DE3048854C2 - - Google Patents
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- Control Of Water Turbines (AREA)
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Description
Diese Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Anfahren
des Pumpenbetriebes einer zwischen einem unteren Wasserhal
tebecken und einem oberen Wasserhaltebecken angeordneten
Pumpspeicher-Kraftwerksanlage mit einer in einem Hauptströ
mungsweg angeordneten reversierbaren Pumpenturbine und einer
in einem parallel zu dem zwischen dem unteren Wasserhalte
becken und der Pumpenturbine gelegenen Abschnitt des Haupt
strömungsweges verlaufenden Nebenströmungsweg angeordneten
Hilfspumpe, die durch Umsteuerung der Wasserströmung über
den Nebenströmungsweg mit der Pumpenturbine hydraulisch in
Reihe geschaltet wird, wobei die Pumpenturbine und die
Hilfspumpe unabhängig voneinander elektrisch angetrieben
werden.
Die DE-OS 29 17 487 offenbart bereits eine Pumpspeicher-Was
serkraftanlage im Vollast-Betriebszustand - sowohl während
des Turbinenbetriebes als auch während des Pumpbetriebes.
Die Ventilklappen werden so angesteuert und betätigt, daß
der Nebenströmungsweg geöffnet und gleichzeitig der dazu
parallel verlaufende Abschnitt des Hauptströmungsweges abge
sperrt wird. Dies hat zur Folge, daß das untere Wasserhal
tungsbecken über den Nebenströmungsweg und den unteren Teil
des Hauptströmungsweges mit der Pumpenturbine und von dieser
über den Hauptströmungsweg mit dem oberen Wasserhaltungs
becken verbunden ist. Die Pumpenturbine wird vom Generator
motor angetrieben, während die Hilfspumpe einen Antrieb hat.
Da die Pumpenturbine und die Hilfspumpe zueinander hydrau
lisch in Reihe oder hintereinander geschaltet sind, gelangt
das Wasser, welches von der Hilfspumpe aus dem unteren Was
serhaltungsbecken angesaugt wird, durch den Nebenströmungs
weg in die Pumpenturbine, um durch den dort aufgebrachten
Arbeitsdruck nach oben in das obere Wasserhaltungsbecken
gedrückt zu werden. Bei dieser Anordnung entspricht der
Start- und Anfahrvorgang genau dem Betriebsvorgang, welcher
nach dem Hochfahren der Hilfspumpe und der Pumpenturbine auf
deren Betriebsdrehzahl gegeben ist.
Bei der Wasserkraftanlage nach der DE-OS 15 03 284 ist außer
der Pumpenturbine auch eine Hilfspumpe vorhanden. Diese
arbeitet jedoch auf der gleichen Welle wie die der Pumpen
turbine, d.h. es ist eine mechanische Kopplung vorhanden,
die einen unabhängigen Betrieb von Pumpenturbine und Hilfs
pumpe nicht möglich macht.
Durch die DE-OS 22 35 089 ist eine Pumpenspeicher-Wasser
kraftanlage bekanntgeworden, bei der die Pumpenturbine dann,
wenn der Wasserspiegel in ihr abgesenkt wird oder worden
ist, in Luft gestartet und hochgefahren wird. Um die im
Inneren der Pumpenturbine enthaltene Luft abzuführen, wird
hier jedoch der Pumpenturbine von der Auslaßseite her durch
ein Verbindungsrohr Wasser zugeführt.
Aufgabe der Erfindung ist es, beim Betreiben einer Pumpspei
cher-Kraftwerksanlage ein Verfahren zu entwickeln, mit dem
die Pumpenturbine und die Hilfspumpe im Pumpenbetrieb in
Reihe geschaltet schnell und weich gestartet werden können,
ohne daß sich zwischen ihnen hydraulische Wechselwirkungen
einstellen.
