkrolle, zur Bewegung eines Wasserrollschützes vorgesehen. Das Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung erweist sich als ausreichend zuverlässig und gleichzeitig durchführbar, insbesondere ohne Vermeidung weiterer Schäden, selbst für den Fall einer fehlenden Stromversorgung. Vorteilhaft ist vor allem die zuverlässige und schadensfreie Durchführung des Verfahrens in einer Notschluss-Situation selbst dann möglich, wenn eine Netzstromversorgung fehlt und auch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung nicht zur Verfügung steht.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren, insbesondere nach dem Erkennen einer Notschluss-Situation, auch die Schritte auf: Erkennen einer unzureichenden, insbesondere fehlenden, Stromversorgung. Insbesondere kann auf ein Fehlen eines Netzstromes bzw. einer Netzspannung und/oder ein Fehlen einer unterbrechungsfreien Stromversorgung erkannt werden. Das Fehlen einer unterbrechungsfreien Stromversorgung kann auch dadurch gegeben sein, dass eine Anlage (USV) zur unterbrechungsfreien Stromversorgung nicht installiert ist - ein Vorzug des hier beschriebenen Konzepts der Erfindung besteht darin, dass vorteilhaft das Vorsehen einer Anlage (USV) zur unterbrechungsfreien Stromversorgung nicht erforderlich ist, da das Konzept der Erfindung einen sicheren Betrieb des Wasserschütz-Antriebs auch in einer Notschluss-Situation ohne Netzstrom bzw. ohne Netzspannung möglich macht; dies führt zu einer Bauteil- und Kosten-Ersparnis.
Das Konzept der Erfindung führt auch auf eine Betriebsschaltung des Anspruchs 13, zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs für ein Wasserschütz insbesondere für ein Wasserrollschütz, vorzugsweise bei einer Wasserkraftanlage, wobei der Antrieb eine Asynchronmaschine, insbesondere einen Asynchron-Motor/Generator, aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, eine Lüfterbremse (230) aufweist, wobei
- die Betriebsschaltung einen ersten Stromstrang, insbesondere für einen Normalbetrieb, und einen zweiten Stromstrang, insbesondere für einen Notbetrieb, aufweist, wobei
- der zweite Stromstrang ausgebildet ist, die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, im generatorischen Inselbetrieb selbsttätig zu betreiben, wobei ein Drehfeld selbsttätig erzeugbar ist. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist ein Drehfeld selbsttätig erzeugbar, insbesondere mit wenigstens einer ersten Stufe von Lastwiderständen für eine erste Steuer- und/oder Regel-Stufe und einer zweiten Stufe von Lastwiderständen für eine zweite Steuer- und/oder Regel-Stufe. Vorteilhaft können darüber unterschiedliche Bremswiderstände realisiert werden.
Das Konzept der Erfindung führt auch auf einen Wasserschütz-Antrieb des Anspruchs 14. Insbesondere ist der Wasserschütz-Antrieb zur Steuerung einer Asynchronmaschine für ein Wasserschütz ausgebildet, vorzugsweise in Form eines Wasserrollschütz-Antriebs für ein Wasserrollschütz gebildet.
Das Konzept der Erfindung führt auch auf eine Wasserkraftanlage des Anspruchs 23 mit einem Wasserschütz-Antrieb der vorgenannten Art. Bei der Wasserkraftanlage ist der Wasserschütz-Antrieb ausgebildet zur Steuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, für ein Wasserschütz, insbesondere für ein Wasserrollschütz, wobei die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, eine Lüfterbremse aufweist.
Die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, weist erfindungsgemäß eine Lüfterbremse auf und weiter eine Signalisierungseinheit. Die Signalisierungseinheit ist vorteilhaft ausgebildet, eine Notschluss-Situation, insbesondere zudem einen Ausfall eines Versorgungsstromes bzw. einer Versorgungsspannung, zu erkennen und/oder anzuzeigen;
- eine Aktuatoreinheit, die ausgebildet ist ein Lösen der Lüfterbremse umzusetzen, insbesondere für den Fall, dass eine fehlende Stromversorgung angezeigt ist;
- eine Betriebsschaltung zum selbsttätigen Betreiben der Asynchronmaschine, wobei die Betriebsschaltung ausgebildet ist, die Asynchronmaschine (als Asynchron-Generator) im generatorischen Inselbetrieb zu betreiben, wobei ein Drehfeld selbsttätig erzeugbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, dass oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung, sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren. In einer weiterbildenden Variante ist das Verfahren auch anwendbar, wenn eine Stromversorgung erkannt wird. In dem Fall eigenen sich insbesondere die strombasierten Maßnahmen zum Abbremsen des Asynchron-Motors und damit der Schütztafel wie eine Gegenstrombremsung, Senk- oder Nutzbremsung oder Gleichstrombremsung des Asyn- chron-Motors.
Insbesondere für den Fall, dass eine ausreichende Stromversorgung angezeigt wird, ist vorgesehen: Erkennen der Stromversorgung, insbesondere einer Stromversorgung aus einem Stromnetz und/oder einer Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV), wobei die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, mit der Stromversorgung betrieben wird. Die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, kann dann mit variablen Drehgeschwindigkeiten betrieben werden, insbesondere für den Fall, dass eine ausreichende Stromversorgung angezeigt wird. Insbesondere kann für diesen Fall vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine, insbesondere die Asynchronmaschine, zum langsamen Schließen des Wasserschützes betrieben wird und/oder eine elektrische Stopprampe für die Asynchronmaschine gefahren wird. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass eine ausreichende Stromversorgung angezeigt wird, insbesondere unter elektrischem Regeln der Asynchronmaschine und/oder eines Frequenzumrichters.
