DE1062328B - Device for error detection in the excitation circuit of synchronous machines - Google Patents

Device for error detection in the excitation circuit of synchronous machines

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DE1062328B
DE1062328B DES48822A DES0048822A DE1062328B DE 1062328 B DE1062328 B DE 1062328B DE S48822 A DES48822 A DE S48822A DE S0048822 A DES0048822 A DE S0048822A DE 1062328 B DE1062328 B DE 1062328B
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DE
Germany
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current
relay
voltage
excitation
reactive power
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Pending
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DES48822A
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German (de)
Inventor
Dipl-Ing Kurt Bonfert
Dipl-Ing Franz Pigler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency 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
    • H02H7/08—Emergency 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
    • H02H7/0805—Emergency 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

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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

Es sind Schutzeinrichtungen für Synchronmaschinen bekannt, bei denen aus der Blindstromaufnahme der Synchronmaschine auf eine Untererregung geschlossen und gegebenenfalls ein Alarm ausgelöst wird.There are protective devices for synchronous machines known in which from the reactive power consumption of Synchronous machine closed to an underexcitation and, if necessary, an alarm is triggered.

Es ist ferner bekannt, den Rückgang der Klemmenspannung der Synchronmachine als Kriterium für den Eingriff des Spannungsreglers heranzuziehen, insbesondere bei der Stoßregelung. Die Regler arbeiten dabei auf eine Stromkonstanthaltung im Meßkreis hin.It is also known, the decrease in the terminal voltage of the synchronous machine as a criterion for the The intervention of the voltage regulator should be used, especially for surge control. The controllers work here towards a current constant in the measuring circuit.

Keine dieser Einrichtung ist aber für sich in der Lage, einen tatsächlichen Fehler von einer betriebsmäßigen Untererregung zu unterscheiden. Unter einem tatsächlichen Fehler wird ein Fehler in der Regeleinrichtung selbst oder im Erregerteil der Maschine verstanden. Eine betriebsmäßige (auch vorgetäuschte) Untererregung kann ihre Ursache in der hohen Ladeleistung einer langen Leitung oder in einem Netznahkurzschluß haben.However, none of these facilities is in itself able to detect an actual error from an operational one Distinguish underexcitation. An actual failure is considered to be a failure in the control device understood itself or in the excitation part of the machine. An operational (also faked) Underexcitation can be caused by the high charging power of a long line or by a short circuit close to the mains to have.

Gegenstand der Erfindung ist eine ebenfalls im Sinne einer Stromkonstanthaltung im Meßkreis wirkende Einrichtung, die eindeutig zwischen einer fehlerhaften oder betriebsmäßigen Untererregung zu unterscheiden vermag. Sie ist aber zugleich sowohl für direkte Sammelschieneneinspeisung als auch für einen Betrieb über Vorreaktanzen (Transformatoren) geeignet und erfindungsgemäß gekennzeichnet als eine Meldeeinrichtung, die anspricht, wenn in an sich bekannter Weise eine Unterredung festgestellt und gleichzeitig ein dadurch bedingtes Abweichen der Generatorspannung von der Sollspannung ermittelt wird.The subject matter of the invention is one which also acts in the sense of keeping the current constant in the measuring circuit Device that clearly distinguishes between faulty and operational underexcitation able. But it is at the same time for direct busbar feed as well as for one Operation via pre-reactances (transformers) suitable and characterized according to the invention as one Reporting device that responds when a conversation is established and in a known manner at the same time a resulting deviation of the generator voltage from the nominal voltage is determined.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel. Es zeigt The drawing illustrates an embodiment. It shows