Die Erfindung löst die ihr gestellte Aufgabe dadurch, daß
nach Schließen eines zwischen der Pumpenturbine und dem
oberen Wasserhaltebecken angeordneten Ventils und nach Um
steuerung der Wasserströmung über den Nebenströmungsweg
folgende Verfahrensschritte nacheinander ausgeführt werden:
- a) Die Pumpenturbine wird belüftet und angefahren,
- b) nach Erreichen der Solldrehzahl der Pumpenturbine wird diese entlüftet,
- c) nach Beginn der Entlüftung der Pumpenturbine wird die Hilfspumpe angefahren,
- d) nach Beendigung der Entlüftung der Pumpenturbine und nach Erreichen der Solldrehzahl der Hilfspumpe wird das zwischen der Pumpenturbine und dem oberen Wasser haltebecken angeordnete Ventil geöffnet.
Insbesondere wird die Hilfspumpe - gemäß Anspruch 2 - bei
Beendigung oder - gemäß Anspruch 3 - vor Beendigung der
Entlüftung der Pumpenturbine angefahren.
Die Erfindung soll nachstehend nun anhand der in Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Pum
penspeicher-Wasserkraftanlage, auf welche
sich die Erfindung bezieht und
Fig. 2 und 3 Diagramme betreffend die Betriebs- und
Steuerungssequenzen von bevorzugten Aus
führungsbeispielen der Erfindung.
Was die Zeichnung betrifft, so sind in den verschiedenen
Darstellungen gleiche oder ähnliche Teile auch mit gleichen
Hinweiszahlen gekennzeichnet. So zeigt Fig. 1 ganz besonders
eine als Turbine und als Pumpe zu verwendende reversierbare
Einzeldrehzahl-Pumpenturbine 1, mit der ein Motorgenerator 2
direkt gekoppelt ist. Dargestellt ist auch noch eine Rohr
leitung 3, die in die Pumpenturbine 1 führt und mit einem
oberen (und nicht dargestellten) Wasserhaltungsbecken ver
bunden ist. Wiedergegeben sind weiterhin auch noch: Ein
unteres Wasserhaltungsbecken 6; ein Ablauf-Wasserführungs
tunnel 5, der eine Ablaufleitung 4 der Pumpenturbine 1 mit
dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 verbindet; eine Abzwei
gungsleitung 7, die zur Umgehung des Wasserablauftunnels 5
einem Teil dieses Tunnels 5 parallel zugeordnet ist;
schließlich auch noch eine Hilfspumpe 9, die in der Abzwei
gungsleitung 7 angeordnet und montiert ist. An der Aus
trittsseite der Hilfspumpe 9 ist ein Ventil 10 in die Ab
zweigungsleitung 7 eingebaut, wohingegen ein Ventil 11 in
den Teil des Wasserablauftunnels 5 eingebaut ist, der zur
Abzweigungsleitung 7 parallel liegt. Ein Motor 8 ist derart
angeordnet und eingebaut, daß er die Hilfspumpe 9 antreiben
kann. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist die Verbindung
zwischen der Hilfspumpe 9 und der Antriebseinheit weggelas
sen worden, das heißt nur die Hilfspumpe 9 ist skizzenhaft
dargestellt. Zur Pumpenturbine 1 gehören auch noch (nicht
dargestellte) Führungsschaufeln, die als Ventil an der Aus
laßseite der Pumpenturbine 1 wirksam werden.
Die Wasserkraftanlagen werden nun wie folgt betrieben, wobei
in der Zeichnung die jeweils zutreffenden Betriebszustände
des Einlaßventils 10 und des Einlaßventils 11 wie folgt
dargestellt sind:
Die Vollinie kennzeichnet jeweils für das Ventil 10 den
Öffnungszustand, während für das Ventil 10 die gestrichelte
Linie den Schließzustand kennzeichnet. Demgegenüber steht
für das Ventil 11 die Vollinie für den Schließzustand dieses
Ventiles, während die gestrichelte Linie im Falle des Ven
tils 11 für den Öffnungszustand steht.
