CH626198A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstation zum Erzeugen elektrischer Energie, enthaltend einen Stabilisator, der mit der Antriebswelle einer dynamo-elektrischen Maschine zusammenwirkt, um ein zur Dämpfung niederfrequenter Schwingungen in der Antriebswelle geeignetes Dämpfungssignal zu erzeugen, das an die Erregersteuerung für die Maschine geleitet wird, sowie eine mit dem Stabilisator zusammenwirkende Schutzvorrichtung gegen Torsionsschwingungen, die bei gegenüber den niederfrequenten Schwingungen höheren Torsionsfrequenzen der Welle das Ausgangssignal des Stabilisators dämpft.

Im allgemeinen umfasst eine Kraftstation zur Erzeugung elektrischer Leistung eine Turbine, einen elektrischen Generator und eine Erregermaschine, welche durch eine rotierende Welle miteinander verbunden sein können. Eine oder mehrere Kraftstationen können dabei elektrisch untereinander verbunden sein zur Bildung eines Kraftnetzes. Mehrere Kraftnetze können ihrerseits wieder elektrisch untereinander verbunden sein. Es wurde gefunden, dass bei zwei oder mehr elektrisch untereinander verbundenen Kraftstationen örtliche Schwingungen im Bereich von 1 bis 2 Hertz auftreten können infolge der Auswirkung einer Wechselwirkung einer grossen rotierenden Masse einer Kraftstation mit einer anderen grossen rotierenden Masse einer weiteren Kraftstation. Weiterhin können bei Verknüpfung eines Kraftnetzes mit einem zweiten Kraftnetz Schwingungen eines anderen Typs (inter-tie) auftreten im Bereich von 0,3 bis 0,5 Herz.

Die vorstehend genannten beiden Arten von Schwingungen können wirksam gedämpft werden durch Benutzung eines Stabilisators für die Kraftstation. Dieser Stabilisator gibt an die Steuerung für das Generatorfeld ein in seiner Phase ange-passtes Signal für die Drehzahl, die Leistung oder die Frequenz ab, um auf diese Weise eine Dämpfung der örtlich in einer Kraftstation oder durch die Verknüpfung mehrerer Kraftnetze entstehenden Schwingungen zu erreichen. Solche Stabilisatoren für Kraftstationen sind in der Literatur beschrieben, beispielsweise in dem Werk «System Design Considérations and Operating Experience with High Performance Thyristor Excitation Systems» von Farmer, Crenshaw, Schulz und Temos-hok, Vol. 33, Proceedings of the American Power Conference, 1971 und in «Design of a Power System Stabilizer Sensing Fre-quency Deviation» von Keay und South, Vol. PAS-90, Nr. 2, IEE Transactions on Power Apparatus and Systems.

Obwohl nachgewiesen wurde, dass Stabilisatoren für eine Kraftstation wirksam zur Dämpfung lokaler und durch die Zwischenverbindungen entstehender Schwingungen sind, besitzen sie in einigen Fällen eine entstabilisierende Wirkung auf die Torsionsschwingungen. Dieses wurde beschrieben in der Arbeit «Static Exciter Stabiliziung Signals on Large Generators» von Watson und Coultes, Vol. PAS-92, Seiten 204-211, IEE Transactions on Power Àpparatus and Systems. Die Torsionsschwingungen beziehen sich dabei auf jede rotierende Masse auf einer gemeinsamen Welle und auf die Wechselwirkung zwischen den rotierenden Massen. Normalerweise werden auf einer gemeinsamen Welle mit n rotierenden Massen n—1 Arten von Torsionsschwingungen in einem untersynchronen Bereich vorhanden sein. Diese Torsionsschwingungen können bei Vorhandensein eines Eingangssignals zum Stabilisator der Kraftstation eine negative Dämpfungscharakteristik besitzen, und wenn diese Schwingungen ungehindert anwachsen können, dann würden sie einen Bruch der Welle verursachen. In diesem Falle wäre es dann günstiger, das Eingangssignal am Stabilisator der Kraftstation wegzunehmen.