Fig. 1 das Prinzipschaltbild der neuen Einrichtung, Fig. 2 eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 1.1 shows the basic circuit diagram of the new device, FIG. 2 shows a modification of the circuit according to FIG. 1.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 liegt der Spannungsregler 1 im Meßkreis 2 eingangsseitig über ein Ansprechglied 3j z. B. ein empfindliches Stromrelais, und eine Statisierungseinrichtung 4 mit dem Wandler 5 an der Drehstromleitung 6. Ausgangsseitig regelt er den im Erregerkreis für die Haupterregermaschine 9 liegenden regelbaren Widerstand 8. Die Hilfserregermaschine 7 ist mit der Haupterregermaschine 9 an das Polrad 10 des Synchrongenerators 11 angekuppelt, der seinerseits über den Schalter 12 in die Drehstromleitung 6 einspeist. In dieser liegt ein Stromwandler 13, der aus Gründen der Leistungsmessung mit dem Blindleistungsrelais 14 verbunden ist. Es liegt somit im gemeinsamen Strompfad mit der Statisierungseinrichtung 4 und im Spannungspfad der Meßkreisleitung 2. Das Blindleistungsrelais 14 könnte auch — ebenso wie die Statisierungseinrichtung 4 — mit je einem gesonderten Stromwandler in Verbindung stehen. Ferner steht das Blindleistungsrelais 14 in Schaltabhängigkeit vom Ansprechglied 3 und betätigt, Einrichtung zur Fehlererfassung
im Erregerkreis von SynchronmaschinenIn the arrangement according to FIG. 1, the voltage regulator 1 is in the measuring circuit 2 on the input side via a response element 3j z. B. a sensitive current relay, and a statization device 4 with the converter 5 on the three-phase line 6. On the output side, it regulates the adjustable resistor 8 in the exciter circuit for the main exciter 9 , which in turn feeds into the three-phase line 6 via the switch 12. In this is a current transformer 13, which is connected to the reactive power relay 14 for reasons of power measurement. It is thus in the common current path with the statization device 4 and in the voltage path of the measuring circuit line 2. The reactive power relay 14 could also - like the statization device 4 - be connected to a separate current transformer. Furthermore, the reactive power relay 14 is dependent on the response element 3 and is actuated, a device for error detection
in the excitation circuit of synchronous machines

Anmelder:
Siemens-SchuckertwerkeApplicant:
Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Corporation,
Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Kurt Bonfert und Dipl.-Ing. Franz Pigler, Erlangen,
sind als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Kurt Bonfert and Dipl.-Ing. Franz Pigler, Erlangen,
have been named as inventors

wenn dieses gleichzeitig anspricht, über ein Zeitrelais 15 eine Melde- bzw. Sofortauslöseeinrichtung 16.if this responds at the same time, a signaling or immediate release device 16 via a time relay 15.

Der Einfachheit halber sind alle Leitungen einpolig dargestellt. Die gestrichelt eingezeichnete Verbindung zwischen dem Schalter 12 und der Einrichtung 16 deutet an, daß diese gegebenenfalls den Schalter 12 auslösen kann.For the sake of simplicity, all lines are shown as single-pole. The connection drawn in dashed lines between the switch 12 and the device 16 indicates that this possibly the switch 12 can trigger.

Große Synchronmaschinen arbeiten meist nicht direkt, sondern über zugeordnete Transformatoren (nicht dargestellt) auf eine Sammelschiene. Bei Ausfall der Erregung sinkt die Klemmenspannung der Maschine um die Differenz der Spannungsabfälle an dieser Vorreaktanz durch die Ströme vor und nach Ausfall der Erregung ab. Der Spannungsregler kann in diesem Falle aber die Differenz nicht mehr ausregeln. Sie wird erfindungsgemäß als Kriterium eines Fehlers in der Erregung von einem Meßglied — hier dem Ansprechglied 3 — erfaßt.Large synchronous machines usually do not work directly, but rather via assigned transformers (not shown) on a busbar. If the excitation fails, the terminal voltage of the Machine by the difference in the voltage drops at this pre-reactance due to the currents before and after Failure of the excitation. The voltage regulator can in this case, however, no longer correct the difference. According to the invention, it is used as a criterion for an error in the excitation of a measuring element - here the response element 3 - detected.

