CH653190A5

CH653190A5 - Excitation installation of a synchronous machine

Info

Publication number: CH653190A5
Application number: CH191480A
Authority: CH
Inventors: Rodion Grigorievich Goldin; Vladimir Yakovlevich Tukhman; Valentin Agerasimoci Yakimenko
Original assignee: Proizv Ob Uralelektrotyazhmash
Priority date: 1979-03-11
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1985-12-13
Also published as: DE3009102C2; DE3009102A1; SU873370A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Erregeranlage einer Synchronmaschine, welche Anlage eine an einer Erregerwicklung der Synchronmaschine angeschlossene Erregereinrichtung und ein auf Überspannungen beider Polarität ansprechendes Anlass- und Schutzgerät enthält, das über ein Stromrelais parallel an die Erregerwicklung angeschaltet ist und das mehrere Parallelstränge aufweist, die jeweils aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und antiparallel geschalteten Thyristorschaltern bestehen, zwischen deren Anode und Steuerelektrode jeweils ein erstes Schwellwertglied mit einem Ansprechspannungswert geschaltet ist. Eine Erregeranlage dieser grundsätzlichen Bauart ist aus dem Katalog «Thyristorvorrichtungssatz der Serie KTU» der Talliner elektrotechnischen Fabrik M.I. Kalinin, Tallin 1978, bekannt.

Diese Erregeranlage ist deswegen von erhöhter Zuverlässigkeit, weil eine Unterbrechung in einem der Parallelstränge bei Normalbetrieb der übrigen die Schutzfunktionen des Erregersystems nicht verlorengehen und es zu keiner Notabschaltung des Erregers und der Synchronmaschine vom Netz kommt.

Andererseits kann es wegen der Parallelstränge beim Anlassen der Synchronmaschine und in manchen anderen vom Durchfluss grösserer Ströme über das Anlass- und Schutzgerät begleiteten Betriebszuständen zu Störungen kommen, weil die die Thyristoren der Thyristorschalter steuernden Schwellwertglieder bezüglich ihrer Ansprechspannungs-werte und Zündzeitpunkte der Thyristoren streuen. Bereits mit der Einschaltung des ersten Parallelstranges des Anlassund Schutzgeräts (beispielsweise beim Anlassen des Synchronmotors) sinkt die Spannung an der Erregerwicklung der Synchronmaschine ab, was die Einschaltung der übrigen Parallelstränge des Anlass- und Schutzgeräts erschwert und unter Umständen auch ausschliesst. Infolgedessen fliesst der gesamte Anlassstrom über einen Parallelstrang, was zu dessen Überhitzung führt und die Betriebssicherheit des Erregersystems im ganzen herabsetzt. - -

Aus der DE-OS 28 26 325 ist.ein Erregersystem eines Synchrongenerators bekannt, bei dem parallel zur Erregerwicklung der Maschine zwei Reihenschaltungen aus je einem Thyristorschalter und einem Widerstand liegen, wobei bei der Ansteuerung der Thyristoren der Thyristorschalter ein Relaisschalter sowie unabhängig hiervon ein Überspannungsglied mitwirkt.

Bei dieser bekannten Ausbildung gibt der Relaisschalter bei seiner Betätigung unmittelbar für jeden der Thyristorschalter ein über Dioden und Widerstände anstehendes Steuersignal frei, so dass die Thyristorschalter unmittelbar und gleichzeitig leitend gesteuert werden. Dabei sind aus Gründen der Sicherheit die Kontakte des Relaisschalters Ruhekontakte, die im Normalbetrieb des Synchrongenerators dadurch offengehalten werden, dass der Relaismagnet über einen Speisekontakt von einer Hilfsstromquelle gespeist wird. Beim Auftreten von Überspannungen wird der Erregerschalter von Auslöseorganen betätigt und trennt mittels seiner Kontakte die Erregerwicklung vom Stromrichter der Erregereinrichtung sowie öffnet gleichzeitig den Speisekontakt, so dass der Relaisschalter seine Kontakte schliesst, die Thyristoren leitend gesteuert werden und eine sofortige Entregung der Erregerwicklung stattfindet.

Zusätzlich hat die betrachtete Ausbildung zur Erhöhung der Sicherheit bei einem etwaigen Ausfall der beschriebenen Zündvorrichtung für den Normalbetrieb einen Reservezündkreis mit einem Überspannungsglied, nämlich einer Zenerdiode, welche über einen Hilfsthyristor ebenfalls gleichzeitig auf beide Thyristorschalter wirkt. Eine Störung im Bereich des mit dieser Zenerdiode aufgebauten Reservezündkreises würde also sofort, auch wenn keine Überspannung vorliegt, die Leitendsteuerung aller Thyristoren bewirken. Damit ist die Gefahr des Fehlansprechens gross und eine Eingrenzung der Störung auf einen der beiden parallelen Stränge nicht möglich.

Ähnliches gilt für ein aus der DE-OS 26 19 385 bekanntes Erregersystem einer Synchronmaschine, bei welcher ebenfalls parallel zur Erregerwicklung einer Synchronmaschine zwei Thyristorschalterstränge liegen, deren Thyristoren über einen steuerimpulsformenden Thyristor angesteuert werden, indessen Steuerkreis wiederum Shockley-Dioden als Schwellenwertelemente liegen. Wegen der Zwischenschaltung des steu-erimpulsformenden Thyristors können die leistungsschwachen Shockley-Dioden Anwendung finden.

Auch hier würden jedoch bei einem Durchschlagen der Shockley-Dioden oder des steuerimpulsformenden Thyristors alle Leistungsthyristoren des Anlass- und Schutzgeräts auch ohne Vorliegen einer Überspannung gezündet, was zu einer Überhitzung des in Reihe mit den Leistungsthyristoren geschalteten Widerstandes und zu einer Überlastung der Erregereinrichtung führen würde. Ebenso würde eine Unterbrechung im Kreis der Shockley-Dioden oder des steuerimpulsformenden Thyristors das gesamte Anlass- und Schutzgerät unwirksam machen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Erregeranlage einer Synchronmaschine mit erhöhter Ansprech- und Betriebssicherheit; insbesondere soll es zur Einschaltung aller Parallelstränge des Anlass- und Schutzgeräts tatsächlich nur bei Überspannungen an der Erregerwicklung in den Übergangsbetrieben der Synchronmaschine kommen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Bei dieser erfindungsgemässen Ausbildung ist jedem der Stränge ein Schwellwertglied als Überspannungsglied zugeordnet und bei einem Ansprechen eines derselben wird zunächst auch nur deren Thyristor leitend gesteuert. Der jetzt über einen der parallelen Stränge fliessende Strom bewirkt ein Schliessen (Leitendwerden) der Kontakte des Stromrelais, so dass über dieses ein Steuerimpuls zum Leitendsteuern der anderen Thyristorschalter zu diesen gelangt, wenn ein solcher von der Speichereinheit her aufgrund einer vorangegangenen Überspannung ansteht.

Mithin wird durch die erfindungsgemässe Ausbildung erreicht, dass die Zündung eines Thyristorschalters in einem der Stränge sich auf die übrigen Stränge sofort ausbreitet, wenn eine in der Speichereinheit registrierte Überspannung vorausging, diese Ausbreitung bei NichtVorliegen dieser Voraussetzung aber verhindert wird.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, weiter erläutert; diese zeigt die Prinzipschaltung der Erregeranlage einer Synchronmaschine.

Zur Erregeranlage der Synchronmaschine 4 gehört eine Erregereinrichtung 1 aus einem an die Ständerwicklung 3 der Synchronmaschine 4 angeschlossenen Transformator 2,

einem an diesen angeschlossenen steuerbaren Stromrichter 5, an dessen Ausgang die Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 angeschlossen ist, sowie aus einer Steuerrichtung 7, deren Ausgang an die Steuerelektroden der Thyristoren 8 des steuerbaren Stromrichters 5 angeschlossen ist.

Parallel zum Ausgang des Stromrichters 5 liegt ein Anlassund Schutzgerät 9. Ein Stromrelais 10 überwacht den im Anlass- und Schutzgerät 9 fliessenden Strom, und zwar schliessen die Kontakte 33,34 und 35 des Stromrelais 10,

wenn ein Strom durch das Anlass- und Schutzgerät 9 zu flies-sen beginnt.

Das Anlass- und Schutzgerät 9 besteht aus Parallelsträngen 11,12 und 13. Deren Anzahl hängt von der Leistung der Synchronmaschine 4 und den Forderungen nach einer Reservehaltung ab, beispielsweise wenn ein Anlassen der Synchronmaschine 4 auch bei Abschaltung eines Parallelstranges des Anlass- und Schutzgeräts 9 möglich sein soll.

Den Parallelsträngen 11,12 und 13 ist ein Auslöseschal-kreis 14 zugeordnet, der bei der Einschaltung aller Parallelstränge 11, 12,13 mitwirkt.