Eine in der Literatur aufgefundene Lösung für die Dämpfung von Torsionsschwingungen besteht in dem Vorschlag,

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einen Aufnehmer oder Messfühler für die Wellendrehzahl selektiv auf einem Knotenpunkt der Schwingung anzuordnen, welcher bei der ersten Torsionsschwingungsart entsteht. Dies wird jedoch kompliziert, wenn der Schwingungsknoten räumlich innerhalb einer der rotierenden Massen auftritt. Weiterhin 5 erfordert dieses Vorgehen eine komplexe Analyse für jede Maschine, auf welche dieser Lösungsweg angewendet werden soll. Offensichtlich wird für die industrielle Erzeugung elektrischer Leistung eine universelle und weniger komplexe Lösung benötigt mit dem zusätzlichen Erfordernis, dass bei Versagen )0 dieses Lösungsweges ausreichende Sicherheitsvorkehrungen vorhanden sind zur Ausserbetriebsetzung des Stabilisators für die Kraftstation.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstation der eingangs genannten Art zu i5 schaffen, bei welcher die Auswirkung des Stabilisators der Kraftstation bei Torsionsschwingungsfrequenzen abgedämpft wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Kraftstation der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekenn- 20 zeichnet ist, dass die Schutzvorrichtung ein Bandsperrfilter enthält, mit einer Anzahl in Reihe geschalteter Filterelemente, von denen jedes zur Bildung eines für die Ausgangssignale des Stabilisators im gesamten Bereich der Torsionsfrequenzen der Welle wirksamen Dämpfungsglieds auf eine der Frequenzen im 25 Bereich der möglichen Torsionsfrequenzen der Welle abgestimmt ist.

Ein vor den vorgesehenen Zweck besonders geeigneten Filter umfasst eine Reihe von «biquad»-Filterelementen. Der Ausdruck «biquad» soll dabei die Tatsache ausdrücken, dass jedes 30 Filterelement mathematisch durch ein Verhältnis von zwei quadratischen Gleichungen dargestellt werden kann und bei diesem Verhältnis oder Bruch der Zähler und der Nenner die gleiche Eigenresonanzfrequenz besitzen. Solche Filterelemente sind beispielsweise in der US-PS 4 001 712 ausführlich 35 beschrieben. Die Tiefe der Einkerbung der Durchlasskurve und die Bandbreite jedes Filterelements wird beherrscht durch die Dämpfungsverhältnisse von Zähler und Nenner. Die Resonanzfrequenzen für jedes Element sind geometrisch abgestuft in dem Torsionsfrequenzband angeordnet, und hierdurch ergibt 40 sich eine zusammengesetzte Bandsperrkennlinie mit den erwünschten steilen Flanken und der relativ geraden Grundlinie. Das zusammengesetzte Filter ist in der Lage, Dämpfungen von mehr als 100:1 über dem erwarteten Frequenzbereich der Torsionsschwingungen zu erzeugen bei gleichzeitiger Erzeu- 43 gung einer möglichst geringen Nacheilung der Phase. Weiterhin kann der Stabilisator für die Kraftstation auch noch ein Bandpassfilter mit einer Kennlinie invers zur Kennlinie des Bandsperrfilters besitzen, welches in die Schaltung zur Ausfallsicherung eingefügt wird. 50

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Kraftstation mit einem Stabilisator,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Stabilisators mit einer 55 zugeordneten Schutzvorrichtung,

Fig. 3 die Schaltung eines zusammengesetzten «biquad»-Fil-ters,

Fig. 4 und 4A Amplituden-Frequenz-Kurven eines Bandsperrfilters, 60

Fig. 5 eine Kurve mit der Ausgangsgrösse eines Stabilisators mit und ohne das Bandsperrfilter,

Fig. 6 die Wirkung des Bandsperrfilters auf die Torsionswechselwirkung in komplexer Darstellung und

Fig. 7 die Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform 65 des Schutzteils.

Die Figur 1 zeigt eine Kraftstation 10, welche eine Anzahl von rotierenden Massen enthalten kann, beispielsweise eine

Hochdruckturbine 12, eine Mitteldruckturbine 14 und eine Niederdruckturbine 16. Weiterhin enthält die Kraftstation einen elektrischen Generator 18 und eine Erregermaschine 20. Diese fünf rotierenden Massen sind in der dargestellten Weise durch eine einzige Verbundwelle untereinander verbunden. Obwohl hier nur fünf rotierende Massen gezeigt werden, kann in einer Kraftstation offensichtlich jede vernünftige Zahl n von rotierenden Massen verwendet werden.

Der elektrische Generator 18 enthält einen stationären Ankerkern 22 und eine rotierende Feldwicklung 24. die beide schematisch dargestellt sind. Die elektrische Ausgangsleistung zu einem Übertragungssystem (nicht gezeigt) wird über die Generatoranschlussklemmen 26 abgegeben.

Die Erregermaschine 20 enthält einen stationären Ankerkern oder Ständerkern 32 und eine rotierende Feldwicklung 34. wobei diese Teile beide schematisch dargestellt sind. Die elektrische Ausgangsleistung zur Feldwicklung 24 des elektrischen Generators wird über die Anschlussleitungen 36 abgegeben. Die Erregermaschine/Wechselrichter ist ein Wechselspan-nungs-Synchrongenerator mit direkter Kopplung und wird von dem Läufer des Hauptgenerators angetrieben. Die Erregerfeldleistung wird aus dem Erregeranker über parallele Quellen abgegeben, von denen nur eine gezeigt ist. Diese Quellen enthalten jeweils eine Diodengleichrichterschaltung 38, welcher die Leistung von einem Stromtransformator 40 und einer Thyristorschaltung 42 zugeführt wird, welche ihrerseits die Leistung aus der Ankerspannung der Erregermaschine erhalten. Während des Normalbetriebes erreicht man eine Steuerung der Feldstromstärke der Erregermaschine durch Phasensteuerung der Thyristorbrückenschaltung der Erregermaschine. Während vorübergehender Betriebszustände, wie sie beispielsweise bei Störungen im System auftreten, kann die Diodenschaltung 38 zusätzliche Feldstromstärke für die Erregermaschine liefern.

Die Regler 44 für die Erregermaschine enthalten einen Wechselspannungsregler, der normalerweise im Betrieb ist und eine konstante Quellenspannung für die Thyristorbrücken der Erregermachine liefert. Andererseits ist auch noch ein Gleichspannungsregler für die Erregermaschine vorhanden, welcher während des Anfahrens oder während der Zeiten, in denen der Wechselspannungsregler der Erregermaschine nicht im Betrieb ist, die Feldspannung der Erregermaschine aufrecht erhält.

Eine Thyristoranordnung 46 für den Generator besteht aus mehreren parallel geschalteten Brücken. Die Thyristoranordnung 46 erhält eine 3-Phasen-Eingangsspannung von der Erregermaschine und gibt am Ausgang eine Gleichsppannung ab für die Generatorfeldwicklung 24. Ein Reglerschalter 50 wählt entweder die von einem Generator-Gleichspannungsregler 52 gesteuerte Hauptzündschaltung oder die von einem Generator-Wechselspannungsregler 54 gesteuerte Hauptzündschaltung.

Der Generator-Gleichspannungsregler 52 ermöglicht eine Handsteuerung durch eine solche Steuerung der Zündung der Thyristorbrücken, bei welcher die Generatorfeldspannung konstant gehalten wird. Wenn das Erregersystem weit unterhalb der Synchrondrehzahl in Betrieb genommen wird, dann wird der Gleichspannungsregler während des Anfahrens benutzt zur Aufrechterhaltung der konstanten Generatorspannung und Frequenz. Der Generator-Gleichspannungsregler wird auch noch dann benutzt, wenn der Wechselspannungsregler 54 nicht verfügbar ist oder wenn eine Handsteuerung erwünscht ist.

Der Generator-Wechselspannungsregler 54 besitzt als ersten Eingang auf der Leitung 56 die Generatorklemmenspannung und als zweiten Eingang auf der Leitung 58 eine Bezugsspannung oder Spannung für die Sollgrösse. Ein drittes Eingangssignal zu dem Generator-Wechselspannungsregler umfasst das Ausgangssignal des Stabilisators 60 der Kraftsta-

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lion. Der Wechselspannungsregler hält eine konstante Ausgangsspannung an den Generatorklemmen aufrecht, so dass die Leitung 56 einen Rückkoppelungskreis zum Wechselspannungsregler darstellt.

Der Informationseingang zu dem Wechselspannungsregler \v ird noch weiterhin verändert durch den Stabilisator 60 der Kraftstation, indem dieser ein Eingangssignal für die Drehzahl /um Regler liefert, welches an dem Aufnehmer oder Messfühler b2 gewonnen wird. Der Messfühler 62 kann dabei irgendein geeignetes konventionelles Gerät nach dem Stand der Technik sein oder kann ein Gerät oder Bauelement nach der US-PS i «85 420 sein, auf welche hiermit ausdrücklich bezug genommen w ird. Durch den Stabilisator der Kraftstation wird der Weehselspannungsregler noch zusätzlich mit einer Steuerfunktion ausgestattet, die so beschaffen ist, dass bei Abweichungen der Drehzahl oder Last am Generator die Generatorerregung als zusammengesetzte Funktion der Klemmspannung und der Wellendrehzahl gesteuert wird.

Die vorliegende Ausführungsform wurde im Hinblick auf eine bestimmte Anzahl von rotierenden Massen und anhand eines bestimmten Erregersystems beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass die neue Kraftstation jede Anzahl und Art \ i >n rotierenden Massen, und beispielsweise auch Wasserturbinen aufweisen kann. Vorteilhafterweise wird für die neue Kraftstation ein Erregersystem des gezeigten Typs mit hohem anfänglichen Ansprechvermögen verwendet, was nicht aus-schliesst. dass gegebenenfalls auch andere Arten von Erreger-s> stemen verwendet werden können.

Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines Stabilisators für eine Kraftstation und innerhalb der gestrichelten Linien diejenigen Bauelemente, welche einem konventionellen Stabilisator zugefügt sind. Ein Drehzahlaufnehmer oder Messfühler des T> ps gemäss der Beschreibung zu Figur 1 liefert ein Drehzahlsignal als Eingangssignal zu dem Stabilisator. Das Drehzahlsignal bildet das erste Eingangssignal für einen Frequenzabwei-chungsw andler 70. in dem das Eingangssignal frequenzmoduliert wird, so dass am Ausgang des Wandlers 70 eine Frequenz gleich der Modulationsfrequenz und eine Amplitude proportional zur Abweichung der Frequenz vorhanden ist. Ein Beispiel für einen solchen Frequenzabweichungswandler wird gegeben in dem Aufsatz «Design of a Power System Stabilizer Sensing Frequency Deviation» von Keay und South in IEEE Transactions on Power Appara tus an Systems, Vol. PAS-90, Nr. 2 (Frühjahr 197 D.Seite 708.

Das Ausgangssignal des Wandlers 70 ist das Eingangssignal für eine Signalformerschaltung 72 in Form einer gedruckten Schaltung. Die Signalformerschaltung besteht aus einer Vorei-lung-Nacheilung-Schaltung, welche so ausgelegt ist, dass sie eine gewünschte Phasenvoreilung bei den Frequenzen gemäss der örtlichen Schwingung oder der Verknüpfungsschwingung ergibt. Ein Beispiel für eine solche geeignete Voreilung-Nachei-lung-Schaltung wird gegeben in dem letztgenannten Aufsatz. Weiterhin kann in den Fällen, in denen ein Signal eines Dreh-/ahlmessfühlers einen Teil des Wandlereingangssignals bildet, ein Kerbfilter nützlich sein zur Beseitigung von Rauschstörungen infolge einer Exzentrizität des Läufers. Für diesen Zweck sollte das Kerbfilter für Maschinen mit 3600 Umdrehungen pro Minute auf 60 Hz und für Maschinen mit 1800 Umdrehungen pro Minute auf 30 Hz eingestellt werden.

Die Schaltung 74 ist ein Hochpassfilter, welches jegliche effektive Änderungen der Bezugsspannung für den Spannungsregler beseitigt, welche durch einen anhaltenden Betrieb der Kraftstation ausserhalb der normalen Frequenz verursacht w ird. Diese Funktion wird gegeben durch das Übersetzungsverhältnis ST/1 + ST und ist abgebildet in Figur 1 des Aufsatzes «Static Exciter Stabilizing Signals on Large Generators -Meehanical Problems» von Watson und Coulters, Vol. PAS-92, Seite 204-211. IEEE Transactions on Power Apparatus and

Systems.

