CH615536A5

CH615536A5 - Method for achieving 100% stator earth fault protection for a generator in unit connection

Info

Publication number: CH615536A5
Application number: CH254777A
Authority: CH
Inventors: Michael Dipl Ing Fiorentzis
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-03-01
Filing date: 1977-03-01
Publication date: 1980-01-31
Also published as: FI780550A; FI67977B; DE2712975C2; SE424031B; GB1601235A; SE7801944L; FI67977C; DE2712975A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung eines 100%-Statorerdschlussschutzes für einen Generator in Blockschaltung, wobei durch eine Spannungsmessung zwischen dem Sternpunkt des Generators und der Erde 95% der Wicklungslänge, von der Klemme zum Sternpunkt hin gemessen, geschützt werden und zwecks schutztechnischer Erfassung auch noch der restlichen 5% der Sternpunkt im Betrieb mit einer Verlagerungsspannung gegen Erde verlagert wird, bei welchem Verfahren ferner die Verlagerungsspannung eine betriebsfrequente Spannung ist. The invention relates to a method for achieving 100% stator earth fault protection for a generator in a block circuit, 95% of the winding length, measured from the terminal to the star point, being protected by a voltage measurement between the star point of the generator and the earth, and also for the purpose of protection technology detection the remaining 5% of the neutral point is shifted to earth during operation with a displacement voltage, in which method the displacement voltage is also an operating frequency voltage.

Derartige Verfahren gehören zum Stand der Technik. 5 Dabei bestimmt die Wahl der Verlagerungsspannung Uv das Messprinzip und damit auch die Zuverlässigkeit der Schutzeinrichtung. Bis heute werden hauptsächlich zwei verschiedene Verlagerungsverfahren verwendet: Such methods belong to the prior art. 5 The choice of the displacement voltage Uv determines the measuring principle and thus also the reliability of the protective device. To date, two different methods of relocation are mainly used:

a) Uv ist eine betriebsfrequente Spannung (50 oder 60 Hz). 10 Wegen der vorhandenen betriebsfrequenten Störungen über den Erdungswiderstand wird Uv zu 15% der Phasenspannung gewählt. Der Vorteil des Verfahrens liegt in der billigen Erzeugung der Verlagerungsspannung Uv mittels Ableitung vom Wechselstromnetz. Es hat aber auch Nachteile, insbesondere 15 eine grosse Verlagerungsamplitude, und somit schwere und teure Verlagerungswandler. a) Uv is an operating frequency voltage (50 or 60 Hz). 10 Because of the existing operating frequency interference via the earth resistance, Uv is selected to be 15% of the phase voltage. The advantage of the method lies in the cheap generation of the displacement voltage Uv by means of derivation from the AC network. However, it also has disadvantages, in particular a large displacement amplitude, and thus heavy and expensive displacement transducers.

b) Uv ist eine Spannung mit einer von der Betriebsfrequenz abweichenden Frequenz. Um den Einfluss der Generator-Erde-Kapazität niedrig zu halten, wird dabei die Frequenz zwischen b) Uv is a voltage with a frequency that deviates from the operating frequency. In order to keep the influence of the generator-earth capacitance low, the frequency is between

20 10 und 20 Hz gewählt. Die Methode hat den Vorteil, dass die Messung in hohem Grade von Störgrössen unabhängig ist, so dass die Amplitude von Uv sehr niedrig gewählt werden kann. Als Nachteil fällt jedoch ins Gewicht, dass die Erzeugung der Verlagerungsspannung Uv einen teueren Verstärker erfordert. 25 Tritt wider Erwarten einmal die gewählte Frequenz im Generator-Nullpfad auf, so würde das Relais falsch ansprechen. Um dies zu vermeiden, wird die niederfrequente Uv noch zusätzlich über die Zeit codiert (z. B. einige Perioden lang durchgelassen, einige Perioden lang gesperrt). 20 10 and 20 Hz selected. The method has the advantage that the measurement is highly independent of disturbance variables, so that the amplitude of Uv can be chosen to be very low. However, the disadvantage is that the generation of the displacement voltage Uv requires an expensive amplifier. 25 If, contrary to expectations, the selected frequency occurs in the generator zero path, the relay would respond incorrectly. In order to avoid this, the low-frequency Uv is additionally coded over time (e.g. passed for a few periods, blocked for a few periods).