Beim Turbinenbetrieb der Pumpenturbine 1 wird das Ventil 10
zunächst einmal in den mit gestrichelter Linie wiedergegebe
nen Schließzustand gebracht; das Ventil 10 ist also ge
schlossen, so daß die Zweigleitung 7 geschlossen und abge
sperrt ist. Demgegenüber wird das Ventil 11 in den mit ge
strichelter Linie wiedergegebenen Öffnungszustand gebracht;
das Ventil 11 ist also geöffnet, was wiederum zur Folge hat,
daß der Wasserabführungstunnel 5 mit dem unteren Wasserhal
tebecken 6 verbunden ist und die Pumpenturbine 1 als Turbine
arbeitet. In Fig. 1 ist diese Position mit gestrichelten
Linien dargestellt und wiedergegeben. In diesem Falle wird
von einem (nicht dargestellten) oberen Wasserhaltungsbecken
aus das Wasser derart geführt, daß es über die Rohrleitung 3
in die Pumpenturbine 1 hineinströmt, daß es die Pumpentur
bine 1 antreibt und schließlich die Pumpenturbine 1 wieder
verlassend in die Wasserabführungsleitung 4 fließt. Die
Pumpenturbine 1 arbeitet dabei im Turbinenbetrieb und treibt
den Motorgenerator 2 an, welcher dann elektrischen Strom
erzeugt. Das der Wasserabführungsleitung 4 zuströmende Was
ser wird über den Wasserablauftunnel 5 in das untere Wasser
haltungsbecken geführt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Hilfs
pumpe 9 nicht eingeschaltet und arbeitet nicht.
Soll andererseits die Pumpenturbine 1 im Pumpenbetrieb ar
beiten, dann wird das Ventil 10 in die mit Vollinie darge
stellte Öffnungsposition gebracht; das Ventil 10 ist also
geöffnet, was wiederum zur Folge hat, daß die Zweigleitung 7
geöffnet wird. Dann wird das Ventil 11 in die mit Vollinie
dargestellte Schließposition gebracht; durch das geschlosse
ne Ventil 11 wird der zur Zweigleitung parallelliegende Teil
des Wasserablauftunnels 7 geschlossen. In diesem Falle steht
das Wasserabführungsrohr 4 mit dem unteren Wasserhaltebecken
6 in Verbindung, und zwar über die den Auslaß der Zweiglei
tung 7 in der Mitte des Wasserabführungstunnels 5 und einem
Teil des Wasserabführungstunnels 5 auf der Seite des unteren
Wasserhaltungsbeckens 6. In Fig. 1 ist diese Position mit
Vollinie dargestellt. In diesem Falle wird die Pumpenturbine
1 vom Motorgenerator 2 angetrieben, wohingegen die Hilfspum
pe 9 von der Antriebseinheit 8 angetrieben wird. Weil nun
die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe 9 hydraulisch in
Reihe oder hintereinander geschaltet sind, fließt das Was
ser, welches auf der Seite des unteren Wasserhaltungsbeckens
6 von der Hilfspumpe 9 von diesem unteren Wasserhaltungs
becken 6 her in den Wasserabführungstunnel 5 gesaugt wird,
in die Pumpenturbine 1, und zwar durch die Zweigleitung 7,
durch den pumpenturbinenseitigen Teil des Wasserabführungs
tunnels 5 und durch das Wasserabführungsrohr 4. Das Wasser
wird dabei mit Druck beaufschlagt und nach oben über die
Rohrleitung 3 in das obere Wasserhaltungsbecken gedrückt.
