CH407295A - Underexcitation protection for synchronous machines - Google Patents

Underexcitation protection for synchronous machines

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Publication number
CH407295A
CH407295A CH510561A CH510561A CH407295A CH 407295 A CH407295 A CH 407295A CH 510561 A CH510561 A CH 510561A CH 510561 A CH510561 A CH 510561A CH 407295 A CH407295 A CH 407295A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
underexcitation
relay
machine
characteristic
dependent
Prior art date
Application number
CH510561A
Other languages
German (de)
Inventor
Armin Dipl Ing Fischer
Erwin Dipl Ing Zurowski
Original Assignee
Siemens Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Ag filed Critical Siemens Ag
Publication of CH407295A publication Critical patent/CH407295A/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0805Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for synchronous motors

Description

  

      Untererregungsschutz    für Synchronmaschinen    Zum Betrieb von Synchronmaschinen ist für jeden  Betriebszustand eine bestimmte Erregung notwendig,  um einen stabilen Betrieb zu ermöglichen. Diese Erre  gung ist für jede Maschine durch das entsprechende  Diagramm festgelegt, wie es für einen bestimmten Fall  in Figur 1 für einen Turbogenerator, d. h. eine Voll  polmaschine, gezeigt ist.  



  Die angegebenen Grössen sind wie üblich bezogene  Grössen. Der Kreis 1 stellt den geometrischen     Ort    für  den     Ständernennstrom    dar. Er hat als Mittelpunkt den  Nullpunkt des rechtwinkligen Koordinatensystems, in  dem auf der Ordinate nach oben die     generatorische    und  nach unten die     motorische    Wirklast in MW aufgetra  gen ist. Auf der Abszisse ist nach rechts die induktive  und nach links die     kapazitive        Blindlast    in     MVAr    auf  getragen.

   In den Quadranten I und Wist     eine    Über  regung und in den beiden anderen Quadranten     1I    und       III    eine Unterregung gegeben. Bei dem beispielsweise  angegebenen     Verhältnis    von     J,;

  ./J"    =     1/Xd    = 0,6 ist  auf dem     linken    Teil der Abszisse der Mittelpunkt für  den Kreis 2     gelegt,    der den geometrischen Ort des       Nennlast-Erregerstromes        Jer,.    darstellt.     J,",    bedeutet den  Erregerstrom, der zur Erregung der Nennspannung bei  Leerlauf notwendig ist und     J"    stellt den Nennwert des       Ständerstromes    dar, während     X"    die     Synchronreaktanz     (Sättigung vernachlässigt) ist.  



  Für eine     Maschine    mit     J,;,/J"    = 0,6 verläuft     durch     den Punkt 0,6 parallel: zur Ordinate die     theoretische     statische     Stabilitätskennlinie    3, die einem     Polradwinkel     von 8 = 90  entspricht.  



  Von der Geraden 3 im Sinne eines kleineren zu  lässigen     Polradwinkels    8 entfernt befindet sich die    praktische statische     Stabilitätskennlinie    4, die spiegel  bildlich zur Abszisse liegt und     einen    in     der    Mittelzone  gekrümmten Verlauf hat.

   Sie berücksichtigt     sämtliche          Reaktanzen    zwischen der Maschine und dem als starr       angenommenen    Netz, also beispielsweise die     Reaktan-          zen    von Transformatoren und     Zuleitungen.    Ausserdem  ist noch die     dynamische        Stabilitätskennlinie    5 gegeben,  die     ebenfalls    durch den Punkt 0,6 geht.  



  Für die dynamische     Stabilitätskurve        sind    die     tran-          sienten    Grössen massgebend. Den genannten     Stabilitäts-          kennlinien    ist gemeinsam, dass sie einer     bestimmten     Wirklast stets eine ganz bestimmte     kapazitive    Blind  last zuordnen, die bei den entsprechenden Betriebs  verhältnissen noch     ein    stabiles Arbeiten der Maschine  ergibt.  



  Gegenstand der Erfindung ist ein     Untererregungs-          schutz    für Synchronmaschinen, der ermöglicht, das       Überschreiten    eines durch die     Stabslitätskennlinien     festgelegten     Verhältnisses    von Blind- zu Wirklast zu  erfassen und entweder eine Meldung zu     ;geben    oder die  Maschine abzuschalten.

   Für den Fall, dass die Ma  schine als Phasenschieber betrieben wird, gilt     sinnge-          mäss    das Überschreiten einer bestimmten     kapazitiven          Blindlast    als Kriterium für die Abgabe der Meldung  bzw. die Abschaltung der     Maschine.     



