CH159515A - Protective arrangement for generators driven by counter-rotating turbines, in particular by Ljungström turbines. - Google Patents

Protective arrangement for generators driven by counter-rotating turbines, in particular by Ljungström turbines.

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CH159515A
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generators
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wattmetric
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turbines
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Inventor
Aktieng Siemens-Schuckertwerke
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Siemens Ag
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  

  Schutzanordnung für     durch        Gegenlaufturbinen,    insbesondere durch     Ljungströmturbinen     angetriebene     Generatoren.       Generatoren, welche beiderseitig, das heisst  auf der Antriebsseite und auf der Seite der  Leistungsabgabe parallelgeschaltet sind, müs  sen sich stets in gleichem Betriebszustand  befinden. Sonst tritt eine Energieübertragung  von dem einen Generator auf den andern  Generator ein. .Durch eine geeignete Diffe  rentialschaltung kann man den Ausgleich  stram, der zwischen .den beiden Maschinen  bei ungleichem Betriebszustand     auftritt,    er  fassen.  



  Wenn beide Maschinen in vollem Betrieb  sind, deutet das Auftreten eines Ausgleich  stromes darauf hin, dass in einer Maschine  ein Fehler entstanden ist. Durch den Aus  gleichstrom kann man also unter Verwen  dung von Relais, welche auf den Differenz  strom zwischen entsprechend gleichen Phasen  der Generatoren ansprechen, eine Abschal  tung des ganzen Aggregates und     bezw.    oder  eine     Signalisierung    bewirken.

      Eine besondere Art von solchen Genera  toren stellen die     Ljungström-Generatoren    dar,  welche zwar beiderseitig parallel geschaltet  sind, bei     :denen    aber die Parallelschaltung auf  der     Antriebsseite    derart gestaltet ist, dass die  Maschinen nicht starr miteinander gekuppelt  sind,     so,dass    .sie also nicht     zwangläufig        .durch     die Antriebsmaschine in Synchronismus ge  halten werden.

   Namentlich beim Anlassen  treten     Ausgleiöhströme    zwischen beiden  Generatoren auf, die ihre Ursache darin  haben, dass die Maschinen nicht vollkommen  synchron anlaufen, sondern erst von einer       gewissen    Höhe ihrer Geschwindigkeit an     ,sich     selbst durch die .synchronisierende Kraft  ihrer Ankerströme und Felder in Synchronis  mus bringen und halten. Die Folge dieser  Eigentümlichkeit ist, dass man     Vorkehrungen     treffen muss, welche ein Ansprechen des Dif  ferentialschutzes während der     Anlasszeit    der  Maschinen verhüten.

   Es ist zu diesem Zweck      vorgeschlagen worden,     edie    Differentialrelais  abzuschalten und beispielsweise erst durch  einen Hilfskontakt am Leistungsschalter,  welcher das Aggregat mit dem Netz verbin  det, zugleich wieder arbeitsfähig zu machen.  



  Erfindungsgemäss     wird    ein anderer Weg  beschritten, um das fehlerhafte Ansprechen  der Schutzanordnung während der     Anlasszeit     auszuschliessen. Es     wird    zu diesem Zweck  ein     wattmetrisches    Überwachungsrelais vor  gesehen, dessen Empfindlichkeit von einer  während der Anlaufzeit des Aggregates noch  nicht in voller     Stärke    auftretenden gemein  samen Betriebsgrösse der Generatoren des  Aggregates abhängig ist.  



  In .den beiliegenden     Fig.    1 und 2 sind  Ausführungsbeispiele der. Erfindung erläu  tert. Mit<I>A</I> und<I>B</I> sind die beiden durch       Gregenlaufturbinen    angetriebenen, parallel ge  schalteten Generatoren, zum Beispiel die  Generatoren eines     Ljungström-Aggregates,     bezeichnet. Die Klemmen der Maschinen     .f1.     und B sind durch Leitungen 1 und 2 unter  einander verbunden, von welchen die gemein  same Leitung 3 abgeht, über welche die Ma  schinen auf das Leitungsnetz arbeiten. In  der Leitung 3 liegt ein Leistungsschalter 4,  der durch eine     Auslösespule    5 im Fehler  falle geöffnet werden kann.

   In der Stern  punktseite der Wicklungen der Generatoren  <I>A</I> und<I>B</I> ist jede Phase mit einem Strom  wandler ausgerüstet. Die Schaltung dieser  Stromwandler ist nur     für,das        Stromwandler-          paar    6 und 7     ausgeführt.    Die Stromwandler  6 und 7 sind     gegeneinandergeschaltet    durch  die Leitungen 8 und 9. In der Leitung. 8  liegt die     P-        märwicklung    eines     Zwischen-          wandlers    10, von dessen Mittelpunkt eine       Leitung    11 ausgeht.

   Die Leitung 11 ist an  die eine Klemme eines Stromwandlers 12 an  geschlossen, der in der entsprechenden Phase  der Sammelleitung 3 liegt. Das andere Ende  der Sekundärwicklung des Stromwandlers 12  ist über eine Leitung 13 mit der     Leitung    9  verbunden. An die Klemmen des Strom  wandlers 12 ist ein Differentialrelais 14 an  geschlossen. Dieses     Differentialrelais    gehört  zu einem     Differentialsehutz,    durch welchen    der     Generatorstrom    in der     gemeinsamen    Lei  tung 3 mit der Summe der     Generatorströme     in den beiden entsprechend gleichen Phasen  wicklungen der Generatoren<I>A</I> und<I>B</I> ver  glichen wird.

   Im Zuge der Leitung 11 liegt  die     Stromspule    eines     wattmetrischen    Diffe  rentialrelais 15. Die zweite Spule des Diffe  rentialrelais 15 ist an die     Sekundärwickluno,     des Zwischenwandlers 10 angeschlossen.  Wenn infolge eines Fehlers in einem der  beiden Generatoren A und B     bezw.    in den  Zuleitungen 1 und 2 die     Leistungen    der bei  den Generatoren ungleich werden, wird die  Sekundärwicklung des Zwischenwandlers 10  erregt. Ein dem Gesamtstrom des Aggre  gates proportionaler Strom durchfliesst den  Leiter 11, und infolgedessen sind beide Wick  lungen des wattmetrischen Relais 15 erregt.

    Dadurch kommt der Kontakt 16 :dieses Re  lais zum Ausschlag, wobei die Ausschlags  richtung davon abhängt, welche Maschine  die grössere Leistung abgibt. Kontakt 16  arbeitet mit zwei     Kontaktpaaren    zusammen,  bewirkt durch diese einerseits die Abschal  tung :des     Generators    vom Netz     und    betätigt  anderseits eine Signalvorrichtung, zum Bei  spiel Fallklappen, so     dass    sofort erkennbar  ist,     welcher    Generator die grössere     Leistung     führt.  



  In     Fig.    2 ist im wesentlichen die gleiche  Anordnung der Generatoren<I>A, B</I> wieder  gegeben wie in     Fig.    1. Ein     Zwischenwandler     17 wird von der Differenz der     Ströme    in den  Generatoren A und B erregt. An seine       Sekundärwicklung    ist die eine     Spule    des       wattmetrischen    Relais 15 angeschlossen. Die  zweite Spule .des     wattmetrischen    Relais 15  wird nicht vom Strom, sondern von der  Spannung der Generatoren<I>A</I> und<I>B</I> erregt.

         Auf    diese Weise lässt sich erzielen, dass beim  Anlassen der Generatoren die hin- und her  flutenden     Ausgleichströme    :abwechselnd ent  gegengesetzt gerichtete Drehmomente im Re  lais 15 auslösen, so dass .dieses bei ausreichen  der Dämpfung nicht zu einem Ausschlag und  zur Betätigung der Kontakte kommt.  



  Verwendet man als wattmetrisches Relais  ein     Ferraris-R@elais,    so gewinnt man den Vor-      teil, dass der Differentialschutz während der  Anlaufzeit besonders unempfindlich ist, weil  das Drehmoment eines     Ferrarissystems    bei  niedriger Frequenz ebenfalls klein ist. Es ist  möglich, die Anordnung so zu wählen, dass  ein nennenswertes Drehmoment im     Ferraris-          rela.is    erst darin erreicht wird, wenn .die Fre  quenz der Ströme nahezu die Betriebs  frequenz erreicht, das heisst also, wenn Aus  gleichströme entstehen, welche nicht     Schwe-          bungsfrequenz,    sondern Betriebsfrequenz be  sitzen.

   In der gleichen Weise wirkt auch  der Zwischenwandler 10     bezw.    17, dessen       Übersetzungsverhältnis    ebenfalls     frequenz-          abhängig    ist.  



  Die Schaltung nach     Fig.    1 besitzt den       Besonderen    Vorteil, dass die Empfindlichkeit  des Differentialrelais 15 mit .der Belastung  der Maschine wächst. Dies ist insofern gün  stig, als bei schwacher Belastung des Aggre  gateneine gewisse Mehrbelastung der einen       .Maschine    gegenüber der andern für die stär  ker belastete Maschine noch keine Gefahr be  deutet. Bei starker Belastung des Aggregates  dagegen     muss    auf die gleichmässige Vertei  lung der Gesamtlast grösster Wert gelegt  werden.

      Die Anordnung gemäss     Fig.2    weist im  verstärkten Masse .die Eigenschaft auf, dass  sie während der     Anlasszeit    -unempfindlich ist  Dies deshalb, weil das Drehmoment im watt  metrischen Relais 15 erst mit wachsender       Spannung    hervortreten kann. Gemeinsam ist  leiden     Anordnungen,,dass    keinerlei Umschal  tungen erforderlich sind, um die Empfind  lichkeit des Schutzes während der     Anlasszeit     gering und während der Betriebszeit wesent  lieh höher einzustellen. Statt für jede Phase  ein besonders wattmetrisches Relais anzu  ordnen, kann man auch für alle     Phäsen    ein  gemeinsames     Relais    vorsehen.

   Statt der  elektrischen Differenzbildung, zum Beispiel  mittelst Zwischenwandler, kann auch eine  mechanische Differenzbildung angewendet  werden, indem mehrere Messgeräte mecha  nisch miteinander gekuppelt werden. Die     Ab-          s        'haltuncr    und     Aberregung    der Generatoren  e     L'       wird zweckmässig nicht unmittelbar durch  die Differentialrelais ausgelöst,     sondern     durch Zeitrelais, welche von den Differen  tialrelais zum     Abauf    gebracht werden.  



  Wie vorhin erläutert, ist es sehr günstig,  die eine Spule des wattmetrischen Differen  tialrelais proportional dem     Gesamtbelastungs-          strom    zu erregen, und dadurch erreicht man,  ,dass die Empfindlichkeit des Schutzes mit  der Belastung wächst. Bei .dieser Anordnung  ist aber nachteilig, dass im Leerlauf das  Schutzrelais nicht arbeiten kann. Daher ist  als weitere Ausführungsform bereits eine  Relaisanordnung beschrieben worden, bei der  die Erregung der einen     Wattmeterspule    des  Differentialrelais. von einer     Spannung    der       Maschine    ausgeht.

   Diese Anordnung macht  .den Schutz auch bei     vollkommenem    Leerlauf  des Aggregates arbeitsfähig, ist dagegen der  vorhin erwähnten Ausführungsform, bei wel  cher die eine     Wattmeterspule    vom Be  lastungsstrom erregt wird, dadurch unter  legen,     .dass    ihre Empfindlichkeit von der Be  lastung vollkommen unabhängig ist. Durch  Vereinigung der beiden Prinzipien erhält  man ein Relais, welches einerseits bereits bei  Leerlauf betriebsfähig ist und anderseits eine  mit dem Belastungsstrom wachsende Emp  findlichkeit besitzt.

   Bei einem solchen Re  lais wird beispielsweise das eine Feld des  wattmetrischen Gerätes von Gesamtstrom und  Spannung gemeinsam aufgebaut, beispiels  weise durch Phasenströme und Phasenspan  nung, während das bewegliche System durch  den     Ausgleichstrom    erregt wird.



  Protective arrangement for generators driven by counter-rotating turbines, in particular by Ljungström turbines. Generators that are connected in parallel on both sides, that is, on the drive side and on the power output side, must always be in the same operating state. Otherwise there will be a transfer of energy from one generator to the other. By using a suitable differential circuit, the compensation that occurs between the two machines in the event of an unequal operating condition can be grasped.



  If both machines are in full operation, the occurrence of a compensating current indicates that a fault has occurred in one machine. Through the direct current from one can so using relays, which respond to the difference in current between correspondingly the same phases of the generators, a shutdown device of the whole unit and BEZW. or cause signaling.

      A special type of such generators are the Ljungström generators, which are connected in parallel on both sides, but in which the parallel connection on the drive side is designed in such a way that the machines are not rigidly coupled to one another, so that they are not inevitably be kept in synchronism by the drive machine.

