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Spannungs- bzw. Blindstromregelung in Kraftwerken bei Verbundbetrieb
Über die Spannungsregelung der Stromerzeuger in Drehstromkraftwerken läßt sich folgendes
sagen.
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Wenn nur ein einziger Stromerzeuger ein Drehstromnetz speist, so wird
dessen Spannung zweckmäßig astatisch geregelt, d. h. so, daß die Spannung unabhängig
von der jeweiligen Belastung konstant gehalten wird.
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Wird das Drehstromnetz von nur einem Kraftwerk gespeist, in dem aber
mehrere Stromerzeuger zueinander parallel arbeiten, so wird bei gleichzeitiger astatischer
Spannungsregelung der verschiedenen Maschinen die Blindlastverteilung unbestimmt.
Ein Stromerzeuger kann z. B. durch zu starke Erregung überlastet werden, ein anderer
infolge zu ,geringer Erregung und damit verringerter Höchstwirkleistung kippen und
somit außer Tritt fallen. Die Regelung wird in diesem Fall zweckmäßig so durchgeführt,
daß nur ein Stromerzeuger astatisch und die übrigen statisch geregelt werden, d.
h. daß ihr Spannungsregler so beeinflußt wird, daß er eine von der jeweiligen Blindlast
des zugehörigen Stromerzeugers abhängige Spannung einstellen will. Da aber die Spannung
von der einen astatisch geregelten Maschine konstant gehalten wird, werden damit
die übrigen auf konstanten Blindstrom geregelt.
Eine andere Möglichkeit
für die Regelung in diesem Betriebsfall, die auch schon praktisch durchgeführt worden
ist, ist die, daß alle Maschinen statisch geregelt werden, daß aber durch einen
sog. Statikausgleich die Abhängigkeit der Spannung von der Belastung des Kraftwerkes
wieder rückgängig gemacht wird. Dieser Statikausgleich ist aber abhängig vom Leistungsfaktor,
unter dem die Maschine ihre Leistung abgibt, und ist voll wirksam nur dann, wenn
der tatsächliche, durch die Netzbelastung bestimmte Leistungsfaktor dem am Statikausgleicher
eingestellten Wert entspricht.
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Wesentlich schwieriger gestaltet sich die selbsttätige Spannungsregelung
in einem Kraftwerk, wenn dieses auf ein großes Netz arbeitet, das auch noch von
anderen, unter Umständen wesentlich leistungsfähigeren Kraftwerken gespeist wird,
so daß durch das eine Kraftwerk die Netzspannung nur wenig oder überhaupt nicht
beeinflußt werden kann. Praktisch liegen die Verhältnisse heute auch so, daß mit
Rücksicht auf die vielfach zu knappe Leistung der Kraftwerke die Netzspannung in
ziemlich weiten Grenzen schwankt, so daß Spannungsänderungen um -I- 5 bis -2o o/o,
vom Sollwert aws gerechnet, wenn auch innerhalb mehrerer Stunden, als durchaus normal
anzusehen sind. Auch bei statischer Spannungsregelung, die im allgemeinen mit einer
Statik von 5 bis io o/o arbeitet, ändert sich bei diesen Verhältnistsen die Blindlast
der Stromerzeuger so stark, daß ein Betrieb mit Spannungsreglern überhaupt nur dann
möglich wird, wenn von Zeit zu Zeit der Sollwerteinsteller am Regler nachgestellt
wird. Da mit Rücksicht auf günstigste Ausnutzung der Maschinen in solchen Fällen
im allgemeinen sowohl die Blind- als Auch die Wirklast der einzelnen Maschinen nach
Fahrplan gehalten werden sollen, bedingt ein Betrieb mit Spannungsregler, auch wenn
dieser statisch arbeitet, ein ständiges Nachregeln des Sollwerteinstellers.
