DE1300480B

DE1300480B - Method and device for the quick commissioning of a hydroelectric machine set with a regulated water turbine

Info

Publication number: DE1300480B
Application number: DEE24119A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Eugen; Greiner
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1962-10-17
Filing date: 1963-01-04
Publication date: 1969-07-31
Also published as: AT246072B; CH396644A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen großen Wert verstellt wird, um die Eigenschwingun-Inbetriebsetzen eines hydroelektrischen Maschinen- gen des Reglers zu unterdrücken, ohne die Dämpfung satzes mit geregelter Wasserturbine, bei der die Regel- vergrößern zu müssen. Es geschieht dies mit Hilfe einrichtung eine nachgebaute Rückführung aufweist einer Vorrichtung, bei der im Regler zwei Durch- und die Nachstellzeit bis auf unendlich großen Wert 5 Strömöffnungen für die Druckflüssigkeit hintereinveränderbar ist, und eine Einrichtung zur Durchfüh- andergeschaltet sind, von denen die eine einen unrung des Verfahrens. veränderlichen Querschnitt und die zweite einen vonThe invention relates to a method for quickly adjusting a large value in order to start the natural oscillation of a hydroelectric machine gene of the controller without damping set with regulated water turbine, in which the regulation must increase. It does this with help device has a replica of a feedback device in which two through- and the reset time can be changed in series up to an infinitely large value 5 flow openings for the hydraulic fluid is, and a device is switched through, one of which is unrung of the procedure. variable cross-section and the second one of

Speicherkraftwerke werden in der Regel zur der Stellung des Steuerkolbens abhängigen Quer-Deckung von Belastungsspitzen eingesetzt. Solche Be- schnitt hat. Die Anordnung ist dabei so getroffen, lastungsspitzen treten oft plötzlich auf, besonders io daß die erste Durchströmöffnung bei etwa 20 % der dann, wenn andere Maschinensätze infolge von gesamten Verstellzeit in Betrieb ist und dann geSchäden oder Störungen im elektrischen Netz aus- schlossen wird, während die zweite Durchströmöfffallen. Um ein Zusammenbrechen des Netzes zu ver- nung über die restlichen 80 % der Einstellzeit in Bemeiden, ist es dann notwendig, die Maschinensätze trieb ist, hierbei aber ihren Querschnitt nach einer der Speicheranlagen sehr schnell auf Leistungsabgabe 15 vorgegebenen Steuerkurve bis auf den Wert Null an das Netz zu bringen. herabregelt.Storage power plants are usually used for cross-coverage that depends on the position of the control piston used by peak loads. Has such a cut. The arrangement is made in such a way that Load peaks often occur suddenly, especially when the first flow opening is around 20% of the when other machine sets are in operation as a result of the entire adjustment time and then damage or disturbances in the electrical network are ruled out while the second through-flow is trapped. To prevent the network from collapsing over the remaining 80% of the setting time in Bemeiden, it is then necessary to drive the machine sets, but here their cross-section according to a of the storage systems very quickly on power output 15 predetermined control curve down to the value zero to bring to the network. downregulates.

Stellt man beim Anfahren das Einlaßorgan der Auch mit einer derartigen Kurve wäre es nicht mög-If one sets the inlet element when starting up, even with such a curve it would not be possible.

Turbine auf Leerlauföffnung, d. h. auf jene Öffnung, lieh, eine Wasserturbine aus dem Stillstand möglichst bei der der Maschinensatz ohne Leistungsabgabe auf kurzzeitig anzufahren, da der Regler viel zu spät in Netzfrequenz gehalten wird, so ergibt sich ein Verlauf 20 den Vorgang eingreifen und lediglich dafür sorgen der Drehzahl η in Funktion der Zeit t etwa gemäß würde, daß nach Abschluß der ersten Phase des AnKurve α der Fig. 1. Die Drehzahl« nähert sich fahrvorganges die Maschine hinreichend stabil auf asymptomisch der Synchrondrehzahl n, die der Netz- den Sollwert der Drehzahl eingeregelt wird, frequenz entspricht. Praktisch wird diese Synchron- Bei diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe,Turbine on idle opening, ie on that opening, lent a water turbine to start up from standstill, if possible with the machine set without power output, because the controller is kept much too late in mains frequency, so there is a curve 20 the process and only intervene for this provide the speed η as a function of time t for instance according would that after completion of the first phase of the AnKurve α of Fig. 1. the rotational speed "is traveling operation, the engine sufficiently stable to the synchronous speed n approaches to asymptomisch that the power of the target value Speed is regulated, frequency corresponds. In practice, this is synchronous. With this state of the art, the task is

