CH618556A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kraftwerks-anlage mit mehreren Turbogeneratorsätzen.

Industrielle Gasturbinen-Generator-Sätze, wie sie in neuzeitlichen elektrischen Kraftwerksanlagen zum Einsatz kommen, erfordern eine gewisse Hilfsenergie zum An- bzw. Hochfahren aus dem Stillstand auf die Drehzahl, bei der die Gasturbine so viel Leistung erzeugt, dass sie sich in Betrieb halten kann, wonach sie dann auf die volle Betriebsdrehzahl beschleunigt wird. Die Anfahrzeit für einen typischen Turbogeneratorsatz dieser Art liegt in der Grössenordnung von 10 min, und die Anfahrleistung für eine Turbine mit einer Nennleistung von 50 000 kW beträgt ungefähr 900 kW (1200 hp). Es ist bekannt, diese Hilfsenergie mittels eines Induktionsmotors zu erzeugen, der den Turbogeneratorsatz über einen Drehmomentwandler antreibt.

In neuerer Zeit ist es erkannt worden, dass die zum Anfahren erforderliche Leistung auch dadurch erzeugt werden kann, dass der Generator des Turbogeneratorsatzes als Synchronmotor betrieben wird. In diesem Zusammenhang wird auf die US-PS 3 764 815 verwiesen, die allgemein ein Verfahren dieser Art zum Anfahren von Gasturbinen, Pumpspeichereinheiten und dergleichen beschreibt.

Um den Generator eines Turbogeneratorsatzes in beschriebener Weise als Motor zu betreiben, ist ein Frequenzumformer erforderlich. Ein solcher Frequenzumformer arbeitet im Prinzip in der Weise, dass er die konstante Netzfrequenz von 60 Hz in Gleichstrom umwandelt. Dann wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, der eine Frequenz von Null bis zu einer oberen Auslegungsgrenze hat, wobei die Frequenz von einer Steuereinrichtung veränderbar gesteuert wird. Die Hauptbestandteile eines solchen Frequenzumformers sind die Gleichrichter, beispielsweise Thyristoren, und die Steuereinrichtung zur Steuerung der.Zündzeitpunkte der Thyristoren bzw. der Ausgangsleistung entsprechender Elemente, sofern andere Elemente benutzt werden. Wie bekannt ist, sind solche Frequenzumformer kompliziert und sehr teuer.

Vorstehend wurden die Erfordernisse beim Anfahren erläutert. Darüber hinaus tritt ein besonderes Problem auf, wenn ein arbeitender Turbogeneratorsatz heruntergefahren bzw. stillgesetzt werden soll. Wie bekannt ist, ist es beim Herunterfahren erforderlich, die Welle während einer längeren Zeitdauer mit niedriger Drehzahl zu drehen, damit für eine gleichmässige Temperaturverteilung gesorgt wird, bis die sehr grossen Restwärmemengen abgeführt sind. Die erforderliche Zeitdauer, während der die Welle gedreht werden muss, kann je nach den speziellen Eigenschaften des Turbogeneratorsatzes bis zu 30 h oder mehr betragen. Die erforderliche Drehleistung liegt jedoch beispielsweise für einen Turbogeneratorsatz mit einer Nennleistung von 50 000 kW lediglich in der Grössenordnung von 3,7 kW (5 hp) bei 60 Upm.

Die Anfahreinrichtung, die mit als Motor betriebenem Generator arbeitet, kann ausser zum Anfahren selbstverständ-

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

lieh auch dazu benutzt werden, während der Abkühlung die Welle mit niedriger Drehzahl zu drehen. Eine solche Lösung reicht vollständig aus bei einer Anlage, die nur einen Turbogeneratorsatz hat.

Bei Kraftwerksanlagen mit mehreren Turbogeneratorsätzen tritt jedoch ein komplizierteres und bisher unlösbares Problem auf. Eine einzige Anfahreinrichtung reicht aus, um jeweils einen Turbogeneratorsatz, d.h. mehrere Turbogeneratorsätze nacheinander, anzufahren. Wenn nun diese Anfahreinrichtung auch dazu benutzt wird, die Welle zum Abkühlen langsam zu drehen, dann ist die Anzahl der Turbogeneratorsätze, die von einer Anfahreinrichtung gesteuert werden können, auf zwei Turbogeneratorsätze begrenzt Der Grund für diese Begrenzung liegt nicht in den Erfordernissen beim Anfahren sondern den Erfordernissen beim Drehen der Welle, da das Anfahren von mehreren Turbogeneratorsätzen zeitlich nacheinander erfolgen kann. Dagegen kann es notwendig sein, in der Lage zu sein, sämtliche Turbogeneratorsätze einer Kraftwerksanlage gleichzeitig im Langsamlauf zu betreiben.