   Especially when starting, compensation currents occur between the two generators, which are caused by the fact that the machines do not start completely synchronously, but only from a certain level of their speed to bring themselves into synchronization through the synchronizing force of their armature currents and fields hold. The consequence of this peculiarity is that precautions must be taken to prevent the differential protection from responding during the start-up time of the machines.

   For this purpose, it has been proposed to switch off the differential relays and, for example, only make them operational again at the same time through an auxiliary contact on the circuit breaker, which connects the unit to the mains.



  According to the invention, a different approach is taken in order to rule out the incorrect response of the protective arrangement during the starting time. For this purpose, a wattmetric monitoring relay is seen, the sensitivity of which is dependent on a common operating variable of the generators of the unit that does not yet occur in full strength during the start-up time of the unit.



  In .den accompanying Figs. 1 and 2 are exemplary embodiments of the. Invention erläu tert. With <I> A </I> and <I> B </I> the two generators driven by Gregenrun turbines and connected in parallel, for example the generators of a Ljungström unit, are designated. The terminals of the machines .f1. and B are connected by lines 1 and 2 with each other, from which the common line 3 goes off, through which the machines work on the line network. In line 3 there is a circuit breaker 4 which can be opened by a trip coil 5 in the event of a fault.

   In the star point side of the windings of the generators <I> A </I> and <I> B </I>, each phase is equipped with a current transformer. The circuit of these current transformers is only designed for the current transformer pair 6 and 7. The current transformers 6 and 7 are connected to one another by the lines 8 and 9. In the line. 8 is the primary winding of an intermediate transformer 10, from the center of which a line 11 extends.

   The line 11 is connected to one terminal of a current transformer 12, which is in the corresponding phase of the bus 3. The other end of the secondary winding of the current transformer 12 is connected to the line 9 via a line 13. At the terminals of the current converter 12, a differential relay 14 is closed. This differential relay is part of a differential protection through which the generator current in the common line 3 is compared with the sum of the generator currents in the two correspondingly identical phase windings of the generators <I> A </I> and <I> B </I> becomes.

   In the course of the line 11, the current coil of a wattmetric differential relay 15 is located. The second coil of the differential relay 15 is connected to the secondary winding of the intermediate converter 10. If as a result of a fault in one of the two generators A and B respectively. In the supply lines 1 and 2, the powers of the generators are unequal, the secondary winding of the intermediate converter 10 is excited. A current proportional to the total current of the aggregate flows through the conductor 11, and as a result both windings of the wattmetric relay 15 are excited.

    This brings the contact 16: this relay to deflection, the deflection direction depending on which machine is delivering the greater power. Contact 16 works together with two pairs of contacts, on the one hand causing the disconnection of the generator from the mains and on the other hand activating a signaling device, for example drop flaps, so that it is immediately recognizable which generator has the greater power.



  In FIG. 2, essentially the same arrangement of the generators <I> A, B </I> is shown as in FIG. 1. An intermediate converter 17 is excited by the difference in the currents in the generators A and B. One coil of the wattmetric relay 15 is connected to its secondary winding. The second coil of the wattmetric relay 15 is not excited by the current, but by the voltage of the generators <I> A </I> and <I> B </I>.

         In this way it can be achieved that when the generators are started, the equalizing currents flowing back and forth: alternately trigger oppositely directed torques in the relay 15, so that this does not cause a deflection and actuation of the contacts when the damping is sufficient.



  If a Ferraris-R @ elais is used as a wattmetric relay, one gains the advantage that the differential protection is particularly insensitive during the start-up time because the torque of a Ferrari system is also small at low frequency. It is possible to choose the arrangement in such a way that a significant torque in the Ferraris relay is only achieved when the frequency of the currents almost reaches the operating frequency, that is, when equal currents arise that are not welding - Exercise frequency but operating frequency.

   In the same way, the intermediate converter 10 acts respectively. 17, whose transmission ratio is also frequency dependent.



  The circuit according to FIG. 1 has the particular advantage that the sensitivity of the differential relay 15 increases with the load on the machine. This is beneficial insofar as when the unit is lightly loaded, a certain additional load on one machine compared to the other does not mean any danger for the more heavily loaded machine. If the unit is heavily loaded, on the other hand, great importance must be attached to the even distribution of the total load.

