-
Einrichtung zum Betriebe von elektrischen Generatoren mit Regelung
gemäß einem Normalspannungsvektor In Wechselstromkraftanlagen wird die Drehzahl
der Generatoren durch Tourenregler eingestellt, die die öffnung der Einströmventile
des Kraftmittels, wie Dampf oder Wasser, bei den Antriebsmaschinen bestimmen. Jede
Öffnungsweite des Ventils entspricht einer festen der Kraftmaschine zugeführten
Leistung.
-
Jeder Wechsel in der Belastung verursacht ein Voreilen oder Nacheilen
der Kraftmaschinen und Generatoren gegenüber dem Netz. Sind eine Anzahl von Wechselstromsynchroninaschinen
in einem Netz miteinander verbunden, so können sich zwar die Drehzahlen der Generatoren
nicht ändern, trotzdem aber werden die auf Voreilung oder Nacheilung der Maschinenrotoren
wirkenden Belastungsänderungen durch das ganze Netz weitergegeben.
-
Sind an ein größeres übertragungsnetz mehrere Kraftanlagen angeschlossen,
so kann eine Veränderung der Belastung in einem beliehigen Punkte des Netzes eine
Änderung der Belastung bei benachbarten Stationen verursachen, die über den normalen
Lastanteil dieser Stationen hinausgeht. Es ist jedoch erwünscht, die Aufteilung
der Gesamtbelastung unter die verschiedenen Kraftwerke des Netzes stets aufrechtzuerhalten,
um ein unwirtschaftliches Arbeiten einzelner Werke durch Überlastung zu vermeiden.
-
Es sind bereits Frequenzregeleinrichtungen bekannt, durch die die
Netzfrequenz bzw. die aus dieser hervorgehende Drehzahl eines auf das Netz arbeitenden
Synchrongenerators mit einer Normalfrequenz verglichen wird. Abhängig von den Unterschieden
zwischen der Netzfrequenz und der Normalfrequenz wird eine Regelung der Kraftmaschinen
derart vorgenommen, daß durch Frequenzregler herbeigeführte Fehlangaben an das Netz
angeschlossener Synchronuhren, also die Integrale der Frequenzfehler wieder ausgeglichen
oder auch die Frequenz innerhalb engster Grenzen konstant gehalten wird. Nach der
Erfindung werden die Kraftmaschinenregler ,der Kraftwerke im Netz abhängig von der
Phasendifferenz eines Normalspannungsvektors und des Spannungsvektors des dem Regler
zugeordneten Generators verstellt. Die Erfindung bedient sich zu dieser Phasenregelung
eines Differentials, - das in grundsätzlich gleicher Bauform bereits für die Frequenzregelung
benutzt wurde, und das auf der einen Seite mit dem Generator oder einer mit ihm
gleichlaufenden Hilfseinrichtung, auf der anderen Seite mit einer den
Normalspannungsvektor
wiedergebenden Einrichtung verbunden ist. Dieses Differential spricht bei der neuen
Phasenregelung jedoch nicht nur dann an, wenn die beiden ihm zugeführten Vektoren
verschiedene Frequenz besitzen, sondern dann, wenn der eine Vektor gegenüber dem
anderen um einen bestimmten-Winkel voreilt oder zurückbleibt, ohne daß das Auftreten
dieses Winkels einen Unterschied in der Drehzahl der Vektoren, also der Frequenz,
zur Folge zu haben braucht.
-
Die neue Phasenregelung verhindert damit gleichzeitig eineAbweichung
der Netzfrequenz vom Normalwert, da sie ja bereits eingreift, wenn -die Vektoren
einen bestimmten Winkel gegeneinander erreichen und nicht erst abwartet, bis aus
dein Zurückbleiben der mit gleicher Frequenz umlaufenden Vektoren ein Umlauf mit
verschiedener Frequenz, finit anderen Worten also, eine Abweichung der Netzfrequenz
vom Normalwert sich entwickelt hat.
-
Werden gemäß der Erfindung die Regler der Kraftmaschinen abhängig
von der Phasendifferenz zwischen dem Generatorspannungsvektor und dem N ormalspannungsvektor
verstellt, so wird dadurch die Belastung der Generatoren geändert.
-
Da Kraftwerke, die elektrisch miteinander gekuppelt sind, in den Grenzen
der synchronisierenden Kräfte auch synchron bleiben müssen, so kann eine Verstellung
der Regeleinrichtung eines Generators nicht die Frequenz des Netzes beeinflussen,
sondern nur die Belastung des zugehörigen Kraftwerkes ändern.
-
Sind beispielsweise Kraftwerke durch verhältnismäßig lange Übertragungsleitungen
miteinander verbunden, deren Übertragungsleistung jedoch gering ist, so können durch
diese Leitungen unter Umständen Synchronisierungsströme fließen, die unerwünscht
hoch sind. Nach der Erfindung wird abhängig von der bei Belastung eintretenden Nacheilung
eines der Kraftinaschinenrotoren und damit des zugehörigen Spannungsvektors dieReglereinstellung
der zugehörigen Kraftmaschine so verändert, daß auch die belastete Maschine eine
mit der Lage des Normalspannungsvektors übereinstimmende Stellung behält. Dadurch
wird naturgemäß die Größe der synchronisierenden Ströme auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
Zugleich wird durch die Erfindung die gewünschte Belastungsverteilung zwischen mehreren
Stationen gesichert.
