Anordnung zur Regelung mehrerer parallel arbeitender Synchronmaschinen. Zahlreiche Betriebsstörungen in elektri schen Kraftwerken mit Synchronmaschinen rühren daher, dass diese Maschinen infolge von Belastungsstössen, insbesondere aber durch Erd- und Kurzschlüsse, zu starken Winkelverschiebungen der Polräder gegen einander neigen, so dass sie ausser Tritt fallen.
Besonders leicht tritt dieser Fall ein, wenn die einzelnen Synchronmaschinen,. oder gar die ganzen Kraftwerke, durch Leitungen, Transformatoren, Drosselspulen oder ähn liche verbunden sind, die erhebliche Reak- tanz besitzen, weil dann die synchronisieren- den Kräfte nur relativ schwach sind.
Da bei den meisten Störungen die Span nung der Synchromaschinen nicht nur der Phase, sondern auch der Grösse nach sehr starken Schwankungen unterworfen ist - bricht sie doch zum Beispiel beim dreipoli- gen Kurzschluss vollständig zusammen - so ist es nicht ganz einfach, die Kraftwerke nach dem Auseinanderfallen wieder zu syn- chronisieren; man muss sie dazu im allge meinen erst vollständig abschalten.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die die Maschinen während eines störenden Stosses irgendwelcher Art in ihrer Phasen lage gut zusammenhält, so dass sie nicht so leicht ausser Tritt fallen, sondern stabil im Betrieb bleiben.
Die Anordnung nach der Erfindung zur Regelung mehrerer parallel arbeitender Syn chronmaschinen besteht darin, dass Mittel vorgesehen sind, um die Phasenlage der Ma schinenspannungen oder der Polradstellungen gegenüber der Phasenlage einer Vergleichs spannung durch Einwirkung auf die Energie zufuhr der mit den Synchronmaschinen ge- kuppelten Kraftmaschinen selbsttätig auf einen bestimmten Wert einzustellen.
Zu diesem Zweck können alle einzelnen Synchronmaschinen mit einer besonderen Einrichtung versehen sein, die nur oder doch hauptsächlich dem Zweck des Vergleiches der Phasenwinkel dient. Man kann dazu zum Beispiel die Klemmenspannung von den Ma schinen abgreifen und sie durch Einfügen einer Übersetzung bei etwaigem Zusammen bruch heraufregulieren, so dass die Spannung der Messpunkte wohl in der Phase, jedoch nicht oder nur wenig, in der Grösse schwankt. Beispielsweise kann man sich hierzu regel barer Transformatoren oder regelnder Ab schwächer bedienen.
Ein solcher Abschwä- cher besteht zum Beispiel aus einem an die Klemmenspannung der Synchronmaschine angeschlossenen Transformator mit hoher Eisensättigung, dem primär Drosselspulen vorgeschaltet sind. Ein anderes Mittel be steht in der Verwendung besonderer Kon taktapparate oder Hilfssynchronmaschinen auf der Welle der Generatoren, die unab hängig von den Spannungsschwankungen der Hauptmaschinen sind und daher stets einen geordneten Phasenvergleich ermöglichen. In diesem Falle werden unmittelbar die Polrad stellungen der einzelnen Synchronmaschinen miteinander verglichen.
Die einfachsten Verhältnisse ergeben sich, wenn man mit derartigen Mitteln die Pha senlage jeder .stromerzeugenden oder -ver brauchenden Synchronmaschine mit der Phase einer Leitfrequenz vergleicht, die durch irgendwelche bekannten Mittel erzeugt und konstant gehalten werden kann. Es ge nügt aber häufig auch eine fremde Leit- frequenz zu entbehren und die mittlere Phasenlage aller Generatoren oder die, Pha senlage eines bestimmten Generators als die anzustrebende anzusehen.
