Pegel, Restwasser und Kanalzulauf sicher regeln
Eine Wehrsteuerung an einer Wasserkraftanlage hat weit mehr Aufgaben als das Öffnen und Schließen einer Wehrklappe. Sie muss den Wasserstand im Staubereich halten, die Restwasserabgabe gewährleisten, bei Hochwasser zusätzliches Wasser abführen und – bei Anlagen mit Triebwasserkanal – den Wasserzulauf zur Wasserkraftanlage regeln. Bilgram Wasserkraft verfügt über langjährige Erfahrung mit Wehr- und Schleusensteuerungen in Verbindung mit Turbinensteuerungen. Entscheidend ist dabei das Zusammenspiel von Wehr, Kanaleinlauf und Turbinen.
Wehr- und Turbinensteuerung als Gesamtsystem: Wehranlage, drei Kanaleinläufe und das etwa 300 m entfernte Kraftwerk.
Die Übersicht der Wasserkraftanlage Schäferwiese zeigt dieses Zusammenspiel besonders gut: Kraftwerk und Wehranlage liegen etwa 300 m auseinander. An der Wehranlage befinden sich Wehrklappe, Leerschuss, Grundablass, drei Kanaleinläufe und eine Fischtreppe.
Wehrsteuerung mit Webvisualisierung
Neben der örtlichen Bedienung können auch räumlich getrennte Anlagenteile gemeinsam visualisiert werden.
Die Webvisualisierung ermöglicht damit den Blick auf die gesamte wassertechnische Anlage – von der Wehranlage bis zu den Turbinen.
Mehr erfahren: → Bilgram-Webvisualisierung für Wasserkraftanlagen – seit 2012 in der Praxis bewährt und in der Leistungsbeschreibung → Steuerungs- und Automatisierungstechnik für Wasserkraftanlagen
Klick: Anlagenübersicht größer darstellen
Das Wasser beginnt am Wehr – nicht erst an der Turbine
Bei vielen Wasserkraftanlagen wird das Wasser zunächst an einer Wehranlage aufgestaut. Ein Teil verbleibt als vorgeschriebene Restwasserabgabe im Flussbett, beispielsweise über eine Fischtreppe oder einen Wehrausschnitt. Das für die Energieerzeugung verfügbare Wasser wird über einen Einlauf in den Triebwasserkanal geleitet.
Damit beginnt die Regelungsaufgabe häufig bereits mehrere hundert Meter vor den Turbinen.
Die Wehrsteuerung muss dabei mehrere Aufgaben gleichzeitig erfüllen: Staupegel halten, Restwasser sicherstellen, Hochwasser abführen und den Wasserzulauf zum Kraftwerk begrenzen.
Zwei Pegel müssen zusammenpassen
Bei einem längeren Triebwasserkanal reicht es nicht aus, ausschließlich den Staupegel am Wehr zu regeln. Auch der Wasserstand im Kanal muss berücksichtigt werden.
Steigt der Kanalpegel zu hoch, wird der Zufluss über Einlassschieber oder Einlassfallen reduziert. Das weiterhin ankommende Wasser muss gleichzeitig über die Wehranlage in das Flussbett abgeführt werden.
Kanalpegel steigt → Kanaleinlauf reduzieren → Wasserabgabe über das Wehr erhöhen
Besonders deutlich wird dieses Zusammenspiel, wenn eine Turbine abschaltet. Ihr Wasserverbrauch entfällt, während sich im langen Kanal noch Wasser auf dem Weg zum Kraftwerk befindet. Der Kanalpegel kann steigen.
Die Steuerungen von Wehr und Kraftwerk müssen deshalb aufeinander abgestimmt arbeiten: Weniger Wasserverbrauch an den Turbinen bedeutet gegebenenfalls weniger Zulauf in den Kanal und mehr Wasserabgabe am Wehr.
Zusätzliche Sicherheit bei zu hohem Wasserstand
Neben der normalen Pegelmessung über die SPS besitzt die Wehranlage eine zusätzliche VEGA-Stabsonde. Sie bildet eine zweite, von der SPS unabhängige Ebene zur Erkennung eines zu hohen Wasserstandes.
Steigt das Wasser so weit an, dass zwei Stäbe der Sonde im Wasser stehen, schaltet das Relais der Stabsonde. Dadurch wird die hydraulische Öffnung der Wehrklappe direkt und ohne SPS-Steuerung ausgelöst.