      The arrangement according to FIG. 2 has the property that it is insensitive during the starting time. This is because the torque in the watt metric relay 15 can only emerge as the voltage increases. What they have in common is arrangements that no switchover is required in order to set the sensitivity of the protection low during the starting time and significantly higher during the operating time. Instead of arranging a particularly wattmetric relay for each phase, a common relay can also be provided for all phases.

   Instead of forming the electrical difference, for example by means of an intermediate converter, a mechanical difference can also be used, in that several measuring devices are mechanically coupled to one another. The stopping and de-excitation of the generators e L 'is expediently not triggered directly by the differential relays, but rather by timing relays which are brought down by the differential relays.



  As explained before, it is very beneficial to energize one coil of the wattmetric differential relay proportionally to the total load current, and this means that the sensitivity of the protection increases with the load. This arrangement has the disadvantage that the protective relay cannot work when idling. Therefore, a relay arrangement has already been described as a further embodiment, in which the excitation of a wattmeter coil of the differential relay. assumes voltage in the machine.

   This arrangement makes .the protection work even when the unit is completely idle, but is inferior to the previously mentioned embodiment, in which the one wattmeter coil is excited by the load current, because its sensitivity is completely independent of the load. By combining the two principles, a relay is obtained, which on the one hand is already operational when idling and on the other hand has a sensitivity that increases with the load current.

   In such a relay, for example, one field of the wattmetric device of total current and voltage is built up together, for example by phase currents and phase voltage, while the moving system is excited by the equalizing current.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Schutzanordnung für durch Gegenlauf turbinen, insbesondere durch Ljungström- turbinen angetriebene Generatoren mit einer Relaiseinrichtung, welche die Energieüber gabe von einem Generator an den andern überwacht, gekennzeichnet .durch die Ver- wenduric eines Überwachungseinrichtungen betätigenden wattmetrischen Überwachungs relais, .dessen Empfindlichkeit von einer während der Anlaufzeit des Aggregates noch nicht in voller Stärke auftretenden gemein- sauren Betriebsgrösse -der Generatoren ab hängig ist. PATENT CLAIM: Protection arrangement for generators driven by counter-rotating turbines, in particular by Ljungström turbines, with a relay device that monitors the transfer of energy from one generator to the other, characterized by the use of a wattmetric monitoring relay that actuates monitoring devices, its sensitivity from a During the start-up period of the unit, the common acid operating size of the generators does not yet occur in full strength. UNTERANSPRüCHE: 1. Anordnung nach Patentanspruch,dadurch gekennzeichnet, dass .die Stromsumme und ,die Stromdifferenz gleicher Phasen beider Generatoren je eine Spule eines watt metrischen Relaissystems erregen. 2. Anordnung nach, Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdifferenz gleicher Phasen beider Generatoren die eine Wicklung und _ die Spannung des Aggregates dis andere Wicklung je eines wattmetrischen Relaissystems erregen. 3. SUBClaims: 1. Arrangement according to claim, characterized in that .the current sum and the current difference in the same phases of the two generators each excite a coil of a watt metric relay system. 2. Arrangement according to claim, characterized in that the current difference of the same phases of the two generators excite one winding and the voltage of the unit dis the other winding each of a wattmetric relay system. 3. Anordnung nach Patentanspruch; dadurch gekennzeichnet; dass wattmetrische Relais zur Anwendung kommen, .die auf dem Induktionsprinzip beruhen. .4. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Generatoren Relais dienen, in denen die Differenz der Belastungen der beiden Generatoren mechanisch gebildet wird. 5. Arrangement according to claim; characterized; that wattmetric relays are used, which are based on the induction principle. .4. Arrangement according to patent claim, characterized in that the generators are monitored by relays in which the difference between the loads on the two generators is formed mechanically. 5. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die wattmetrischen Relais bei ihrem Ansprechen je nach ihrer Ausschlagsrichtung verschiedene Signal einrichtungen auslösen, ,durch welche er- kennbar gemacht wird, in welchem Gene- ratoT der Fehler entstanden ist. 6. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Feld des wattmetrischen Relais von der Strom summe und der Spannung der Maschinen gemeinsam hervorgerufen wird. Arrangement according to patent claim, characterized in that the wattmetric relays when responding trigger different signal devices depending on their direction of deflection, by which it is made recognizable in which generator the error occurred. 6. Arrangement according to claim, characterized in that the one field of the wattmetric relay is caused jointly by the current sum and the voltage of the machines.
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