Zusätzlich oder alternativ kann sowohl im Falle eines Erkennens einer unzureichenden, insbesondere fehlenden, Stromversorgung— z. B. eine unzureichende Stromversorgung aus einem Stromnetz und/oder eine unzureichende Stromversorgung einer Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV)-, insbesondere zusätzlich im Falle des Erkennens einer Notschluss-Situation, vorgesehen sein, dass eine elektromechanische Stopprampe für den Asynchron-Motor unter Regeln und/oder bevorzugt Steuern der Lüfterbremse gefahren wird. Allgemein kann eine an sich bekannte Lüfterbremse vorgesehen sein. Insbesondere im Rahmen einer Weiterbildung eine Lüfterbremse derart vorgesehen sein, dass in spannungslosen Zustand ein Asynchron-Motor/Generator oder dergleichen elektrische Maschine mechanisch gehalten ist. Beispielsweise können dazu Bremsfedern axial bewegliche Ankerscheiben eines Rotors an einen Reibbelag gegen den Stator drücken. Beispielsweise kann das Bremsmoment über eine Passfederverbindung eines Reibbelagträgers bzw. einer verzahnten Mitnehmerscheibe auf eine Welle übertragen werden. Wird eine Gleichspannung an die Bremsspule gelegt, lüftet die Ankerscheibe mit Bremsbelag, so dass der Motor hochlaufen kann. Diese beispielhafte Beschreibung einer Lüfterbremse dient nur zur Verdeutlichung eines möglichen Lüfter- bremse-Wirkprinzips - die Erfindung ist nicht beschränkt auf eine bestimmte Ausführungsform einer Lüfterbremse.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens bei Erkennen einer Not- schluss-Situation, erfolgt das Lösen der Lüfterbremse unter automatischem und selbstbe- tätigtem Abheben der Lüfterbremse. Insbesondere kann dann unter Schwerkrafteinwirkung des Wasserschützes, insbesondere der Schütztafel, der Asynchron-Motor angetrieben werden/beispielsweise in dem die Schütztafel an dem Zugstrang der Lenkrollen zieht und die Kraft des Zugstrangs über das Getriebe an die Asynchronmaschine weitergegeben wird. Konkret kann unter Einwirkung einer Gewichtskraft einer Schütztafel des Was- serschützes die Asynchronmaschine angetrieben werden. Insbesondere kann dies über eine Kondensatoranordnung von Erregungskondensatoren erfolgen. In dem Fall erzeugt der Asynchron-Motor oder dergleichen elektrische Maschine ein Drehfeld selbsttätig im generatorischen Inselbetrieb.
Insbesondere kann selbst im Fall einer unzureichenden Stromversorgung die Asyn- chronmaschine oder dergleichen elektrische Maschine mit unterschiedlichen, insbesondere weitgehend vorgegebenen festen, ersten und zweiten Drehgeschwindigkeiten betrieben werden, insbesondere für den Fall, dass eine unzureichende Stromversorgung angezeigt wird, insbesondere ohne Stromversorgung betrieben werden. Konkret kann wenigstens eine Steuer- und/oder Regel-Stufe, insbesondere eine erste Steuer- und/oder Regel-Stufe als Bremsstufe und eine zweite Steuer- und/oder Regel-Stufe als Stoppstufe für die Asynchronmaschine unter Lastschalten der Lüfterbremse gefahren werden.
Besonders bevorzugt kann eine Bremsung der Asynchronmaschine (in dem Fall des im Inselbetrieb betriebenen Asynchron-Generators) durch Zuschalten einer ersten Stufe von Lastwiderständen erfolgen. Eine Bremsregelung der Asynchronmaschine kann insbeson- dere spannungsabhängig und/oder abhängig von einer Position des Wasserschützes erfolgen. Es hat sich als besonders bevorzugt erwiesen, dass die Asynchronmaschine wenigstens in zwei Drehzahlstufen geregelt wird. Dazu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine erste und eine zweite Stufe von Lastwiderständen spannungsabhängig und/oder abhängig von einer Position des Wasserschützes zuzuschalten, insbesondere eine erste und eine zweite Stufe von Lastwiderständen zuzuschalten.
Bei einem Wasserschütz-Antrieb hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, dass die Aktuatoreinheit einen Gasfederspeicher aufweist, mittels dem die Lüfterbremse lösbar ist. Bevorzugt weist die Aktuatoreinheit dazu ein stromgeschlossenes (d. h. im Regelbe- trieb mit Netzstromversorgung oder mit einer Stromversorgung aus einer unterbrechungsfreien Stromschaltung) Regelventil in einer Aktuatordruckleitung zwischen dem Gasfederspeicher und der Lüfterbremse auf. Da das Regelventil damit stromlos offen ist, sichert die Aktuatoreinheit durch Öffnen des stromlos offenen Regelventils in der Aktua- tordruckleitung zwischen dem Gasfederspeicher und der Lüfterbremse eine Zuführung von Gasdruck zur Lüfterbremse. Unter dem Gasdruck kann die Lüfterbremse gegen eine Federkraft einer Bremsfeder der Lüfterbremse automatisch und selbsttätig öffnen und damit den Rotor der Elektromaschine für eine Rotation im Stator freigeben; also zur Erzeugung des Drehfeldes. Bevorzugt weist die Betriebsschaltung eine Anzahl von Kondensatoren und wenigstens eine erste Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände auf. Eine Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände ist bevorzugt spannungsabhängig und/oder abhängig von einer Position des Wasserschützes zuschaltbar, insbesondere kann ein einzelner oder eine Anzahl von zwei drei oder mehr Lastwiderständen einzeln oder in Gruppen zugeschaltet werden. Bevor- zugt kann ein elektromechanisches Schütz zwischen Kondensator und Lastwiderstand vorgesehen sein, um die Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände zuzuschalten, vorzugsweise spannungsabhängig und/oder abhängig von einer Position des Wasserschützes. Grundsätzlich kann auch zusätzlich oder alternativ zu einer Spannungsabhängigkeit und/oder Positionsabhängigkeit ein anderes Mittel einer Abhängigkeit zur Zuschaltung etabliert sein (beispielsweise eine Zeitsteuerung oder ein anderes Abhängigkeits-Regel- oder Steuermittel), um einen Bremswiderstand für das Wasserschütz zu realisieren, insbesondere unter Zuschalten einer Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände. Ein elektromechanisches Schütz weist bevorzugt dazu eine elektrische Steuerleitung und eine elektrische Lastleitung, insbesondere als Drei-Phasen-Leitung auf. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betriebsschaltung eine Steuerung aufweist, die ausgebildet ist eine erste Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände und/oder eine zweite Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände zuzuschalten, insbesondere spannungsabhängig und/oder abhängig von einer Position des Wasserschützes und/oder abhängig von einem anderen Abhängigkeitsmittel zuzuschalten. Die Weiterbildung hat erkannt, dass ein Einfahren einer Schütztafel des Wasserschützes mit besonderem Vorteil versehen mit einer Zwei- oder Mehr-Stufen- Steuerung und/oder -Regelung versehen werden kann. Eine erste Stufe einer Steuerung und/oder Regelung kann insbesondere dazu ausgelegt sein, die eine Schütztafel besonders zügig in Bewegung zu versetzen. Eine zweite Stufe der Steuerung und/oder Rege- lung kann bevorzugt ausgelegt sein, das Abbremsen der Schütztafel effektiv umzusetzen. So kann eine elektromechanische Stopprampe für die Asynchronmaschine derart ausgelegt sein, dass für einen Großteil des Weges der Schütztafel eine erste Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände den möglichst effektiven Antrieb des Wasserschütz-Antriebs und damit das möglichst effektive Einfahren der Schütztafel, gewährleisten. Für einen geringeren Teil des Weges kann die elektromechanische Stopprampe für die Asynchronmaschine dazu ausgebildet sein, den Wasserschütz-Antrieb möglichst effektiv abzubremsen und damit möglichst effektiv eine Abbremsung der Schütztafel zu gewährleisten. Beispielsweise kann ein Großteil des Weges zwischen 50 % und 95 % des Einfahrweges der Schütztafel ausmachen. Beispielsweise kann ein geringerer Teil des Weges zwischen 50 % und 5 % des Einfahrweges der Schütztafel ausmachen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung, sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
Fig. 1 eine beispielhafte Ansicht eines Wasserschütz und eines Wasserschütz-
Antriebs, wobei das Wasserschütz als ein Rollschütz einer Wehranlage bei einer Wasserkraftanlage gebildet ist; Fig. 2 schematisch einen Wasserschütz-Antrieb mit einem Wasserrollschütz und einer Asynchronmaschine, die eine Lüfterbremse aufweist, sowie mit einer Signalisierungseinheit, einer Aktuatoreinheit und einer Betriebsschaltung einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Wasserschütz-Antriebs verbindbar ist;
Fig. 3 die Zusammenschau eines Wasserschütz-Antriebs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einem ersten Teil einer Betriebsteuerung zum regulären Betrieb einer Asynchronmaschine mit einer Stromversorgung am Stromnetz jedoch gemäß der bevorzugten Ausführungsform ohne unterbrechungsfreie Stromversorgung sowie mit einem zweiten Teil einer Betriebsteuerung, passiv ausgebildet, für eine zuverlässige und schadensfreie Funktionsweise, wobei eine Signalisierungseinheit eine Aktuatoreinheit und ein zweiter Stromstrang für den zweiten Teil der Betriebsteuerung vorgesehen ist;
Fig. 4 schematisch ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines
Verfahrens zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs für ein Wasserschütz mit einer Asynchronmaschine bei Erkennen einer Notschluss- Situation.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise eine beispielhafte Konstruktion eines Wasserrollschützes für eine in Fig. 2 näher gezeigte Wasserkraftanlage 1000. Das Wehr weist zur Darstellung des Wasserschützes 100 -hier ein Wasserrollschütz- an einem Übertragungs-Rollwerk 130 eine Schütztafel 1 10 in einer Schützlagerung 120 auf. Die Schützlagerung 120 hat eine erste Lagerschiene 121 und eine zweite Lagerschiene 122, die mit einer Nut jeweils zur Ausbildung einer Gleitschiene ausgeführt sind; die Schütztafel 1 10 ist beidseitig in der Nut der ersten und zweiten Lagerschiene 121 , 122 gleitend gelagert. Gehalten wird die Schütztafel 1 10 von einem Zugstrang 131 des Übertragungs-Rollwerk 130 der Fig. 2, wobei der Zugstrang 131 -vorliegend in Form eines Seils- von der Schütztafel 1 10 über Lenkrollen -nämlich über eine Umlenkrolle 132 und über eine Seiltrommel 133 an einem Gerüst 101 des Ü bertrag ungs-Rollwerks 130- geführt wird. Die Seiltrommel wird über ein Getriebe 220 von einer Asynchronmaschine 210 eines Wasserschütz-Antriebs 200 angetrieben, wobei der Asynchronmaschine 210 eine Lüfterbremse 230 zugeordnet ist. Fig. 1 zeigt dazu die Anordnung der Asynchronmaschine 210 des Getriebes 220 und der Seiltrommel 133 mit dem Zugstrang 131 des Wasserschützes 100 in Form des Wasserrollschützes. Die Schütztafel 1 10 kann -hier beispielsweise vorliegend ein Gewicht von 32 t— ein ganz erhebliches Gewicht im Tonnen-Bereich aufweisen und eine Fallhöhe in der Führung der Schützlagerung 120 kann mehrere Meter, beispielsweise bis zu 10m oder 15m betragen. Bei einem ungedämpften Aufprall der Schütztafel 1 10 in der in Fig. 1 gezeigten unteren Position— d. h. im Schlussfall- würde wenigstens die Schütztafel 1 10 und deren Lagerung zerstört werden, was im schlimmsten Fall das Wasserschütz 100 unbrauchbar macht; es sind deshalb geeignete Mittel zum passiven und gleichzeitig kontrollierten Bewegen und Abbremsen der Schütztafel 1 10 in der unteren Position vorzusehen.