Ausserdem muss die Anfahreinrichtung so anpassungsfähig sein, dass es möglich ist, dass das langsame Drehen mehrerer Turbogeneratorsätze unterbrochen wird, um einen der Turbogeneratorsätze wieder hochzufahren.

Wenn die Anzahl der Turbogeneratorsätze zwei nicht übersteigt, kann eine einzige Anfahreinrichtung, die einen Generator als Motor betreibt, dazu benutzt werden, zeitlich nacheinander jeden Turbogeneratorsatz hochzufahren. Wenn in diesem Fall beide Turbogeneratorsätze gleichzeitig stillgesetzt werden, ist es offensichtlich notwendig, während der Abkühlungszeit beide Turbogeneratorsätze parallel zu betreiben. Bei zwei Turbogeneratorsätzen kann dies dadurch erreicht werden, dass zunächst die Anfahreinrichtung mit dem ersten Turbogeneratorsatz verbunden wird und diesen betreibt, während der zweite Turbogeneratorsatz im Leerlauf langsamer wird. Ein Wellenstellungsanzeiger am ersten Turbogeneratorsatz zeigt einer Synchronisiereinrichtung dessen Polstellung und Drehzahl an. Die Synchronisiereinrichtung überwacht gleichzeitig den Ausgang der Anfahreinrichtung und schaltet dann den zweiten Turbogeneratorsatz parallel zum ersten Turbogeneratorsatz, wenn Frequenz und Phase synchron sind. Danach können beide Turbogeneratorsätze parallel betrieben werden.

Dieses Verfahren ist jedoch kompliziert und kann nicht angewendet werden, wenn mehr als zwei Turbogeneratorsätze vorhanden sind. Dies wird verständlich, wenn ein Fall mit drei Turbogeneratorsätzen betrachtet wird, die gleichzeitig abgeschaltet worden sind und von denen jeder mit seiner eigenen, jeweils etwas unterschiedlichen Geschwindigkeit langsamer wird. Das Signal der Polstellung eines Generators B könnte zwar überwacht werden, und ein Generator A könnte mit dem Generator B synchronisiert werden, es gibt jedoch keine Möglichkeit, mit einem Generator C ähnlich zu verfahren. Wenn die Auslaufeigenschaften der Generatoren genau übereinstimmen würden, könnte der Generator C dadurch synchronisiert werden, dass die Generatoren A und B getrennt werden, während sie synchron laufen, und dass die Anfahrsteuerung dazu benutzt wird, den Generator C ebenfalls in Phase zu bringen. Die Auslaufeigenschaften von Generatoren stimmen dazu jedoch nicht ausreichend überein, wie bekannt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kraftwerksanlage zu schaffen, die es ermöglicht, mit einer Anfahreinrichtung, die einen Generator zum Anfahren als Motor betreibt, die Turbogeneratorsätze einer Kraftwerksanlage mit mehreren Turbogeneratorsätzen anzufahren und ausserdem eine beliebige Anzahl dieser Turbogeneratorsätze in den Langsamlauf zu überführen, ohne dass zusätzliche frequenzvariable Stromquellen und zugehörige Schaltungen und Komponenten erforderlich sind.

Dabei soll die erfindungsgemässe Kraftwerksanlage mit

618556

mehreren Turbogeneratorsätzen ermöglichen, eine beliebige Anzahl von Turbogeneratorsätzen zum Abkühlen oder zu anderen Zwecken in den Langsamlauf zu überführen und im Langsamlauf zu halten, wobei dies mit verhältnismässig billigen und wenig komplizierten Einrichtungen erreicht werden soll. Man kann das mit einer einzigen Anfahreinrichtung erreichen.

Die erfindungsgemässe Kraftwerksanlage sowie ein Verfahren zum Herunterfahren eines Turbogeneratorsatzes einer solchen Kraftwerksanlage zur Lösung der genannten Aufgabe sind in den Patentansprüchen 1 und 6 gekennzeichnet.