Nachstehend soll nun ein verbesserters Verfahren zum Anfah
ren und Starten der Pumpenturbine 1 und der Hilfspumpe 9 im
Pumpbetrieb beschrieben werden:
Zunächst einmal wird ein Ventil 20 auf der Auslaßseite der
Pumpenturbine 1 geschlossen. Dann wird das Ventil 10 in die
mit Vollinie gekennzeichnete Position gebracht, also geöff
net. Anschließend wird das Ventil 11 in die mit Vollinie
dargestellte Position gebracht, also geschlossen, was wiede
rum zur Folge hat, daß die Zweigleitung 7 geöffnet wird und
der Teil des Wasserabführungstunnels 5, der zur Zweigleitung
7 parallel angeordnet ist, geschlossen und abgesperrt wird.
Das Innere der Pumpenturbine 1 steht dadurch über die Zweig
leitung 7 mit dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 in Verbin
dung. Nun wird von einem (nicht dargestellten) Kompressor
aus zum Absenken des Wasserspiegels dem Inneren der Pumpen
turbine 1 Druckluft zugeführt. Sobald der Wasserstand bis
unter den Turbinenrotor oder unter die Turbinenrotoren abge
senkt ist, wird die Pumpenturbine 1 von einem internen An
lassermotor kleiner Leistung eingeschaltet und in Luft ge
startet. Nach dem Hochfahren der Pumpenturbine 1 auf eine
vorgegebene Solldrehzahl wird eine Verbindung zu einer
(nicht wiedergegebenen) Vakuumpumpe hergestellt, wobei dann
auch das Absaugen der Luft beginnt. Nach dem vollständigen
Absaugen der Luft bzw. nach Beendigung des Luftabsaugvor
ganges wird durch eine im Inneren eingebaute Antriebseinheit
8 die Hilfspumpe 9 in Wasser eingeschaltet und in Betrieb
genommen. Sobald die Hilfspumpe 9 auf die vorgegebene Soll
drehzahl hochgefahren worden ist, wird diese Hilfspumpe 9
dem äußeren Elektrosystem parallelgeschaltet. Nun wird das
Ventil 20 an der Auslaßseite der Pumpenturbine 1 in den
Öffnungszustand gebracht, wobei die hintereinander oder in
Reihe geschaltete Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe 9 dann
im Pumpenbetrieb arbeiten. Fig. 2 zeigt die Zeitsequenzen
des zuvor beschriebenen Verfahrens.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß sowohl
das Ventil 10 als auch das Ventil 11 nur dann angesteuert
und dadurch geöffnet und geschlossen werden, wenn das aus
laßseitige Ventil 20 der Pumpenturbine 1 geschlossen ist und
wenn weder die Pumpenturbine 1 noch die Hilfspumpe 9 arbei
tet, d.h. wenn weder im Wasserabführungstunnel 5 noch in der
Zweigleitung Wasser vorhanden ist oder Wasser strömt. Die
Ventile 10 und 11 können deshalb auch zum Öffnen oder
Schließen sicher und leicht sowie mit nur geringfügiger
Leistungsaufnahme betätigt werden.
Darüber hinaus ist die Hilfspumpe in der Zweigleitung, die
zusammen mit der Pumpenturbine 1 an den gleichen Wasser
durchlaß angeschlossen ist, dann nicht in Betrieb, wenn die
Pumpenturbine 1 im Pumpenbetrieb in Luft angefahren und zum
äußeren Elektrosystem parallelgeschaltet wird. Das ist auch
der Grund, weshalb die Pumpenturbine 1 in Luft als Pumpe
weich und stabil und ohne Aufrühren des abgesenkten Wasser
spiegels angefahren und in Betrieb genommen werden kann.