Ein Notschluss des Wasserrollschützes kann sich ergeben bei der Gefahr eines Durch- gehens der Wasserturbine (also beispielsweise beim Rauspitchen der Turbinenblätter oder Turbinenschaufeln oder dergleichen). Ein anderer weniger wahrscheinlicher Fall kann ein drohender Eintrag von Fremdsubstanzen sein, beispielsweise aus dem Geschiebe, wenn diese ein Geschiebefang oder einen Einlaufrechen überwunden haben sollten. Ein Wasserschütz 100 in der in Fig. 1 gezeigten Form oder in der in Fig. 2 gezeig- ten Form kann unmittelbar, wie gezeigt, vor einem Turbinenrohr einer schematisch dargestellten Turbine 400 angeordnet sein. Hier dient eine Schütztafel 1 10 des Rollschützes als Verschlusstor vor einem Wasserlauf 500 des Wasserkraftwerks 1000. Ein Wasserschütz 100 kann jedoch auch in einer dem Turbinenrohr vorgelagerten Position, beispielsweise als Teil des Rechensystems oder als Teil des Geschiebefangs (hier nicht gezeigt) gebildet sein.
Weiter Bezug nehmend auf Fig. 2 ist dort im Einzelnen schematisch gezeigt ein vorderer und hinterer Teil 123, 124 einer Führung der Schützlagerung 120 mit der Schütztafel 1 10 am Zugstrang 131 . Die Schütztafel 1 10 ist wiederum in der unteren Position -hier Notschlussposition- gezeigt, d. h. aufliegend auf der unteren Begrenzung 301 und anliegend an einer oberen Begrenzung 302 des Turbinenrohrs 300 vor der Turbine 400. Für die Strecke des unteren Absenkbereich B10 unmittelbar oberhalb der unteren Begrenzung 301 ist ein besonderer, gemäß der weiteren Ausführungsform erläuterter zweiter Regelbereich zur Abbremsung der Schütztafel 1 10 mit dem Rollschütz-Antrieb 200 vorgesehen. Für die Strecke des darüber liegenden Fahrbereichs B90 wird mit dem hier im Weiteren beschriebenen bevorzugten ersten Teil einer Steuerung und/oder Regelung des Wasserschütz-Antriebs 200 geregelt.
Der Wasserschütz-Antrieb 200 weist weiter Bezug nehmend auf Fig. 2 neben der als Motor oder Generator betreibbaren Asynchronmaschine 210 mit variabler Drehzahl n und dem Getriebe 220 auch die der Asynchronmaschine 210 zugeordnete Lüfterbremse 230 auf, welche auf einer gemeinsamen Welle 201 mit einem Rotor der Asynchronmaschine 210 sitzt. Konkret ist die Lüfterbremse 230 in dieser Ausführung dadurch gebildet, dass der Rotor der Asynchronmaschine 210 reibschlüssig mit dem Stator der Asynchronmaschine 210 verbindbar ist. Es ist vorgesehen, dass eine Aktuatoreinheit 240 gegen die Kraft einer Bremsfeder 250 wirkt; dies über geeignete Verbindungsmittel 260. Die Bremsfeder 250 hat die Wirkung, dass ohne Betätigung der Aktuatoreinheit 240 ein Rotor reibschlüssig mit dem Stator der Asynchronmaschine 210 kraftschlüssig im Reibschluss befindlich ist. Ohne Betätigung der Aktuatoreinheit 240 greift die Lüfterbremse 230 und die Asynchronmaschine 210 sitzt fest. In einem ersten in Fig. 2 nicht gezeigten Haltezustand wird die Schütztafel 1 10 in einer oberen Position gehalten unter Freigabe des Turbinenrohres 300 zur Durchströmung des Turbinenrohres 300 mit Wasser 500, so dass die Turbine 400 angetrieben wird. Die Lüfterbremse braucht nicht die Gewichtskraft der Schütztafel 1 10 aufzunehmen; diese kann durch andere, hier nicht näher gezeigte Konstruktionsmittel arretiert und/oder gehal- ten sein.
Durch einen in Fig. 2 gezeigten ersten Pfeil ist die Halteposition HP1 symbolisiert. Über einen in Fig. 2 gezeigten zweiten Pfeil kann die Schütztafel 1 10 in einen zweiten festsitzenden Zustand -wie er in Fig. 2 dargestellt ist-, d. h. in eine untere Halteposition HP2 überführt werden nachdem die Aktuatoreinheit 240 die Lüfterbremse 230 freigegeben hat. Dazu wird der Druck der Bremsfeder 250 auf den Rotor zur Darstellung eines Reibschlusses zwischen Rotor und Stator infolge der Kraftwirkung der Aktuatoreinheit 240 auf die Bremsfeder 250 zurückgenommen. In dem Fall kann der Rotor der Asynchronmaschine 210 im Stator gedreht werden und zwar in Richtung eines generatorischen Betriebs gemäß Drehzahl n für selbsttätige Erzeugung eines Drehfeldes. Im Einzelnen ist die Wirkungsweise des Wasserschütz-Antriebs 200 in Fig. 3 gezeigt. Dazu wird im Einzelnen auf identische oder ähnliche Merkmale oder Merkmale identischer oder ähnlicher Funktion mit gleichem Bezugszeichen Bezug genommen, so dass auf die vorgehende Beschreibung betreffend diese Bezugszeichen verwiesen werden kann. Die Aktuatoreinheit 240 ist im vorliegenden Fall der Ausführungsform der Fig. 3 konkret ausgebildet mit einem Druckspeicher 241 , der über eine Aktuatordruckleitung 242 und einem in diesem angeordneten Regelventil 243 zu einem Gasfederspeicher 244 geöffnet werden kann. Eine Signalisierungseinheit 270 ist vorgesehen, über eine Signalleitung 271 das Signal einer Notschluss-Situation an einen Steueranschluss 243.1 des Regelventils
243 zu geben. Der Steueranschluss 243.1 kann beispielsweise eine Magnetspule zur Bewegung eines Ventilkolbens 243.2 des Regelventils 243 sein. Ist der Gasfederspeicher
244 mit Druckmittel beaufschlagt, kann dieser die Bremsfeder 250 lösen; dies mit einer Gegenkraft GK entgegen der Druckkraft DK der Bremsfeder 250. Damit kann ein Rotor in einem Stator der Asynchronmaschine 210 zu einer beweglichen Position geführt werden und sich in dieser bewegen - dies entspricht dem Lösen der Lüfterbremse 230.
