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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.
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Arrangement for the automatic switching of generators in river power plants
Water resistance
In the case of run-of-river power plants or drives, a fault in the network fed by the plant or a sudden decrease in load means that the speed of one or more turbines of the power plant must be automatically reduced. This speed control is achieved by reducing the water uptake of the turbine by adjusting the turbine nozzle, but usually occurs so suddenly that very serious disturbances in the course of the river can occur both above and below the power plant.
The sudden throttling of the water supply to the turbines causes a strong surge on the upstream side because the locks cannot drain the dammed water quickly enough, while a so-called water hole is created on the downstream side. The neighboring power plants on the same river, possibly connected in series, will be disrupted very considerably by these effects. Brief interruptions, e.g.
B. temporary short circuits are still acceptable in their effect on the course of the river, on the other hand longer lasting disturbances, of a number of seconds or more, result in significant power failures for the power plants located on the underwater side, because it takes quite a long time for the water hole to rewiedpr replenishes. On the upstream side, the surge can cause accidents and also represent an unacceptable risk for river navigation.
In order to avoid these disadvantages, it has already been proposed, in the event of prolonged disturbances or a sudden decrease in load, to switch the generators of river power plants to water resistance and in this way to keep the load on the generators and, accordingly, the water absorption of the turbines almost constant However, this changeover must take place as a function of a certain variable quantity, and it is watt ail simplest if one could use the time differential quotient of the generator power for this purpose.
The acceleration of the unloaded machine for a certain time can be used as a criterion for switching over to water resistance in order to maintain the stability of coupled mechanisms. In this case, the changeover takes place as a function of the output of each individual machine and the change in output is not always identical to a change in the water absorption of the turbine driving the machine, so that this method is not suitable for preventing surge formation in river power plants.
According to the invention, the automatic switchover of generators in river power plants to water resistances using an electrical variable proportional to the speed of the turbine nozzle adjustment in order to prevent inadmissible surge formation in the event of a rapid decrease in load is carried out in such a way that the electrical variable in interaction with a time delay the time of Switching determined.
The knowledge on which the invention is based is as follows:
The surge formation depends on the closing speed of the diffuser and the duration of the closing movement. Hence the
To prevent surge formation, the switchover must take place before a critical value is reached, which is determined by these two parameters. The criterion for the surge formation when a power plant has several turbines that can be relieved at the same time is therefore given by V Fmm = K, where Vmnun is a minimum servomotor speed of the guide apparatus to be determined and t is a time that must also be determined in advance - means duration.
According to the invention, the diffuser adjustments can thus be made in a
Turbines relieved from disturbance can be used to generate proportional electrical quantities which, after their summation, cause the generators to switch over with a certain time delay when a constant value to be determined in advance is exceeded.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing, u. between
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The figure shows, in a schematic manner, an arrangement for the automatic switchover of generators in run-of-river power stations to water resistances in the event of a rapid decrease in the fill level.
In the figure, 1, 2 denote two generators of a river power plant, which are driven by the water turbines 3 and 4, respectively. The output of these generators or the speed of the turbines 3, 4 is automatically regulated by adjusting the associated guide devices 5, 6, in that the opening of the guide devices determines the water absorption of the turbines. The adjustment of the guide devices 5, 6 takes place via servomotors (not shown) in a manner known per se, and these devices are coupled to an auxiliary electrical generator 11 and 12 via toothed racks 7, 8 and gear wheels 9, 10.
Each auxiliary generator 11, 12 supplies the current for an excitation winding 13 or 14 of a common electromagnet 15, so that the latter is actuated by the summed currents of the auxiliary generators 11, 12. The armature of the electromagnet 15 is connected to a spring 16 which exerts a counterforce on the magnet. The movements of the electromagnet 15 are carried out via the racks 17, 19 and the
Transfer gear 18 to an actuating rod 20 for the contacts 21, which are in the control circuit for switching the generators to a water resistance. At 22 a damping device is referred to, which
Closing of contacts 21 with a time delay.
The mode of operation of the arrangement is as follows:
If only a small change in load occurs, the excitation currents generated by the adjustment of the control devices 5, 6 are in the coils. 13, 14 together not large enough to overcome the counterforce of the spring 16 and there is no switching. Likewise, a short-term disturbance, e.g. B. a temporary one
Short circuit, no switchover results, since although the electromagnet 15 will respond in this case, the time delay caused by the damping device 22 is so great that the malfunction is eliminated before the contacts 21 can close.
On the other hand, in the event of a rapid decrease in load that is so great that it would cause a surge, the counterforce of the spring 16, the size of which is proportional to the maximum permissible diffuser adjustment speed without surge, is overcome and, after a certain time delay, according to the setting the damping 22, the contacts 21 are closed and thus the generators 1, 2 switched to a water resistance.
With the arrangement described, the switchover only takes place when the summed currents generated by the diffuser adjustment exceed a certain value and last for a certain period of time, these summed currents, in cooperation with the permissible time delay, forming the criterion for the surge formation.
PATENT CLAIMS:
1. Arrangement for the automatic switching of generators in river power plants to water resistances using an electrical variable proportional to the speed of the turbine nozzle adjustment in order to prevent impermissible surge formation in the event of a rapid decrease in load, characterized in that the electrical variable interacts with a time delay Time of switchover determined.