Die Wehrklappe öffnet durch den Wasserdruck. Sinkt der Wasserstand wieder so weit ab, dass die Stäbe nicht mehr im Wasser stehen, fällt das Signal zurück.
Normalbetrieb: Pegelsonde → SPS → Wehrregelung
Zusätzliche Rückfallebene: VEGA-Stabsonde → Relais → hydraulische Freigabe → Wehrklappe öffnet durch Wasserdruck
Zusätzliche SPS-unabhängige Wasserstandsüberwachung: Bei Erreichen der festgelegten Schalthöhe wird die hydraulische Öffnung der Wehrklappe direkt ausgelöst.
Diese Funktion ist unabhängig von SPS-Programm und normaler Pegelregelung und dient als zusätzliche Rückfallebene zur Wasserabfuhr bei zu hohem Wasserstand.
Vor-Ort-Bedienung mit SPS – 0 – NOT
Auch die Handbedienung der Wehrorgane besitzt bei Bilgram Wasserkraft eine SPS-unabhängige Rückfallebene. Über den Betriebsartenschalter SPS – 0 – NOT kann gewählt werden, wie ein Wehr, Schieber oder eine Einlassfalle vor Ort bedient wird.
In Stellung SPS wird der AUF-/ZU-Befehl von der SPS verarbeitet. Die SPS steuert Hydraulikpumpe und Magnetventil und kann gleichzeitig Sensoren, Endlagen und weitere Bedingungen überwachen.
Vor-Ort-Bedienung der Kanaleinläufe: Automatik-Anzeige, AUF–0–ZU-Handbedienung und Betriebsartenwahl SPS–0–NOT.
NOT-Betrieb – direkte Bedienung ohne SPS
Wird der Betriebsartenschalter auf NOT gestellt, ändert sich der Bedienweg grundlegend. Beim Betätigen von AUF oder ZU werden Hydraulikpumpe und Magnetventil direkt über die verdrahtete Hardware angesteuert. SPS-Programm und SPS-Ausgänge sind an diesem Bedienweg nicht beteiligt.
SPS-Betrieb: AUF/ZU → SPS → Überwachung → Hydraulikpumpe + Magnetventil
NOT-Betrieb: AUF/ZU → direkte Verdrahtung → Hydraulikpumpe + Magnetventil
Im NOT-Betrieb übernimmt die SPS keine Überwachung des Bewegungsvorgangs. Der Bediener muss deshalb das Wehrorgan und dessen Bewegung selbst überwachen und ist für die Bedienung verantwortlich.
Zwei Rückfallebenen – ein gemeinsames Prinzip
Die VEGA-Stabsonde reagiert automatisch auf einen zu hohen Wasserstand und kann die hydraulische Öffnung der Wehrklappe unabhängig von der SPS auslösen. Die Betriebsart NOT ermöglicht dagegen dem Bediener, ein Wehrorgan vor Ort unabhängig von der SPS zu bewegen.
Wichtige Grundfunktionen der Wehranlage bleiben auch dann verfügbar, wenn die SPS-Steuerung nicht zur Verfügung steht. Ein ähnliches Prinzip verfolgen wir bei den unabhängigen Schutzfunktionen der Turbinensteuerung: → Sicherheitskette einer Wasserkraftanlage
Wehr und Turbine als Gesamtsystem
Bei einer Wasserkraftanlage mit längerem Triebwasserkanal entsteht eine zusammenhängende Regelkette:
Fluss → Staupegel → Restwasser → Wehr → Kanaleinlauf → Kanalpegel → Turbine
Jeder Teil beeinflusst den nächsten. Deshalb betrachtet Bilgram Wasserkraft Wehrsteuerung, Schleusensteuerung, Pegelregelung und Turbinensteuerung als zusammenhängendes System.
Das Ziel ist ein zuverlässiger Anlagenbetrieb, die Einhaltung der vorgegebenen Wasserführung und gleichzeitig eine möglichst gute Nutzung des für die Wasserkraft zur Verfügung stehenden Wassers.
Wehrsteuerung modernisieren oder neu aufbauen?
Sie planen eine neue Wehrsteuerung oder möchten eine bestehende Steuerung modernisieren? Gerne besprechen wir mit Ihnen das Zusammenspiel von Wehr, Pegelregelung, Kanaleinlauf und Turbinensteuerung für Ihre Anlage. → Projekt mit Bilgram~Wasserkraft besprechen
Auch interessant: Schlauchwehr-Steuerung für Luft- und Wasserfüllung → hier lesen Sie den entsprechenden Wissensbeitrag