  Es ist     bekannt,    für     Untererregungsschutz        Blindlei-          stungsrelais    oder     Impedanzrelais    in     Abhängigkeit    von  elektrischen     Ständergrössen    oder     Stromrückgangsre-          lais    bzw.     Quotientenrelais    in Abhängigkeit von elektri  schen     Läufergrössen    zu verwenden.

   Da     Blindleistungs-          relais    eine gerade     Kennlinie    haben, die in Figur 1 pa  rallel zur Ordinate verläuft     und    die     Impedanzrelais         eine     Kreiskennlinie    im     kapazitiven        Sektor    aufweist,  kann .nicht in jedem     Fall    die zu     einer    bestimmten Wirk  last notwendige Blindlast erfasst werden.

   Bei Anord  nung eines     Stromrückgangsrelais    im Erregerkreis der       Synchronmaschine    ergibt sich     kenne        einwandfreie    Be  tätigung,     wenn    die     Maschine    nicht erregt ist, unter  erregt oder negativ erregt wird. Auch kann mit einer  solchen Anordnung nur     eine    gewisse     Unterregungs-          grenze        eingestellt    werden, vor deren Erreichung die auf  die     Wirklast    bezogene Erregung bereits unzulässig  niedrig sein kann.

   Auch die Verwendung eines Quo  tientenrelais ,im Erregerkreis gibt keinen sicheren  Schutz für alle Fälle, da das     Quotientenrelais    von  Strom und Spannung abhängig ist und es somit nur  anspricht, wenn der     Erregerkreis    unterbrochen ist. Es  spricht     jedoch    nicht an,     wenn    die Erregung z. B. durch  Rundfeuer am Anker der     Haupterregermaschine    aus  fällt. Ferner ermöglicht es     keine    Unterscheidung, ob die  Maschine bei der bestimmten     Wirklast    untererregt ist  oder nicht.  



  Aufgabe der     Erfindung    ist es, einen     Untererregungs-          schutz    zu     ermöglichen    der für     alle    möglichen Betriebs  fälle bei Untererregung eine Überschreitung des jeweils  zulässigen Verhältnisses von Blind- zu     Wirklast,    bzw.

    bei     Phasenschiebern    der Blindlast     allein,    sicher     erfasst     und die von ihm abhängigen Organe     betätigt.    Dies  gelingt auf einfache Weise nach der Erfindung     dadurch,     dass ein von Strom und Spannung des Ständers     be-          einflusstes        Mischimpedanzrelais,    dessen     Ansprech-          kennlinie    den     Stabil,itätskennlinien    der Synchronma  schine angepasst ist, gegebenenfalls .im Zusammenwir  ken mit einem von den     elektrischen    Grössen des Er  regerkreises der Synchronmaschine bzw.

   Erregerma  schine betätigten     Gliedes    und/oder einer Zeitverzöge  rung, wenigstens einen Melde-, Steuer- und/oder Regel  kreis betätigt. Mit dem     Mischimpedanzrelais    gelingt es,  auf die weiter unten noch näher angegebene     Weise,    eine       Ansprechkennlinie    in Form eines     Kegelschnittes    zu  erhalten und diese so zu     legen    und :. in ihrer Form zu  verändern, dass sich eine bestmögliche Anpassung an  eine der genannten     Stabilitätskennlinien    erreichen lässt.  



  In Figur 1 sind die entsprechenden     Relaiskennlinien     mit 6, 7 und 8 bezeichnet. Die     Kennlinie    6 stellt eine  Hyperbel dar, deren Asymptoten mit den Schenkeln  der     Stabilitätskennlinie    4 zusammenfallen. Die Hyper  bel liegt symmetrisch zur Abszisse und ihre Asymptote  schliesst mit dieser den Winkel a ein. Die     Kernlinie    7  ist der     Stabilitätskennlinie    3 angepasst und die Kenn  linie 8 der dynamischen     Stabilitätskennlinie    5. An Stelle  der     Hyperbeln    können die Kennlinien auch Ellipsen,  Kreise oder Geraden sein.  



  Die Anordnung nach der Erfindung kann vorteil  haft so getroffen sein, dass das     Mischimpedanzrelais     beim Überschreiten der eingestellten     Relaisansprech-          kennlinie    selbsttätig in seinem Strom- und/oder     Span-          nungskreis    liegende Einstellmittel, z. B. Widerstände,  Drosseln, Kondensatoren, so verändert, dass sie der       dynamischen        Stabilitätskennlinie    näher liegt oder an  diese bestmöglich angepasst ist.

