CH650318A5

CH650318A5 - Anordnung zur daempfung mechanischer torsionsschwingungen einer gemeinsamen welle eines elektrischen wechselstromgenerators und einer turbine.

Info

Publication number: CH650318A5
Application number: CH3501/80A
Authority: CH
Inventors: Hans Bjoerklund
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-05-05
Publication date: 1985-07-15
Also published as: SE7904913L; GB2053527A; SE445004B; FR2458938A1; GB2053527B; DE3019952A1; BR8003514A; US4377780A; DE3019952C2; JPH0421438B2; JPS563599A; CA1127708A; FR2458938B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur 45 einen Schritt weiter, wobei abwechselnd ein Steuerimpuls an

Dämpfung mechanischer Torsionsschwingungen einer ge- ein anderes Ventil gegeben wird. Die Kippstufe MV wird über meinsamen Welle eines elektrischen Wechselstromgenerators den Niveaudetektor LD jedesmal dann aktiviert, wenn das und einer Turbine, wobei ein steuerbarer Stromrichter mit sei- Ausgangssignal s des Summierungsgliedes SM positiv wird,

nen Wechselstromanschlüssen an den Generator zur Übertra- Ein Spannungstransformator UT des Stromrichters SR

gung von Leistung zwischen dem Generator und der Gleich- so transformiert die Spannung u auf der Wechselstromseite des stromseite des Stromrichters angeschlossen ist. Stromrichters SR und führt diese einem Glied PIC zu, das an-

Falls bei elektrischen Maschinen Torsionsschwingungen hand des Abstandes zwischen den Nulldurchgängen der in den rotierenden Teilen der Maschine auftreten, so wird die Wechselspannung eine Grösse T/n berechnet, die der PeriWelle der Maschine Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt. So odendauer T der Wechselspannung dividiert mit der Pulszahl werden z.B. bei einem von einer Dampfturbine angetriebenen ss Q des Stromrichters entspricht (in dem gezeigten Fall ist Turbogenerator hohe Beanspruchungen durch Torsions- n=6). Die Grösse T/n wird einem invertierenden Eingang des Schwingungen verursacht. Die aus den Wellen und Rotoren Summierungsgliedes SM zugeführt. Ferner ist ein zeitmessender Turbine und des Generators gebildete, rotierende Masse des Organ TT, beispielsweise ein Integrator mit konstanter führt oft schwach gedämpfte und relativ niederfrequente Tor- Eingangsspannung zwischen dem Eingang des Ringrechners sionsschwingungen mit einer Frequenz von beispielsweise ei- 60 RC und dem Summierungsglied SM geschaltet und wird bei nigen Dekaden Hz aus. Solche Schwingungen treten beispiels- jedem Steuerimpuls auf Null gestellt. Das Ausgangssignal t weise bei der Synchronisierung, bei Kurzschluss oder beim des Zeitmessorganes TT entspricht also der seit dem vorher-Anschluss des Generators an eine reihenkompensierte Kraft- gehenden Steuerimpuls verflossenen Zeit und wird dem Sum-linie auf. In gewissen Fällen, z.B. wenn der Generator über ei- mierungsglied SM zugeführt. Jedesmal, wenn t=T/n ist, geht nen Stromrichter an eine Übertragungslinie für hochgespann- 65 das Ausgangssignal s des Summierungsgliedes vom negativen ten Gleichstrom angeschlossen ist, kann die Dämpfung der auf den positiven Wert über und ein Steuerimpuls wird an den Schwingungen sogar negativ werden. Dies gilt insbesondere Stromrichter SR gegeben.

für Maschinen, bei denen die Torsionsschwingungen eine Zur Steuerung des Steuerwinkels, d.h. der Phasenlage der

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Steuerimpulse relativ der Wechselspannung, ist ein Stromreg- chender Stromrichter am anderen Ende der Übertragung vor-ler IR vorgesehen, welcher von einem Potentiometer P ein Re- handen. Die Leistungsmodulation kann dann alternativ im ferenzwert Ir für den Gleichstrom des Stromrichters SR zuge- letzteren Stromrichter vorgenommen werden.

führt erhält. Ferner wird ein Signal J, das dem Gleichstrom Die effektivste Dämpfung erhält man, wenn die Strom-des Stromrichters entspricht, von einem Strommessgerät IM, 5 richterleistung im Vergleich zur Leistung der elektrischen Ma-z.B. von einem Messtransduktor, ebenfalls dem Regler IR mit schine nicht klein ist, und die Erfindung bietet in den Fällen vertauschtem Zeichen zugeführt. Die Ausgangsseite des die grössten Vorteile, wo die Stromrichterleistung in dersel-Stromreglers IR steht mit dem Summierungsglied SM in Ver- ben Grössenordnung wie die Maschinenleistung liegt, bindung. Diesem wird ein Ausgangssignal Ai zugeführt, wel- Beim Dämpfen von Torsionsschwingungen in einer Mâches eine Funktion des Reglerfehlers I-Ir ist. Das Signal Ai io schine mit mehreren verschiedenen Eigenfrequenzen oder in beeinflusst die Frequenz der Steuerimpulse und somit deren mehreren an den Stromrichter angeschlossenen Maschinen Phasenlage und den Steuerwinkel des Stromrichters SR auf mit verschiedenen Eigenfrequenzen können mehrere Band-solche Weise, dass der Strom auf Übereinstimmung mit dem passfilter BF vorhanden sein, von denen jedes zweckmässig Referenzwert Ir gesteuert wird. einen separaten Anpassungskreis DR hat. Die Bandpassfilter Ferner ist ein Tachometergenerator TG mechanisch mit is BF beeinflussen den Steuerwinkel des Stromrichters auf die in dem Generator G verbunden und gibt ein Gleichspannungssi- Fig. 1 gezeigte Weise. Jedes Bandpassfilter lässt dann eine Ei-gnal n ab, das stets der Rotationsgeschwindigkeit des Genera- genfrequenz der Maschine hindurch.

tors G proportional ist. Dieses Signal wird einem Bandpass- Bei der beschriebenen Anordnung beeinflusst das den filter BF zugeführt, welches so abgestimmt ist, dass es Signale Drehzahlvariationen entsprechende Signal des Bandpassfil-

n' mit einer Frequenz hindurchlässt, die einer Eigenschwin- 20 ters BF direkt den Steuerwinkel des Stromrichters SR. Das Si-

gungsfrequenz für Torsionsschwingungen des Maschinenag- gnal wird den steuerwinkelbestimmenden Organen des gregates, d.h. der Welle SH mit den darauf angebrachten ro- Stromrichters SR nämlich direkt und nicht über vor diesen tierenden Massen der Turbine und des Generators entspricht. Organen angeordnete Strom- oder Leistungsregler zugeführt.

Das Filter kann relativ breitbandig sein, z.B. mit dem Pass- Solche Regler introduzieren nämlich bei den aktuellen Fre-

band 10- 40 Hz, und kann dann die Eigenfrequenzen mehr- 25 quenzen eine Dämpfung und/oder Phasendrehung von sol-

erer unterschiedlicher Torsionsschwingungsmoden hindurch- eher Grösse, dass die gewünschte Dämpfung der Torsions-

lassen. Dahingegen werden die Frequenzen in anderen Berei- Schwingungen nicht erreicht werden kann.

chen als dem, in dem die betreffenden Torsionsschwingungen Gemäss der besprochenen Ausführung nach Fig. 1 ist ge-vorkommen, gedämpft. zeigt worden, wie man das drehzahlabhängige Signal von ei-Das Ausgangssignal n' des Bandpassfilters wird einem 30 nem an den Generator G angeschlossenen Tachometergene-Glied DR zur Amplitudenbegrenzung und Anpassung des Si- rator TG erhält. Es ist aber auch möglich, ein Signal, das ein gnals zugeführt. Das Ausgangssignal n" des Gliedes DR ent- Mass für die momentane Rotationsgeschwindigkeit des Gespricht den von den Torsionsschwingungen verursachten Va- nerators G darstellt, mit Hilfe anderer bekannter Drehzahlge-riationen in der Drehzahl des Generators und wird dem Sum- ber zu erhalten. Es ist beispielsweise möglich, mit einem ge-mierungsglied SM zugeführt. Ein positiver Wert des Signals 35 zahnten oder geriffelten Rad mit magnetischer oder optischer n" bedeutet, dass die Drehzahl des Generators höher als der Abtastung eine Impulsfrequenz zu erzeugen und diese dann in Durchschnittswert ist und hat eine Erhöhung der Frequenz eine entsprechende Gleichspannung umzuwandeln. Es gibt der Steuerimpulse und damit eine Vorverlegung der Steuerim- verschiedene Möglichkeiten, den verwendeten Drehzahlgeber pulse, d.h. eine Verringerung des Steuerwinkels des Strom- an den Generator anzuschliessen. Derselbe soll jedoch mecha-richters zur Folge. Dies wiederum verursacht eine Erhöhung *0 nisch spielfrei mit dem Generator verbunden sein, so dass er der Gleichspannung und des Stroms des Stromrichters SR den Drehzahlvariationen des Generators gut folgt.

und damit eine Erhöhung der an die Gleichstromlinie abgege- Eine andere Möglichkeit, um ein Signal zu erhalten, das benen aktiven Leistung des Stromrichters. Dieser Leistungs- den Drehzahlvariationen des Generators in dem betreffenden anstieg bringt eine Erhöhung des Bremsmomentes am Gene- Frequenzbereich entspricht besteht darin, indem die Genera-rator G mit sich. In entsprechender Weise bringt ein negativer 45 torwelle mit einem Torsionsgeber versehen wird, der ein dem

Wert des Signals n" eine Verringerung der Leistung des Torsionsmoment der Welle entsprechendes Signal liefert. Die-

Stromrichters SR und des Bremsmomentes am Generator mit ses Signal wird den steuerwinkelbestimmenden Organen des sich. Stromrichters zur Beeinflussung des Steuerwinkels zugeführt,

Bei der beschriebenen Anordnung werden also der Strom eventuell über phasendrehende Organe, um eine korrekte und die Leistung des Stromrichters SR bei Torsionsschwin- 50 Phasenlage bei der Leistungsmodulation zu bekommen, gungen im Maschinenaggregat derart moduliert, dass diesen Eine dritte Möglichkeit, ein den Drehzahlvariationen entSchwingungen entgegengewirkt wird. In dieser Weise werden sprechendes Signal zu erhalten, ist in Fig. 2 dargestellt. Die die auftretenden Torsionsschwingungen effektiv gedämpft. gezeigte Ausführung entspricht der in der Fig. 1 gezeigten Lö-Dies hat einerseits zur Folge, dass die mechanischen Bean- sung mit der folgenden Ausnahme: Anstelle der Drehzahl-spruchungen von Maschinenaggregaten (insbesondere der 55 messung wird die Frequenz des Generators G gemessen. Die-Welle SH) bedeutend reduziert werden und andererseits, dass ses Vorgehen kann gewählt werden, wenn der Generator aies möglich wird, Maschinenaggregate mit niedrigen Eigen- lein oder im wesentlichen allein die Frequenz im Netz N be-schwingungsfrequenzen an den Stromrichter zu koppeln, bei- stimmt. Die Netzfrequenz ist dann ein Mass für die momen-spielsweise zur Kraftübertragung mit hochgespanntem tane Drehzahl des Generators. Zu diesem Zweck ist ein die Gleichstrom. «0 Frequenz messendes Organ FM an das Netz N angeschlossen