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Da eine brauchbare Lösung dieser Aufgabe bisher nicht bekanntgeworden
ist, hat man sich bisher einfach so geholfen, daß man die Stromerzeuger ohne Spannungsregler
arbeiten ließ und die Blindleistung von Hand einstellte. Da sich innerhalb ,größerer
Netzverbände Belastungsstöße weitgehend ausgleichen und sich somit größere Spannungsänderungen
nur in längeren Zeitabschnitten abspielen, gelingt es auf diese Weise, im Normalbetrieb
durchaus brauchbare Spannungs- und Blindlastverhältnisse zu erzielen. Wesentlich
anders werden aber die Verhältnisse im Störungsfall. Bei Kurzschlüssen oder Ausfall
einer größeren Kraftwerksgruppe ist das stabile Zusammenbleiben des Netzverbandes
nur dann, gewährleistet, wenn die Erregung möglichst aller Stromerzeuger am besten
mittels Stoßerregung soweit gesteigert wird; daß die Spannung nur wenig unter ihren
Sollwert abfällt. Bei Nachregelung der Erregung lediglich von Hand bleibt aber die
Erregung konstant, und .es besteht damit die große Gefahr, daß der Netzverband schon
bei verhältnismäßig geringen Störungen auseinanderfällt und damit unangenehme Unterbrechungen
der Stromlieferung eintreten. Die Praxis lehrt, daß solche Störungen mit deri angedeuteten
Folgen immer wieder auftreten.
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Gelegentlich hat man schon besondere Blindleistungsregler verwendet,
.die unabhängig von der Spannung die Blindleistung konstant halten. Wegen des verhältnismäßig
großen Aufwandes für ein Blindleistungsmeßgerät hat sich diese Lösung aber nicht
einbürgern können. Gemäß, der Erfindung soll nun durch Einbau eines mit Verzögerung
arbeitenden Spannungsgleichhalters vor die Eingangsspule eines normalen Spannungsreglers,
der außerdem noch vom Blindstrom der Maschine beeinfiußt wird, erreicht werden,
daß über einen .gewissen, durch die Netzverhältnisse gegebenen Spannungsbereich
der Blindstrom geregelt wird und,daß nach Überschreitung dieses Bereiches nach der
einen oder anderen Seite die Blindstromregelung selbsttätig in eine Spannungsregelung
übergeht.
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Bild i der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens.
Der Stromerzeuger i mit der Erregermaschine :2 wird in an sich bekannter Weise durch
einen Spannungsregler 3, z. B. einen Wälzregler, der einen nicht näher bezeichneten
Widerstand im Erregerkreis der Erregermaschine 2 verstellt, geregelt. Die Spannungsspule
des Reglers 3 wird, wenn die Zusatzeinrichtung, in der Abbildung durch Umrahmung
besonders gekennzeichnet, vorläufig außer acht gelassen wird, über einen Spannungswandler
q. von- der Netzspannung R, S gespeist, erhält aber außerdem noch eine Zusatzspannung,
die hinter dem Widerstand 6 abgegriffen wird, der über den Stromwandler 5 vom Strom
(Phase T) des Stromerzeugers durchflossen wird, so daß diese Zusatzspannung dem
Strom des Stromerzeugers proportional ist. Da der Wirkstrom in Phase T auf
der verketteten Spannung URs senkrecht steht, wird also die Gesamtspannung an der
Spannungsspule des Reglers 3 praktisch nur vom Blindstrom beeinflußt. Durch den
Sollwerteinsteller 7 kann der vorn Regler einzuregelnde Sollwert in gewissen Grenzen
verändert werden. Bei dieser- bisher beschriebenen und an sich längst bekanntere
Anordnung wird, solange die Spannung des Stromerzeugers etwa durch einen zu diesem
parallel arbeitenden, astatisch geregelten zweiten Stromerzeuger konstant gehalten
wird, lediglich der Blindstrom geregelt, d. h. konstant gehalten, wie ohne weiteres
einzusehen ist. Bei einer bestimmtere Stellung des Sollwerteinstellers 7 befindet
sich der Regler 3 nur dann im Gleichgewicht, wenn die vom Spannungswandler 4 und
vom Stromwandler 5 gelieferte Gesamtspannung an seiner Erregerwicklung einen bestimmten
Wert aufweist. Bleibt nun die Netzspannung konstant, so muß auch der dann die Gesamtspannung
an Regler 3 allein beeinflussende Blindstrom konstant sein, ändert sich aber die
Netz-und damit auch die Spannung des Stromerzeugers, so maß sich auch der Blindstrom
ändern, wenn sich der Regler wieder im Gleichgewicht befinden soll.
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Durch die Zusatzeinrichtung gemäß der Erfindung wird nun dafür gesorgt,
daß die dem Regler 3 zugeführte, vom Spannungswandler q. gelieferte Netzspannwng
durch eine Zusatzspannung auf einen konstanten
Wert gebracht wird,
-auch «renn sich die Spannung des Stromerzeugers ändert. Damit muß also dann auch
unabhängig von Netzspannungsschwankungen der Blindstrom der Maschine konstant bleiben.
