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Anordnung für die selbsttätige Umschaltung von Generatoren in Flusskraftwerken auf
Wasserwiderstände
Bei Flusskraftwerken bzw. Laufwerken hat eine Störung im vom Werke gespeisten Netz bzw. eine plötzliche Belastungsabnahme zur Folge, dass die Drehzahl einer oder mehrerer Turbinen des Kraftwerkes automatisch heruntergesetzt werden muss. Diese Drehzahlregelung wird durch eine Verminderung der Wasseraufnahme der Turbine mittels einer Verstellung des Turbinenleitapparates erreicht, erfolgt aber meistens so plötzlich, dass sehr schwerwiegende Störungen im Flusslauf sowohl oberhalb als auch unterhalb des Kraftwerkes eintreten können.
Durch die plötzliche Drosselung der Wasserzufuhr zu den Turbinen tritt nämlich auf der Oberwasserseite eine starke Schwallbildung ein, weil die Schleusen nicht schnell genug das gestaute Wasser ablassen können, während auf der Unterwasserseite ein sogenanntes Wasserloch entsteht. Die benachbarten, am gleichen Fluss liegenden, eventuell in Serie geschalteten Kraftwerke werden durch diese Rückwirkungen sehr erheblich gestört. Kurzzeitige Unterbrechungen, z.
B. vorübergehende Kurzschlüsse, sind in ihrer Auswirkung auf den Flusslauf noch tragbar, dagegen haben länger anhaltende Storungen, von einer Anzahl Sekunden oder mehr, bedeutende Energieausfälle für die auf der Unterwasserseite liegenden Kraftwerke zur Folge, denn es braucht ziemlich lange bis das Wasserloch sich wiedpr auffüllt. Auf der Oberwasserseite kann die Schwallbildung Unfälle verursachen und bedeutet ferner eine unzulässige Gefahr für die Flussschiffahrt.
Um nunmehr diese Nachteile zu vermeiden, ist es bereits vorgeschlagen worden im Falle von länger anhaltenden Störungen bzw. einer plötzlichen Belastungsabnn", die Generatoren von Flusskraftwerken auf Wassbrwiderstände umzuschalten und auf diese Weise die Belastung der Generatoren und dementsprechend auch die Wasseraufnahme der Turbinen annähernd konstant zu halten. Diese Umschaltung muss aber in Abhängigkeit von einer bestimmten ver- änderlichen Grösse stattfinden, und es watt ail einfachsten, wenn man zu diesem Zwecke den zeitlichen Differential-Quotient der Generatorleistung verwenden könnte.
Für c1Íe Umschaltung auf Wasserwiderstände zwecks Erhaltung der Stabilität von gekuppelten Werken kann die Beschleunigung der entlasteten Maschine während einer gewissen Zeit als Kriterium benutzt werden. In diesem Falle erfolgt die Umschaltung in Abhängigkeit von der Leistung jeder einzelnen Maschine und die Leistungsänderung ist nicht immer identisch mit einer Änderung der Wasseraufnahme der die Maschine antreibenden Turbine, so dass diese Methode für die Verhinderung der Schwallbildung bei Flusskraftwerken nicht geeignet ist.
Gemäss der Erfindung wird nun die selbsttätige Umschaltung von Generatoren in Flusskraftwerken auf Wasserwiderstände unter Verwendung einer der Geschwindigkeit der Turbinenleitapparatverstellung proportionalen elektrischen Grösse zwecks Verhinderung einer unzulässigen Schwallbildung bei einer raschen Belastungabnahme in der Weise durchgeführt, dass die elektrische Grösse im Zusammenwirken mit einer Zeitverzögerung den Zeitpunkt der Umschaltung bestimmt.
Die Erkenntnis, die der Erfindung zugrunde liegt, ist folgende :
Die Schwallbildung hängt von der Schliessgeschwindigkeit des Leitapparates und der Zeitdauer der Schliessbewegung ab. Um daher die
Schwallbildung zu verhindern, muss die Umschaltung vor der Erreichung eines kritischen Wertes stattfinden, der durch diese zwei Grössen bestimmt ist. Das Kriterium für die Schwallbildung, wenn ein Kraftwerk mehrere Turbinen besitzt, die gleichzeitig entlastet werden können, ist daher gegeben durch V Fmm =K, wo Vmnun eine jeweils zu ermittelnde minimale Servo- motorgeschwindigkeit des Leitapparates ist und t eine ebenfalls im voraus zu bestimmende Zeit- dauer bedeutet.