-
In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
-
In Abb. i ist eine nach der Erfindung gestaltete Regeleinrichtung
in schematischer Darstellung abgebildet. Die Abb.2, 3 und 4 zeigen konstruktive
Einzelheiten der in Abb. i enthaltenen Regeleinrichtung.
-
Mit der Kraftmaschine i ist ein Synchrongenerator 4 gekuppelt, der
neben anderen von Kraftmaschinen i', i" getriebenen Generatoren 4', 4" auf das Netz
arbeitet.
-
Die Kraftmaschine i wird über ein Ventil 8 gespeist. Der Kraftmittelzufluß
wird durch die Oldrucksteuerung i9 geregelt, und zwar arbeitet ein Fliehkraftregler
21 über das Gestänge 33 auf das Steuerventil 18, das den Druckölzufluß zu dem Schieber
17 und damit die Bewegung :des Kolbens i i steuert, und betätigt so das Ventil B.
_ Die Steuerung besitzt zwei Rückführungen; die eine führt über einen an der Stange
33 angreifenden Hebel 34 und die Stange 49 nach dem Schieber 17; die andere Rückführung
führt von dem Hebel 32, der ebenfalls an der Stange 33 angreift, über Kolben 41,
das mit Drucköl gefüllte Gefäß 37 (vgl. Abb. 2), Kolben 42, Gestänge 44, 46, 47,
45 nach dem Ventil B.
-
Der Fliehkraftregler wird mit einer der Tourenzahl der Kraftmaschine
entsprechenden Tourenzahl von der Welle 22 über das Getriebe 23 getrieben.
-
Auf das Regelgestänge wirkt als Gegenkraft eine Feder 26, die sich
gegen einen Ansatz .der Reglerwelle sowie gegen eine Mutter 27 legt; die Mutter
27 wird in Richtung der Reglerwelle :auf einer feststehenden Schraube über die Schnecke
durch den Motor 29 verstellt.
-
Der Motor 29, der dazu dient, die Einstellung des Reglermechanismus
zu verändern, besitzt eine Erregerwicklung 51 und einen Anker 52, der über @die
Leiter 53 und 54 sowie die Umschalter 55 und 56 an den Hilfssammelschienen 59 und
61 liegt. Die Umschalter 55 und 56 sind in der unerregten Lage dargestellt, in der
sie durch Federn 62 und 63 gehalten werden. Beim Arbeiten eines der Schalter 55
oder 56 wird der Motoranker 52 an die Hilfssammelschienen 59 und 61 gelegt. Die
Stromrichtung im Anker hängt davon ab, welcher der beiden Umschalter 55 oder 56
angesprochen hat.
-
Die Steuerung,der Umschalter erfolgt über die Frequenzsteuerung 66.
Diese wird einerseits getrieben von einem Synchronmotor 67, der an das Kraftnetz
6 angeschlossen ist, und sich synchron mit dem zu regelnden Aggregat dreht. Er arbeitet
über die Zahnräder 69 und 7o auf die Welle 74 die über eine magnetische Kupplung
73 mit der Welle 72 verbunden ist. Die Erregung der magnetischen Kupplung wird über
die Schleifringe 74 und Leitung 75 und 76 sowie über die Grenzausschalter 77, 78
und die Leitungen 79 und 81 aus dem Hilfsnetz 59, 61 gespeist.
-
Der Induktionsmotor 68 treibt ein Zahnrad
82 (vgl.
auch Abb. q.), das über eine Reibungskupplung 83 die Wandermutter 84 dreht; das
Gewinde dieser Mutter befindet sich im Eingriff mit einem entsprechenden Gewinde
der Welle 72. Die Mutter 84 besitzt einen Stift 85 (vgl. Abb. 3), der mit den Klauen
eines Ankers 86 in Eingriff kommt. Dieser wird durch Magneten 87 und 88 von einem
Uhrwerk 89 gesteuert.
-
Die Elektromagnete 87 und 88 wenden von der Batterie 9i abwechselnd
erregt entsprechend :den Schwingungen eines Pendels 92 am Uhrwerk 89. Das Pendel
trägt einen Kontakt 93, der die Batterie abwechselnd mit Kontakt 94 oder Kontakt
95 verbindet.
-
Der Induktionsmotor 68 ist mit der Mutter 84 mit einem Getriebe derartigen
Übersetzungsverhältnisses verbunden, daß die Mutter, -wenn sie frei liefe, schneller
getrieben würde als die Welle 72, deren Tourenzahl der des Synchronmotors 67 entspricht.
-
Das Ankerwerk, das aus dem Zapfen 85 und den Klauen 86 besteht und
von dem Uhrwerk 89 getrieben wird, steuert die Wandermutter 84 derart, daß ihre
Drehzahl abhängig ist von der Geschwindigkeit des Uhrwerkes 89. In jedem Kraftwerk
des Netzes wind nun ein derartiges Uhrwerk: vorgesehen, das in: an sich bekannter
Weise von einer Zentraluhr gesteuert wird.