Das mechanische Wirkungsprinzip des Rollschütz-Antriebs 200 ergibt sich wie folgt. Das Windensystem, hier als Übertragungs-Rollwerk 130 von Lenkrollen, wird von einem Zugstrang 131 auf einer Seiltrommel 133 gespeist. Die Seiltrommel wird von dem Wasserschütz-Antrieb 200 angetrieben, nämlich komplett von der Asynchronmaschine 210, die als Motor arbeitend das Getriebe 220 antreibt und darüber die Umlenkrolle 133. So kann die Schütztafel 1 10 des Rollschützes als Verschluss für den Wasserlauf 500 oder das Turbinenrohr 300 des Wasserkraftwerks 1000 dienen. Im Regelbetrieb steht ein Stromnetz 600 zur Darstellung eines Drei-Phasen-Stroms I zur Verfügung, der hier mit Leitungen für drei Phasen , l2, I3 gezeigt ist. Ohne eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und nur über einen Frequenzumrichter 712 in einem ersten Teil einer Betriebsschaltung 700 kann der Strom über einen ersten Stromstrang 710 der Asynchronmaschine 210 zugeführt werden. Im energielosen Zustand eines Relais oder dergleichen elektro-mechanischen Schützes 720 -hier in Form eines Normalbetriebsschützes- sind die Phasen , l2, I3 der Stromleitung I mit der Asynchronmaschine 210 elektrisch verbunden, sodass diese antreibbar ist. Das Normalbetriebs-Schütz 720 befindet sich dazu in einer elektrischen Zweigleitung 713 zur Verbindung zur Netzleitung 71 1 über den Frequenzumrichter 712; dies im energielosen— d. h. nicht angezogenen- Zu- stand des Normalbetriebs-Schützes. Der Frequenzumrichter 712 ist ein Drei-Phasen- Frequenzumrichter mit Bremswiderständen. Die unterbrechungsfreie Strom Versorgungsanlage kann vorliegend vorgesehen sein; dies beispielsweise für eine Betriebsspannung von 400 V bei drei Phasen, mit einer entsprechenden Anzahl von Batterien und einem Bypass. Die Lüfterbremse 230 kann wie vorliegend über einen Bremsdruck wirken, der vorliegend über eine Bremsfederkraft der Bremsfeder 250 zur Verfügung gestellt wird.
Im ohne Steuerstrom beaufschlagten Zustand des Normalbetriebs-Schützes 720 öffnet dieses und trennt die elektrische Zweigleitung 713. Eine entsprechende Steuersignalleitungen 720 ist zum Normalbetriebs-Schütz 720 geführt. Dieser Zustand entspricht einem Zustand der Asynchronmaschine 210 ohne Stromversorgung, sei es eine Stromversor- gung von Stromnetz 600 oder eine Stromversorgung von einer hier grundsätzlich nicht vorgesehenen aber im Einzelfall vorhandenen unterbrechungsfreien Stromversorgung USV. Die Asynchronmaschine 210 kann bei beispielsweise 400 V und mit einer Frequenz zwischen beispielsweise 3 und 50 Hz bei entsprechender Wechselspannung betrieben werden. In dem für den Notbetrieb vorgesehenen zweiten Teil einer Betriebsschaltung 700 ist die Betriebsschaltung 700 in einem zweiten Stromstrang 730 für einen generatorischen Inselbetrieb in besonderer Weise ausgelegt. Im Inselbetrieb ist die Asynchronmaschine 210 für den Betrieb eines Generators im Inselbetrieb ausgelegt.
Die Gewichtskraft G einer Schütztafel 1 10 des Wasserschützes 100 erzeugt bei oben beschriebenem Lösen der Lüfterbremse 230 eine Drehbewegung des Rotors im Stator der Asynchronmaschine 210 und sorgt so für eine Eigenversorgung der Steuerung und/oder Regelung des Antriebs 200. Eine Kondensatorenanordnung 731 von Erregungskondensatoren, eine erste Anordnung 732, eine Anzahl von Lastwiderständen wiederum für die drei Phasen , l2, I3 und eine zweite Anordnung 733 von Lastwiderstän- den wiederum für die drei Phasen , l2, I3 einer elektrischen Notbetriebsleitung 714 sind über geeignete Lastschütze für den Notbetriebsteil 730 zuschaltbar. Ein erstes Lastschütz ist beispielsweise mit einem durch die Blindleistung und das Drehfeld der Erregungskondensatoren erzeugten Steuerstrom schaltbar. Das zweite Notbetriebsschütz 716 ist ebenfalls über das Drehfeld und den so erzeugten Strom als Steuerstrom schalt- bar. Entsprechende Steuersignalleitungen 721 ', 722' sind zu den Notbetriebs-Schützen 721 , 722 geführt.