Die Amplitude der Leistungsmodulation, die von der An- und gibt ein Signal f ab, welches für den Momentanwert der Ordnung nach der Erfindung vorgenommen wird, kann im Frequenz charakteristisch ist. Die Frequenzmessung kann auf Vergleich zur vom Stromrichter normalerweise übertragenen eine an und für sich bekannte Weise durchgeführt werden, inLeistung niedrig sein, und die normale Funktion des Strom- dem man beispielsweise die Dauer der Halbperioden der richters wird von der von der Anordnung introduzierten Lei- 65 Wechselspannung misst. Das Signal f wird einem der Eigen-stungsmodulation nicht gestört. frequenz der aktuellen Torsionsschwingungen angepassten Wenn der Stromrichter SR zu der einen Stromrichtersta- Bandpassfilter BF zugeführt und das Ausgangsignal f ' des tion einer Gleichstromübertragung gehört, ist ein entspre- Filters bildet ein Mass für die mit den Schwingungen in Zu-

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sammenhang stehenden Drehzahlvariationen. Da die Frequenzmessung mit einer gewissen Verzögerung verbunden ist, wird dem Anpassungsglied DR eine phasendrehende Vorrichtung PCH vorgeschaltet, die eine positive Phasendrehung des Signals f ' bewirkt, welche die negative Phasendrehung im frequenzmessenden Glied FM (und auch eventuelle übrigen Phasendrehungen) kompensiert.

Da die Frequenzmessung unerwünschte Schwingungen im Messignal f verursachen kann, sollte das Bandpassfilter BF schmalbandiger sein als gemäss der Ausführung nach Fig. 1. Der Q-Wert des Filters kann beispielsweise 10 sein.

Wird eine Dämpfung mehrerer Schwingungen mit verschiedenen Eigenfrequenzen (in derselben Maschine oder in verschiedenen an den Stromrichter angeschlossenen Maschinen) gewünscht, so kann das Messignal f mehreren den aktuellen Frequenzen angepassten Bandpassfiltern zugeführt werden, deren Ausgangssignale über Phasendrehungs- und Anpassungsglieder dem Summierungsglied SM zur Beeinflus-5 sung des Steuerwinkels des Stromrichters zugeführt werden.

Die gezeigte Ausführung der Steuerimpulsvorrichtungen des Stromrichters ist nur ein Beispiel, und die Erfindung kann in entsprechender Weise auch mit anderen Steuerimpulsvorrichtungen zur Anwendung kommen.

i o Das Drehstromnetz N braucht kein Netz im eigentlichen Sinne des Wortes zu sein. Der Generator G kann nur an den Stromrichter SR angeschlossen sein, wobei das Netz N nur aus den Stromschienen besteht, die den Generator mit dem Stromrichter verbinden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

650 318 2 PATENTANSPRÜCHE niedrige Eigenfrequenz haben, und hierdurch kann es unmög-

1. Anordnung zur Dämpfung mechanischer Torsions- lieh werden, eine solche Maschine an eine Hochspannungsschwingungen einer gemeinsamen Welle (SH) eines elektri- Gleichstromübertragung anzuschliessen.

sehen Wechselstromgenerators (G) und einer Turbine (TU), Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anord-wobei ein steuerbarer Stromrichter (SR) mit seinen Wechsel- s nung zur Dämpfung mechanischer Torsionsschwingungen ei-stromanschlüssen an den Generator zur Übertragung von ner gemeinsamen Welle eines elektrischen Wechselstromgene-Leistung zwischen dem Generator und der Gleichstromseite rators und einer Turbine vorzuschlagen, bei welcher die von des Stromrichters angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, den Schwingungen verursachten mechanischen Beanspru-dass die Anordnung ein der Rotationsgeschwindigkeit der chungen hinsichtlich ihrer Amplitude und Dauerhaftigkeit Welle (SH) proportionales Signal (n) abgebendes, drehzahler- io vermindert werden können, so dass es möglich wird, auch Gefassendes Organ (TG) enthält, dem ein Bandpassfilter (BF) neratoren mit niedrigen Eigenschwingungsfrequenzen an nachgeschaltet ist, welches Signale mit einer Frequenz durch- Hochspannungs-Gleichstromübertragungen anzuschliessen. lässt, die der Eigenfrequenz der Torsionsschwingungen in den Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Anordnung mit den rotierenden Teilen des Generators und in den verbundenen Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1.