In jedem der Parallelstränge 11, 12, 13 sind hintereinander ein Widerstand 15, ein aus gegenparallelgeschalteten Thyristoren 17,18 bestehender Thyristorschalter 16 und eine Einrichtung 19 zur Notschaltung des Parallelstranges, z.B. eine Sicherung. Zwischen der Anode und der Steuerelektrode der Thyristoren 17,18 jedes Parallelstranges liegt ein erstes Schwellwertglied 20, das aus einer Gegenreihenschaltung einer Zenerdiode 21 und einer Diode 22 besteht. An die Steuerelektrode der Thyristoren 17, 18 ist die Kathode einer Diode 22' angeschlossen, die ebenso wie auch die Diode 22 zur Entkopplung des Stromkreises des Schwellwertgliedes 20 und des Stromkreises des Auslöseschaltkreises 14 für die Parallelstränge dient.

Der Auslöseschaltkreis 14 für die Parallelstränge 11,12, 13 besteht aus einem Schwellwertglied 23 mit Zenerdioden 24 und Dioden 25, einer Speichereinheit 26 und einem Impulsformerglied 27. Diese letzteren Baugruppen sind aufgebaut aus einer Gegenparallelschaltung von Thyristoren 28,29 mit der ein Widerstand 30 und Zenerdioden 31,32 in Reihe liegen. Zwischen den Anoden und den Steuerelektroden der Thyristoren 28,29 liegen die Zenerdioden 24 und die Dioden 25. Der Ansprechspannungswert der Zenerdioden 24 ist höher als die Spannung am Ausgang des Stromrichters 5 bei störungsfreiem Betrieb des Synchrongenerators, liegt aber unterhalb des Ansprechspannungswertes der Zenerdioden 21.

Die Kathoden der Zenerdioden 31, 32 sind über die Kontakte 33,34 des Stromrelais 10 an die Steuerelektroden der Thyristoren 18, 17 der jeweiligen Parallelstränge 11, 12,13 angeschlossen.

Parallel zum Widerstand 30 liegt ein Kontrollrelais 36 für den Strom der Thyristoren 28 und 29, dessen Kontakt 37 parallel zum Kontakt 35 des Stromrelais 10 und an den Eingang der Steuereinrichtung 7 des Stromrichters 5 angeschlossen ist.

Der Betrieb der Erregeranlage verläuft wie folgt:

Im Normalbetrieb liegt die Spannung am Ausgang der Erregereinrichtung 1 unterhalb des Ansprechspannungswertes der Zenerdioden 24 und 21, so dass das Anlass- und Schutzgerät 9 und die Auslöseschaltung 14 nicht ansprechen. Die Erregereinrichtung 1 speist in bekannter Weise die Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine.

In mit Überspannungen an der Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 verbundenen Übergangszuständen der Synchronmaschine 4 (Asynchronlauf-Anlauf eines Synchronmotors und ähnlich) können Spannungen an der Erregerwicklung oberhalb des Ansprechspannungswertes der Zenerdioden 24 auftreten. Dann schalten diese durch und es fliesst ein Strom von ihrer Anode zur Steuerelektrode des zugehörigen Thyristors 28 (falls die in der Erregerwicklung zu diesem Zeitpunkt induzierte Spannung positiv ist) oder 29 (falls die in der Erregerwicklung induzierte Spannung negativ ist). Wenn z.B. die Spannung positiv ist, zündet der Thyristor 28.

Über die Zenderdiode 31, den Thyristor 28, den Widerstand 30 und die Zenerdiode 32 fliesst jetzt ein Strom. Aufgrund des am Widerstand 30 auftretenden Spannungsabfalls spricht das Relais 36 an. An der Zenerdiode 32 tritt eine Spannung auf, die betragsmässig zum Zünden der Thyristoren 17,18 der Parallelstränge 11, 12, 13 ausreichen würde, jedoch ist der Steuerkreis dieser Thyristoren durch den offenen Kontakt 34 unterbrochen, so dass die Thyristoren 17, 18 nicht zünden.