-
Je nach dem nun die Kraftwerksfrequenz größer oder kleiner ist als
die durch das Uhrwerk gegebene Frequenz, dreht der Synchronmotor 67 die Welle 72
schneller oder langsamer, als die Mutter 84 umläuft.
-
Die Welle 72 ist längsverschiebbar gelagert in bezug auf die Mutter
84. An der Welle ist ein Kontakthebel 96 befestigt. Zwischen dem festen Ansatz 99
der Welle 72 und der Hülse ioo liegt eine Feder 98, die .die Hülse gegen .den Ansatz
97 der Welle drückt. Der Kontakthebel 96 wird durch eine Feder ioi gegen
die Flanken der Hülse ioo gedrückt. Der Kontaktliebel96 und mit ihm das Kontaktstück
io2 wird nun entsprechend der Axialbewegung der Welle 72 gesteuert. Das Kontaktstück
ioZ kommt dabei in Verbindung mit den Kontaktstücken 103 oder io4, die auf
dem in Punkt io6 drehbar gelagerten Sektor io5 angeordnet sind.
-
Das Kontaktstück io2 ist über Leitung 107
an -das Hilfsnetz
61 angeschlossen. Kommt es mit Kontaktstück 103 in Verbindung, so schließt es über
Leitung io8, Grenzausschalter i i i, Leitung 113, die Spule 62, Leitung 57 zur Leitung
59 einen Stromkreis, durch den der Umschalter 55 zum Arbeiten gebracht -wird; entsprechend
wird durch Verbindung des beweglichen Kontaktstückes mit dem Kontaktstück ioq. der
Umschalter 56 an Spannung .gelegt. Der Kreissektor. i05 wird über einGetriebe 115,
116 von dem Motor 117 verstellt. Der Anker iig dieses Motors ist über die Leitungen
121 und z22 ,dem Anker 52,des Motors 29 zur Reglereinstellung parallel geschaltet.
Er dreht sich daher genau entsprechend dem Motor 29.
-
Außer dem Kontakthebel 96 steuert .die Axialbewegung der Welle
72 auch einen Hebelarm 123, der unter dem Druck der Feder 124 steht. Der
Hebel 123 trägt die Schaltstücke 125 und 12,6. Das Schaltstück 125 steuert die Grenzausschalter
i i i und 112 und unterbricht den Arbeitsstromkreis der Umschalter 55 oder 56 und
damit den Stromkreis des Motors z9, um eine Überregelung zu verhindern. Das Schaltstück
126 steuert die Schalter 77 und 78 und unterbricht den Stromkreis der magnetischen
Kupplung 73, um eine Beschädigung des Getriebes zu vermeiden.
-
Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung ist nun folgende: Sind die
verschiedenen Kraftstationen elektrisch miteinander-verbunden, so bleiben sie im
Synchronismus. Ein Wechsel der Reglereinstellung bei einer Maschine oder bei den
Maschinen eines Kraftwerkes verändert die Tourenzahl der Maschinen nicht. Er beeinflußt
nur die Öffnung des Hauptventils der Antriebsmaschine. Damit tritt eine Änderung
der Belastungsverteilung ein, die auch eine Veränderung der Phasenlage des Maschinenvektors
"in bezug auf den Netzspannungsvektor bewirkt.
-
Vermehrte Belastung verursacht einen Geschwindigkeitsabfall in der
Maschine in bezug auf den Normalspannungsvektor, wie er durch das Zentraluhrwerk
gegeben ist. Bei .diesem Geschwindigkeitsabfall bleiben die Maschinen miteinander
in Synchronismus, aber der Spannungsvektor der Übertragungslinien bleibt in bezeug
auf den Normalspannungsvektor zurück. Die Folge davon ist, daß die Welle 72 der
Regeleinrichtung sich derart bewegt, daß die Kontaktstücke io2 und 103
miteinander
in Verbindung treten und eine Bewegung des Motors in einer solchen Richtung veranlassen,
daß die Einstellung des Reglers in Richtung erhöhter Kraftmittelzufuhr zur Kraftmaschine
geändert wird.
-
Damit die Kontakte io2 und 103 nun wieder getrennt werden, wind der
Kreissektor io5, .der die Kontakte io-> und, 103 trägt, von dem Motor i 17
entsprechend der Bewegung des Motors 29 gesteuert, so daß damit gewissermaßen eine
Rückführung für die Frequenzverstellung gegeben ist.
-
Durch entsprechende Einstellung der Regeleinrichtung läßt sich die
Belastungsverteilung auf die verschiedenen Kraftwerke in einem
gewünschten
Verhältnis leicht beeinflussen. Es ist ebenso möglich, die Regler der verschiedenen
Stationen so einzustellen, daß ein Kraftwerk seine Belastung schneller aufnimmt
als ein anderes oder daß ein Kraftwerk eine erhöhte Belastung aufnimmt, bevor ein
anderes Last übernimmt.