Auf einer sogenannten Auslaufsammelschiene kann das Potential auf eine verhältnismässig niedrige und konstante Frequenz in der Grössenordnung von 1 bis 2 Hz geregelt werden. Diese Auslaufsammelschiene kann auch als «Parkschiene» bezeichnet werden, da die Generatoren während des Abkühlens oder dergleichen auf dieser Schiene «geparkt» werden. Ferner sind Schaltereinrichtungen sowie Einrichtungen zur Anpassung von Phase und Frequenz vorgesehen, die es ermöglichen, dass dieselbe Anfahreinrichtung, die zum Anfahren der Turbogeneratorsätze benutzt wird, auch dazu benutzt wird, allmählich die Drehzahl eines bestimmten Turbogeneratorsatzes so weit zu steuern, dass Phase und Frequenz dieses Turbogeneratorsatzes denen der Auslaufsammelschiene angepasst sind. Der Generator dieses Turbogeneratorsatzes wird dann elektrisch an die Auslaufsammelschiene übergeben bzw. angeschlossen. Aufgrund dieser Ausbildung kann eine beliebige Anzahl von Turbogeneratorsätzen parallel an die Auslaufsammelschiene angeschlossen werden, die dann für gleichzeitige und kontinuierliche Drehung der Turbogeneratorsätze bei niedriger Drehzahl zum Abkühlen oder zu anderen Zwecken sorgt. Die aufwendige, komplizierte und teure Anfahreinrichtung, die jeweils einen Motor als Generator betreibt, wird nicht mehr dazu benötigt, während der langen Abkühlzeit die Turbogeneratorsätze kontinuierlich weiterzudrehen, so dass bei üblichen Kraftwerksanlagen lediglich eine solche Anfahreinrichtung benötigt wird. Selbstverständlich können allerdings bei Bedarf zusätzliche Anfahreinrichtungen parallel zu einem Notaggregat bei Kraftwerksanlagen mit mehreren Turbinensätzen vorgesehen sein.

Ferner versteht es sich, dass an die Auslaufsammelschiene angeschlossene Turbogeneratorsätze nicht unbedingt bis zum Stillstand gebracht werden müssen, bevor sie wieder auf volle Betriebsdrehzahl beschleunigt werden können. Vielmehr können die «geparkten» Turbogeneratorsätze zu beliebiger Zeit wieder an die Anfahreinrichtung angeschlossen und auf eine Drehzahl beschleunigt werden, von der an die Turbine selbständig weiterarbeitet

Die Erfindung wird mittels der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Figur, die schematisch ein elektrisches Blockdiagramm einer erfindungsgemässen Kraftwerksanlage zeigt, näher erläutert.

In der einzigen Figur ist ein schematisches Blockdiagramm einer beispielsweisen Ausführungsform der erfindungsgemässen Anlage 8 dargestellt

Die dargestellte Anlage 8 umfasst vier Turbogeneratorsätze 10,12,14 und 16. Diese Anzahl ist lediglich zur Erläuterung der Anlage gewählt und kann bei erfindungsgemässen Anlagen auch grösser oder kleiner sein. Es kann angenommen werden, dass diese Turbogeneratorsätze zu einem einzigen Kraftwerk gehören. Wie bereits vorstehend erläutert wurde, kann es von Zeit zu Zeit erforderlich sein, einige dieser Turbogeneratorsätze in Betrieb zu nehmen und an das Stromnetz anzuschliessen, damit diese Turbogeneratorsätze dann an das Stromnetz Strom liefern. Ausserdem kann es von Zeit zu Zeit erforderlich sein, einen oder mehrere der Turbogeneratorsätze während des Herunterfahrens bzw. Stillsetzens dieses Satzes bzw. dieser Sätze in einem Zustand zu betreiben, bei dem sich die zugehörige Welle mit niedriger Drehzahl dreht. Dies hat

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

618556

beispielsweise den Zweck, eine Abkühlung zu ermöglichen. Die verschiedenen Verbindungen und Anschlüsse der Turbogeneratorsätze 10,12,14 und 16 sind weitgehend identisch und jeder Turbogeneratorsatz wird auf gleiche Weise und mit gleicher Abfolge der einzelnen beim Betrieb erforderlichen Schritte betrieben wie die übrigen Turbogeneratorsätze. Zur Bezeichnung entsprechender Elemente der Anlage 8 werden daher für alle Turbogeneratorsätze gleiche Bezugszeichen benutzt.

Die Turbogeneratorsätze, von denen jeder aus einem Generator 18 und einer Turbine 20 besteht, liefern elektrische Energie an eine Hochspannungs-Hauptsammelleitung bzw. -schiene 22, die zur Weiterleitung der elektrischen Energie zu den Verbrauchern dient. Die für die zum Anfahren eines Turbogeneratorsatzes benötigten Zusatzeinrichtungen erforderliche Energie wird über einen Unterbrecher 24 und einen Transformator 26 von der Hauptsammeischiene 22 abgenommen. Der Transformator 26 liefert auf eine Versorgungsleitung 28 in der Regel beispielsweise einen Dreiphasenstrom mit 60 Hz und 4160 V. Von dieser 4160 V-Versorgungsleitung 28 aus wird über einen Unterbrecher 32 und eine Leitung 34 eine Anfahreinrichtung 30 versorgt, die zum Anfahren einen Generator als Motor schaltet. An die Versorgungsleitung 28 ist ferner über einen Unterbrecher 38 und einen Transformator 40 eine Auslaufsam-melschieneneinrichtung angeschlossen. Der Transformator 40 transformiert die Spannung von 4160 V auf 480 V (60 Hz, drei Phasen) herab und speist über eine Leitung 98 eine Auslaufsteuerung 42, die die Energieversorgung einer Auslaufsammelschiene steuert.