Nach Bild i wird die Spannung des Spannungswandlers d. über einen Stufenschalter
9 einem Stufentransformator 8 in Sparschaltung als Eingangsspannung zugeführt, und
an einer festen nicht näher bezeichneten Anzapfung des Stufentransformators wird
die Ausgangsspannung für den Regler abgegriffen.. Durch einen Hilfsmotor io wird
der Stufenschalter 9 so verstellt, daß diese Ausgangsspannung unabhängig von der
Eingangsspannung konstant bleibt. Der Hilfsmotor io wird nämlich gesteuert von einem
spannungsempfindlichen Relais i i, dessen Erregerwicklung an der Ausgangsspannung
liegt. Uni die Möglichkeit einer stetigen Verstellung der Ausgangsspannung zu erhalten,
wird der Stufenschalter 9 zweckmäßig als Kollektor ausgebildet, auf dem als Stromabnehmer
eine Kohlenbürste schleift. Da bei Wechselstromrelais der bewegliche Anker mit Rücksicht
auf Vibrationen verhältnismäßig große Massen aufweisen muß, kann es unter Umständen
zweckmäßig sein, das Relais i i als Gleichstromrelais auszubilden und somit vor
die Erregerwicklung noch einen Gleichrieliter mit Glättungseinrichtung zu schalten.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende: Im normalen ruhigen
IN'etzbetrieb mit verhältnismäßig langsamen Änderungen der Netzspannung folgt der
Spannungsgleichhalter ohne weiteres diesen Schwankungen, hält also die Ausgangsspannung
konstant, und damit bleibt auch der Blindstrom des Stromerzeugers konstant. Treten
aber Belastungsstöße oder andere Störungen mit plötzlicher Spannungsänderung im
Netz auf, so folgt der verhältnismäßig träg arbeitende Spannungsgleichhalter nicht
sofort, der Regler greift daher wirksam ein und hilft somit durch Stärkung bzw.
Schwächung der Erregung des Stromerzeugers die Spannungsstöße auszugleichen und
die Stabilität des Netzes zu sichern.
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Der Regelbereich des Spannungsgleichhalters wird so abgeglichen, daß
er die Ausgangsspannung nur solange, wie die Spannungsschwankungen des Netzes innerhalb
bestimmter, am Gleichhalter einstellbarer Grenzen liegen, konstant hält. Werden
diese Grenzen überschritten, so steigt oder sinkt die :#,usgangsspannung und darnit
die dem Spannungsregler 3 zugeführte Spannung einfach proportional mit der Spannung
des Stromerzeugers, was bedeutet, daß derRegler wieder so arbeitet wieohne Zusatzeinrichtung,
daß er also eine nur wenig vom Blindstrom abhängige Spannung einstellen will. Die
am Spannungsgleichhalter eingestellten Grenzen werden nun -Zweckmäßig so gelegt,
daß sie nur in Störungsfällen, also z. B. bei Ausfall einer Kraftwerksgruippe oder
bei Abschaltung eines größeren Abschnittes des Verbrauchernetzes, überschritten
werden. In diesen Fällen ist es dann aber durchaus richtig und zweckmäßig, wenn.
der Regler kräftig als Spannungsregler eingreift.
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Durch Betätigung des Ausschalters 12 kann die Zusafzeinrichtung jederzeit
unwirksam gemacht werden, so .daß dann -der Regler 3 wieder als normaler, statischer
Spannungsregler arbeitet.
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Die Kennlinie der Regelung mit der neuen Zusatzeinrichtung entspricht
also dem Verlauf, wie er in Bild :2 aufbezeichnet ist. Spielen sich die normalen
Spannungsschwankungen innerhalb eines Bereiches ab, der in Bild 2 mit a bezeichnet
ist, so wird der Regelbereich des Spannungsgleichhalters zweckmäßig etwa auf den
dem Abschnitt b entsprechenden Bereich festgelegt.
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Falls die Erregerleistung des Reglermeßwerks nicht zu groß ist und
außerdem das Meßwerk so bemessen ist, daß bei Normalspannung noch eine gewisse Spannungsreserve
vorhanden ist, die in einem Vorschaltwiderstand aufgebraucht wird, so kann an die
Stelle des Stufentransformators 8 auch ein einfacher regelbarer Vorschaltwi@derstand
treten, der ähnlich wie bei der .3nordnung nach Bild i so verstellt wird, daß die
an diesem Widerstand abgegriffene und .dem Regelmeßwerk zugeführte Spannung im normalen
Spannungsbereich konstant gehalten wird.