Gemäss der Erfindung können somit die Leitapparatverstellungen der bei einer
Störung entlasteten Turbinen zur Erzeugung proportionaler elektrischer Grössen verwendet werden, die nach ihrer Summierung, bei Über- schreitung eines im voraus zu bestimmenden kon- btanten Wertes, mit einer gewissen Zeitverzögerung die Umschaltung der Generatoren bewirken.
An Hand der Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, u. zw.
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zeigt die Figur in schemutischer Weise eine Anordnung für die selbsttätige Umschaltung von Generatoren in Flusskraftwerken auf Wdsserwiderstände bei einer raschen BelàsfuDgsabÌ1ahme.
In der Figur bedeuten 1, 2 zwei Generatoren eines Flusskraftwerkes, die durch die Wasserturbinen 3 bzw. 4 angetrieben werden. Die Leistung dieser Generatoren bzw. die Drehzahl der Turbinen 3, 4 wird automatisch durch die Verstellung der zugehörigen Leitapparate 5, 6 geregelt, indem die Öffnung der Leitapparate die Wasseraufnahme der Turbinen bestimmt. Die Verstellung der Leitapparate 5, 6 erfolgt über nicht dargestellte Servomotoren in an sich bekannter Weise, und diese Apparate sind über Zahnstangen 7, 8 und Zahnräder 9, 10 mit je einem elektrischen Hilfsgenerator 11 bzw. 12 gekuppelt.
Jeder Hilfsgenerator 11, 12 liefert den Strom für eine Erregerwicklung 13 bzw. 14 eines gemeinsamen Elektromagnetes 15, so dass dieser letztere durch die summierten Ströme der Hilfsgeneratoren 11, 12 betätigt wird. Der Anker des Elektromagnetes 15 ist mit einer Feder 16 verbunden, die eine Gegenkraft auf den Magnet ausübt. Die Bewegungen des Elektromagnetes 15 werder über die Zahnstangen 17, 19 und das
Zahnrad 18 auf eine Betätigungsstange 20 für die Kontakte 21 übertragen, die im Steuer- stromkreis für die Umschaltung der Generatoren auf einen Wasserwiderstand liegen. Mit 22 ist eine Dämpfungseinrichtung bezeichnet, die das
Schliessen der Kontakte 21 zeitlich verzögert.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt :
Tritt nur eine kleine Belastungsänderung ein, so sind die durch die Verstellung der Leit- apparate 5, 6 erzeugten Erregerströme in den Spulen. 13, 14 zusammen nicht gross genug um die Gegenkraft der Feder 16 zu überwinden und es erfolgt keine Umschaltung. Ebenso hat eine kurzzeitige Störung, z. B. ein vorübergehender
Kurzschluss, keine Umschaltung zur Folge, da, obwohl in diesem Falle der Elektromagnet 15 ansprechen wird, die durch die Dämpfungs- einrichtung 22 verursachte Zeitverzögerung so gross ist, dass die Störung behoben wird bevor die Kontakte 21 schliessen können.
Dagegen, bei einer raschen Belastungsabnahme, die so gross ist, dass sie eine Schwallbildung verursachen würde, wird die Gegenkraft der Feder 16, deren Grösse proportional der ohne Schwallbildung maximal zulässigen Leitapparat-Verstell- geschwindigkeit ist, überwunden und nach einer gewissen Zeitverzögerung entsprechend der Einstellung der Dämpfung 22, werden die Kontakte 21 geschlossen und somit die Generatoren 1, 2 auf einen Wasserwiderstand umgeschaltet.
Mit der beschriebenen Anordnung erfolgt daher die Umschaltung erst, wenn die durch die Leitapparat-Verstellung erzeugten summierten Ströme einen gewissen Wert überschreiten und eine gewisse Zeitlang anhalten, wobei diese summierten Ströme im Zusammenwirken mit der zulässigen Zeitverzögerung das Kriterium für die Schwallbildung bilden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung für die selbsttätige Umschaltung von Generatoren in Flusskraftwerken auf Wasser- widerstände unter Verwendung einer der Geschwindigkeit der Turbinenleitapparatverstellung proportionalen elektrischen Grösse, um bei einer raschen Belastungsabnahme eine unzulässige Schwallbildung zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Grösse im Zusammenwirken mit einer Zeitverzögerung den Zeitpunkt der Umschaltung bestimmt.