Dementsprechend liegt der oben beschriebenen Einrichtung folgende Wirkungsweise zugrunde:Accordingly, the device described above is based on the following mode of operation:

Die durch einen nicht dargestellten einstellbaren Vorwiderstand oder andere geeignete Einrichtungen auf einen konstanten Sollwert des Stromes im Meßkreis dargestellte Spannungsregeleinrichtung regelt bei Spannungsabweichungen des Generators im normalen Betrieb so lange, bis die geänderte Generatorspannung wieder denjenigen Strom durch den Meßkreis treibt, der zur Ruhe der Regeleinrichtung notwendig ist. Die im Meßkreis 2 befindliche Statisierungseinrichtung 4The adjustable series resistor (not shown) or other suitable devices The voltage regulating device shown on a constant nominal value of the current in the measuring circuit regulates at Voltage deviations of the generator in normal operation until the changed generator voltage again drives that current through the measuring circuit, which is necessary for the rest of the control device. the Statising device 4 located in measuring circuit 2

909 579/333909 579/333

Claims (5)

kann beim Betrieb mit Vorreaktanzen abgeschaltet sein, da sie die Wirkung derselben unnötig unterstützt. Ist der .Sollwert des Stromes in der für die Regelung notwendigen Zeit nicht erreicht, liegt ein Fehler vor. Dieser Fehler kann eine Störung in der Erregung oder ein Nahkurzschluß sein, bei dem die Generatorklemmenspannung nicht mehr gehalten werden kann. Zur Unterscheidung dieser beiden Fälle ist das Blindleistungsrelais 14 vorgesehen, das bei induktiver Blindleistungsabgabe die Meldung sperrt, bei kapazitiver aber freigibt. Beim Ausfall der Erregung schließt das vom Meßstrom betätigte Ansprechglied 3 und das vom aufgenommenen kapazitiven Blindstrom betätigte Bindleistungsrelais 14. Nach Ablauf der zur ordnungsgemäßen Ausregelung notwendigen Zeit schließt auch das Zeitrelais 15 und gibt einen Auslöse- bzw. Meldeimpuls auf die Einrichtung 16. Die Einrichtung nach Fig. 1 kann bei allen Regeleinrichtungen verwendet werden, die auf konstantem Strom im Meßkreis regeln. Sie kann insbesondere bei Synchronmaschinen in Selbsterregerschaltung Anwendung finden, da auch bei dieser Schaltung der Strom im spannungsabhängigen Zweig (Leerlauf komponente) auf einen konstanten Wert geregelt wird. Wie schon oben angedeutet, wird beim Generatorbetrieb mit Vorreaktanz die Statisierungseinrichtung4 abgeschaltet. Beim direkten Sammelschienenbetrieb ohne Vorreaktanzen führt aber die entsprechend bemessene Statisierungseinrichtung 4 über das Blindleistungsrelais 14 (oder gegebenenfalls — wie erwähnt — direkt aus einem Stromwandler) eine dem jeweils fließenden Strom proportionale Spannung in den Meßkreis 2 ein. Diese ist so gerichtet, daß bei induktiver Blindleistungsabgabe in das Netz die Zusatzspannung in Phase mit der Meßkreisspannung liegt und diese erhöht. Dem Spannungsregler 1 wird also eine höhere Spannung vorgetäuscht, so daß er die Erregung und damit den Blindstrom zurückregelt. Die Größe der Statisierung ist üblicherweise so gewählt, daß bei einem induktiven Blindstrom in Höhe des Nennstromes der Rückgang der Spannung 3 bis 6 Prozent beträgt. Bei Ausfall der Erregung kommt die beschriebene Statisierungsmaßnahme zur erfindungsgemäßen Wirkung. Jetzt nimmt der Generator seinen Magnetisierungsstrom aus dem Netz auf. Die Statisierungseinrichtung 4 führt daher in den Meßkreis 2 eine gegengerichtete Zusatzspannung ein. Bei konstanter Sammelschienenspannung fällt der Strom im Meßkreis 2 ab, so daß der Spannungsregler 1 seinerseits versucht, die Erregung nachzuregeln, was ihm aber in der durch das Zeitrelais 5 festgelegten Zeit nicht gelingen kann. Das Ansprechglied 3 und das Blindleistungsrelais 14 geben also über das Zeitrelais 15 einen Impuls auf die Auslöseeinrichtung 16. An Stelle eines Ansprechgliedes 3 kann aber auch bei mechanischen Spannungsreglern (Steller mit Öldruck-Servomotoren, Wälzregler usw.) die vorher beschriebene Auslösung durch den Regler selbst erfolgen. Da dieser bei dem beschriebenen Versuch, die Spannung wieder auszuregeln. bis in seine obere Endstellung läuft, ist in diesem Falle ein Kontakt vorgesehen, der bei Erreichen der Endstellung geschlossen wird. Dieser Kontakt steht mit dem Blindleistungsrelais 14 in Verbindung und betätigt mit diesem die Auslöseeinrichtung 16. (Die Anordnung ist nicht dargestellt.) Ferner ist es möglich, das Blindleistungsrelais 14 fortzulassen und statt seiner ein Stromrelais im Er- regerkreis der Synchronmaschine