Die Hydraulik einer Wasserkraftanlage hat entscheidenden Einfluss darauf, wie präzise sich eine Turbine regeln und synchronisieren lässt. Besonders bei älteren Anlagen erfolgt die Leitradverstellung häufig noch über klassische Schaltventile Auf/Zu.
Durch den gezielten Umbau der Turbinenhydraulik vom Schaltventil auf ein Proportionalventil lässt sich die Stellgeschwindigkeit fein dosieren.
Das ermöglicht eine präzisere Turbinenregelung und eine ruhige Annäherung an den Synchronisationspunkt.
Unser Ziel bei Bilgram~Wasserkraft: Unabhängig davon, ob die Anlage 30 kW oder 1.000 kW leistet und ob ein 400-V- oder 6-kV-Generator zum Einsatz kommt, realisieren wir die Zuschaltung mit einer Frequenzabweichung von maximal 0,15 Hz.
Je genauer die Frequenz beim Zuschaltzeitpunkt übereinstimmt, desto geringer sind die Ausgleichsströme und desto sanfter erfolgt die Netzzuschaltung.
Vom Schaltventil zum Proportionalventil
Bei einer klassischen hydraulischen Auf-/Zu-Steuerung wird der Hydraulikzylinder über Schaltventile bewegt. Der Ölstrom und damit die Stellgeschwindigkeit lassen sich dabei nur begrenzt beeinflussen.
Für eine feinere Turbinenregelung setzen wir ein Proportionalventil ein. Sehr gute Erfahrungen haben wir mit dem hochdynamischen Proportionalventil der Parker-Serie D1FC gemacht. Die Ansteuerung erfolgt über ±10 V.
Das Ventil verfügt über eine interne Wegrückführung. Dadurch wird die tatsächliche Position des Ventilschiebers erfasst und entsprechend der elektrischen Vorgabe geregelt.
Der entscheidende Vorteil für die Wasserkraftanlage:
Statt einer einfachen Auf-/Zu-Bewegung kann der Ölstrom kontinuierlich angepasst werden.
Dadurch lässt sich die Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders dynamisch regeln und die Turbine wesentlich präziser an den Sollwert beziehungsweise Synchronisationspunkt heranführen.
Feinsynchronisierung über das Leitrad
Bei einer Kaplan-Turbine muss für eine präzisere Regelung nicht zwangsläufig die komplette Hydraulik erneuert werden.
Das Laufrad wird zunächst auf eine definierte Startposition gefahren. Die anschließende Feinsynchronisierung erfolgt über das Leitrad.
Damit reicht es häufig aus, gezielt die Leitradverstellung vom Schaltventil auf ein Proportionalventil umzubauen.
Das bestehende Hydraulikaggregat kann dabei – sofern technisch geeignet – weiterverwendet werden.
Turbinenhydraulik vor dem Umbau – Schaltventil Auf/Zu
Die ursprüngliche Hydraulik bestand im Wesentlichen aus:
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- Drosselventil für den Notschluss
- Notschlussventil
- Drosselventil für die Regelbewegungen
- Schaltventil Auf/Zu
Leitradverstellung vor dem Umbau
Turbinenhydraulik nach dem Umbau – Proportionalventil
Nach dem Umbau besteht die Ventilanordnung beispielsweise aus:
- Feinfilter
- Notschlussventil
- Sperrventil
- Lasthalteventil
- Proportionalventil
- Drosselventil in der Hydraulikleitung
Leitradverstellung nach dem Umbau
Das Proportionalventil ermöglicht nun eine fein dosierte Bewegung des Leitrades. Das Lasthalteventil hält die erreichte Position hydraulisch, während das Sperrventil die Regelhydraulik bei Bedarf abtrennt. Ein Feinfilter schützt die Proportionalhydraulik vor Verschmutzungen.
Die bestehende Notschlussfunktion bleibt als eigenständige Sicherheitsfunktion erhalten.
Wasserkraft-Hydraulik gezielt modernisieren statt komplett erneuern
Eine bestehende Wasserkraftanlage benötigt für eine bessere Regelung und Synchronisierung nicht zwangsläufig ein komplett neues Hydraulikaggregat.
Oft reicht es aus, den entscheidenden Regelkreis gezielt zu modernisieren. Bei einer Kaplan-Turbine ist dies beispielsweise die Leitradverstellung.
Aus einer einfachen Auf-/Zu-Bewegung mit Schaltventilen wird eine fein dosierbare Bewegung mit Proportionalventil.
So kann vorhandene Maschinentechnik weiter genutzt und gleichzeitig die Regelgenauigkeit einer älteren Wasserkraftanlage deutlich verbessert werden. Mehr zu → Turbinenregelung und Hydraulik optimieren lesen Sie in der entsprechenden Leistungsbeschreibung.
Mehr zur Turbinenhydraulik
Neben der präzisen Regelbewegung ist bei einer Turbinenhydraulik entscheidend, dass die gespeicherte hydraulische Energie im Störungsfall zuverlässig für den Notschluss zur Verfügung steht.
Wie bleibt die Ölreserve für den Notschluss einer Wasserkraftturbine gesichert? Unser Hydraulikschaltplan erklärt Blasenspeicher, Sperrventil und redundante Drucküberwachung. → Turbinenhydraulik und sicherer Notschluss bei Wasserkraftanlagen
Die Hydraulik einer Wasserkraftanlage hat entscheidenden Einfluss darauf, wie präzise sich eine Turbine regeln und synchronisieren lässt. → Turbinenhydraulik für Wasserkraftanlagen – vom Schaltventil zum Proportionalventil
Beispiel aus der Praxis
Bei der Modernisierung der Wasserkraftanlage Dettingen unter Teck wurden zwei Francis-Turbinen mit einer neuen Turbinenhydraulik und Proportionalventilen ausgestattet.