Die Verstärkungs- und Ausgangsschaltung 76 ergibt eine geeignete Verstärkung für das Ausgangssignal des Stabiiistors, das als Eingangssignal für den Wechselspannungsregler verwendet wird. Weiterhin enthält diese Schaltung noch Einrichtungen zur Begrenzung der maximalen Ausgangsspannung des Stabilisators. Wie bereits zuvor erwähnt, sind alle vorstehend genannten Bauelemente an sich bekannt und zusammengenommen ergeben diese Elemente einen erwünschten Dämpfungseffekt für die örtlichen und durch die Zusammenschaltung mehrerer Kraftstationen erzeugten Schwingungen. Es ist jedoch bekannt, dass die Anwendung eines Stabilisators auf eine solche Kraftstation eine Entstabilisierung der Kraftstation bei den Eigentorsionsschwingungsfrequenzen der Welle ergeben kann.

Um das Auftreten von entstabilisierenden Signalen bei den Eigentorsionsschwingungen der Welle zu vermeiden, ist ein zusammengesetztes Bandsperrfilter 80 in der Schaltung des Stabilisators vorgesehen. Dieses Filter ist so ausgelegt, dass es das Ausgangssignal des Stabilisators abschwächt oder dämpft bei den Eigentorsionsschwingungsfrequenzen der Welle im Bereich von etwa 15 Hz bis etwa 40 Hz. Es ist zu beachten, dass dabei weiterhin die Dämpfung der Schwingungen durch das Zusammenschalten der Kraftnetze im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 0,5 Hz oder der örtlichen Schwingungen im Bereich von 1 bis 2 Hz möglich ist. Das resultierende Bandsperrfilter für Torsionsschwingungen besteht aus 5 «Biquad»-Filterelementen in Kaskadenschaltung. Jedes Biquad-Element kann mathematisch durch ein Verhältnis von 2 quadratischen Ausdrücken dargestellt werden, wobei jeweils der Zähler und der Nenner die gleiche Resonanzfrequenz besitzen. Ein Biquad-Filterelement ist Gegenstand der US-Patentschrift 4 001 712, auf welche ausdrücklich bezug genommen wird.

Die Figur 3 zeigt ein Schaltbild für ein zusammengesetztes Bandsperrfilter, in dem eine Anzahl von Biquad-Filterelemen-ten in Reihe geschaltet sind. Jeder Rechenverstärker ist mit einem Eingang dargestellt, welcher an dem umkehrenden Anschluss vorgenommen wird. Der normale Eingang ist nicht abgebildet; er ist jedoch in jedem Falle mit Masse oder Erde verbunden. Die Widerstar ' werte sind in Kilo-Ohm und die Kapazitätswerte sind in MiKrofarad angegeben. Ein geeigneter Rechenverstärker wird von dem Hersteller Précision Mono-lithics unter der Typenbezeichnungg 0p-05 vertrieben. Die Anzahl der «Biquad»-Filterelemente wird bestimmt durch die gewünschte Bandbreite des zusammengesetzten Filters. Jedes «Biquad»-Filterelement kann durch die folgende Funktion ausgedrückt werden: 2 2

s + aws + w Übertragungsfunktion pro Stufe - 2 2~

S + bws + w worin a und b Dämpfungsfaktoren sind. Die abgestimmte Frequenz für jedes «Biquad»-Filterelement wird dabei durch w ausgedrückt. Obwohl die Werte nur für einen bestimmten Anwendungsfall gegeben werden, können sie offensichtlich für jeden gewünschten Frequenzbereich eingerichtet werden. Die in Klammern gegebenen Widerstandswerte deuten auf die Austauschbarkeit der Widerstände hin zur Erzeugung eines Bandpassfilters mit umgekehrter Kennlinie wie das Bandsperrfilter aus den noch nachstehend dargelegten Gründen. An dem aus-gangsseitigen Ende der zusammengesetzten Filterschaltung ist ein Pufferverstärker oder Trennverstärkerr 82 mit Umkehrung vorgesehen.

Die Figur 4 zeigt die Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz für das Bandsperrfilter, wobei noch die einzelne Kennlinie jedes «Biquad»-Filterelementes gezeigt wird. Die Tiefe der Einkerbung und die Bandbreite jedes Filterelementes werden beherrscht durch den Zähler und Nenner in den Dämpfungsfaktoren. Die Figur 4A zeigt die Amplitude in Abhängig5

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keit von der Frequenz für das zusammengesetzte Bandsperrfilter.

Die Figur 5 zeigt den Unterschied zwischen den verschiedenen Ausgangssignalen des Stabilisators für die Kraftstation bei herausgenommenem Bandsperrfilter und bei eingesetztem Bandsperrfilter. Das Ausgangssignal des Stabilisators ist bei vorhandenem Bandsperrfilter stark abgeschwächt in dem durch die Konstruktion des Bandsperrfilters festgelegten Bereich gemäss Figur 3, d. h. von 15 Hz bis 37 Hz, der für eine Maschine die Eigentorsionsfrequenzen der Welle darstellt. Andererseits ist die Phasennacheilung bei den Frequenzen des Schwingungstyps für die gegenseitige Verbindung der Kraftnetze von etwa 0,1 bis 0,3 Hz geringer als 5° und bei den Frequenzen für die örtlichen Schwingungen von 1 bis 2 Hz ist die Phasennacheilung geringer als 20°.

Die Figur 6 zeigt die Verringerung der Amplitude der Zeiger zur komplexen Darstellung der Torsionswechselwirkung, welche im Bereich von 100:1 liegen kann. Obwohl durch die Zufügung des Bandsperrfilters die Lage eines solchen Zeigers zur komplexen Darstellung von einer stabilisierenden Kraft zu einer entstabilisierenden Kraft verändert werden kann, wird die Grösse dieser entstabilisierenden Kraft so gering sein, dass sie vernachlässig werden kann, weährend andererseits jede grössere entstabilisierende Kraft ausgeschaltet wird, welche ohne das Bandsperrfilter auftreten könnte.

Wie oben aufgezeigt wurde, werden die durch den Stabilisator der Kraftstation erzeugten nachteiligen Auswirkungen bei den Eigentorsionsfrequenzen der Welle abgeschwächt oder gedämpft durch Zufügung eines geeigneten Bandsperrfilters. Wenn jedoch ein Ausfall oder Defekt in diesem Bandsperrfilter eintritt, dann muss dieser Defekt erfasst werden, bevor entstabilisierende Signale in das System eingespeist werden. Es wird erneut auf die Figur 2 Bezug genommen, die zeigt, dass Einrichtungen vorgesehen sind zur Erfassung oder Feststellung eines Ausfalls in der Stabilisatorschaltung der Kraftstation, welcher zu einer vergrösserten Amplitude des Ausgangssignals des Sta-bilistors im Torsionsfrequenzbereich führen würde.

Das Ausgangssignal des Wandlers ist Eingangssignal für eine zweite Signalformerschaltung 90 in Form einer gedruckten Schaltung, welche identisch ist der Signalformerschaltung 72. Das Ausgangssignal von der Schaltung 74 bildet das Eingangssignal für ein Bandpassfilter 92. Das Bandpassfilter 92 ist identisch zu dem Bandsperrfilter 80 nach Figur 3 mit der Ausnahme, dass die Widerstände Ri und Rz für jedes «Biquad»-Fil-terelement jeweils in dem Filterelement ersetzt werden durch die in Klammer gezeigten Werte. Wie bereits in der vorgenannten US-Patentschrift 4 001 712 aufgezeigt, bewirkt das Austauschen der Widerstände eine Umkehrung des Charakters oder der Kennlinie des zusammengesetzten Filters und erzeugt daher ein Bandpassfilter in dem Eigentorsionsfrequenzbereich der Welle. Daher werden die entsprechenden Ausgangssignale der zweiten Signalformerschaltung 90 und des Bandpassfilters 92 identisch im Bereich der Eigentorsionsfrequenzen.

Hochpassfilter 94 und 96 dienen zur Verringerung der Empfindlichkeit jedes Eingangssignals bei niedrigen Frequenzen, und verstärken auf diese Weise den Vergleich oder Kontrast in dem Bereich der Torsionsfrequenzen.

Durch die Gleichrichterschaltung 98 und die Tiefpassschaltung 100 werden die entsprechenden Eingangssignale gleichgerichtet und gefiltert zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches ein Mass für den Mittelwert der Energie in dem Torsionsfrequenzband darstellt. Das Tiefpassfilter wird dabei so eingestellt, dass es einen Vergleich in einem zeitlichen Abschnitt von 200 bis 300 Millisekunden gestattet anstelle eines momentanen Vergleichs. Durch diese Funktion wird daher die Empfindlichkeit des Komparators und der Ausschaltlogik vermindert zur

Vermeidung von falschen Ausschaltungen infolge von Störimpulsen mit kurzer Dauer.

Der Komparator 102 empfängt die entsprechenden Eingangssignale von den Schaltungen 98 und 100 und vergleicht den Signalpegel. Bei Vorhandensein einer voreingestellten Differenz im Signalpegel in den beiden Signalen gibt der Komparator Umschaltsignale und Warnsignale an ein Relais ab, zur Auslösung eines entsprechenden Vorgangs, beispielsweise einer Unterbrechung des Ausgangs des Stabilisators der Kraftstation.

Die Figur 7 zeigt die praktische Ausführung der Funktionen, wie sie für die gedruckten Schaltungen 94 bis 102 dargestellt sind. Die Widerstandswerte sind auch hier in Kilo-Ohm und die Kapazitäten in Mikrofarad angegeben. Die Verstärkerschaltungen 110 und 112 ergeben die Hochpassfunktion und die Verstärkerschaltungen 114 und 116 enthalten Dioden und ergeben eine Gleichrichtung der entsprechenden Eingangssignale. Die Verstärker 119 und 121 ergeben die Tiefpassfunktion. Die Transistorschaltung 118 begrenzt das Ausgangssignal des Verstärkers 119 auf einen Wert von —10 Volt und die Transistorschaltung 120 begrenzt das Ausgangssignal des Verstärkers 121 auf + 10 Volt. Die Ausgangssignale der Verstärker 119 und 121 besitzen entgegengesetztes Vorzeichen und liefern ein resultierendes positives Eingangssignal an den Umkehrverstärker 122, welches proportional der Differenz zwischen den beiden Signalen ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 122 ist eine negative Spannung proportional zur Differenz zwischen den beiden Signalen. Der einstellbare positive Bezugsspannungseingang 124 wird dem negativen Ausgangssignal-des Verstärkers 122 zugefügt, so dass bei Übersteigen des positiven Eingangsbezugssignals durch das Ausgangssignal des Verstärkers 122 der Verstärker 126 auf positive Werte gehen wird und ein Warnsignal und eine Auslöseschaltung oder Schnellabschaltung einschalten wird (nicht gezeigt).

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass ein Stabilisator zur Dämpfung der örtlichen oder durch Verbindung von Kraftnetzen entstehenden Schwingungen in einer Kraftstation geeignet ist durch Erzeugung eines Dämpfungssignals für den Regler des Generatorfelds. Es wurde jedoch auch gezeigt, dass ein Stabilisator für eine Kraftstation nachteilige Auswirkungen auf die Torsionsstabilität bei den Eigentorsionsfrequenzen der Welle mit entsprechenden entstabilisierenden Wirkungen besitzen kann, welche für die Kraftstation nachteiliger sein können als die vorgenannten örtlichen oder durch gegenseitige Verbindung von Kraftnetzen entstehenden Schwingungen. Daher ist eine Einrichtung erforderlich, welche das Ausgangssignal des Stabilisators für die Kraftstation bei den Eigentorsionsfrequenzen der Welle abschwächt oder dämpft. Eine solche Einrichtung umfasst ein zusammengesetztes Bandsperrfilter, welche eine Anzahl von «Biquad»-Filterelementen enthält, die in Reihe geschaltet sind und bei denen jedes auf eine verschiedene Torsionsfrequenz abgestimmt ist, so dass das zusammengsetzte Filter den Gesamtbereich der Torsionsfrequenzen überdeckt. Dieses Filter ist dabei so beschaffen, dass es keine unzulässige Phasennacheilung im Ausgangssignal des Stabilisators hervorruft bei den Frequenzen für die örtlichen oder durch Verknüpfung von Kraftnetzen entstehenden Schwingungen.

Um zu gewährleisten, dass die Einfügung des Bandsperrfilters in den Stabilisator nicht bei einem Defekt an diesem Filter eine Einführung von entstabilisierten Signalen durch diesen Stabilisator mit den Eigentorsionsschwingungen der Welle gestattet, ist noch eine Warnschaltung und Auslöseschaltung oder Schnellabschalt-Schaltung vorgesehen als Sicherung gegen diese Möglichkeit. Die Abschalt-Schaltung bewirkt, dass der Ausgang des Stabilisators abgetrennt wird.