Grundsätzlich kann eine Asynchronmaschine 210 als Generator unter eingeschränkten Bedingungen im Inselbetrieb, d. h. ohne Anschluss am Stromnetz 600, beispielsweise als Notstromaggregat betrieben werden. Eine bevorzugte Möglichkeit für den Inselbetrieb ist die des Betriebs als selbsterregter Asynchron-Generator. Ohne Anschluss an ein externes Drehstromnetz 600, das in der Lage ist, induktive und/oder kapazitive Blindleistung zur Magnetisierung bereitzustellen, kann die Blindleistung durch eine parallel geschaltete Kondensatorbatterie 731 zur Verfügung gestellt werden, die selbst kapazitive Blindleistung abgibt; insbesondere erzeugt der Motor induktive Blindleistung. Beim Inselbetrieb wird die Frequenz durch einen Frequenzumrichter 712 insbesondere konstant vorgegeben. Die Spannungsamplitude kann unter Berücksichtigung der maximalen Strangstromamplitude geregelt werden. Bei Überlastung kann die Spannungsamplitude bei Bedarf gesenkt werden. Mit einer geeigneten Regel- oder Steuerelektronik lässt sich ein qualitativ hochwertiger Inselbetrieb mittels des Asynchron-Generators durchfüh- ren, wie dies hier vorgeschlagen ist. Dazu ist eine Anzahl von Erregungskondensatoren 731.1 , 731.2, 731.3, eine erste Anzahl von zuschaltbaren Lastwiderständen 732.1 , 732.2, 732.3 und eine zweiten Anzahl von zuschaltbaren Lastwiderständen 733.1 , 733.2, 733.3; jeweils drei für eine erste zweite und dritte Phase des zweiten Stromstrangs 730. Grundsätzlich bedarf es keiner unterbrechungsfreien Stromversorgung im ersten Teil der Betriebsschaltung des ersten Stromstrangs 710 am Stromnetz 600; der Vorteil der hier dargestellten Ausführungsform liegt darin, dass diese entbehrlich ist. Grundsätzlich werden unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) eingesetzt, um bei Störungen im Stromnetz 600 die Versorgung kritischer elektrischer Lasten sicherzustellen. Gleichwohl kann bei einfachen Ausführungen einer unterbrechungsfreien Stromversorgung USV die Stromversorgung für einen kurzen Zeitraum, z. B. einige Millisekunden, unterbrochen werden, der von den angeschlossenen Verbrauchern ohne Funktionseinbußen toleriert wird.
Fig. 4 zeigt im Einzelnen den Ablauf eines Notschlusssteuerverfahrens für den Wasser- schütz-Antrieb 200 über die Betriebsschaltung 700, bzw. konkret über den zweiten Teil der Betriebsschaltung 700, nämlich zur Notbetriebsschaltung unter Nutzung des zweiten Stromstranges 730
Zu Beginn des Verfahrens in einem ersten Schritt VS1 befindet sich die Betriebsschaltung 700 im Normalbetrieb, d. h. das Normalbetriebs-Schütz 720 ist ström beaufschlagt und damit geschlossen - so wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Asynchronmaschine 210 ist über eine Stromversorgung des Stromnetzes 600 als Motor betreibbar über den Frequenzumrichter 712 und das Normalbetriebs-Schütz 720. Wird in einem zweiten Verfahrensschritt VS2 eine Notschluss-Situation erkannt, kann grundsätzlich die Ansteuerung des Wasserschutzantriebs 200 über die Frequenzumrichter 712 mit der Stromversorgung aus dem Stromnetz 600 erfolgen. Es kann im Normalbetrieb über den Frequenzumrichter 712 mit verschiedenen und ggfs. variablen Geschwindigkeiten gearbeitet werden; dies z. B. zum langsamen Heben der Schütztafel 1 10 mit Start- und Stopp-Rampen oder zum langsamen Senken derselben mit Start- und Stopp-Rampen. Auch kann im Prinzip bei verfügbarem Stromnetz 600 ein Not-Schluss mit einer gezielten Stopprampe vorgenom- men werden. Dies kann insbesondere auch gängige elektrische Abbremsverfahren durch einen generatorischen Betrieb der Asynchronmaschine 210 umfassen.
Wird in einem weiteren Verfahrensschritt VS3 darauf erkannt, dass eine Stromversorgung aus dem Stromnetz 600 nicht möglich ist (Y-Pfad), bietet das vorliegende Steuerungsver- fahren des Wasserschütz-Antriebs 200 den Vorteil, dass dieses passiv realisierbar ist. D. h. das Steuerungsverfahren des Wasserschütz-Antriebs 200 ist in dem Fall ohne externe Energieversorgung aus dem Stromnetz 600 und auch ohne Energieversorgung aus einer neben den Frequenzumrichtern 712 ggfs. vorhandenen unterbrechungsfreien Stromversorgung USV durchführbar.
Es kann in einer Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform eine USV vorgesehen sein; das hier vorgestellte passive Verfahren bietet jedoch den Vorteil, dass kostenaufwendige unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlagen eingespart werden können. Ist durch eine Zusammenschau der Verfahrensschritte VS2, VS3 die Situation gegeben, dass ein Notschluss des Wasserschützes 100 auch ohne Stromversorgung erforderlich wird, kann dies durch die Signalisierungseinheit 270 erkannt und angezeigt werden. In einem vierten Verfahrensschritt VS4 kann durch die beispielhaft vorbeschriebene Aktua- toreinheit 240 eine Lüfterbremse 230 gelöst werden. In dem Fall folgt ein entsprechend der Gewichtskraft G der Schütztafel 1 10 ausgelöstes Antreiben der Asynchronmaschine 210 als Generator - damit wird im Verfahrensschritt VS5 ein Drehfeld mittels der Stufe 731 von Erregungskondensatoren 731.1 , 731 .2, 731 .3 erzeugt. Eine entsprechende Spannung und ein damit erzeugter Steuerstrom in einer Steuerstromleitung 720' kann zum Öffnen der Normalbetriebs-Relais 720 genutzt werden soweit dieses nicht selbsttätig öffnet, wenn es als energielos angezogenes Relais ausgebildet ist.