rotierenden Massen entspricht, wobei das Ausgangssignal (n') 15 Die Erfindung soll nachstehend unter Hinweis auf die des Filters zum direkten Beeinflussen des Steuerwinkels des Zeichnung näher beschrieben werden.

Stromrichters (SR) und somit zur Dämpfung der Schwingun- Fig. 1 zeigt eine Anordnung nach der Erfindung in Ver-

gen den Steuergliedern (SM, LD, MV) des Stromrichters zu- bindung mit einem Turbogenerator und geführt wird. Fig. 2 eine alternative Ausführung der Anordnung nach

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 20Fig. 1, bei der das Erfassen der Drehzahlvariationen des Ge-dass das drehzahlerfassende Organ ein mechanisch mit dem nerators durch Messung der Statorfrequenz des Generators Generator (G) verbundener Tachometergenerator (TG) ist. vorgenommen wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, In der Fig. 1 ist eine Dampfturbine TU mit Hoch-, Zwi-dass das drehzahlerfassende Organ ein an die Statorspannung sehen- und Niederdruckstufen HP, MP und LP schematisch des Generators angeschlossenes, die Frequenz messendes Or- 25 dargestellt. An die Turbine TU ist ein elektrischer, dreiphasi-gan (FM) ist, dessen Ausgangssignal (f) ein Mass für den Mo- ger Wechselstromgenerator G angeschlossen, welcher eine ge-mentanwert der Frequenz bildet. meinsame Welle SH mit der Dampfturbine aufweist. Der Ge-

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, nerator G ist über einen Transformator T1 an ein Drehstrom-dass dem frequenzmessenden Organ (FM) über das Band- netz N angeschlossen, an das auch ein Stromrichter SR über passfilter (BF) ein die Phase drehendes Organ (PCH) zur po- 30 einen Transformator T2 angeschlossen ist. Der Stromrichter sitiven Phasendrehung des Signals (f ) nachgeschaltet ist. dient zur Leistungsübertragung zwischen dem Netz N und ei-

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü- nem Gleichspannungsnetz L. Hierbei kann es sich z.B. um che, bei welcher die Steuerglieder des Stromrichters (SM, LD, eine Übertragungsleitung für hochgespannten Gleichstrom MV) mit einem steuerimpulsabgebenden Organ (TT) in Ver- handeln. Der Stromrichter SR enthält eine Stromrichterbindung stehen, das jeweils dann einen Steuerimpuls (t) ab- 35 brücke mit sechs Thyristorventilen TR1-TR6 und weist ein gibt, wenn ein gewisses Zeitintervall mit steuerbarer Dauer Steuersystem nach der CH-PS 491 533 auf. Die Steuerglieder seit dem Abgeben des vorhergehenden Steuerimpulses ver- des Stromrichters SR umfassen hintereinandergeschaltet ein flössen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (n) von Summierglied SM, einen Niveaudetektor LD und eine Kipp-dem Drehzahl erfassenden Organ (TG) dem Steuerimpuls ab- stufe MV, welche über einen Ringrechner RC mit der Stromgebenden Organ (TT) zur Beeinflussung der Dauer des ge- to richterbrücke in Verbindung stehen.

nannten Zeitintervalls zugeführt wird. Der Ringrechner RC sendet der Reihe nach Steuerimpulse in korrekter Folge und mit angemessener Dauer an die Ven-

tile TR1-TR6 der Brücke. Jedesmal, wenn der Ringrechner

RC einen Impuls SP von der Kippstufe MV erhält, schaltet er