   Dabei kann     zweck-          mässig    das     Mischimpedanzrelais    beim Überschreiten    der ersten     Relaiskennlinie    beispielsweise eine Meldung  abgeben. Beim Überschreiten der     sich    durch die Um  schaltung ergebenden zweiten     Relaiskenuliniie    kann  dann z. B.     eine        Abschaltung    der Maschine eingeleitet  werden.

   Diese Abschaltung kann gegebenenfalls von  den elektrischen     Läufergrössen    und einer Zeitverzö  gerung     beeinflusst        werden.        Als    Kriterium für die Mel  dung, Abschaltung oder anderer die Maschine     ge-          eignet        beeinflussender    Massnahmen kann auch die  Schnelligkeit des Anstieges der Messgrösse des Misch  impedanzrelais nach Überschreiten der ersten Relais  kennfnie dienen.  



  Für die     elektrischen    Grössen im     Erregerkreis    der  Maschine sind     entweder    die     Absolutwerte    von Span  nung und/oder Strom im Erregerkreis, deren Anstieg in  einer bestimmten     Zeit    und/oder deren zeitliche Diffe  rentialquotienten heranzuziehen.  



  Es kann     auch    der     selbsttätige    Spannungsregler zur       Beeinflussung    des     Untererregungsschutzes    :nach der Er  findung mitbenutzt werden.     Hierzu    werden zweck  mässig die Melde-, Steuer- und/oder Regelkreise des       Untererregungsschutzes    in Abhängigkeit von den Ein  gangs- und/oder Ausgangsgrössen des Spannungs  reglers gebracht. Durch den Einsatz eines entsprechen  den Reglers kann die Maschine bis zur     dynamischen          Stabilitätskennlinie    gefahren werden. Bei     Schlüpfen    der  Maschine kann dann entweder nur eine Meldung er  folgen oder die Maschine abgeschaltet werden.  



  Mit dem     'in    Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel  des Gegenstandes nach der Erfindung     können    die ge  nannten     Kenrnlin'ien    auf einfache Weise erhalten bzw.  eingestellt werden. Die selbsttätige Umschaltung der       Kennliriien    ist .hierbei aus Gründen der     übersichblich-          keit    nicht dargestellt worden.  



  Bei Betrieb     innerhalb    des statischen Stabilitätsbe  reichs ist eine zur Abszisse symmetrische Hyperbel als       Ansprechkennlinie    gewählt, da sie besonders gut an die  praktische statische     Stabilitätskennlinie    angepasst wer  den kann, die im     generatorischen    wie im motorischen  Bereich der     Maschine    den gleichen Verlauf hat. Dies ist  insbesondere bei solchen Maschinen wichtig, die in  beiden Betriebszuständen gefahren werden, wie dies  beispielsweise bei     Pumpspeichermaschinen    der Fall ist.

    Durch Verdrehen der Hyperbel     gelangt    eine gute An  passung an die     dynamische        Stabilitätskennlime.    Ein  Betrieb der Maschine zwischen statischer und dyna  mischer     Grenzkennlinie    der Figur 1 kann dann     zweck-          mässig    und zulässig sein, wenn     durch    Anwendung  schnell arbeitender Regeleinrichtungen, die vom Pol  radwinkel abhängig beeinflusst werden, dafür gesorgt  ist, dass ein Überschreiten der     dynamischen        Stabilitäts-          kennl'inie    vermieden wird.

      Das     Mischimpedanzrelais    weist drei Gleichrichter       G1,        G2    und     G3    auf, von denen die beiden letzteren pa  rallel arbeiten und zum Gleichrichter     G1        antipa-          rallelgeschaltet    sind. Zu den genannten     Gleichrichtern     liegt eine Relaiswicklung Z und ein Kondensator     C,     parallel. Der Gleichrichter     G1    wird von der Sekun  därseite eines Wandlers     Tr,.    gespeist, der drei Primär  wicklungen a, b und c hat.

   Der Gleichrichter     G#.    ist an      die Sekundärseite eines Wandlers     Trz        angeschlossen,     der     ebenfalls        drei        Primärwicklungen    aufweist, von dem  die ersten     Primärwicklungen    aus zwei     Teilwicklungen    d       und    c bestehen, während die beiden     anderen    Wicklun  gen f und     g        einteilig    sind.

   Der dritte     Gleichrichter    G3  ist an die     Sekundärseite        eines    dritten     Wandlers        Tr"    an  geschlossen, der nur eine einzige Primärwicklung h  aufweist. Die Primärwicklung a hat eine     Mittelpunkts-          anzapfung,    die mit dem einen Ende der Sekundär  wicklung des Transformators     Tr,        angeschlossen    ist, der       primärseitig    vom     Ständerstrom    J     gespeist    wird.