Bei einem weiteren Spannungsanstieg schaltet die im Steuerkreis des Thyristors 17 eines Parallelstranges, beispielsweise im Parallelstrang 11, liegende Zenerdiode 21 durch. Jetzt fliesst ein Steuerstrom über die Anode des Thyristors 17, die Zenerdiode 21, die Diode 22, die Steuerelektrode des Thyristors 17 und die Kathode des Thyristors 17. Dieser zündet den Thyristor 17, so dass der zugehörige Widerstand 15 dieses Parallelstranges 11 zur Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 hinzu an die Erregereinrichtung 1 angeschlossen wird. Über den Parallelstrang 11 fliesst ein Strom, die Spannung an der Erregerwicklung 6 fällt unter den Ansprechspannungswert der Zenerdioden 21 der Parallelstränge 12, 13 ab und diese bleiben stromlos.

Über den Thyristor 28 fliesst aber der Strom weiter, und über der Stabilisatordiode 32 fällt nach wie vor eine Spannung ab, die zum Zünden der Thyristoren 17 ausreicht, weshalb in dem Augenblick, wo ein über den Parallelstrang 11 fliessender Strom zum Anziehen des Relais 10 führt, der Kontakt 34 schliesst und das Impulsformerglied 27 an die Steuerelektroden der Thyristoren 17 der Parallelstränge 12, 13 angeschaltet wird. Dann werden auch die Thyristoren 17 dieser Parallelstränge leitend, so dass alle Parallelstränge an die Erregerwicklung 6 angeschlossen sind. Infolgedessen verteilt sich der Anlassstrom auf alle Parallelstränge 11, 12, 13 und die Spannung an der Erregerwicklung 6 sinkt in einer noch höheren Masse ab.

Ist die Spannung an der Erregerwicklung 6 negativ, so verlaufen die Vorgänge analog, wobei jeweils der Thyristor 29 der Auslöseschaltung 14 für die Parallelstänge und die Thyristoren 18 der Parallelstränge II, 12, 13 gezündet werden.

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Nach Abschluss des Übergangsvorganges, wenn die in der Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 induzierte Spannung unter die Spannung am Eingang des Stromrichters 5 abfällt, werden das Anlass- und Schutzgerät 9 und der Auslöseschaltkreis 14 für die Parallelstränge mit Hilfe des Kontaktes 35 des Stromrelais 10 und des Kontaktes 37 des Kontrollrelais 36 abgeschaltet. Deren Schliessen bewirkt, dass die Steuereinrichtung 7 die Spannung am Ausgang des Stromrichters 5 kurzzeitig auf Null herabsetzt, wodurch es zu einem Nulldurchgang an den Thyristoren 28 bzw. 29 und 17 bzw. 18 und damit zur Abschaltung des Anlass- und Schutzgerätes 9 und des Auslöseschaltkreis 14 kommt.

Tritt im Übergangsvorgang der Synchronmaschine 4 nur eine geringfügige Spannungserhöhung auf einen Pegel oberhalb des Ansprechspannungswertes der Zenerdiode 24, aber unterhalb des Ansprechungsspannungswertes der Zenerdiode 21 auf, so spricht nur der Auslöseschaltkreis 14 für die Parallelstränge an, wodurch das Vorhandensein der Überspannung im Stromkreis der Thyristoren 28,29 gespeichert wird. Da die Thyristoren 17, 18 mit keiner Steuerspannung beaufschlagt werden, werden die Stränge 11, 12,13 nicht stromdurchflos-sen. Der Auslöseschaltkreis 14 für die Parallelstränge wird bei einem Spannungsabfall an der Erregerwicklung 6 auf einen Pegel gleich oder unterhalb der Spannung am Eingang des Stromrichters 5 mit Hilfe des Kontaktes 37 des Kontrollrelais 36 wieder abgeschaltet, indem, wie beschrieben, die Steuereinrichtung 7 die Spannung am Ausgang des Stromrichters 5 kurzzeitig zu Null macht.

Beim Ausfall eines der Parallelstränge, beispielsweise des Parallelstranges 11, infolge eines Durchschlages des Thyristors 17 fliesst im Normalbetrieb der Synchronmaschine 4 über den Parallelstrang 11 ein Havarierstrom. Das Stromrelais 10 zieht an. Da aber keine Überspannungen aufgetreten waren, liegt die Spannung an der Erregerwicklung 6 unterhalb des Ansprechspannungswertes der Zenerdiode 24, und der Auslöseschaltkreis 14 steht nicht bereit zur Zündung der Parallelstränge. Es kommt also nicht zu einer Ansteuerung der Thyristoren 17,18 der Parallelstränge 12, 13, so dass diese stromlos bleiben und die Störung eingegrenzt bleibt. Der ausgefallene Parallelstrang 11 wird in bekannter Weise von der Einrichtung 19 zur Notschaltung, hier einer Sicherung, abgeschaltet.