drehzahl gemäß Punkt A erst nach verhältnismäßig 25 ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs gelanger Zeit erreicht. nannten Art zum schnellen Inbetriebsetzen eines Das Anfahren kann zwar im unteren Drehzahl- hydroelektrischen Maschinensatzes mit geregelter bereich beschleunigt werden, indem das Einlaßorgan Wasserturbine anzugeben, welches es einerseits geauf größere Öffnung, z. B. auf 50% Öffnung ge- stattet, den Anfahrvorgang weitgehend abzukürzen, bracht wird. Es ergibt sich aber auch dann insgesamt 30 bei dem aber andererseits das Einpendeln der Drehkeine wesentliche Verbesserung, weil die Regelung zahl bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl unterdrückt erst verhältnismäßig spät eingreift und daher nicht wird.speed according to point A only after a relatively long time reached a method and a device. The start-up can be accelerated in the lower speed hydroelectric machine set with a regulated range by specifying the inlet member water turbine, which on the one hand geauf larger opening, z. B. allowed to 50% opening to shorten the start-up process to a large extent, is brought. However, there is also a total of 30 in which, on the other hand, the leveling off of the rotation is not a significant improvement because the control number only intervenes relatively late and is therefore not suppressed when the idle speed is reached.

mehr genügend Zeit bleibt, um das Einlaßorgan bis Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge-there is more time left to open the inlet member. According to the invention, this task is thereby

zum Erreichen der Netzfrequenz auf die Leerlauf- löst, daß die Nachstellzeit für die gesamte Dauer des Stellung zurückzubringen. Es ist hierbei zu bedenken, 35 Anfahrvorganges auf unendlich großem Wert gehaldaß die Schließgeschwindigkeit zwecks Vermeidung ten und nach dessen Abschluß wieder auf einen endvon Druckstoß zu begrenzen ist. Die Maschinendreh- liehen Wert eingestellt wird.to reach the mains frequency to the idle triggers that the reset time for the entire duration of the To bring back position. It should be noted here that the starting process is kept at an infinitely great value the closing speed for the purpose of avoidance th and after its completion back to one end of Pressure surge is to be limited. The machine rotation value is set.

zahl überschreitet daher vorerst die Synchrondreh- Die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfah-number therefore initially exceeds the synchronous rotation.

zahl und schwingt erst in einer folgenden Zeitspanne rens weist ein Steuerglied auf, welches die Nachstelletwa gemäß Kurve b in F i g. 1 auf diese ein. 40 zeit bestimmt, und das von einer Lage, bei der diesenumber and only oscillates in a subsequent period of time rens has a control element which adjusts the adjustment approximately according to curve b in FIG. 1 on this one. 40 time, and that from a situation in which this

Diese Erscheinung ist bei den Turbinen von Nachstellzeit den für den Netzbetrieb des Maschinen-Speicherkraftwerken besonders ausgeprägt, weil bei satzes erforderlichen Wert aufweist, in eine andere diesen der Regler meist mit verhältnismäßig kleiner Lage mit veränderter Nachstellzeit verstellbar ist. Die bleibenden Regelabweichung oder sogar annähernd Einrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennisodrom eingestellt wird. Wie beispielsweise durch 45 zeichnet, daß in dieser anderen Lage des Steuergliedes Kurve c in F i g. 2 dargestellt ist, bedarf es dann einer die Nachstellzeit auf unendlich großem Wert gehalten verhältnismäßig geringen Drehzahlsenkung gegenüber ist. Dieses Steuerglied wird vorzugsweise mit dem Leerlauf, damit der Regler die Öffnung a₀ des Tür- Leistungsschalter derart verbunden, daß es beim Einbineneinlaßorgans von der Leerstellung a₀₀ auf 100 % legen des Leistungsschalters selbsttätig aus seiner bringt. Dies ist erwünscht, um im normalen Betrieb 50 Wirklage in eine Lage gelangt, bei der die Nachstellden Maschinen des Speicherkraftwerks die Über- zeit der Rückführung den für den Netzbetrieb des nähme des Hauptanteils der Belastungsschwankungen Maschinensatzes erforderlichen Wert annimmt, im elektrischen Netz zuzuweisen, ist aber beim An- Die Erfindung wird im folgenden an Hand derThis phenomenon is particularly pronounced in the turbines of the reset time for the network operation of the machine storage power plants, because at the set required value, the controller can be adjusted to a different value, usually with a relatively small position with a changed reset time. According to the invention, the remaining control deviation or even approximately the device is set in a gekennisodrom. As indicated by 45, for example, that in this other position of the control member curve c in FIG. 2 is shown, it is then necessary to keep the reset time at an infinitely large value compared to a relatively low speed reduction. This control member is preferably connected to the idle, so that the controller is connected to the opening a _{0 of} the door circuit breaker in such a way that it automatically brings the circuit breaker out of its position _{at the single inlet element from the empty position a 00 to 100%.} This is desirable in order to get into a situation in normal operation in which the readjustment of the machines of the storage power plant the overtime of the return assumes the value necessary for the network operation of the main part of the load fluctuations in the machine set, in the electrical network, but is to be assigned at the The invention is hereinafter based on the