   Das  andere Ende dieser     Sekundärwicklung    ist einerseits  über einen Kondensator     C2    und Steilwiderstand     W5     und die     Teilwicklung    e an das eine Ende der     Wicklung     a     angeschlossen    und andererseits über einen Steilwider  stand     W,    und die andere Teilwicklung d mit dem  anderen Ende     der    Wicklung a verbunden.

   Die Ströme  durch den Widerstand und Kondensator, die mit     J .     und     J,    bezeichnet sind, sind in den beiden Hälften der       Wicklung    a und     ebenso    in     den    beiden     Teilwicklungen     d und c entgegengesetzt gerichtet.

   Durch Verstellen der  
EMI0003.0038     
    Darin bedeutet:  1 eine Grösse, die den Abstand des Hyperbel  scheitels vom     Koord,inatenursprung    festlegt, das Zei  chen     jcy        bedeutet        eine    Phasendrehung des Stromes ge  gen die Spannung um den Winkel     @,    a ist der Abstand  vom Scheitelpunkt der Hyperbel bis zum     Schnittpunkt     der     Hyperbelsymptoten        (beim    Ausführungsbeispiel 0,6  gewählt).

   Im Hinblick auf Figur 2 .ist ersichtlich, dass  der     Gleichrichter        G,        die    Grösse     Rh    der     Gleichrichter          G.    die Grösse     R2    und der Gleichrichter     G3    die Grösse  2A liefert. Mit dem Steilwiderstand     W2    kann dabei der  Wert von     (X+        a)    und mit dem Steilwiderstand     W3    der  Wert von -
EMI0003.0059  
   verändert werden.  



  Wenn der Maschinenvektor die     Kennlinie    6     (bzw.     die Kennlinien 7 oder 8) überschreitet,     schliesst    das       Ansprechrelais    Z seinen Arbeitskontakt     z2        (Figur    3)    Grössen     Wl,    W5 und     C2        kann    die     Kennlinie    verdreht  werden.  



       Ein    zweiter     Transformator        Tr5    ist     primärseitig    an  die     Ständersternspannung    U X     angeschlossen,    die zur  Anpassung von Strom und     Spannung        verschiedene    An  zapfungen aufweist.

   Der     Transformator        Tr5    ist in       Sparschaltung    geschaltet     und        speist        sekundärseitig     über einen     verstellbaren        Eichwiderstand    W4 unmittel  bar die     Wicklung    h.

       In    Reihe mit dem     Steilwiderstand          W2        liegen    die     Wicklungen    b und f an der Sekundär  spannung, während die     Wicklungen    c und<B>g</B>     in    Ge  genreihenschaltung über einen     Steilwiderstand        W3    an  die     Sekundärwicklung        angeschlossen    sind.  



  In Figur 4 eist     ein    Teil der Figur 1 vergrössert       herausgezeichnct;    gleiche Teile haben wiederum die  gleichen Bezugszeichen.  



  An Hand der Figur 4 wird .gezeigt, dass     durch    das       Mischimpedanzrelais    die für einen     Kegelschnitt    not  wendigen Grössen nachgebildet werden können.  



  Es ist     beispielsweise    die     Gleichung    der     Hyperbel     gegeben     durch:       und betätigt damit     einen    Warn- oder     Meldestromkreis.          Eine    Abschaltung der     Maschinen    erfolgt hierbei noch  nicht, da der Vektor bis zur dynamischen     Kennlinie     ausschwingen und wieder in den stabilen Bereich zu  rückkehren kann.  



  Wenn jedoch gleichzeitig mit dem     Überschreiten     der     eingestellten        Ansprechkennlinie    auch die Span  nung     EA    am Anker der     Erregermaschine    nach     einer     bestimmten Zeit nicht     einen    bestimmten Mindestwert  aufweist, dann wird die     Maschine    vom Netz     getrennt.     Hierzu ist     nach    Figur 3     ein    Spannungsrelais SR über  einen Widerstand     W5        an    die     Ankerspannung        EA    ange  schlossen.

   Ein     Ruhenkontakt        sr    liegt in Reihe mit  einem     Arbeitskonstazt        z,.    des Relais Z im Stromkreis  eines verzögert     ansprechenden    Relais T an einer       Fremdspannung    U=.  



  Wenn das Relais Z angesprochen und das Relais  SR seinen     Ruhekontakt        geschlossen    hat, wird das Zeit-           relais    T erregt. Falls der geschilderte Zustand eine  bestimmte     Zeit    anhält,     schliesst    der Kontakt t einen       Auslösestromkreis    zum     Abschalten    der     Maschine.     