vorzusehen. In Fig. 2 ist eine solche Einrichtung dargestellt. Sie unterscheidet sich von der Einrichtung nach Fig. 1 dadurch, daß das Ansprechglied 3 in Verbindung mit einem in den Erregerkreis der Synchronmaschine eingeschalteten Stromrelais 17 steht. Das Stromrelais 17 ist auf einen minimalen Erregerstromwert eingestellt und betätigt gemeinsam mit dem Ansprechglied 3 über ein Zeitrelais 18 die Melde- bzw. Auslöseeinrichtung 16. Die Statisierungseinrichtung 4 steht direkt mit dem in die Drehstromleitung 6 eingeschalteten Stromwandler 13 in Verbindung. Die Wirkungsweise der neuen Einrichtung ist hinsichtlich der Funktion der Statisierungseinrichtung4 die gleiche wie bei der Ausführung nach Fig. 1. Neu ist, daß hier das Absinken des Erregerstroms im Erregerstromkreis zu den bereits in Fig. 1 dargestellten Einflußgliedern 3, 4 als Kriterium hinzukommt. Zur Erfassung von Kurzschlüssen hinter dem in den Erregerkreis der Synchronmaschine eingeschalteten Stromrelais 17, z. B. an den Schleifringen des Polrades, kann noch ein zweites Relais 19 als Überstromrelais eingeschaltet sein, das ebenfalls in Verbindung mit der Melde- bzw. Sofortauslösung 16 steht. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann gegebenenfalls mit Erdschluß- und Überspannungschutzeinrichtungen zusammenarbeiten, wenn diese als zusätzliche Hilfsmittel in die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung eingreifen. Patentansprüche:can be switched off when operating with pre-reactances, as it supports the effect of the same unnecessarily. If the setpoint value of the current is not reached in the time required for control, there is an error. This error can be a disturbance in the excitation or a short-circuit in which the generator terminal voltage can no longer be maintained. To distinguish between these two cases, the reactive power relay 14 is provided, which blocks the message in the case of inductive reactive power output, but releases it in the case of capacitive output. If the excitation fails, the response element 3 actuated by the measuring current closes and the binding power relay 14 actuated by the capacitive reactive current. After the time necessary for proper regulation has elapsed, the timing relay 15 also closes and sends a trigger or signaling pulse to the device 16. The device gives way Fig. 1 can be used with all control devices that regulate on a constant current in the measuring circuit. It can be used in particular with synchronous machines in self-excitation circuits, since the current in the voltage-dependent branch (no-load component) is regulated to a constant value in this circuit as well. As already indicated above, the statizing device 4 is switched off during generator operation with pre-reactance. In the case of direct busbar operation without pre-reactances, however, the correspondingly dimensioned statization device 4 introduces a voltage proportional to the current flowing into the measuring circuit 2 via the reactive power relay 14 (or possibly - as mentioned - directly from a current transformer). This is directed in such a way that when there is an inductive reactive power output into the network, the additional voltage is in phase with the measuring circuit voltage and increases it. The voltage regulator 1 is thus simulated a higher voltage, so that it regulates the excitation and thus the reactive current back. The size of the statization is usually chosen so that with an inductive reactive current equal to the nominal current, the voltage drop is 3 to 6 percent. If the excitation fails, the described statization measure comes into effect according to the invention. Now the generator takes its magnetizing current from the network. The statization device 4 therefore introduces an oppositely directed additional voltage into the measuring circuit 2. When the busbar voltage is constant, the current in the measuring circuit 2 drops, so that the voltage regulator 1 in turn tries to readjust the excitation, which it cannot do in the time set by the timing relay 5. The response element 3 and the reactive power relay 14 send an impulse to the triggering device 16 via the time relay 15 take place. Since this in the described attempt to regulate the voltage again. runs to its upper end position, a contact is provided in this case, which is closed when the end position is reached. This contact is connected to the reactive power relay 14 and with it actuates the triggering device 16. (The arrangement is not shown.) It is also