fahren der Turbine insofern nachteilig, als der Regler, Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar wie erwähnt, erst eingreift, wenn die Netzfrequenz 55 F i g. 1 eine Kurvendarstellung, aus der zu ersehen schon nahezu erreicht ist, also, bei 50 % Öffnung wie ist, wie sich die Drehzahl während des Anfahrvoroben angenommen, im Punkt P der F i g. 2. Die zur ganges in Abhängigkeit von der Zeit ändern kann, Stabilisierung des Revolverganges mit Rücksicht auf F i g. 2 ein Schaubild, in dem die Abhängigkeit derdrive the turbine disadvantageously insofar as the controller, drawing explains in more detail. As mentioned, it does not intervene until the grid frequency 55 F i g. 1 shows a graph from which it can be seen that it has almost been reached, that is, at 50% opening, how is the speed assumed to be during the start-up advance, at point P in FIG. 2. Which can change the ganges depending on the time, stabilization of the turret action with regard to F i g. 2 a diagram in which the dependency of the

den Druckstoß vorgesehene nachgebende Rückfüh- Drehzahl von der Öffnung des Leitapparates dargerung bewirkt vom Punkt P aus vorübergehend einen 60 stellt ist,the pressure surge provided yielding return speed from the opening of the diffuser causes a temporary 60 from point P,

Verlauf nach Kurve d in F i g. 2 und das schon er- F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungs-Course according to curve d in FIG. 2 and that has already been done. 3 an embodiment of the invention

wähnte Überschwingen der Drehzahl über die Netz- gemäßen Einrichtung in vereinfachter Darstellung, frequenz gemäß Kurve b der F i g. 1. Die folgende Darstellung des Erfindungsgegenstan-mentioned overshooting of the speed via the network-compliant device in a simplified representation, frequency according to curve b of FIG. 1. The following presentation of the subject matter of the invention

Bei PI-Reglern für Kraftmaschinen, beispielsweise des bezieht sich im wesentlichen auf F i g. 3. Wasserturbinen, die zum Ausregeln von Drehzahl- 65 Ein zur Betätigung des nicht dargestellten Turschwankungen dienen, ist es bekannt, die Nachstell- bineneinlaßorgans dienender Stellmotorkolben 1 ist zeit des Reglers derart veränderlich zu machen, daß als Stufenkolben ausgebildet. Über eine Leitung 2 mit diese im Verlaufe des Regelvorganges auf unendlich Druck ρ zugeführte Druckflüssigkeit gelangt einer-In the case of PI controllers for prime movers, for example, the refers essentially to FIG. 3. Water turbines, which are used to regulate speed 65 A to actuate the door fluctuations, not shown, it is known to make the adjusting motor piston serving the adjusting motor piston 1 time of the controller such that it is designed as a stepped piston. Via a line 2 with this hydraulic fluid supplied to infinite pressure ρ in the course of the control process, a-

Claims

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on the other hand in a chamber 3, where it depends on the smaller face panel 30. This yielding return surface of the piston 1 is applied. A tax shift basically has the same effect on the Via 4, on the other hand, depending on its position, the lever 6, like the return through the angle lever Inflow of pressure fluid from the line 2 in 13 and the spring 15. It gives a temporary one a chamber 5 released, in which the pressure 5 control deviation (statics), which is usually a lot of fluid the larger face of the piston 1 times the permanent statics or P-deviation is applied, or also carries liquid from the chamber 5.

drain. The control slide 4 is at the free.

Articulated end of a lever 6. to get the correctness is with the device shown

The control slide 4 is under the influence of a rotary slide valve 32 with the speed of the turbine by a non-through-passage 33 provided which connects the device via a line 7 between the chamber 25 and the space 31 to the square of the speed η proportional liquid to interrupt. A lever 34 which is used to actuate the pressure p _n on a chamber 8 or on a rotary slide valve 32 is normally transferred to this chamber 8, which rod 10 with the lever 6 is connected via a spring 35 to a stop 36 connected is. presses, with the rotary valve held in one position

The movement of the piston 1 is based on a control, in which the channel 33 is the connection between

shaft 11 transmitted, which in turn see the chamber 25 and the space 31 via a cam keeps open.