  Um ein     Fehlansprechen    der     Schutzeinrichtung    im  untererregten Betrieb - der nur mit selbsttätigem  Spannungsregler     möglich    ist - zu vermeiden, ist die  Zeitabhängigkeit notwendig. Kommt     nämlich    das Pol  rad zum Kippen, so wird der     Spannungsregler    durch  den     Spannungsabfall    an den     Vorreaktanzen    angeregt  und erhöht     sofort    die     Erregung.        Folglich        öffnet    der       Kontakt        sr    und die Auslösung unterbleibt.

   Liegt jedoch  eine Störung im Erregerkreis vor, so bleibt der Kon  takt     sr    geschlossen. Das Relais T     spricht        dann    nach  Ablauf seiner     Ansprechverzögerung    an und     schliesst     den     Auslösestromkreis    durch den Arbeitskontakt t.  



  Der Meldestromkreis bzw. der     Erregerstromkreis     für das Relais T, oder beide, können in     Schaltabhän-          gigkeit    allein oder zusammen mit den     Erregerstrom-          kreisgrössen    gebracht werden.  



  Die Umschaltung der     Relaiskennlinien    könnte  durch Verändern einer oder mehrerer der Widerstände       W1    bis     WS    gegebenenfalls unter Veränderung der Ka  pazität     C2        vorgenommen    werden.  



  An Stehle des     Realis    SR kann auch ein Stromrelais  vorgesehen werden, das vom Erregerstrom der Erre  germaschine abhängig     gemacht    ist.     Gegebenenfalls     kann zusätzlich noch ein Stromrelais im Erregerkreis  der Synchronmaschine angeordnet sein.  



  Das     Mischimpedanzrelais    kann     durch    Veränderung  des Anschlusses auch eine Ellipse oder einen ver  schobenen Kreis bzw. Gerade     als        Ansprechkennlinie     erhalten, die sich im fraglichen Betriebsbereich mit  guter     Annäherung    an die     jeweiligen    Kennlinien an  passen     lassen.    Auch können gegebenenfalls anders auf  gebaute     Mischimpedanzrelais    vorgesehen werden, die  beispielsweise Transistoren, Tunneldioden oder andere  elektronische Schaltmittel enthalten.



      Underexcitation protection for synchronous machines To operate synchronous machines, a certain excitation is necessary for each operating state in order to enable stable operation. This excitation is determined for each machine by the corresponding diagram, as it is for a specific case in Figure 1 for a turbo generator, d. H. a full pole machine, is shown.



  The specified sizes are, as usual, related sizes. The circle 1 represents the geometric location for the nominal stator current. Its center point is the zero point of the right-angled coordinate system in which the active load in MW is applied on the ordinate upwards and the active motor load downwards. On the abscissa the inductive reactive load is plotted to the right and the capacitive reactive load to the left in MVAr.

   In quadrants I and W there is over excitation and in the other two quadrants 1I and III there is under excitation. With the ratio of J 1 given as an example;

  ./J "= 1 / Xd = 0.6, the center point for circle 2 is placed on the left part of the abscissa, which represents the geometric location of the nominal load excitation current Jer,. J," means the excitation current which is used for Excitation of the nominal voltage at no-load is necessary and J "represents the nominal value of the stator current, while X" represents the synchronous reactance (saturation neglected).



  For a machine with J,;, / J "= 0.6, the point 0.6 runs parallel to the ordinate: the theoretical static stability characteristic 3, which corresponds to a rotor angle of 8 = 90.



  The practical static stability characteristic 4 is located away from the straight line 3 in the sense of a smaller permissible rotor angle 8, which is a mirror image of the abscissa and has a curved course in the central zone.

   It takes into account all reactances between the machine and the network assumed to be rigid, for example the reactances of transformers and supply lines. In addition, the dynamic stability characteristic 5 is also given, which also goes through point 0.6.



  The transient quantities are decisive for the dynamic stability curve. What these stability characteristics have in common is that they always assign a specific capacitive reactive load to a specific active load, which under the corresponding operating conditions still results in stable operation of the machine.



  The subject of the invention is an underexcitation protection for synchronous machines, which enables the exceeding of a ratio of reactive to active load established by the stability characteristics to be detected and either a message to be given or the machine to be switched off.

   In the event that the machine is operated as a phase shifter, the exceeding of a certain capacitive reactive load applies analogously as the criterion for issuing the message or switching off the machine.



  It is known to use reactive power relays or impedance relays depending on electrical stator sizes, or current decrease relays or quotient relays depending on electrical rotor sizes for underexcitation protection.