30 Durch die Codierung wird zwar eine Fehlauslösung vermieden, es entsteht aber wiederum der Nachteil, dass das Relais beim Auftreten einer Störspannung mit der Uv-Frequenz blok-kiert wird, d. h. im Falle eines Fehlers funktionsunfähig wird. 30 The coding avoids false triggering, but there is again the disadvantage that the relay is blocked with the Uv frequency when an interference voltage occurs, i.e. H. becomes inoperable in the event of an error.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile 35 der bekannten Lösungen zu vermeiden und ihre Vorteile zu kombinieren. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Zeiger der betriebsfrequenten Verlagerungsspännung im Sinne einer Phasenschwingung dauernd zwischen zwei Lagen hin- und hergeschaltet wird. In der Regel sind diese 40 Lagen zueinander gegenphasig. The object of the invention is to avoid the disadvantages 35 of the known solutions and to combine their advantages. This is achieved according to the invention in that the pointer of the operating frequency displacement voltage is switched back and forth between two positions in the sense of a phase oscillation. As a rule, these 40 layers are in phase opposition to one another.

Die Erfindung sei jetzt anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert. Fig. 1 zeigt das bekannte Prinzip einer einfachen Spannungsmessung zwischen dem Sternpunkt des Generators und Erde, wobei (ohne Anwendung einer Verlagerungs-45 Spannung) 95% der Wicklungslänge, von der Klemme zum Sternpunkt hin gemessen, geschützt werden. Mittels der Verlagerungspannung Uv, zugeführt über den Wandler W, wird der Sternpunkt gegen Erde verlagert, und somit werden die restlichen 5% ebenfalls noch schutztechnisch erfasst. E ist der 50 Erdungswiderstand, U> bedeutet die maximale Spannungsmessung. The invention will now be explained in more detail with reference to the figures, for example. 1 shows the known principle of a simple voltage measurement between the star point of the generator and earth, 95% of the winding length, measured from the terminal to the star point, being protected (without using a displacement 45 voltage). The neutral point is shifted to earth by means of the displacement voltage Uv, which is supplied via the converter W, and the remaining 5% are thus also recorded in terms of protection. E is the 50 earth resistance, U> means the maximum voltage measurement.

In Fig. 2 ist das Funktionsprinzip des erfindungsgemäss für die Erzeugung der Verlagerungsspannung vorgeschlagenen Phasenschwingelementes dargestellt. Der Rotorkreis 1 wird 55 über einen Begrenzungswiderstand 2 mit Hilfe des Wandlers 3 gegen Erde verlagert. Die Verlagerungsspannung Uv wird einer betriebsfrequenten Quelle 4 entnommen. Der Verlagerungswandler 3 besitzt zwei Primärwicklungen 5 und 6, die sich entsprechend über die zwei Triacs 7 und 8 an die Quelle 4 60 anschliessen lassen. Ein Oszillator 9 öffnet abwechselnd die Triacs 7 und 8 mit einer Frequenz 1/ti, so dass die Verlagerungsspannung Uv ihre Phasenlage mit der gleichen Frequenz immer wieder umdreht. Inv ist ein Inverter zur Erzielung der richtigen Steuersignalphasen. In Fig. 3 sind die zwei Phasenla-65 gen von Uv mit Uvi und Uv2 bezeichnet. Bei einem Isolationsfehler im Schutzobjekt 1 fliesst ein von Uv herrührender Strom Iv (Ivi, Iv2 in Fig. 3) durch den Begrenzungswiderstand 2 und erzeugt dort einen Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall 2 shows the functional principle of the phase oscillating element proposed according to the invention for the generation of the displacement voltage. The rotor circuit 1 is displaced 55 to earth via a limiting resistor 2 with the aid of the converter 3. The displacement voltage Uv is taken from an operating frequency source 4. The displacement converter 3 has two primary windings 5 and 6, which can be connected to the source 4 60 accordingly via the two triacs 7 and 8. An oscillator 9 alternately opens the triacs 7 and 8 with a frequency 1 / ti, so that the displacement voltage Uv repeatedly reverses its phase position with the same frequency. Inv is an inverter to achieve the correct control signal phases. 3, the two phase positions of Uv are designated Uvi and Uv2. In the event of an insulation fault in the protected object 1, a current Iv (Ivi, Iv2 in FIG. 3) originating from Uv flows through the limiting resistor 2 and generates a voltage drop there. This voltage drop

