Wasserkraftautomatisierung aus einer Hand

Thyricon nutzt speicherprogrammierbare Steuerungen auf dem neuesten Stand der Technik und entsprechende Softwaremodule für die digitale Spannungsregelung, die Stator- und Rotorbegrenzungsfunktionen, die Leistungsstabilisierung (PSS: Power System Stabilizer bzw. Pendeldämpfungsgerät) und für die Schnittstellen zu anderen Systemen im Kraftwerk. Die Regelkreise wurden entsprechend den gültigen IEEE-Standards programmiert, die für bestes Systemverhalten sowie zuverlässigen und sicheren Betrieb innerhalb der Generatorgrenzen garantieren.

Unsere Steuerungen basieren auf Siemens Standardkomponenten, die von Voith auch für Turbinenregelung und Leittechnik eingesetzt werden. Die Programmiersprache des Thyricon-Reglers ist identisch mit der der Siemens-Automatisierungsprodukte, was den Umgang mit dem Erregersystem erleichtert. Dadurch werden Schulungen und Instandhaltungen einfacher und schneller.  

Bei statischen Thyricon-Erregersystemen wird die Erregerwicklung des Generators direkt durch eine vollständig geregelte Thyristorgleichrichterbrücke versorgt. Der direkte Zugang zur Läuferwicklung ist der Grund für die herausragenden dynamischen Eigenschaften dieser Systeme. Hochmoderne Leistungselektronik steigert gemeinsam mit einer Selbsterregung die Zuverlässigkeit des statischen Erregersystems, da dessen Leistungsteil unabhängig vom Rest des Kraftwerks ist. Die hohe Deckungsspannungskapazität und der große Betriebsbereich der Spannung der Gleichrichterbrücke garantieren, dass Thyricon auch weiter arbeitet, wenn die Spannung im Netz stark einbricht.

Vorteile:

• Herausragende dynamische Reglereigenschaften
• Schnelle Entregung durch Umkehr der Erregerspannung
• Rechnerisch ermittelte Rotortemperatur (Feldspannung und -strom)
• Statischer Leistungsteil, keine rotierenden Maschinen notwendig

Anstelle von statischen Erregersystemen können auch rotierende Erregersysteme verwendet werden. Dabei wird eine direkt angetriebene Wechselstrom Erregermaschine verwendet, die mit dem Gleichrichter auf der Generatorwelle montiert ist. Verglichen mit Gleichstrom Erregersystemen liegt der Hauptvorteil dieser Lösung darin, dass mögliche Probleme mit Kollektoren und Bürsten vollständig eliminiert werden. Diese bürstenlose Lösung macht Schleifringe und damit alle stromführenden Bürsten überflüssig. Das bürstenlose Erregersystem wird sowohl für schnelllaufende Synchronmaschinen mit horizontaler Welle als auch für Wasserkraftgeneratoren benutzt. Auch wenn diese Lösung typischerweise bei kleineren Generatoren verwendet wird, können - abhängig von den regionalen Netz- und Kundenanforderungen - auch größere Maschinen von diesem System profitieren indem es die Wartungskosten reduziert.

Die herausragendste Eigenschaft von Kaplan- und Rohrturbinen ist ihre hohe Effizienz in einem breiten Fallhöhenbereich dank der Verstellmöglichkeit von Leitschaufeln und Laufrädern. Das Kaplanoptimierungsmodul korrigiert dabei ungenaue Zusammenhänge automatisch. Die Optimierung erfolgt im normalen Maschinenbetrieb. Die Optimierungsmethode nimmt kleine Änderungen an der Leitschaufel und der Laufradöffnung vor. Aufgrund des konstanten Maschinendurchflusses ist die Beeinträchtigung an der Maschine vernachlässigbar.

Voith bietet ein Modul, um vollautomatisch den Leitrad-Laufrad-Zusammenhang bei Kaplanturbinen zu optimieren und dadurch die Profitabilität der Wasserkraftanlage direkt zu steigern.

Die HyCon PO Anlagenoptimierung verteilt die Leistung auf die betriebenen Turbinen so effizient wie möglich. Dabei werden die Abweichungen in Design, Wirkungsgrad und Wasserdurchfluss berücksichtigt. Dadurch hilft die Anlagenoptimierung, wertvolles Wasser zu sparen.

Die Optimierungsmethoden, die im Optimierungsmodul der HyCon-Anlage umgesetzt sind, gelten für alle hydraulischen Maschinentypen. Der erwartete Nutzen ist für Francis-Maschinen erwartungsgemäß höher als für Kaplanturbinen. Für den Optimierungsprozess wird ein detailliertes Anlagenmodell, einschließlich der Kennlinien und physikalischen Modelle für Turbinen, Generatoren, Abschalt- und Schließvorrichtungen sowie der Wasserwege verwendet.

Voith Joint Control (JC) ist ein wesentlicher Teil des HyCon Prozessleitsystems. Es handelt sich hierbei um einen bewährten Ansatz zur Optimierung der Wirk- und Blind-Lastverteilung. Entsprechend wird die Aufteilung des Durchflusses in Kraftwerken mit mehreren Maschinensätzen optimiert.