Ein in einer Steuerstromleitung 721 ' vorgesehener Steuerstrom kann spannungsabhängig und/oder abhängig von einer Position des Wasserschützes bzw. bei einer ersten Drehzahl n- die erste Stufe 732 von Lastwiderständen 732.1 , 732.2, 732.3 zuschalten; dies um beispielsweise eine zwischen 50 % und 95 % der Strecke einfahrende Schütztafel 1 10 angemessen zu bremsen - d.h. im in Fig. 2 angezeigten Fahrbereich B90.
Bei einer noch weiter gesteigerten höheren Drehzahl n+ bzw. einer zweiten erreichten Steuerspannung in einer zweiten Steuerspannungsleitung 722' kann das zweite Notbe- triebs-Schütz 722 geschaltet werden, um die zweite Stufe 733 von Lastwiderständen 733.1 , 733.2, 733.3 zuzuschalten. Es kann zusätzlich oder alternativ zur Schaltung die Position des Rollstützes ausschlaggebend sein. Diese kann in einer zweiten steileren Stopprampe eine erhebliche Restabbremsung der Schütztafel 1 10 im in Fig. 2 angezeig- ten Absenkbereich B10 bewirken. So lässt sich im Verfahrensschritt VS6 eine erste Stopprampe über die erste Einheit 732 von Lastwiderständen und im Verfahrensschritt VS7 eine zweite Stopprampe über die zweite Einheit 733 von Lastwiderständen realisieren. Im Notbetrieb kann somit über den zweiten Teil der Betriebsschaltung, nämlich den zweiten Stromstrang 730, eine erste und zweite Stopprampe passiv gefahren werden. Dadurch kann ein sicheres Abbremsen der Schütztafel 1 10 auch ohne Stromnetz und/oder ohne Frequenzumrichter 712 umgesetzt werden; auch ein passives Anfahren der Schütztafel 1 10 kann über die zuvor erläuterte Aktuatoreinheit 240 mit dem stromlos offenen Regelventil 243 umgesetzt werden. Bei einer auch im Notschluss-Fall vorhandenen Stromversorgung aus dem Stromnetz 600 und bei funktionierendem Frequenzumrichter 712 (N-Pfad) können gleichwohl die Verfahrensschritte VS4 und VS5 durchführbar sein. Ein Einfahren der Schütztafel 1 10 kann jedoch stromgesteuert erfolgen in dem Verfahrensschritt VS9. Das Verfahren endet mit eingefahrener Schütztafel im Schritt VS8.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs (200) für ein Wasserschütz (100), insbesondere für ein Wasserrollschütz, vorzugsweise bei einer Wasserkraftanlage (1000),
wobei der Antrieb eine elektrische Maschine aufweist, insbesondere eine Asynchronmaschine (210) aufweist, insbesondere einen Asynchron-Motor/Generator, dadurch gekennzeichnet, dass
- die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine (210), eine Lüfterbremse (230) aufweist,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- Lösen der Lüfterbremse (230) für den Fall, dass eine unzureichende Stromversorgung angezeigt wird,
- selbsttätiges Betreiben der elektrischen Maschine, insbesondere Asynchronmaschine (210),
wobei die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, im generatorischen Inselbetrieb betrieben wird, bei dem ein Drehfeld selbsttätig erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 für den Fall, dass eine ausreichende Stromversorgung angezeigt wird, weiter aufweisend den Schritt:
- Erkennen der Stromversorgung, insbesondere einer Stromversorgung aus einem Stromnetz (600) und/oder einer Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV), wobei die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine (210), mit der Stromversorgung betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Asynchronmaschine (210) mit variablen Drehgeschwindigkeiten betrieben wird, insbesondere für den Fall, dass eine ausreichende Stromversorgung angezeigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Asynchronmaschine (210) zum langsamen Schließen des Wasserschützes betrieben wird und/oder eine elektrische Stopprampe für die Asynchronmaschine gefahren wird, insbesondere für den Fall, dass eine ausreichende Stromversorgung angezeigt wird, insbesondere unter elektrischem Regeln der Asynchronmaschine (210) und/oder eines Frequenzumrichters (712).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 weiter aufweisend die Schritte:
- Erkennen einer Not-Schluss-Situation und/oder
- Erkennen einer unzureichenden, insbesondere fehlenden, Stromversorgung.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass eine unzureichende Stromversorgung aus einem Stromnetz (600) und/oder eine unzureichende Stromversorgung einer Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Asynchronmaschine (210) mit unterschiedlichen, insbesondere weitgehend vorgegebenen festen, ersten und zweiten Drehgeschwindigkeiten betrieben wird, insbesondere für den Fall, dass eine unzureichende Stromversorgung angezeigt wird, insbesondere ohne Stromversorgung betrieben wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Lösen der Lüfterbremse (230) unter automatischem und selbsttätigen Abheben der Lüfterbremse (230), insbesondere eines Rotors von einem Stator der Asynchronmaschine (210), erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass unter Einwirkung einer Gewichtskraft (G) einer Schütztafel (1 10) des Wasserschützes (100) die Asynchronmaschine (210) angetrieben und das Drehfeld, insbesondere über eine Kondensatoranordnung (731 ) von Erregungskondensatoren (731 .1 , 731.2, 731.3), erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steuer- und/oder Regel-Stufe, insbesondere eine erste Steuer- und/oder Regel-Stufe (VS6) (vorzugsweise als Bremsstufe) und eine zweite Steuer- und/oder Regel-Stufe (VS7) (vorzugsweise als Stoppstufe), für die Asynchronmaschine (210), insbesondere unter Lastschalten der Lüfterbremse (230), gefahren wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Stufe (732) von Lastwiderständen (732.1 , 732.2, 732.3) zugeschaltet wird, vorzugsweise eine erste und eine zweite Stufe (733) von Lastwider- ständen (733.1 , 733.2, 733.3) zugeschaltet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Asynchronmaschine (210) wenigstens in zwei Drehzahlstufen geregelt wird, insbesondere eine erste Drehzahlstufe spannungsabhängig und/oder abhängig von einer Position des Wasserschützes gewählt wird und/oder eine zweite Drehzahlstufe span- nungsabhängig und/oder abhängig von einer Position des Wasserschützes gewählt wird.
13. Betriebsschaltung (700) zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs (200) für ein Wasserschütz (100) insbesondere für ein Wasserrollschütz, vorzugsweise bei einer Wasserkraftanlage (1000),
wobei der Antrieb eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronma- schine (210), aufweist, insbesondere einen Asynchron-Motor/Generator, dadurch gekennzeichnet, dass
- die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine (210), eine Lüfterbremse (230) aufweist, wobei
- die Betriebsschaltung (700) einen ersten Steuerstrang, insbesondere für einen Normalbetrieb, und einen zweiten Steuerstrang, insbesondere für einen Notbetrieb, aufweist, wobei
- der zweite Steuerstrang ausgebildet ist, die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, im generatorischen Inselbetrieb selbsttätig zu betreiben, wobei ein Drehfeld selbsttätig erzeugbar ist, insbesondere mit wenigstens einer ersten Stufe (732) von Lastwiderständen für eine erste Steuer- und/oder Regel- Stufe (VS6) und einer zweiten Stufe (733) von Lastwiderständen für eine zweite Steuer- und/oder Regel-Stufe (VS7).
14. Wasserschütz-Antrieb (200) für ein Wasserschütz (100) zur Steuerung einer Asynchronmaschine (210), insbesondere Wasserrollschütz-Antrieb für ein Wasserrollschütz, vorzugsweise bei einer Wasserkraftanlage (1000),
dadurch gekennzeichnet, dass
- die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine (210), eine Lüfterbremse (230) aufweist, und weiter aufweisend:
- eine Aktuatoreinheit (240), die ausgebildet ist, ein Lösen der Lüfterbremse (230) umzusetzen, insbesondere für den Fall, dass eine unzureichende Stromversorgung angezeigt ist;
- eine Betriebsschaltung (700) zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs (200) für das Wasserschütz (100) zum selbsttätigen Betreiben der elektrischen Maschine, insbesondere der Asynchronmaschine (210),
wobei die Betriebsschaltung (700) ausgebildet ist, die elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine (210), im generatorischen Inselbetrieb zu betreiben,
wobei ein Drehfeld selbsttätig erzeugbar ist, insbesondere mit wenigstens einer ersten Stufe (732) von Lastwiderständen und einer zweiten Stufe (733) von Lastwiderständen.
15. Wasserschütz-Antrieb (200) nach Anspruch 14 weiter aufweisend:
- eine Signalisierungseinheit (270), die ausgebildet ist, eine Notschlusssituation zu erkennen und/oder anzuzeigen.
16. Wasserschütz-Antrieb (200) nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (240) einen Gasfederspeicher (244) aufweist, mittels dem eine Bremsfeder (250) der Lüfterbremse (230) lösbar ist.
17. Wasserschütz-Antrieb (200) nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (240) ein bestromt geschlossenes und stromlos offenes Regelventil (243) in einer Aktuatordruckleitung (242) zwischen einem Druckspeicher (241 ) und einem Gasfederspeicher (244) aufweist, insbesondere zur Betätigung einer Bremsfeder (250) der Lüfterbremse (230).
18. Wasserschütz-Antrieb (200) nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung (700), insbesondere in einem zweiten Steuerstrang (720), eine Anzahl von Erregungskondensatoren (731.1 , 731.2, 731 .3) und wenigstens eine erste Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände (732.1 , 732.2, 732.3) aufweist.
19. Wasserschütz-Antrieb (200) nach einem der Ansprüche 14 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung (700), insbesondere in einem zweiten Steuerstrang (720), eine erste Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände (732.1 , 732.2, 732.3) und eine zweite Anzahl zuschaltbarer Lastwiderstände (733.1 , 733.2, 733.3) aufweist.
20. Wasserschütz-Antrieb (200) nach einem der Ansprüche 14 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung (700) ausgebildet ist, insbesondere in einem zweiten Steuerstrang (720), eine erste Stufe (732) zuschaltbarer Lastwiderstände und/oder eine zweite Stufe (733) zuschaltbarer Lastwiderstände spannungsabhängig und/oder abhängig von einer Position des Wasserschützes zuzuschalten, insbesondere über ein erstes und/oder zweites Relais oder dergleichen elektro-mechanisches Schütz (721 , 722).
21. Wasserschütz-Antrieb (200) nach einem der Ansprüche 14 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung (700) ausgebildet ist, insbesondere in einem ersten Steuerstrang (710), eine Asynchronmaschine (210) mit variabler Drehgeschwindigkeit über eine reguläre Steuerstromversorgung, insbesondere eines Stromnetzes (600), elektrisch zu steuern.
22. Wasserschütz-Antrieb (200) nach einem der Ansprüche 14 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung (700), insbesondere in einem ersten Steuerstrang (710), frei von einer Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) ist.
23. Wasserkraftanlage (1000) mit einem Wasserschütz-Antrieb (200) nach einem der Ansprüche 14 bis 22 zur Steuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere Asynchronmaschine (210), für ein Wasserschütz (100), insbesondere für ein Wasserrollschütz, wobei die Asynchronmaschine (210) eine Lüfterbremse (230) aufweist.
PCT/EP2013/077257 2012-12-21 2013-12-18 Verfahren zur steuerung eines wasserschütz-antriebs für ein wasserschütz mit einer elektrischen maschine, betriebsschaltung, wasserschütz-antrieb und wasserkraftanlage WO2014096113A2 (de)

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