3 3rd

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wird über den Isolierwandler 12 (Fig. 2) dem Multiplikator 11 am Eingang x zugeführt. Am Multiplikatoreingang y steht als Referenzsignal die Spannung Uv selbst an. Um Rückwirkungen von Störströmen über die Impedanzen des Verlagerungswandlers zu vermeiden, kann das Referenzsignal auch separat syn- 5 chron erzeugt werden. Dies ist in Fig. 2 der Fall, wo der Referenzsignalgenerator mit dem Oszillator in einem einzigen Block 9 dargestellt ist. Der Messstrom durch den Widerstand 2 besteht aus einem Nutzsignal Iv und aus einem undefinierbaren Störsignal Is. Is kann beliebige Frequenz, Phasenlage und in "> gewissen Grenzen auch Amplituden besitzen. Das Produkt am Ausgang des Multiplikators 11 lautet B = Uv x (Iv + Is) = is fed to the multiplier 11 at the input x via the isolating converter 12 (FIG. 2). The voltage Uv itself is present as a reference signal at the multiplier input y. In order to avoid interference from interference currents via the impedances of the displacement converter, the reference signal can also be generated separately and synchronously. This is the case in FIG. 2, where the reference signal generator with the oscillator is shown in a single block 9. The measuring current through the resistor 2 consists of a useful signal Iv and an undefinable interference signal Is. Is can have any frequency, phase position and, within certain limits, also amplitudes. The product at the output of the multiplier 11 is B = Uv x (Iv + Is ) =

Uv-Iv + Uv-Is. Uv-Iv + Uv-Is.

Der Anteil Uvls ist bei Integration über eine beliebig lange Zeit T gleich Null. Damit gibt es am Widerstand 2 eine Unter- is scheidungsmöglichkeit zwischen dem Nutzstrom Iv, der nur bei einem Fehler fliessen kann, und allen möglichen Störströmen Is. Die Integration erfolgt am Filter 13. The proportion Uvls is zero when integrated over an arbitrarily long time T. There is therefore a possibility of distinguishing between the useful current Iv at the resistor 2, which can only flow in the event of a fault, and all possible interference currents Is. The integration takes place at the filter 13.

Bei einem Versuchsprototyp wurden folgende Werte als günstig befunden: Uv = 2% der Generatorphasenspannung, ti 20 = 60 ms, wobei die Triacs nur 45 ms lang gezündet werden, die The following values were found to be favorable in a test prototype: Uv = 2% of the generator phase voltage, ti 20 = 60 ms, the triacs being ignited for only 45 ms

übrigen 15 ms dienen als Sicherheitszeit, um gleichzeitiges Zünden beider Triacs durch Störströme zu vermeiden; 13 = Filter 12. Ordnung (~ 50 dB). the remaining 15 ms serve as a safety time to avoid simultaneous ignition of both triacs by interference currents; 13 = 12th order filter (~ 50 dB).