5 Bei einer Störung im Auslöseschaltkreis 14 für die Paral-lestränge, beispielsweise bei einem Durchschlag des Thyristors 28, tritt an der Zenerdiode 32 eine Spannung auf, die zur Einschaltung der Parallelstränge 11, 12, 23 ausreichend wäre. Da aber in den Strängen 11,12,13 kein Strom fliesst, ist das io Stromrelais 10 offen, und die Steuerspannung gelangt nicht zu den Steuerelektroden der Thyristoren 17,18. Die Parallelstränge 11,12, 13 werden nicht leitend geschaltet und die Störung im Auslöseschaltkreis 14 für die Parallelstränge hat keine weiteren Auswirkungen. Wegen der geringen Leistung 15 des Auslöseschaltkreises 14 ist ein dauernder Stromdurch-fluss über diese bis zur planmässigen Stillsetzung der Synchronmaschine 4 zulässig. Ist das nicht erwünscht, kann im Stromkreis des Auslöseschaltkreises 14 noch ein besonderer Ausschalter vorgesehen werden, mit dem sie im beschriebe-20 nen Fall dann abgeschaltet werden könnte.

Es ist zu sehen, dass es in der beschriebenen Erregeranlage nur dann zu einer Einschaltung aller Parallelstränge 11, 12, 13 des Anlass- und Schutzgerätes 9 kommt, wenn in den Übergangszuständen der Synchronmaschine 4 tatsächlich 25 Überspannungen an der Erregerwicklung 6 auftreten. Dagegen ist beim Ausfall nur eines Parallelstranges oder bei einer Störung im Auslöseschaltkreis 14 die Einschaltung aller Parallelstränge 11, 12,13 des Anlass- und Schutzgerätes 9 verhindert.

30 Die erforderlichenfalls sichere Einschaltung aller Parallelstränge 11,12,13 des Anlass- und Schutzgerätes 9 gestattet es, deren Strombelastung zu erhöhen und somit die Abmessungen und die Masse sowohl des Gerätes 9 als auch der Erregeranlage im ganzen ohne Verringerung seiner Betriebs-35 Zuverlässigkeit zu reduzieren. Auch sind zum Betrieb der Speichereinheit 26 und des Impulsformers 27 keine zusätzlichen Speisequellen notwendig.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

653 190 PATENTANSPRÜCHE

1. Erregeranlage einer Synchronmaschine, welche Anlage eine an eine Erregerwicklung der Synchronmaschine angeschlossene Erregereinrichtung und ein auf Überspannungen beider Polarität ansprechendes Anlass- und Schutzgerät enthält, das über ein Stromrelais parallel an die Erregerwicklung angeschaltet ist und das mehrere Parallelstränge aufweist, die jeweils aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und antiparallel geschalteten Thyristorschaltern bestehen, zwischen deren Anode und Steuerelektrode jeweils ein erstes Schwellwertglied mit einem Ansprechspannungswert geschaltet ist, gekennzeichnet durch einen Auslöseschaltkreis (14) mit einem zweiten zum Ausgang der Erregereinrichtung (1) parallel geschalteten zweiten Schwellwertglied (23) mit einem Ansprechspannungswert unterhalb des Ansprechspannungs-wertes des ersten Schwellwertgliedes (20), mit einer den Überspannungszustand speichernden Speichereinheit (26), die durch das Schwellwertglied (23) in den Speicherzustand versetzbar ist, und mit einem durch die Speichereinheit (26) auslösbaren Impulsformerglied (27), das einen der Polarität der Überspannung entsprechenden Spannungsimpuls bildet, wobei der Ausgang des Impulsformergliedes über Kontakte (34,35) des Stromrelais (10) derart an die Steuerelektroden der Thyristorschalter (16) angeschlossen ist, dass bei Auftreten einer Überspannung nach dem Ansprechen des Stromrelais (10) infolge des Stromflusses durch einen Parallelstrang (11,12 oder 13) der Spannungsimpuls die Thyristoren der anderen Parallelstränge durchschaltet.

2. Erregeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (26) aus antiparallel geschalteten Thyristoren (28, 29) und das Impulsformerglied (27) aus Zenerdioden (31,32) jeweils an eine Ausgangsklemme der Erregereinrichtung (1), und die Kathode einer Zenerdiode (31) direkt an einen Pol der Speichereinheit (26) und die Kathode der anderen Zenerdiode (32) über einen Widerstand (30) mit dem anderen Pol der Speichereinheit verbunden sind.