Im folgenden sei konkret der Turbogeneratorsatz 10 betrachtet. Es sei angenommen, dass dieser Turbogeneratorsatz 10 zunächst stillsteht und dass er in Betrieb genommen und der Generator auf volle Drehzahl gebracht werden soll, so dass seine volle Kapazität auf die Hauptsammeischiene 22 gegeben werden kann. Zu diesem Zweck ist die Anlage 8 so ausgebildet, dass der Generator 18 zunächst als Synchronmotor arbeitet, so dass er die Turbine 20 in Betrieb setzt und antreibt, bis diese eine solche Drehzahl erreicht hat, dass sie danach ohne zusätzlichen Antrieb weiterlaufen kann. Bei einem typischen Beispiel bedeutet dies, dass der Generator 18 so betrieben wird, dass er es der Turbine 20 ermöglicht, dass diese beispielsweise eine Drehzahl in der Grössenordnung von 2200 Upm erreicht, wonach die Turbine den Generator 18, der dann von der Turbine angetrieben wird, auf volle Drehzahl bringt. Das Prinzip der Verwendung des Generators eines Turbogeneratorsatzes in beschriebener Weise ist als solches nicht Gegenstand der Erfindung. Dieses Prinzip ist in der bisher beschriebenen Weise bekannt. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die US-PS 3 764 815 verwiesen.

Zum Anfahren des Turbogeneratorsatzes 10. werden entweder mittels einer automatischen Einrichtung von einer Ablaufsteuerung oder von Hand ein Trennschalter 44 sowie die Unterbrecher 32 und 24 geschlossen, so dass die Anfahreinrichtung 30 mit Strom von 4160 V versorgt wird. Steuersignale, die diese Vorgänge ermöglichen, werden von einer Schaltlogik 50 über Steuerleitungen 45,25 und 90 geliefert. Bei der Anfahreinrichtung 30 handelt es sich um eine verhältnismässig herkömmliche, im Handel erhältliche Einrichtung, wie sie von zahlreichen Firmen, beispielsweise der Fa. Brown Boveri, hergestellt wird. Diese Einrichtung besteht im Prinzip aus einem Paar in Serie geschalteter Elemente, nämlich einem Gleichrichter und einem Wechselrichter. Der Gleichrichter wandelt den aufgegebenen Wechselstrom in Gleichstrom um; der Wechselrichter wandelt das Gleichstromsignal wieder in ein Wechselstromausgangssignal um, das eine wahlweise veränderbare Frequenz hat, wobei diese Frequenzsteuerung auf bekannte Weise erfolgt, beispielsweise durch Steuerung der Zündzeitpunkte der Thyristoren, die Bestandteil des Wechselrichters sind.

Um die Bedeutung der Erfindung voll würdigen zu können,

muss beachtet werden, dass es sich bei der Anfahreinrichtung 30 mit als Motor arbeitendem Generator um eine sehr aufwendige Einrichtung handelt, die entsprechend teuer und kompliziert ist. Es ist daher äusserst sinnvoll, die Anzahl dieser Einrichtungen in einem Kraftwerk auf ein Minimum zu senken, wie dies mit der Erfindung angestrebt und auch erreicht wird, da lediglich eine solche Einrichtung erforderlich ist.