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   PATENTANSPRÜCHE

   I- Kraftstation zum Erzeugen elektrischer Energie, enthal-end einen Stabilisator, der mit der Antriebswelle einer J> namo-elektrisehen Maschine zusammenwirkt, um ein zur Dämpfung niederfrequenter Schwingungen in der Antriebs- 5 V eile geeignetes Dämpfungssignal zu erzeugen, das an die j regersteuerung für die Maschine geleitet wird, sowie eine int dem Stabilisator zusammenwirkende Schutzvorrichtung :egen Torsionsschwingungen, die bei gegenüber den niederfrequenten Schwingungen höheren Torsionsfrequenzen der Welle 10 Jas Ausganggssignal des Stabilisators dämpft, dadurch gekenn-'eichnet.dass die Schutzvorrichtung ein Bandsperrfilter (80) enthält, mit einer Anzahl in Reihe geschalteter Filterelemente Fig. J). von denen jedes zur Bildung eines für die Ausgangssi-rnale des Stabilisators im gesamten Bereich derTorsionsfre- 15 juenzen der Welle wirksamen Dämpfungsglieds auf eine der requenzen im Bereich der möglichen Torsionsfrequenzen der Melle abgestimmt ist.
2. 2. Kraftstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   lass der Stabilisator einen Wandler (70) enthält, welcher mit 20 1er dvnamo-elektrischen Maschine ( 18) verbunden ist und ein \usgangssignal erzeugt, das die Abweichung des der Maschi-îendrehzahl entsprechenden Eingangssignals von einer syn-•hronen Bezugsfrequenz anzeigt, sowie eine nachgeschaltete -rste Signalformerschaltung (72) zum Erzeugen eines phasen- 25 corrigierten Ausgangssignals, dessen den Torsionsfrequenzen 1er Welle entsprechende Frequenzen in dem Bandsperrfilter

   80) gedämpft werden.
3. 3. Kraftstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   lass die Schutzvorrichtung ein Bandpassfilter (92) enthält, mit 30 ;iner Anzahl in Reihe geschalteter Filterelemente und mit

   ,'iner Kennlinie, die umgekehrt zur Kennlinie des Bandsperrfil-ers (80) verläuft, welches Bandpassfilter in Reihe mit dem 3andpassfilter geschaltet ist und bei den Torsionsfrequenzen 1er Welle ein Ausgangssignal liefert, das praktisch identisch 35 'um Eingangssignal des Bandsperrfilters ist.
4. 4. Kraftstation nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn-'eichnet, dass der Stabiiistor ein Hochpassfilter (74) zur Beseiti-îung von stationären und niederfrequenten Komponenten aus lem phasenkorrigierten Ausgangssignal der ersten Signalfor- 40 nerschaltung (72) sowie eine Ausgangsschaltung (76) mit hinein Signalverstärker enthält und das Bandsperrfilter (80) 'w ischen die erste Signalformerschaltung (72) und das Hoch-"»assfilter (74) geschaltet und der Eingang des Bandpassfilters 92) mit dem Ausgang des Hochpassfilters (74) verbunden ist, 45 ind dadurch, dass dem Wandler (70) eine zweite Signalfornerschaltung (90) nachgeschaltet ist und eine Schaltungsan->rdnung ( 102) zum Vergleich der Ausgangssignale der zweiten iignalformerschaltung (90) und des Bandpassfilters (92) und 'um Erzeugen eines Warnsignals beim Vorhandensein einer 50 orbestimmten Signaldifferenz vorgesehen ist.
5. 5. Kraftstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   lass der Stabilisator einen Drehzahlmessfühler (62) zum Erzeu-:en eines der Drehzahl der Welle proportionalen Ausgangssi-:nals aufweist, welches Signal als Eingangssignal an den Wand- 55 er (70) geleitet wird.
6. b. Kraftstation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

   lass jedes der Filterelemente in dem Bandsperrfilter (80) und in leni Bandpassfilter(92) als Biquad-Filterelement ausgebildet st. das eine Summierschaltung enthält, deren einer Eingang 60 iber einen ersten Widerstand Ri mit dem Eingang des Filter-•lements und deren zweiter Eingang über einen zweiten Wider-t.md R: mit dem Ausgang des Filterelements verbunden ist uni bei dem Bandsperrfilter (80) der Widerstand Ri grösser als und bei dem Bandpassfilter (92) der Widerstand Ri kleiner 65 ils R: ist und die Widerstände Ri und R2 untereinander aus-auschbar sind.