Gemäss der Erfindung soll nun jede Ab weichung der Spannungs- oder Polradphasen- lage einer Synchrerimaschine von der Sollage mit Hilfe der eben beschriebenen Mittel die Energiezufuhr der Kraftmaschine derart be einflussen, dass diese Abweichung verschwin det. Diese Beeinflussung kann mit den heute zur Verfügung stehenden Mitteln der Ver stärkung, Dämpfung, Rückführung usw., so schnell und schwingungsfrei erfolgen, dass sich die Maschinen niemals sehr weit aus ihrer Sollage entfernen und nach irgendwel- chen Stössen sehr schnell in dieselbe zurück kehren.
Mit Hilfe eines derartigen Mechanismus werden demnach synchronisierende Kräfte in die Maschinensätze eingeführt, die ganz un abhängig von den Vorgängen im elektrischen System sind. Daher dienen die in den Syn chronmaschinen auftretenden elektrodynami schen Synchronisierkräfte nunmehr nur noch als Unterstützung der durch den Regler her vorgerufenen Gleichlaufkräfte, und es kön nen bei ihrem Ausfall keine Schwierigkeiten mehr auftreten.
Die Anordnung nach der Erfindung kann aber nicht nur zur Vermeidung eines Aussertrittfallens der parallel arbeitenden Synchronmaschinen bei Störungen verwendet werden, man kann sie auch im normalen Be triebe zur Konstanthaltung der Frequenz bezw. zur Regelung der Leistung verwenden. Bekanntlich sind die bisher üblichen Lei stungsregler derartig ausgebildet,
dass ein mit der Turbine gekuppelter Fliehkraftregler bei dem durch grössere Leistung der Synchron maschine bedingten Rückgange der Frequenz bezw. der Drehzahl die Kraftzufuhr zur Tur bine erhöht und auf diese Weise die Dreh zahl bezw. die Frequenz annähernd konstant hält. Es ist dabei aber immer noch zwischen Leerlauf und Vollast ein gewisser Frequenz abfall erforderlich, um den Fliehkraftregler zum Ansprechen zu bringen. Die Anordnung nach der Erfindung gestattet demgegenüber.
die Frequenz bei verschiedenen Belastungen absolut konstant zu halten, da als auf die Kraftzufuhr der Turbine einwirkende Grösse nicht eine Drehzahländerung, sondern eine Polrad- bezw. Phasenabweichung der Syn chronmaschine gegenüber einer konstanten Leitfrequenz benutzt wird. Als Anordnung kann dabei die anhand der Zeichnung als Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrie bene Einrichtung benutzt werden.
Da jede Synchronmaschine bei positiver oder negativer Belastung einen bestimmten Vor- oder Nacheilwinkel gegenüber der Phase der Netzspannung besitzen muss, dem die Leistungsabgabe proportional ist, so wird man zweckmässigerweise der Sollstellung des Phasenwinkels jeder Maschine eine gewisse Regelbarkeit geben.
Benutzt man beispiels weise eine Hilfsdrehfeldmaschine als Pha senindikator auf der Welle der Hauptsyn- chronmaschinen, so braucht man dem Stator dieses Drehfeldindikators nur eine Verschie bung im Sinne oder gegen die Rotation zu erteilen, um eine Verschiebung der Soll- p 'haso eintreten zu lassen. Hierdurch regelt man alsdann mittelbar die Leistungsabgabe der betreffenden Synchronmaschine.
Eine andere Möglichkeit, den Synchron maschinen. eine Leistungsabgabe zu gestatten, besteht darin, dass man die Synchronisierung über den Indikator nur eintreten lässt, wenn die Abzweigung zwischen Phasenlage und Sollage einen bestimmten Grenzwert, den man freigibt, überschreitet. Bei diesem Sy stem würde die Regelung der Leistungs abgabe der Synchronmaschine genau wie üblich vorgenommen werden können.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbei spiel der Erfindung, in dem 1, 2 und 3 mit Dampfturbinen 4, 5, 6 gekuppelte Synchron generatoren sind, die auf die abgehenden Fernleitungen 7, 8, 9 arbeiten. Die Genera toren sind über die Synehronisiersammel- schienen 10 und 11 miteinander gekuppelt. 12, 18 und 14 sind drei Hilfssynchronmaschi- nen, die mit den Hauptsynchrongeneratoren mechanisch gekuppelt sind. 15 ist ein Syn chrongenerator für die Erzeugung einer kon stanten Leitfrequenz.