Der von der Anfahreinrichtung 30 gelieferte Ausgangsstrom mit gesteuert veränderbarer Frequenz gelangt über eine Leitung 51 auf eine Anfahrsammelschiene 52 und von dort über eine Leitung 84 und einen Unterbrecher 54 zum Stator des Generators 18. Während des Anfahrens ist der Generator von der Hauptsammeischiene 22 getrennt, da der Unterbrecher 56 und der Trennschalter 58 offen sind. Die Steuerung des Unterbrechers 56 und des Trennschalters 58 kann durch Steuersignale auf Steuerleitungen 57 und 59 von der Schaltlogik 50 erfolgen. Ein Rückkopplungssignal vom Generator, das die Polstellung des Rotors anzeigt, dient zur Steuerung der Phasenverschiebung und zur Anlegung von Gleichstromimpulsen an die Anfahreinrichtung 30 in Abhängigkeit von der Rotorstellung in der Weise, dass grösstes Drehmoment zum Drehen des Rotors des Generators und der angeschlossenen Turbine erzeugt wird. Der Rotor- bzw. Feldfluss wird im Falle einer bürstenlosen Erregereinrichtung über eine Drehfeldtransformatorwicklung erzeugt, wobei die Erregereinrichtung über eine Erregersammeischiene 60 und einen Unterbrecher 62, der über eine Steuerleitung 88 von der Schaltlogik 50 aus geschaltet werden kann, an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Dies führt zu Erregung, auch wenn die Drehzahl niedrig ist und die Spannung auf der Anfahrsammelschiene 52 noch zu niedrig ist, um Erregung zu bewirken. Während die Drehzahl von Turbine und Generator zunimmt, steigt die Ausgangsspannung der Anfahreinrichtung 30, und bei ungefähr 2000 V Wird ein Erregerunterbrecher 64 von einem Signal auf einer Steuerleitung 110 geschlossen, während der dem Drehfeldtransformator zugeordnete Unterbrecher 62 geöffnet wird, so dass für die Erregerleistung über den Unterbrecher 54, der von einem Signal auf der Leitung 85 gesteuert wird, und einen Transformator 66 ein Übergang zur Anfahrsammelschiene erfolgt. Bei einer zum Anfahren benötigten Erregerleistung, die in der Regel 50% der Erregerleistung bei voller Generatorleistung beträgt, kann dieser Übergang vom Drehfeldtransformator als Stromquelle in der Regel bei ungefähr 13 Hz erfolgen. Es ist zu berücksichtigen, dass die Generatorausgangsspannung bei einer Wellendrehzahl von ungefähr 2 Hz ungefähr 1,5% der Nennspannung beträgt, d.h. nur 270 V bei einem 18 000 V-Gene-rator. Das vom als Synchronmotor arbeitenden Generator erzeugte Drehmoment fährt den Generator und die Turbine allmählich hoch. Die zunehmende Drehzahl wird durch die Rückkopplung vom Generatorrotor festgestellt, und entsprechend wird die Phasenumschaltung synchron zur Rotorfrequenz gesteuert.

Die zu diesem Zeitpunkt vom Generator 18 ausgangsseitig gelieferten Grössen werden auf eine Synchronisiereinrichtung 70 gegeben, deren Aufgabe darin besteht, einen zuzuschaltenden Generator zu einem solchen Zeitpunkt mit dem Stromnetz zu verbinden, dass der zugeschaltete Generator in Phase und Frequenz auf das Stromnetz abgestimmt ist Eine solche Einrichtung wird beispielsweise von der Firma Electric Machinery Mfg. Co. unter der Bezeichnung «Synchro-Matcher» angeboten. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Synchronisiereinrichtung 70 nicht nur eingangsseitig über eine Leitung 71 mit dem Generator 18 verbunden, sondern auch über eine Leitung 73 mit der Hauptsammeischiene 22.

Wenn Generator und Turbine die gewünschte Drehzahl erreicht haben, wird der Unterbrecher 32 von einem Signal auf der Steuerleitung 90 von der Schaltlogik 50 geöffnet, wonach dann die Turbine 20 den Turbogeneratorsatz bis zur Netzfre-

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3 618556

quenz hochfährt. Die Synchronisiereinrichtung 70 steuert besteht, ein Potential mit genau geregelter Frequenz zu liefern,

zunächst über eine Steuerleitung 74 einen Spannungsregler 72 damit eine oder mehrere der Turbinen mit niedriger Drehzahl so, dass die Spannung eines Transformators 76 am Generator- gedreht werden können, ist es nicht von entscheidender Bedeu-

ausgang gleich der Spannung auf der Hauptsammeischiene 22 tung, dass das Signal genau auf den genannten bestimmten ist. Die nächste Aufgabe der Synchronisiereinrichtung 70 î 5 Wert von 2 Hz geregelt wird. Es reicht in der Regel, wenn die-

besteht darin, die Wechselstromfrequenz am Generatoraus- ses Ausgangssignal auf eine feste Frequenz im Bereich zwi-

gang festzustellen und den Geschwindigkeitsregler der Turbi- sehen ungefähr 1 und 2 Hz stabilisiert wird, denn die sich nensteuerung über eine Steuerleitung 80 so einzustellen, dass daraus ergebenden Drehzahlen im Bereich von 60 bis 120 Upm die Drehzahl des Turbogeneratorsatzes zur Frequenz und der Turbinen sind typische, beim Abkühlen angestrebte Werte.