Auch die Hilfspumpe 9 wird zum äußeren Elektronetz parallel
geschaltet, wenn das Ventil 10 geöffnet ist und wenn die
Hilfspumpe 9 zusammen mit der Pumpenturbine 1 an den glei
chen Wasserdurchlaß angeschlossen ist. Das bedeutet, daß die
Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe 9 nacheinander dadurch in
Reihe gestartet und als Pumpe angefahren werden können, daß
zunächst einmal das Ventil 20 an der Auslaßseite der Pumpen
turbine 1 angeschlossen wird, wobei dieses Anfahren als
Pumpe dann einfach ist und ohne aufwendige und komplizierte
Starttechnik erfolgen kann.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die
Hilfspumpe 9 dann sofort in Wasser in Betrieb genommen und
angefahren, wenn das Absaugen der noch in der Pumpenturbine
1 befindlichen Luft abgeschlossen ist. In alternativer Weise
kann die Hilfspumpe 9 jedoch auch dann in Betrieb genommen
und angefahren werden, wenn mit dem Absaugen der Luft begon
nen worden ist oder wenn das Absaugen der Luft stattfindet
(Fig. 3). Im letzten Fall wird der durch die Drehbewegung
oder Kreiselbewegung der Hilfspumpe 9 erzeugte Wasserdruck
derart dem Wasserabführungsrohr 4 der Pumpenturbine 1 aufge
schaltet, daß der Luftabsaugdruck in der Pumpenturbine 1
erhöht wird und daß der Vorgang der Luftabsaugung schnell
beendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Zeit
raum zwischen dem Beginn und dem Anfahren des Pumpenbetriebs
kürzer sein als dies bei dem zuvor beschriebenen Ausfüh
rungsbeispiel der Fall ist.
Die mit Fig. 1 wiedergegebene Pumpenspeicher-Wasserkraftan
lage ist zwar an beiden Enden des Zweigrohres oder der
Zweigleitung 7 mit dem Wasserabführungstunnel 5 verbunden,
dennoch kann die Erfindung auch bei einer Pumpspeicher-Was
serkraftanlage Anwendung finden, bei welcher die Zweiglei
tung 7 direkt mit dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 verbun
den ist.
Claims (3)
1. Verfahren zum Anfahren des Pumpbetriebes einer zwischen
einem unteren Wasserhaltebecken (6) und einem oberen
Wasserhaltebecken angeordneten Pumpspeicher-Kraftwerksan
lage mit einer in einem Hauptströmungsweg (3, 4) angeord
neten reversierbaren Pumpenturbine (1) und einer in einem
parallel zu dem zwischen dem unteren Wasserhaltebecken
(6) und der Pumpenturbine (1) gelegenen Abschnitt des
Hauptströmungsweges (3, 4) verlaufenden Nebenströmungsweg
(7) angeordneten Hilfspumpe (9), die durch Umsteuerung
der Wasserströmung über den Nebenströmungsweg (7) mit der
Pumpenturbine (1) hydraulisch in Reihe geschaltet wird,
wobei die Pumpenturbine (1) und die Hilfspumpe (9) unab
hängig voneinander elektrisch angetrieben werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Schließen eines zwischen der Pumpenturbine (1)
und dem oberen Wasserhaltebecken angeordneten Ventils
(20) und nach Umsteuerung der Wasserströmung über den
Nebenströmungsweg (7) folgende Verfahrensschritte nach
einander ausgeführt werden:
- a) die Pumpenturbine (1) wird belüftet und angefahren,
- b) nach Erreichen der Solldrehzahl der Pumpenturbine (1) wird diese entlüftet,
- c) nach Beginn der Entlüftung der Pumpenturbine (1) wird die Hilfspumpe (9) angefahren,
- d) nach Beendigung der Entlüftung der Pumpenturbine (1) und nach Erreichen der Solldrehzahl der Hilfspumpe (9) wird das zwischen der Pumpenturbine (1) und dem oberen Wasserhaltebecken angeordnete Ventil (20) geöffnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hilfspumpe (9) bei Beendigung der Entlüftung der
Pumpenturbine (1) angefahren wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hilfspumpe (9) vor Beendigung der Entlüftung der
Pumpenturbine (1) angefahren wird.
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition |