Berechnung Leistungssteigerung Syncrongenerator

[DeEckspärtn]

Habe folgendes Problem.
Wir betreuen unter anderem einige Wasserkraftanlagen und habe durch das ansprechen/auslösen eines VM-Ableiters(ohne Blitzeinwirkung) mal mein Fluke ausgepackt und die Spannung gemessen. Alle drei Phasen zueinander über 417 Volt. OK Turbine Runtergefahren-immer noch 115V.
zur anlage gehört ein 250 kVA Trafo 0.4/10kV.
Habe also dem Betreiber/Eigentümer den Vorschlag gemacht den Trafo umzustellen. Der hat 5 Stufen im abstand von 250V auf der Primärseite also heute Mittelspannung freigeschaltet(5 Sicherheitsregeln!!!)
und den Trafo von 10000V auf 10250V umgestellt
(2,5%).
Messgerät vorweg mit der Aufzeichnung gestartet.
Wieder zugeschaltet: Spannung nun 402 Volt L1-L2-L3
Gelieferte Leistung vor Umstellung ca. 130 kW
nach der Umstellung 175kW, alles Messtechnisch erfasst.Gleiche Bedingungen(Wasserstand,öffnung Leitrad usw. identisch)waren gegeben.

Problem: Wie kann ich meinem Kunden die Leistungserhöhung mathematisch erklären.
Mir ist das Prinzip klar nur die FORMELN !!!

:? Thomas

PS. Schaltberechtigung hab ich und mit Versorger wurde auch alles abgeklährt!

 

[edi]

Mir ist das Prinzip klar nur die

Mir ist das nicht klar. Bitte erklären.

Denn im " normalen " Netz hat eine Spannungsabsenkung am gleichen Widerstand ( R= konstant )eine Leistungsabsenkung zur Folge.

Also einfach gesagt : Betreibe ich eine Glühlampe mit 230 V , so hat sie eine höhere Leistung als wenn ich sie mit 200 V betreibe....

Arbeitet der Generator im Inselbetrieb oder speist er in ein schon vorhandenes Netz ?

 

[DeEckspärtn]

Er (der Generator) speist ins Netz(über 0,4/10kV Trafo),
und wenn ich die "Netzspannung" verringere und die Generatorspannung bleibt gleich habe ich eine grössere Spannungsdifferenz. Somit fliesst ein grösserer "Ausgleichsstrom" also mehr Leistung ins Netz.
(Prinzip beim Accu laden, Accu leer-grosser Strom)

Mehr Leistungsabgabe = mehr Euronen für Eigentümer.

Mich macht bloss stutzig, dass das gleich über 25% ausmacht, und wollte mal rechnerisch rangehen.

Messtechnisch konnt ichs ja nachweisen.

Thomas

 

[prinz valium]

Hi,

ich glaube, der Generator hat keine lineare Leistungskennlinie. Damit meine ich, dass er über Leistungsanpassung einen bestimmten optimalen MPP hat.Wie bei Solarmodulen. Somit müsstest du dann entweder in Unterlagen nachgucken, oder mehrere Spannungen ausprobieren und dabei den Strom bzw. die Leistung messen um dem Kunden das erklären zu können.

MfG
Patrick

 

[Kalu]

Ist das ein Synchron- oder Asynchrongenerator? Einem Asynchrongenerator ist die Netzspannung aber relativ egal, so dass du vermutlich einen Synchrongenerator meinst. Dem Regler eines Synchrongenerators kann man in der Regel sagen, wie hoch seine Klemmenspannung und sein cos phi sein soll. Je höher die Spannung desto geringer sind die Verluste. Daher ist m.E. das Umschalten des Trafos nicht der beste Weg.

Ich habe mit deinen Angaben aber ein grundsätzliches Problem:
Die Leistung eines Generators ist die direkte Folge mechanischer Arbeit. Wenn 45kW mehr rauskommen, dann muss auch 45kW mehr Wasser da sein. Das schreibst du aber nicht, im Gegenteil seien die Wasserparameter gleich. Daher bezweifle ich zunächst die Richtigkeit deiner Leistungsmessung.

 

[DeEckspärtn]

Ja, es ist ein Syncrongenerator.
Aus der Regelung(SPS mit Spannungs-,Cos phi-,Frequenzmessung usw.) wird die Erregung des Generators geregelt.
Ich muss nochmal nach den daten des Generators schauen, ich vermute da er schon älteren Baujahres ist, das der auf 380 Volt ausgelegt ist. diese Spannung war ja früher die Netzspannung(Drehstromnetz) bei uns hier. Und wenn der jetzt 400 Volt (415 vor Umstellung) liefern musste um Leistung ins netz abzugeben dann denke ich ist die Leistungserhöhung(Wirkungsgrad) erklärbar.
Nur möchte ich das gerne mathematisch nachweisen.
Da der Innenwiederstand des Generators bzw. des Trafos sich aber wahrscheinlich Lastabhängig ändern wird das schwierig werden.

Gruss Thomas :roll:

 

[Kalu]

Auf die Gefahr hin, mich zu wiederholen:

Damit ein Synchrongenerator Strom ans Netz liefert, muss man seinen Regler korrekt programmieren. Einem solchen Regler kann man z.B. auch sagen, dass er verstärkt Blindleistung statt Wirkleistung liefern kann etc.

Jetzt gibt es je nach Wasserrecht verschiedene Regelungsvarianten:

1. Meistens wird eine reine Pegelregelung betrieben, solange der Generator am Netz ist. Das heißt der Turbinenregler hält mittels Leitapparat den Wasserspiegel und der Generatorregler muss unter Einhaltung der richtigen Drehzahl (=Frequenz) hierzu die Spannung solange anheben, bis er die sich aus dem aktuellen Wasserangebot ergebende Wirkleistung ins Netz pumpen kann.

2. Manchmal benötigt man in größeren Anlagen Blindleistung, dann muss die übergeordnete Steuerung dem Generatorregler dies mitteilen, eien Unter- oder Übererregung des Generators führt dann zu einem cos phi ungeich 1, in der Regel auf Kosten der Wirkleistung.

3. Nur im Inselbetrieb sollte der Regler auf ein Leistungssoll fahren. Den Wasserstand muss dann das Wehr regeln.

4. Die Ausnahme sind Lastspitzenregelungen.

Frage 1: Wenn du eine Leistungssteigerung beobachtest, kommt dann mehr Wasser oder nicht?

Frage 2: Ist dir die Ansteuerung des Generatorreglers zugänglich?

Deien Überlegungen zum Innenwiderstand des Trafos etc. sind nach meinem Gefühl irreführend. Eine Leistungserhöhung um 45 kw ist damit niemals erklärbar.

 

[DeEckspärtn]

Kalu kennt sich aus!

Die Regelung erfolgt primär über die Pegelsteuerung.
Sollwert für den Wasserstand am Wehr wird an der Steuerung eingestellt und der Leitapperat regelt dann die Wassermenge durch die Turbine (glaube ist ne Kaplan)und somit auch die Leistung (Erregung).
Damit wird sichergestellt, das immer eine vorgeschriebene Mindestmenge Wasser über das Wehr und die Fischtreppe fliest.
Nur war vor und nach der Umstellung so viel Wasser da, das der Leitapperat zu 100% auf war und das Gefälle (nach dem wieder hochfahren 190kW- gewartet 175kW) sich auf den Wert vor der Trafoumstellung eingepegelt hat.
Also gleiche Bedingungen vor und nach der Umstellung des Trafos.
Der cos wird über die Erregung MIT geregelt.(0-10V)

8) Thomas

 

[DeEckspärtn]

Habe vergessen, mit einer kleinen Erhöhung der abgebenden Leistung hab ich schon gerechnet(sonst hätt ichs eh bleiben lassen) aber gleich über 25% mehr, das glaubt mir keiner. Werde am Montag mal die Messkurven der Aufzeichnung hier rein stellen.

Schönes Wochenende :lol: Thomas

 

[Kalu]

Wenn Oberwasser und Unterwasser wirklich gleich sind, die Turbine ganz offen und der Rechen sauber ist, dann kommt auch die gleiche Leistung an der Generatorwelle an.

Entweder du verheizt die 45kW, das aber würdest du merken, oder deine Leistungsmessung stimmt nicht.

Ich glaube daher, dass deine Leistungsmessung nicht stimmt.

 

[DeEckspärtn]

Hallo nochmal,

Die Leistung wird an der Generatorwelle schon (gleich?) sein, ich denke das der Generator nur vorher einen schlechteren Wirkungsgrad hatte.
Den Energieerhaltungssatz kennen wir noch!
Wenn der Gen. vor der Umstellung der Spannung am Trafo eine hohe Erregerspannung brauchte um mit der Netzspannung(Frequenz) synchron zu sein, hat der Gen. jetzt einen besseren Wirkungsgrad. ODER ??? :roll:
Der Innenwiderstand des Synchrongenerators ändert sich doch mit der Erregung, oder lieg ich da falsch?

MfG Thomas

 

[Kalu]

Das versuche ich jetzt schon länger rüberzubringen: Ich denke, dass du da falsch liegst.
Die 45kW Heizleistung bei "höherem Innenwiderstand" würdest du auch in einem ungeheizten Gebäude merken und dir unwillkürlich den Pulli ausziehen.

 

[DeEckspärtn]

Hallo,
hier mal die Messkurven vor und nach der Umstellung des Trafos. Wie Ihr erkennen könnt, wurde die Messung nicht unterbrochen.(Turbine runtergefahren, Mittelspannung abgeschaltet,Trafo von primär 10000V auf 10250V umgestellt, Mittelspannung wieder zugeschaltet, Turbine hochgefahren)

Hier die Bilder:

http://www.postimage.org/gx1SdCsS.jpg


http://www.postimage.org/aV1aMD2S.jpg


http://www.postimage.org/Pq1ddmo9.jpg

Habe heute noch mal meine alten Aufzeichnungen durchgewühlt, und den Generator gesichtet, der ist auf 380 Volt ausgelegt. Also komm ich zu dem schluss, dass bei 415 Volt die Erregung im Rotor in die Sättigung getrieben wurde.Der Eregerstrom wird zu gross und das magnetische Feld (Gleichstrom!!) im Rotorkern kann nicht weiter erhöht werden obwohl der Strom grösser wird.
Hat man früher (als die Leistungselektronik noch in den Kinderschuhen steckte)zur Spannungsregelung von Trafos angewendet.Einfach noch eine Spule dazu und die ordentlich mit Gleichstrom versorgt, und schon war der Kern in der Sättigung und auf der Sekundärseite kam weniger Spannung raus.Das war so gewollt.
Also Wikungsgrad des Generators erhöht.
Hab auch ein paar Formeln gefunden, kann aber leider den Erregerstrom nicht wirklich messen, um Rückschlüsse zu ziehen. Was für angehende Ingenieure, oder?
(V-Kurve,Magnetflussberechnung usw.)

Egal der Gen. bringt jedenfalls jetzt mehr.

Thomas :lol:Und alle freuen sich :lol:

 

[DeEckspärtn]

Keiner mehr ne Meinung?