Phase auf der Hauptsammeischiene 22 passen. Wenn Frequenz, io Zum Verständnis der Vorteile der Erfindung ist es wichtig, zu

Phase und Spannung angepasst sind, erzeugt die Synchronisier- berücksichtigen, dass die für einen typischen Turbogenerator-

einrichtung 70 ein Signal, das über eine Steuerleitung 82 den satz der hier betrachteten Art, beispielsweise einen Turbogene-

Unterbrecher 56 schliesst, so dass der Generator 18 an das ratorsatz mit einer Nennleistung von 50 000 kW, erforderliche

Stromnetz angeschlossen wird. Wenn der Geschwindigkeits- Wellendrehleistung bei einer Drehzahl von 120 Upm lediglich regier der Turbine dann weiter verstellt wird, so führt dies dazu, is ungefähr 3,7 kW (5 hp) beträgt, was zeigt, dass die Kosten und dass der Generator in vom Operator bestimmter Weise einen der konstruktive Aufwand der Auslaufsteuerung 42 verhältnis-

Teil der Last auf dem Stromnetz aufnimmt, wobei die obere mässig gering sind.

Grenze dafür die Nennleistung des Turbogeneratorsatzes ist. Nach einer Abschaltung werden der Generatorunterbre-

Im Betrieb wird die Turbine durch heissen Dampf erwärmt, eher 56 und der Erregerunterbrecher 64 geöffnet, der dem sofern es sich um eine Dampfturbine handelt, oder durch heisse 20 Drehfeldtransformator zugeordnet ist. Die Spannung am

Gase erwärmt, sofern es sich um eine Gasturbine handelt. Gerieratorausgang ist daher Null. Um einen Turbinensatz an

Bei einer Abschaltung, und zwar entweder einer geplanten die Auslaufsammelschiene 82 anzuschliessen, damit der Turbi-Abschaltung, die beispielsweise bei Turbinensätzen für Spitzen- nenrotor zum Abkühlen langsam gedreht wird, werden fol-lasten möglicherweise täglich erfolgt, oder bei einer durch eine gende Schritte entweder von Hand oder automatisch durchge-Netzstörung verursachten Abschaltung, kommt der Antrieb 25 führt: Der Unterbrecher 54 in der Leitung 84 von der Anfahrbzw. die Turbine zum Stillstand, wobei sich unsymmetrische sammelschiene 52 wird geschlossen, wobei die Steuerung von Temperaturverteilungen ergeben, die aus ungleichmässiger der Schaltlogik 50 über eine Steuerleitung 85 erfolgt. Dann Abkühlung des den Rotor umgebenden Gehäuses resultieren. wird der Drehfeldtransformatorunterbrecher 62 durch ein Die Folge ist, dass sich der Rotor aufgrund ungleichmässiger Signal auf einer Steuerleitung 88 von der Schaltlogik 50 thermischer Ausdehnung verbiegt bzw. verzieht, bis der Turbi- 30 geschlossen, so dass die Rotorwicklung erregt wird. Der Unter-nenrotor überall gleiche Temperatur hat. Bei grossen Turbo- brecher 32 wird von einem Signal auf der Steuerleitung 90 generatorsätzen kann dieser Abkühlvorgang mehrere Tage geschlossen, so dass die Anfahrsammelschiene 52 mit Strom dauern. Wenn während des Abkühlvorgangs, d.h. bei noch ver- versorgt wird und wie beim Anfahren des Turbogeneratorsat-zogenem Rotor, versucht wird, den Turbogeneratorsatz anzu- zes dieser vom Stillstand aus hochgefahren wird. Die Drehzahl fahren, kann es zu Schwingungen kommen, die die Grenze der 35 wird dabei von einer Synchronisiereinrichtung 92 gesteuert, zulässigen Schwingungen des Turbogeneratorsatzes überstei- deren Eingang über Leitungen 115und 117 an die Auslaufsamgen. Um diesen Zustand und die daraus resultierenden mögli- melschiene 82 angeschlossen ist und die Geschwindigkeits-chen Verzögerungen der Verfügbarkeit zu vermeiden, wird reglerschaltung der Anfahreinrichtung 30 so steuert, dass die eine Dreheinrichtung benutzt, die die Welle mit niedriger Dreh- Drehzahl des Turbogeneratorsatzes der Frequenz und der zahl dreht und dadurch für gleichmässige Temperaturvertei- 40 Phase der Auslaufsammelschiene 82 angepasst ist. Die Syn-lung während des Abkühlvorgangs sorgt. chronisiereinrichtung 92 kann auch die Spannung der Anfahr-Im Prinzip kann die Anfahreinrichtung 30 als Dreheinrich- einrichtung 30 auf den Wert der Spannung auf der Auslaufsam-tung für dieses langsame Drehen benutzt werden, das in der melschiene 82 steuern; der Unterbrecher 94 kann jedoch durch Regel mit 2 Hz erfolgt. In diesem Falle würde jedoch die Lei- ein Steuersignal auf einer Steuerleitung 96 von der Schaltlogik stungsfähigkeit der Komponenten der Einrichtung nicht voll 45 50 schon dann geschlossen werden, wenn die Spannungen auf ausgenutzt werden. Wenn zu einem Kraftwerk mehrere Turbi- der Anfahrtsammeischiene 52 und der Auslaufsammelschiene nensätze gehören, was insbesondere bei Gasturbinensätzen 82 geringe Unterschiede aufweisen, ohne dass es zu übermässig üblich ist, ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemässen hohen Strömen kommt. Der Unterbrecher 94 wird somit von Auslaufeinrichtung, dass eine einzige Anfahreinrichtung 30 für der Synchronisiereinrichtung 92 über einen Steuerleitung 112 mehrere Turbogeneratorsätze ausreicht, was zu beträchtlicher 50 so angesteuert, dass er schliesst, so dass der Generator 18 an Einsparung an Kosten führt. die Auslaufsammelschiene angeschlossen ist. Die erforderliche

Bei der Auslaufsteuerung 42, die die Stromversorgung der Energie zur Speisung der Auslaufsammelschiene wird vom

Auslaufsammelschiene steuert, handelt es sich um einen Wech- Stromnetz bzw. der Hauptsammeischiene über den Unterbre-

selrichter mit fester Ausgangsfrequenz, die beispielsweise bei eher 24, den Transformator 26, den Unterbrecher 28 und den

2 Hz liegt. Die Komponenten dieser Einrichtung sind so ausge- 55 Transformator 40 sowie die Leitung 98 geliefert.

legt, dass sie die Antriebs- bzw. Drehleistung für die Anzahl der Der Unterbrecher 32 der Anfahreinrichtung wird dann anschliessbaren Turbogeneratorsätze liefert. Typischerweise über die Steuerleitung 90 geöffnet, und auch der Unterbrecher liegt die Drehleistung in der Grössenordnung von 3,7 kW (5 hp) 54 wird geöffnet. Der Generator 18 ist nun allein an die Aus-

je Antriebseinheit bzw. Turbine. Die Auslaufsteuerung 42 laufsammelschiene 82 angeschlossen, d.h. auf dieser «geparkt»,

ähnelt der Anfahreinrichtung 30 mit dem Unterschied, dass die m Die Anfahreinrichtung ist in Ruhe und steht zur Verfügung, um

Auslaufsteuerung 42 geringere Nennleistung und ein ein- eine andere Einheit des Kraftwerks anzufahren oder eine facheres Ausgangsimpulssystem hat, da es sich dabei um ein andere Einheit des Kraftwerks zum Abkühlen an die Auslauf-

System mit konstanter Frequenz im Gegensatz zum System mit sammelschiene zu übergeben bzw. auf dieser zu «parken»,

variabler Frequenz der Anfahreinrichtung 30 handelt. Die Aus- Während des Auslaufens erfolgt die Erregung der Rotorwick-

laufsammelschiene 82, die an die Auslaufsteuerung 42 ange- 65 lungen über den Unterbrecher 62 durch den Drehfeldtransfor-

schlossen ist, bildet somit eine geregelte Stromversorgung mit mator.

fester Frequenz. Es versteht sich, dass die übrigen Turbogeneratorsätze, d.h.

Da die Hauptaufgabe der Auslaufsammelschiene 82 darin die Turbogeneratorsätze 12,14 und 16, ebenfalls an die Auslauf-

618556

sammelschiene 82 angeschlossen werden können, und zwar durch genau gleiche Abfolge der Schritte, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Ferner ist das «Parken», d.h. der Anschluss an die Auslaufsammelschiene, nicht nur während des Abkühlens von Nutzen; vielmehr können die Turbogeneratorsätze an die Auslaufsammelschiene 82 auch zu anderen Zeiten angeschlossen werden, beispielsweise zwischenzeitlich oder intermittierend beim Hochfahren. Die verschiedenen Schalter