12 and an angle lever 13 with the roller 14. An electromagnet 37, on the other hand, allows the lever 34

with the lever 6 connected spring 15 to rotate in one of 20 against the action of the spring 35 and so

the position of the servomotor piston 1 to bring the rotary valve 32 into an effective position,

tense. in which the connection between chamber 25 and

With the lever 6 one end of a space 31 is also interrupted. A pressure equalization is Spring 16 connected, which is therefore no longer possible via a gear 17 with. The reset time is retained manually operated lever 18 and a toothed 25 thus an infinitely large value, and the over rod 19, at the control deviation occurring at the other end of the spring 16, is thus hardened to lead is, can be excited. existing control deviation, which is added to that

The control device also includes an angle that is generated by the return via the angle lever 13

lever 20, which is obtained at one end with a roller 21 on. It results in place of curve c

a cam 22 of the controller shaft 11 is applied and 30 as a whole the curve e according to FIG. 2.

the other end of which via a spring 23 with a For the duration of the start-up of the machine set

Bellows 24 is connected to the fluid pressure in the electromagnet 37 is now energized,

a chamber 25 is exposed. Another that can be achieved by setting the controller accordingly

Liquid pressure in the chamber 25 exposed can be achieved that the curves e and c of

The bellows 26 is connected to the 35 F i g via a linkage 27, 28, 29. 2 at idle point Q cut. Because of the

Lever 6 in connection. An aperture 30 provides a nor- mally obtained considerable enlargement of the remaining

sometimes a connection between the chamber and the statics (P-deviation) now intervenes

25 and a liquid direction exposed to the atmosphere even at a relatively low speed

room 31. so that there is enough time to

In the steady-state operating state, the 40 organ is in the position shown until the line frequency is reached on the empty control slide 4. Close the barrel opening. It is therefore possible that forces acting with lever 6 are in equilibrium. to drive fully open, and it is then with-A change in the speed and thus a change, for example according to the curve / the F i g. 1 without overcoming the pressure /? ,, conditionally to maintain the speed swing above the synchronous speed of equilibrium a correspondingly changed 45 at B after a relatively short time the idle tension of the spring 15 and thus a changed state is reached. After the position of the servomotor piston 1 and the machine set connected with it have been connected in parallel to the network, the magnet 37 becomes the inlet member of the turbine. The return is made currentless, so that the additional permanent tion of the control via the angle lever 13 results in static again in a temporary static, a permanent static (P-deviation), as it can be provided by 50 A device can advantageously be provided the curve c the F i g. 2 is shown. become, which z. B. when inserting the power

The spring 16 with the parts 17, 18, 19 forms a switch for the passage of current to the magnet 37

Speed adjustment device. By changing the automatically interrupts, so that then the control member

Tension of the spring 16 can move the curve c in Fig. 2 32 from its effective position into the position shown.

moved up or down. 55 falls back, in which the reset time is the same as for the network

Parts 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 cause the required value to operate the machine set.

against a yielding return of the control. takes.

When the servomotor piston 1 is displaced, ^{instead of the} hydraulic means described

Probably the spring 23 is tensioned, whereby the liquid can also use appropriate electrical means

speed in the chamber 25 a power transmission can be applied to the 60 of the same effect.

Linkage 27, 28, 29 and further on lever 6 instead of patent application

finds. The connection of the chamber 25 with the raieniansprucne.

Room 31, however, ensures that after expiry of the first procedure for quick start-up

a certain period of time in the chamber 25 again of a hydroelectric machine set with

the atmospheric pressure, so that the power 65 regulated water turbine, in which the control device

effect on the linkage 27, 28, 29 ceases. A device has a yielding return and

The measure for this period is the so-called readjustment time up to an infinitely large value

Response time (isodrome time), which can be changed by the cross-section of the, characterized by

net that the reset time for the entire duration of the start-up process is kept at an infinitely large value and again on after its completion a finite value is set.

2. Device for performing the method according to claim 1, with a reset time the yielding feedback of the regulating device-determining control element that of a situation in which this reset time is required for mains operation of the machine set Has value, can be adjusted to a different position with a changed reset time, thereby characterized in that in this other position of this control member (32) the reset time to infinity of great value.

3. Device according to claim 2, characterized in that the control member (32) with such the circuit breaker is connected that it is when the circuit breaker is not inserted in the Position with an infinitely long reset time.

4. Device according to claim 2, in which the reset time is carried out by a liquid flowing through it Throttle is determined, characterized in that the control member (32) in its position keeps the throttle (30) completely shut off with an infinitely long reset time.

1 sheet of drawings