DE1136539B

DE1136539B - Einrichtung zum Anwerfen von Gasturbinensaetzen mittels des Generators als Anwurfmotor

Info

Publication number: DE1136539B
Application number: DES66730A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Fork
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-01-21
Filing date: 1960-01-21
Publication date: 1962-09-13

Description

Einrichtung zum Anwerfen von Gasturbinensätzen mittels des Generators als Anwurfmotor Um bei Gasturbinensätzen größere Anwurfmotoren zu vermeiden, hat man bereits vorgeschlagen, den Generator des Maschinensatzes selbst als Anwurfmotor zu benutzen. Man kann hierbei - wie dies ebenfalls für den Anlauf von Synchronmaschinen bekannt ist - bei Ausbildung des Generators als Synchronmaschine einen Frequenzanlauf vorsehen, wobei der anzuwerfenden Maschine mittels eines Motorgenerators eine veränderliche Frequenz zugeführt wird.
Die Erfindung geht davon aus, daß bei den bekannten Einrichtungen, die beispielsweise mit einem Asynchron-Asynchron-Motorgeneratorsatz arbeiten, verhältnismäßig große Maschinen für den Frequenzumformersatz erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnungen besteht darin, daß ein Anfahren aus dem Stillstand praktisch nicht möglich ist, so daß das Anfahren aus dem Stillstand durch eine Wellendrehvorrichtung oder ein besonderer Antrieb erforderlich ist.
Gegenstand der Erfindung ist eine in verschiedener Beziehung wesentlich günstigere Einrichtung zum Anwerfen von Gasturbinen mittels des Generators als Anwurfmotor, die sich dadurch auszeichnet, daß für den Frequenzanlauf als Frequenzumformer eine schnell laufende primärseitig an dem Netz angeschlossene Asynchronmaschine verwendet wird, deren Drehzahl durch Regelung einer Belastungsmaschine derart geändert werden kann, daß sekundärseitig dem anzulassenden Generator Strom einer veränderlichen Frequenz zugeführt wird. Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Anwurfeinrichtung hat nicht nur die Vermeidung der vorerwähnten Nachteile zur Folge, sondern ermöglicht es, darüber hinaus größere Widerstandsverluste zu vermeiden oder gegebenenfalls diese Verluste wesentlich herabzusetzen.
Vorzugsweise kann die Erfindung in der Weise verwirklicht werden, daß die mit dem Frequenzumformer gekuppelte Belastungsmaschine die beim Abbremsen des Frequenzumformers gewonnene Energie dem auszulassenden Maschinensatz wieder zuführt. Die Belastungsmaschine des Frequenzumformers kann als Gleichstrommaschine ausgebildet werden. In diesem Falle gibt sie beim Anfahrvorgang bei Belastung infolge Erregung die beim Abbremsen des Umformersatzes erzeugte Leistung an die motorisch arbeitende Erregermaschine des Gasturbinensatzes ab, wodurch der Anfahrvorgang beschleunigt wird. Eine andere, in mehrfacher Beziehung vorteilhaftere Lösung ergibt sich, wenn die Belastungsmaschine als Synchronmaschine oder Asynchronmaschine ausgebildet ist. In diesem Falle kann die beim Abbremsen des Frequenzumformers erzeugte elektrische Energie direkt dem Generator des Gasturbinensatzes wieder zugeführt werden.
Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Zeichnung erläutert werden: Fig. 1 zeigt ein allgemeines Schema der elektrischen Schaltung der Anwurfeinrichtung. Die Fig. 2 und 3 betreffen spezielle Schaltungen, bei denen als Belastungsmaschine eine Synchron- bzw. Asynchronmaschine Anwendung findet.
Mit 1 ist in Fig. 1 der Generator des Gasturbosatzes 2 bezeichnet. 3 ist ein asynchroner Frequenzumformer, dessen Primärwicklung 3 a über den Schalter 4 an das Wechselstromnetz angeschlossen werden kann. Die Sekundärwicklung 3 b des Frequenzumformers kann über Schleifringe 3 c mit der Ständerwicklung la des Generators 1 verbunden werden. 5 bedeutet einen Schalter, durch den der Frequenzumformer mit der Wicklung des Generators 1 zusammengeschaltet werden kann. Mit der Welle des Frequenzumformers 3 ist eine Belastungsmaschine 6 verbunden.
Der Anlaßvorgang erfolgt nun bei der beschriebenen Einrichtung in der Weise, daß zunächst ohne Belastung der Maschine 6 durch Schließen des Netzschalters 4 und des Schalters 5 der Frequenzumformer 3 als Asynchronmaschine hochgefahren wird. Unter Umständen kann es Vorteile bieten, beim Anfahren die Asynchronmaschine sekundärseitig unmittelbar kurzzuschließen, was sich mit Hilfe einfacher Kurzschlußkontakte 5 a (gestrichelt) an dem Schalter 5 mit geringem Aufwand erzielen läßt. Ist nun der Frequenzumformer 3 sekundärseitig an den Generator 1 angeschlossen, so ist - solange der Frequenzumformersatz angenähert mit seiner Synchrondrehzahl umläuft-die sekundäre Frequenz praktisch = 0. Durch Einschalten der Belastungsmaschine, d. h. der Maschine 6, und allmähliche Steigerung dieser Belastung wird nun der Frequenzumformer abgebremst und sekundärseitig eine zunehmende Spannung mit veränderlicher Frequenz hervorgerufen. Entsprechend der Zunahme der Frequenz und der Spannung in dem Generatorkreis ergibt sich, daß der Generator beschleunigt wird und die Gasturbine hochfährt. Durch Regelung der Belastungsmaschine 6 und damit des Schlupfes des Frequenzumformers 3 kann die dem Generator zugeführte Frequenz ohne Schwierigkeiten in solcher Weise geregelt werden, daß ein kontinuierlicher Anlauf der Gasturbine erreicht wird.