6

und Unterbrecher, die beispielsweise von Magneten betätigt werden können, sowie die zugehörigen Steuerungen und Verbindungen arbeiten für jeden der Turbogeneratorsätze in gleicher Weise, wie sie vorstehend für den Turbogeneratorsatz 10 5 beschrieben wurde. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden daher nicht alle Elemente der übrigen Turbogeneratorsätze mit Bezugszeichen versehen.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. 618556

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Elektrische Kraftwerkanlage, gekennzeichnet durch a) mehrere Turbogeneratorsätze (10,12,14,16),

   b) eine Anfahreinrichtung (30), die mit gesteuert veränderbarer Frequenz arbeitet zum Anfahren der Turbogeneratorsätze, um sie danach an ein Stromversorgungsnetz (22) anzu-schliessen,

   c) erste Schaltmittel (54), um einen bestimmten Turbogeneratorsatz mit der Anfahreinrichtung zu verbinden,

   d) eine Auslaufsammelschiene (82),

   e) eine Einrichtung (42) zum Speisen der Auslaufsammelschiene mit einem Potential verhältnismässig niedriger und praktisch konstanter Frequenz,

   f) Mittel zur Steuerung der Frequenz der Anfahreinrichtung (30) in der Weise, dass der bestimmte Turbogeneratorsatz zumindest ungefähr auf die Drehzahl gebracht wird, die der Frequenz auf der Auslaufsammelschiene entspricht,

   g) eine Einrichtung (92) zur Phasen-und Frequenzanpassung, die Phasen- und Frequenzübereinstimmung zwischen dem bestimmten Turbogeneratorsatz und der Auslaufsammelschiene feststellt, und h) zweite Schaltmittel (94), die auf diese Phasen- und Frequenzübereinstimmung ansprechen und den bestimmten Turbogeneratorsatz auf die Auslaufsammelschiene schalten, so dass dieser Turbogeneratorsatz danach mit niedriger Drehzahl weiterläuft, wobei die dazu erforderliche Energie von der Auslaufsammelschiene (82) geliefert wird.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Generatoren (18) der Turbogeneratorsätze (10,12,14,16) parallel mit der Auslaufsammelschiene (82) verbindbar sind, so dass mehrere Turbogeneratorsätze gleichzeitig im Langsamlauf betrieben werden können.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Synchronisiereinrichtung (70), die den Generator mit dem Stromversorgungsnetz verbindet, wenn Phasen- und Frequenzübereinstimmung zwischen Generator und Stromversorgungsnetz erreicht sind, und eine Schalteinrichtung (56,58) zum Trennen des bestimmten Turbogeneratorsatzes (10,12,14,16) vom Stromversorgungsnetz (22).
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Generatoren (18) der Turbogeneratorsätze (10,12,14,16) parallel mit der Auslaufsammelschieneneinrichtung (82) verbindbar sind, so dass mehrere Turbogeneratorsätze gleichzeitig im Langsamlauf betrieben werden können.
5. 5. Anlage nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Potential, mit dem die Auslaufsammélschieneneinrich-tung (82) gespeist ist, einen verhältnismässig konstanten Wert im Bereich von 1 bis 2 Hz hat.
6. 6. Verfahren zum Betrieb der Anlage nach Anspruch 1, wobei die Generatoren der Turbogeneratorsätze als Synchronmotoren betrieben werden, um die gewünschten Betriebsdrehzahlen der Sätze zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Turbogeneratorsatz vom Stromversorgungsnetz getrennt und mit der Anfahreinrichtung (30) verbunden wird, dass allmählich die Frequenz des Anfahreinrichtungsausgangs gesenkt wird und dadurch die Drehzahl des bestimmten Turbogeneratorsatzes allmählich vermindert wird, dass Phase und Frequenz des bestimmten Turbogeneratorsatzes der Phase und Frequenz der Auslaufsammelschiene angepasst werden, dass der Generator des bestimmten Turbogeneratorsatzes an die Auslaufsammelschiene angeschlossen wird, nachdem Übereinstimmung von Phase und Frequenz erreicht ist, und dass danach der Turbogeneratorsatz mit niedriger Drehzahl weitergedreht wird, wobei dieser Generator von der Auslaufsammelschiene gespeist wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens noch ein weiterer Turbogeneratorsatz an die Auslaufsammelschiene angeschlossen wird und dass jeder

   Generator jedes so angeschlossenen Satzes parallel durch die Auslaufsammelschiene betrieben wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei oder mehr Turbogeneratorsätze zeitlich der Reihe nach mit der Auslaufsammelschiene verbunden werden und dass die Generatoren dieser nacheinander geschalteten Sätze parallel durch die Auslaufsammelschiene betrieben werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz in der Auslaufsammelschiene im Bereich von 1 bis 2 Hz gehalten ist