   Since reactive power relays have a straight characteristic that runs parallel to the ordinate in FIG. 1 and the impedance relays have a circular characteristic in the capacitive sector, the reactive load required for a specific active load cannot be recorded in every case.

   The arrangement of a current decrease relay in the excitation circuit of the synchronous machine results in proper operation when the machine is not excited, under-excited or negatively excited. With such an arrangement, only a certain underexcitation limit can be set, before which the excitation related to the active load can already be inadmissibly low.

   Even the use of a quotient relay in the excitation circuit does not provide reliable protection for all cases, since the quotient relay is dependent on current and voltage and therefore only responds when the excitation circuit is interrupted. However, it does not respond when the excitation z. B. falls by round fire at the anchor of the main exciter. Furthermore, it does not allow a distinction to be made as to whether or not the machine is under-excited at the specific active load.



  The object of the invention is to enable underexcitation protection that, for all possible operating cases, in the event of underexcitation, the respective permissible ratio of reactive to active load or

    in the case of phase shifters the reactive load alone, safely recorded and the organs dependent on it operated. This is achieved in a simple manner according to the invention in that a mixed impedance relay, which is influenced by the current and voltage of the stator and whose response characteristic is adapted to the stability characteristics of the synchronous machine, optionally interacts with one of the electrical variables of the relay control circuit of the synchronous machine or

   Exciter machine operated member and / or a time delay, at least one reporting, control and / or regulating circuit operated. With the mixed impedance relay it is possible to obtain a response characteristic in the form of a conic section in the manner specified below, and to lay it in this way and:. to change their shape so that the best possible adaptation to one of the stability characteristics mentioned can be achieved.



  In FIG. 1, the corresponding relay characteristics are denoted by 6, 7 and 8. The characteristic curve 6 represents a hyperbola, the asymptotes of which coincide with the legs of the stability characteristic curve 4. The hyperbola lies symmetrically to the abscissa and its asymptote encloses the angle a with it. The core line 7 is adapted to the stability characteristic 3 and the characteristic 8 is adapted to the dynamic stability characteristic 5. Instead of the hyperbolae, the characteristic lines can also be ellipses, circles or straight lines.



  The arrangement according to the invention can advantageously be made so that the mixed impedance relay when the set relay response characteristic curve is exceeded automatically in its current and / or voltage circuit, such. B. resistors, chokes, capacitors, changed so that it is closer to the dynamic stability characteristic or is best adapted to this.

   In this case, the mixed impedance relay can expediently issue a message, for example, when the first relay characteristic is exceeded. When exceeding the resulting circuit by the order second Relaiskenuliniie can then z. B. shutdown of the machine can be initiated.

   This shutdown can be influenced by the electrical parameters of the rotor and a time delay. The speed of the increase in the measured variable of the mixed impedance relay after the first relay characteristic has been exceeded can also serve as a criterion for reporting, switching off or other measures that can suitably influence the machine.



  Either the absolute values of voltage and / or current in the excitation circuit, their increase in a certain time and / or their temporal differential quotients are to be used for the electrical variables in the excitation circuit of the machine.



  The automatic voltage regulator to influence the underexcitation protection can also be used according to the invention. For this purpose, the signaling, control and / or regulating circuits of the underexcitation protection are appropriately set depending on the input and / or output variables of the voltage regulator. By using a corresponding controller, the machine can be driven up to the dynamic stability characteristic. When the machine hatches, either only a message can be issued or the machine can be switched off.



  With the embodiment of the object according to the invention shown in FIG. 2, the characteristic lines mentioned can be obtained or adjusted in a simple manner. The automatic changeover of the characteristics is not shown here for reasons of clarity.



  When operating within the static stability range, a hyperbola symmetrical to the abscissa is selected as the response characteristic because it can be adapted particularly well to the practical static stability characteristic, which has the same profile in the generator and motor areas of the machine. This is particularly important for machines that are run in both operating states, as is the case, for example, with pumped storage machines.

    By twisting the hyperbola, a good adaptation to the dynamic stability characteristic is achieved. Operation of the machine between the static and dynamic limit characteristic of FIG. 1 can be appropriate and permissible if it is ensured that the dynamic stability characteristic is exceeded by using fast-working control devices that are influenced by the pole wheel angle. inie is avoided.

      The mixed impedance relay has three rectifiers G1, G2 and G3, of which the latter two operate in parallel and are connected in anti-parallel to the rectifier G1. A relay winding Z and a capacitor C are connected in parallel to the rectifiers mentioned. The rectifier G1 is from the secondary side of a converter Tr. fed, the three primary windings a, b and c has.