possible to omit the reactive power relay 14 and to provide a current relay in the exciter circuit of the synchronous machine instead. Such a device is shown in FIG. It differs from the device according to FIG. 1 in that the response element 3 is connected to a current relay 17 connected to the excitation circuit of the synchronous machine. The current relay 17 is set to a minimum excitation current value and, together with the response element 3, actuates the signaling or triggering device 16 via a time relay 18. The mode of operation of the new device is the same with regard to the function of the statization device 4 as in the embodiment according to FIG. 1. What is new is that the drop in the excitation current in the excitation circuit is added as a criterion to the influencing elements 3, 4 already shown in FIG. To detect short circuits behind the switched on in the excitation circuit of the synchronous machine current relay 17, z. B. on the slip rings of the pole wheel, a second relay 19 can be switched on as an overcurrent relay, which is also connected to the signaling or immediate triggering 16. The invention is not restricted to the exemplary embodiments. If necessary, it can work together with earth fault and overvoltage protection devices if these intervene as additional aids in the operation of the device according to the invention. Patent claims: 1. Einrichtung zur Erfassung fehlerbedingter Betriebszustände im Erregerkreis einer Synchronmaschine, die mittels Spannungsregler geregelt wird, dessen Regeleinfluß im Sinne einer Stromkonstanthaltung im Meßkreis wirkt, gekennzeichnet durch eine Meldeeinrichtung (16), die anspricht, wenn in an sich bekannter Weise eine Untererregung festgestellt und gleichzeitig ein dadurch bedingtes Abweichen der Generatorspannung von der Sollspannung ermittelt wird.1. Device for recording fault-related operating states in the excitation circuit of a synchronous machine, which is regulated by means of a voltage regulator, its regulating influence in the sense of a constant current acts in the measuring circuit, characterized by a signaling device (16) which responds, when underexcitation is detected in a manner known per se and one as a result conditional deviation of the generator voltage from the nominal voltage is determined. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Meßkreis ein Ansprechglied (3), z. B. ein Stromrelais, eingeschaltet ist, das auf einen Spannungswert anspricht, der bei Generatorbetrieb mit Vorreaktanz durch die Differenz der Spannungen an der Vorreaktanz vor und nach Ausfallen der Erregung und bei Generatorbetrieb ohne Vorreaktanz durch eine entsprechende, von der für den Spannungsregler (1) in bekannter Weise vorgesehenen Statisierungseinrichtung (4) vorgetäuschten Spannung gegeben ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a response element in the measuring circuit (3) e.g. B. a current relay is switched on, which responds to a voltage value at Generator operation with pre-reactance due to the difference in the voltages at the pre-reactance before and after failure of the excitation and with generator operation without pre-reactance by a corresponding, from the statization device (4) provided in a known manner for the voltage regulator (1) simulated tension is given. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Blindleistungseinflusses ein Blindleistungsrelais (14) vorgesehen ist, das in Verbindung mit dem Ansprechglied (3) steht.3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that for detecting the Reactive power influence a reactive power relay (14) is provided in connection with the Response member (3) is. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Blindleistungsrelais (14) über ein Zeitrelais (15) an eine Melde- bzw. Sofortauslöseeinrichtung (16) angeschlossen ist.4. Device according to claim 3, characterized in that the reactive power relay (14) is connected to a signaling or immediate release device (16) via a time relay (15). 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Melde- bzw. Abschalteinrichtung (16) zugeführten Impulse unter Nichtbenutzung des Blindleistungsrelais nur abgenommen sind vom Ansprechglied (3) und dem Zeitrelais (15).5. Device according to claims 2 and 4, characterized in that the reporting or Switch-off device (16) supplied pulses while not using the reactive power relay only are removed from the response element (3) and the timing relay (15).
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