Der Synchrongenera tor wird dazu in passender Weise mit kon stanter Drehzahl angetrieben, beispielsweise dient -als Antriebsmotor ein Gleichstrom nebenschlussmotor mit besonderen Steuerein richtungen für die Konstanthaltung der Drehzahl. Die Spannung und die Frequenz der Maschine 15 stimmen im normalen Be trieb mit den Frequenzen und Spannungen der Maschinen 12, 13 und 14 überein. Von der vom Generator 15 gespeisten Uitfre- quenzleitung 16 gehen in Parallelschaltung die Abzweigungen 17, 18 und 19 ab.
Die an den Abzweigleitungen herrschende Spannung der Leitmaschine 15 wirkt nun in Gegen- schaltung mit der Spannung der mit den ein zelnen Synchrongeneratoren gekuppelten Hilfssynchronmaschinen auf den Kraft- zufuhrregler (20, 21 oder 22) der zugehöri gen Dampfturbine ein.
Die Wechselstrom wicklungen der Hilfssynchronmaschinen 12, 13 oder 14 sind dazu in die Verbindungs leitungen zwischen den graftzufuhrreglern und der Leitung 16 gegensinnig eingeschal tet, so dass sie im normalen Betrieb die Span nung des Leitgenerators 15 in ihrer Einwir kung auf die Kraftzufuhrregler sowohl in der Grösse, als auch in der Phase aufheben.
Bei Abweichungen der Polradstellungen der Synchrongeneratoren 1 bis 3 vom Sollwert geben auch die Spannungen der Hilfssyn- chronmaschinen und des Leitgenerators 15 eine Resultierende, die den Kraftzufuhr regler der Dampfturbine im Sinne einer Rückgängigmachung der Abweichungen be einflusst.
Man sieht, dass diese Einrichtung sowohl bei der Gefahr eines Aussertrittfal- lens der Synchrongeneratoren bei Störungen im Netze wirksam ist, als auch gleichzeitig als Leitungsregler wirkt, da bei stärkerer Be lastung des gesamten Netzes sämtliche Syn chrongeneratoren in ihrer Polradstellung ge genüber der Leitfrequenz der Maschine 15 zurückbleiben und daher an sämtlichen Gene ratoren die Kraftzufuhr verstärkt wird.
Man kann die dargestellte Einrichtung auch zur Aufteilung der betriebsmässigen Belastung auf die einzelnen Generatoren verwenden, in dem man die Ständer der Hilfsmaschinen 12, 13, 14 verdrehbar macht und auf diese Weise die Phasenlage der Wechselspannung der Hilfssynchronmaschinen gegenüber der Span nung des Leitgenerators 15 verstellt und da mit auch gleichzeitig die Energiezufuhr an der zugehörigen Turbine ändert.
In der Zeichnung sind neben den einzelnen Genera toren die Vektoren I der Spannung des Leit- generators 15 eingetragen, ausserdem die Vektoren II, III und IV der Spannungen der Hilfssynchronmaschinen 12, 13 und 14. Man sieht, dass die beiden Vektoren jeweils einen verschiedenen Phasenwinkel miteinander ein schliessen. Entsprechend diesem Phasenwin- kel ist auch die Belastung auf die einzelnen Synchrongeneratoren 1, 2 und 3 aufgeteilt, wenn man gleiche Grösse für diese Genera toren voraussetzt.
Die Anordnung nach der Erfindung er fordert Hilfsleistungen für die Leitfrequenz oder die mittlere Frequenz zwischen den ein zelnen Maschinen oder den verschiedenen Kraftwerken. Hierfür kann man entweder, wie dargestellt, besondere Leitungen ziehen oder man kann bei voneinander erheblich entfernten Kraftwerken die Hilfsleitung durch Hochfrequenzverbindungen herstellen.
Derartige durch hochfrequente Wellen be wirkten Verbindungen sind für die gegen seitige Steuerung von in Leitungen verteilten Schaltern oder Anzeigeinstrumenten oder Re lais bereits bekannt.