   The rectifier G #. is connected to the secondary side of a converter Trz, which also has three primary windings, of which the first primary windings consist of two partial windings d and c, while the other two windings f and g are in one piece.

   The third rectifier G3 is connected to the secondary side of a third converter Tr ″, which has only a single primary winding h. The primary winding a has a midpoint tap which is connected to one end of the secondary winding of the transformer Tr, the primary side is fed by the stator current J.

   The other end of this secondary winding is connected on the one hand to one end of winding a via a capacitor C2 and high-rise resistor W5 and the partial winding e and on the other hand via a high-speed resistor W and the other partial winding d is connected to the other end of winding a.

   The currents through the resistor and capacitor beginning with J. and J, are in opposite directions in the two halves of the winding a and also in the two partial windings d and c.

   By adjusting the
EMI0003.0038
    In it: 1 means a quantity that defines the distance of the hyperbola vertex from the coordinate origin, the character jcy means a phase rotation of the current against the voltage by the angle @, a is the distance from the vertex of the hyperbola to the intersection of the hyperbolic symptoms (selected in the exemplary embodiment 0.6).

   With regard to FIG. 2, it can be seen that the rectifier G, the quantity Rh, the rectifier G. the quantity R2 and the rectifier G3 the quantity 2A. With the steep resistance W2 the value of (X + a) and with the steep resistance W3 the value of -
EMI0003.0059
   to be changed.



  When the machine vector exceeds characteristic curve 6 (or characteristic curves 7 or 8), the response relay Z closes its normally open contact z2 (FIG. 3). The characteristic curve can be rotated for variables W1, W5 and C2.



       A second transformer Tr5 is connected on the primary side to the stator star voltage U X, which has various taps to adjust current and voltage.

   The transformer Tr5 is connected in economy circuit and on the secondary side feeds the winding h via an adjustable calibration resistor W4.

       In series with the steep resistance W2, the windings b and f are connected to the secondary voltage, while the windings c and <B> g </B> are connected in series via a steep resistance W3 to the secondary winding.



  In FIG. 4, a part of FIG. 1 is drawn out enlarged; the same parts again have the same reference symbols.



  FIG. 4 shows that the values required for a conic section can be simulated by the mixed impedance relay.



  For example, the equation of the hyperbola is given by: and thus actuates a warning or signaling circuit. The machines are not yet switched off because the vector can swing out to the dynamic characteristic curve and return to the stable range.



  If, however, at the same time as the set response characteristic is exceeded, the voltage EA at the armature of the exciter machine does not show a certain minimum value after a certain time, then the machine is disconnected from the mains. For this purpose, a voltage relay SR is connected to the armature voltage EA via a resistor W5 according to FIG.

   A rest contact sr is in series with a working constants z ,. of the relay Z in the circuit of a delayed response relay T at an external voltage U =.



  When relay Z has responded and relay SR has closed its normally closed contact, timing relay T is energized. If the described state lasts for a certain time, the contact t closes a tripping circuit to switch off the machine.



  In order to avoid incorrect response of the protective device in underexcited operation - which is only possible with an automatic voltage regulator - the time dependency is necessary. If the pole wheel starts to tilt, the voltage regulator is excited by the voltage drop at the pre-reactances and immediately increases the excitation. As a result, the contact sr opens and tripping does not occur.

   However, if there is a fault in the excitation circuit, the contact sr remains closed. The relay T responds after its response delay has elapsed and closes the tripping circuit through the normally open contact t.



  The signaling circuit or the excitation circuit for the relay T, or both, can be switched individually or together with the excitation circuit parameters.



  The switching of the relay characteristics could be made by changing one or more of the resistors W1 to WS, if necessary, changing the capacitance C2.



  A current relay can also be provided on the Stehle of the Realis SR, which is made dependent on the exciter current of the energizing machine. If necessary, a current relay can also be arranged in the excitation circuit of the synchronous machine.