Fig. 4 zeigt den Anschluss.des Phasenschwingelementes an die Blockschaltung 1 aus Generator-Transformator. Die Verlagerung geschieht über das offene Dreieck Spannungswandler 14 mit ungefähr 2°/o der Phasenspannung. Bei einem Erdfehler, z. B. an der Stelle 15, sinkt die Impedanz der Sekundärseite des Spannungswandlers so tief, dass der Nutzstrom Iv über den Widerstand 2 fliessen und dort gemessen werden kann. Sämtliche Störströme durch den Widerstand 2 einschliesslich derjenigen, die durch den Erdschluss selbst hervorgerufen werden, sind durch die Art der Messmethode ausgesiebt. Fig. 4 shows the connection of the phase oscillating element to the block circuit 1 consisting of a generator-transformer. The shift occurs via the open triangle voltage converter 14 with approximately 2 ° / o of the phase voltage. In the event of an earth fault, e.g. B. at point 15, the impedance of the secondary side of the voltage converter drops so low that the useful current Iv flow through the resistor 2 and can be measured there. All interference currents through the resistor 2, including those caused by the earth fault itself, are screened out by the type of measurement method.

Die bei der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Lösung verwendete, in der Phase variierende Verlagerungsspannung Uv kombiniert die Vorteile beider oben erwähnten, konventionellen Methoden a und b. Die Verlagerungsspannung Uv ist betriebsfrequent und kann leicht erzeugt werden, was auch bei der Methode a der Fall ist. Andererseits kann die Amplitude von Uv in Übereinstimmung mit Methode b relativ klein gemacht werden. The phase shift voltage Uv used in the solution proposed according to the invention combines the advantages of both conventional methods a and b mentioned above. The zero sequence voltage Uv is operating frequency and can be easily generated, which is also the case with method a. On the other hand, the amplitude of Uv can be made relatively small in accordance with method b.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1.Procedure for achieving 100% stator earth fault protection for a generator in block circuit, 95% of the winding length, measured from the terminal to the star point, being protected by a voltage measurement between the star point of the generator and the earth, and also for the purpose of protection-related detection the remaining 5% of the neutral point is shifted to earth during operation with a displacement voltage, in which method the displacement voltage is also an operating frequency voltage, characterized in that the pointer of the displacement voltage (Uv) continuously oscillates between two positions in the sense of a phase oscillation is switched.

2. The method according to claim 1, characterized in that the two positions of the pointer of the displacement voltage are in opposite phase to each other.

3. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a converter (3) with two primary windings (5, 6) is provided, the secondary winding of which serves for the voltage-related displacement of the stator circuit of the generator in a block connection to earth, that the displacement voltage ( Uv) is taken from an operating frequency source (4) that the operating frequency source (4) with one pole to the connection point of the two primary windings (5, 6) of the converter (3) and with the other pole in parallel to the inputs of two electronic switches (7,8) is connected, the output of which is connected to the free end of a primary winding (5 or 6) in such a way that the two electronic switches (7,8) are alternately opened by the output signal of an oscillator (9) on their control electrodes that a limiting resistor (2) is connected in parallel to the primary winding of an isolating transformer (12), the secondary voltage of which is connected to one input (x) a multiplier (11) is fed in that an operating frequency voltage is present at the second input (y) of the multiplier (11) as a reference signal and that the output signal of the multiplier (11) is fed to a filter (13) with an integration effect.

4. The device according to claim 3, characterized in that the displacement voltage (Uv) itself is present as the reference signal at the second input (y) of the multiplier (11).

5. The device according to claim 3, characterized in that as a reference signal at the second input (y) of the multiplier (11) there is a separate signal generated synchronously with the zero sequence voltage.

6. The device according to claim 5, characterized in that the electronic switches (7,8) are triacs.

7. The device according to claim 6, characterized in that the displacement voltage (Uv) is approximately 2% of the generator phase voltage.

8. The device according to claim 7, characterized in that the switching period of the displacement voltage (Uv) is approximately 60 ms.

9. The device according to claim 8, characterized in that the triacs (7,8) are ignited for only about 45 ms, while the remaining time of about 15 ms serves as security to avoid simultaneous ignition of both triacs by interference currents.