Wie oben angedeutet wurde, wird nun erfindungsgemäß die in der Belastungsmaschine 6 erzeugte elektrische Energie für den Anfahrvorgang der Gasturbine nutzbar gemacht. Fig. 2 zeigt eine entsprechende Schaltung, bei der die Maschine 6 als Synchronmaschine ausgebildet ist. Die in üblicher Weise aus nur einer Gleichstromquelle erregte Maschine 6 ist in diesem Falle durch den Schalter 10 auf die Ständerwicklung des Hauptgenerators geschaltet. Bei entsprechender Erregung der Maschine 6 fließt ein zusätzlicher Strom aus dem Ständer der Maschine 6 in den Stromkreis der Ständerwicklung 1 a des Gasturbinengenerators. Dem normalen, durch Umformerspeisung hervorgerufenen Drehmoment überlagert sich ein zusätzliches asynchrones Drehmoment infolge der Speisung von der Asynchronmaschine 6. Die Regelung der Drehzahl erfolgt durch Veränderung der Erregung der Maschine 6.
Eine weitere Variante ist in Fig. 3 angedeutet. Danach wird die Belastungsmaschine 6 statt als Synchronmaschine als Asynchronmaschine ausgeführt. Die Regelung kann durch Widerstände erfolgen, die beispielsweise in den Läuferkreis 6 b eingeschaltet sind, wenn die Ständerwicklung 6 a in der angedeuteten Weise mit der Ständerwieklung des Gasturbinengenerators verbunden ist. Bei Anwendung einer asynchronen Belastungsmaschine bietet die Einschaltung regelbarer Widerstände 11 ebenfalls die Möglichkeit, die Belastung der Maschine 6 und damit die Drehzahl des Frequenzumformers sowie die von diesem abgegebene Frequenz zu regeln.
Die Ausbildung einer Anwurfeinrichtung, insbesondere nach den Fig. 2 und 3 bietet große Vorteile. Der Frequenzumformer kann mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen ausgeführt werden, zumal für diesen Maschinensatz eine hohe Drehzahl möglich ist, die eine besonders intensive Kühlung gestattet. Die vorgeschlagene Anfahreinrichtung kann ohne Schwierigkeiten bei den üblichen Spannungen des Generators Anwendung finden. Es ist auch ohne Schwierigkeiten möglich, mit der beschriebenen Einrichtung aus dem Stillstand ein Anfahren des Gasturbinensatzes zu erzielen. Wesentlich günstigere Verhältnisse ergeben sich aber, wenn zum Anfahren aus dem Stillstand auf eine beschränkte Drehzahl zunächst die vorhandene, als Ölturbine ausgebildete Wellendrehvorrichtung verwendet wird, da sie eine wesentliche Entlastung der elektrischen Maschine bedeutet.
Im allgemeinen wird man den Gasturbinengenerator nach Erregung synchron hochfahren. Es ist jedoch, insbesondere beim Vorhandensein einer Dämpferwicklung, auch möglich, den Generator wenigstens teilweise asynchron anzufahren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zum Anwerfen von Gasturbinensätzen mittels des Generators als Anwurfmotor, dem beim Anwurfvorgang von einem Frequenzumformer eine veränderliche Frequenz zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenzumformer eine schnell laufende, primärseitig an dem Netz angeschlossene Asynchronmaschine verwendet wird, deren Drehzahl durch Regelung einer Belastungsmaschine derart geändert werden kann, daß sekundärseitig dem anzulassenden Generator Strom einer veränderlichen Frequenz zugeführt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem umlaufenden Teil des Frequenzumformers gekuppelte Belastungsmaschine als elektrischer Generator ausgebildet ist, der die durch Abbremsen des Frequenzumformers erzeugte elektrische Energie zum Zwecke der Erzeugung eines zusätzlichenAnfahrmomentes der Gasturbinenanlage zuführt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Belastungsmaschine des Frequenzumformers eine durch Änderung der Erregung in ihrer Spannung regelbare Gleichstrommaschine vorhanden ist, welche eine mit dem Gasturbinensatz gekuppelte Maschine, z. B. die Erregermaschine, im Sinne der Erzeugung eines zusätzlichen Anfahrmomentes speist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsmaschine als Wechselstromsynchrongenerator ausgebildet ist und die bei der Abbremsung des Frequenz= umformers erzeugte elektrische Energie dem Stromkreis des das Anwurfmoment erzeugenden Generators der Gasturbinenanlage, welcher gleichzeitig von dem Frequenzumformer gespeist wird, zuführt.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsmaschine als Asynchronmaschine mit Widerstandsregelung ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: VDE-Fachberichte, 1956, 19. Band, Teil I, S. 94 ff.; Zeitschrift »Elektrotechnik und Maschinenbau«, 1941, Heft 49/50, S. 53.