  By changing the connection, the mixed impedance relay can also have an ellipse or a shifted circle or straight line as the response characteristic, which can be adapted to the respective characteristic curves in the operating range in question with a good approximation. If necessary, mixed impedance relays that are constructed differently can also be provided which contain, for example, transistors, tunnel diodes or other electronic switching means.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Untererregungsschutz für Synchronmaschinen, da durch gekennzeichnet, dass ein vom Strom und Span nung des Ständers beeinflusstes Mischimpedanzrelais, dessen Ansprechkennlinie an die Stabilitätskennlinien der Synchronmaschine angepasst ist, wenigstens einen Melde-, Steuer- und/oder Regelkreis betätigt. PATENT CLAIM Underexcitation protection for synchronous machines, characterized in that a mixed impedance relay, which is influenced by the current and voltage of the stator and whose response characteristic is adapted to the stability characteristics of the synchronous machine, actuates at least one signaling, control and / or regulating circuit. UNTERANSPRÜCHE 1. Untererregungsschutz nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Mischimpedanzrelais zusammen mit einem von elektrischen Grössen des Erregerkreises abhängigen Glied mindestens einen der besagten elektrischen Kreise zeitverzögert betätigt. 2. SUB-CLAIMS 1. Underexcitation protection according to claim, characterized in that the mixed impedance relay actuates at least one of said electrical circuits with a time delay together with a member dependent on electrical variables of the excitation circuit. 2. Untererregungsschutz nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Mischimpedanzrelais beim Überschreiten der eingestellten Relaiskennlinie selbsttätig in seinem Strom- und/oder Spannungskreis liegende Einstellmittel, z. B. Underexcitation protection according to claim, characterized in that the mixed impedance relay when the set relay characteristic is exceeded automatically in its current and / or voltage circuit setting means, z. B. Widerstände, Drosseln oder Kondensatoren, so verändert, dass eine andere, der dynamischen Stabilitätskennlinie der Maschine näher liegende oder an diese angepasste Relaiskenn- linie zustandekommt. 3. Untererregungsschutz nach Patentanspruch u. Resistances, chokes or capacitors, changed in such a way that a different relay characteristic, closer to the dynamic stability characteristic of the machine or adapted to this, is created. 3. Underexcitation protection according to patent claim u. Un teranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Misch impedanzrelais beim Überschreiten der ersten Relais- kennlinie eine Meldung abgibt und erst beim Über- schreiten der sich durch Umschalten ergebenden zwei ten Relaiskennlinie eine Abschaltung der Maschine einleitet. Sub-claim 2, characterized in that the mixed impedance relay issues a message when the first relay characteristic is exceeded and only initiates a shutdown of the machine when the second relay characteristic is exceeded. 4. Untererregungsschutz nach Unteransprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung des Mischimpedanzrelais zeitverzögert und abhängig von Spannung und/oder Strom im Läufer erfolgt. 5. Untererregungsschu:tz nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Schnelligkeit des An stieges der Messgrösse des Mischimpedanzrelais nach Überschreiten der ersten Relaiskennlinie als Kriterium für die Meldung oder für die Abschaltung der Maschi- ne dient. 4. Underexcitation protection according to dependent claims 1 and 3, characterized in that the switching of the mixed impedance relay takes place with a time delay and depending on the voltage and / or current in the rotor. 5. Underexcitation protection: tz according to dependent claim 2, characterized in that the speed of the increase in the measured variable of the mixed impedance relay after the first relay characteristic curve has been exceeded serves as a criterion for the message or for switching off the machine. 6. Untererregungsschutz nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass als elektrische Grössen des Erregerkreises die Absolutwerte von Spannung und/ oder Strom im Erregerkreis, deren Anstieg in einer bestimmten Zeit und/oder deren zeitliche Differen tialquotienten dienen. 7. Untererregungsschutz nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, unter Einbeziehung des selbsttätigen Spannungsreglers der Maschine, dadurch gekennzeich net, dass die Ein- bzw. Ausgangsgrössen des Span nungsreglers als zusätzliche Kriterien benutzt werden. 6. Underexcitation protection according to dependent claim 1, characterized in that the absolute values of voltage and / or current in the excitation circuit, whose rise in a certain time and / or their temporal differential quotients are used as electrical variables of the excitation circuit. 7. Underexcitation protection according to claim and dependent claim 6, including the automatic voltage regulator of the machine, characterized in that the input and output variables of the voltage regulator are used as additional criteria. B. Untererregungschutz nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischimpedanzrelais allein einen Meldekreis und zu sammen mit den von den Grössen des Erregerkreises beeinflussten Gliedes den Erregerkreis eines Zeitgliedes beeinflusst, das seinerseits bei seinem Ansprechen die Abschaltung der Maschine einleitet. 9. Untererregungsschutz nach den Unteransprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Erreger kreis des Zeitgliedes und/oder im Meldekreis vom Spannungsregler beeinflusste Schaltmittel vorgesehen sind. B. Underexcitation protection according to claim and dependent claim 1, characterized in that the mixed impedance relay only affects a signaling circuit and together with the member influenced by the variables of the excitation circuit influences the excitation circuit of a timing element, which in turn initiates the shutdown of the machine when it is triggered. 9. Underexcitation protection according to the dependent claims 7 and 8, characterized in that switching means influenced by the voltage regulator are provided in the excitation circuit of the timing element and / or in the signaling circuit.
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