HyCon Water Management Control ist das zentrale Element für die Bewirtschaftung Ihres Stauraumes. Die Wasserbewirtschaftung einer Stauhaltung wird durch Wehre, Schleusen und die im Kraftwerk befindlichen Turbinen betrieben. Der effiziente und optimierte Betrieb dieser Anlagen muss in jedem Fall den wasserrechtlichen Vorschriften folgen und sollte weitestgehend automatisiert geschehen. Voith hat durch sein HyCon WMC Water Management Control langjährige Expertise und Erfahrung, um allen Anforderungen an die Stauraumbewirtschaftung zu genügen.

Das OnCare.Health Hydro Monitoringmodul wertet alle Messungen und charakteristischen Kennwerte als Funktion des Betriebsmodus und des Betriebszustands aus. Dabei bezieht es logische Funktionen auf Grundlage von Parametern mit ein, die Auslösesignale generieren, welche an den mechanischen Schutz übermittelt werden. Die folgenden Monitoringfunktionen werden durch das OnCare.Health Hydro Konzept unterstützt:

• Wellen-, Lager-, Turbinendeckel-, Ständerblechpaket-, Labyrinth-, Wickelkopf-, und Achsschwingung
• Teilentladung
• Generatorluftspalt
• Magnetischer Fluss
• Sowie u.a.: Temperatur-, Druck- und Wellenstromüberwachung

Kavitation ist ein unerwünschtes hydraulisches Phänomen, das die Arbeitsleistung von hydraulischen Turbinen einschränken kann. Kavitation verursacht Lärm, Vibrationen und kann die Oberfläche von Turbinenkomponenten erodieren. OnCare.Health Kavitationsüberwachung stellt zuverlässige Online-Informationen über den Kavitationszustand im inneren der hydraulischen Maschine bereit. Das Modul hilft Ihnen, die richtige Balance zwischen den betrieblichen Anforderungen und der wirtschaftlichen Leistung zu finden.

Hauptvorteile der OnCare.Health-Hydro Kavitationsüberwachung sind

• Reduzierung der Wartungskosten um bis zu 30 % dank verlängerter Wartungsintervalle, Früherkennung erster Kavitationsschäden und Verringerung von Betriebsausfällen
• Erhöhte Verfügbarkeit um bis zu 0,5% durch besserer Planung notwendiger Reparaturen und reduzierter Stillstandszeiten für Inspektion und Wartung der entstandenen Kavitationsschäden
• Optimierte Betriebsleistung und Ausgleichsmaßnahmen durch Früherkennung von untypischem Verhalten, Vermeidung von Kavitationszonen und Quantifizierung der Kosten für den Betrieb im Kavitationszustand

Um die Funktionalität der OnCare.Health Hydro Kavitationsüberwachung kontinuierlich zu verbessern und zu erweitern, setzt Voith auf Co-Developlement gemeinsam mit ausgewählten Kunden. Werden Sie einer unserer ersten Pilotkunden und profitieren Sie von zusätzlichen, allumfassenden Vorteilen der Kavitationsüberwachung.

Um den Nutzen für den Anlagenbetreiber zu optimieren, muss das System in der Lage sein, Strategien zur vorbeugenden und zustandsunabhängigen Instandhaltung effizient zu unterstützen. Unsere OnCare.Health Hydro-Module sind speziell für die Erfüllung dieser erweiterten Anforderungen entwickelt worden:

• Hoch empfindliche Messtechnologie mit angepassten Analysetechniken
• Diagnostische Intelligenz für eine geeignete Auswahl spezifischer Parameter und Vergleich der Messwerte mit dem erwarteten Verhalten je nach Anlagenbedingungen und Maschinenbetriebszustand
• Maßgeschneiderte Systeme, um bestimmte Bedingungen zu erfüllen, wie etwa sehr geringe Drehzahlen oder verschiedene Betriebszustände mit stark schwankenden Anregungen
• Präzise Maschinenüberwachung durch intelligente Mess- und Analysesysteme mit einer analytischen Auswertung vorverarbeiteter Messwerte - beispielsweise mit einer Frequenzanalyse, die frequenzspezifische Ergebnisse liefert - sowie die Berechnung weiterer in der Wasserkraft üblichen, charakteristischen Werten

OnCare.Health Hydro besitzt mit seiner Flexibilität und seinem adaptiven, modularen Aufbau, die Hauptmerkmale für ein leistungsstarkes Werkzeug zur zuverlässigen Diagnose für einen stets sicheren Anlagenbetrieb. Eine Wissensdatenbank verarbeitet automatisch die Analyseergebnisse. Diese Datenbank wird einzeln an jeden Maschinensatz angepasst und basiert größtenteils auf vollständig individualisierten dynamischen Maschinenmodellen. Das mathematische Modell des Maschinensatzes garantiert quantitative und qualitative Zustandsbeurteilungen, da es das beste Prozesswissen und alle bestehenden mechanischen Kopplungen integriert. Darüber hinaus können gesammelte Betriebserfahrungen in die Wissensdatenbank integriert werden.