DE19853183A1

DE19853183A1 - Wiedereinschaltvorrichtung für Hilfsbetriebe

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Publication number: DE19853183A1
Application number: DE19853183A
Authority: DE
Inventors: Sudhir Pednekar; Hans-Werner Schlett; Theo Goebelbecker; Richard Blatter
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2000-05-25
Also published as: GB9927456D0; US6385023B1; GB2344231A; GB2344231B

Abstract

Eine Wiedereinschaltvorrichtung für die Hilfsbetriebe einer Anlage, insbesondere eines Kraftwerkes, weist Antriebsbausteine (81) zur Ansteuerung von elektrischen Antrieben (23a, 23b, 33, 53a, 53b, 63, 73) der Hilfsbetriebe auf. Jedem Antriebsbaustein (81) eines wiedereinschaltbaren Antriebs (23a, 33, 53a, 63, 73) ist ein Wiedereinschaltmodul (82) zugeordnet. Im Falle einer Spannungsunterbrechung schalten die Wiedereinschaltmodule (82) die Antriebe (23a, 33, 53a, 63, 73) durch Öffnen von Schaltern (22a, 32a, 52a, 62, 72) aus. Falls das Ende der Spannungsunterbrechung innerhalb einer vorgegebenen Zeit detektiert wird, schalten die Wiedereinschaltmodule (82) die Antriebe (23a, 33, 53a, 63, 73) wieder ein. Eine jede Sammelschiene (2, 3, 5, 6, 7), die einen mit einem Wiedereinschaltmodul (82) versehenen Antrieb (23a, 33, 53a, 63, 73) speist, ist mit einem mikroprozessorgesteuerten Spannungsüberwachungsgerät (21) ausgerüstet.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektro- und Leittechnik, insbesondere der Kraftwerksleittechnik. Sie be zieht sich auf eine Wiedereinschaltvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik

Eine derartige Wiedereinschaltvorrichtung ist beispielsweise aus der Produktedokumentation "BBC Reclosing Device", D KWL 6309 94 E 04/95 bekannt.

Fig. 1a zeigt ein Beispiel einer Anordnung, in der eine Wie dereinschaltvorrichtung gemäss dem Stand der Technik Verwen dung findet. Die Figur zeigt ein elektrisches Netz zur Spei sung von Hilfsbetrieben einer Kraftwerksanlage, z. B. eines Gas turbinen- oder Kombikraftwerks. Derartige Hilfsbetriebe die nen vorzugsweise der Versorgung mit Kühlwasser, Brennstoff, Schmieröl, Hydrauliköl oder Kühlluft. Eine an ein Hochspann nungsnetz angeschlossene Hochspannungssammelschiene speist über einen Eigenbedarfstransformator 11, mehrere Sammelschie nen 2, 3, 4, 5, 6, 7 und Mittelspannungstransformatoren 24 mehrere Mittel- und Niederspannungsantriebe 23a, 23b, 33, 53a, 53b, 63, 73 der Hilfsbetriebe. Ein einziges Spannungsüberwachungsgerät 21 ist an der Hochspannungssammelschiene angeschlossen.

Fig. 1b zeigt Komponenten einer zu Fig. 1a gehörenden Leit technik, die in diesem Zusammenhang relevant sind. Jedem An trieb ist ein Antriebsbaustein 81 zugeordnet. Mehrere An triebsbausteine sind mit einem Wiedereinschaltgerät 84 verbun den. Das Wiedereinschaltgerät besteht aus mehreren Wiederein schaltmodulen 82, von denen jedes mit mehreren Antriebsbau steinen verbunden ist, sowie einem Kopplungsmodul 83. Das Kopplungsmodul ist mit dem einen Spannungsüberwachungsgerät sowie mit jedem der Wiedereinschaltmodule verbunden.

Derartige Wiedereinschaltvorrichtungen sollen eine Abschaltung des Kraftwerkes verhindern, falls eine kurzzeitige (bis 2 Se kunden) Spannungsunterbrechung, d. h. ein signifikantes Absin ken der Betriebsspannung, auf dem Hochspannungsnetz auftritt, oder wenn eine Sammelschiene auf eine andere Speisung umge schaltet wird. Ein solcher transienter Fehler bewirkt z. B. ei nen plötzlichen Spannungsabfall auf der Hochspannungssammel schiene. Dieser Spannungsabfall wird auf die Mittel- und Nie derspannungsebene transformiert und kann zur Abschaltung der Hilfsbetriebe führen.

Um die Abschaltung der ganzen Anlage zu verhindern, verfügen Wiedereinschaltvorrichtungen gemäss dem Stand der Technik über das obenerwähnte Spannungsüberwachungsgerät. Diese über wacht die Spannung einer einzigen Sammelschiene, z. B. auf der Mittelspannungsebene. Sobald das Spannungsüberwachungsgerät einen Abfall der Spannung unter einen unteren Schwellwert UU (Fig. 3) detektiert, werden über das Kopplungsmodul die Wie dereinschaltmodule aktiviert. Diese schalten die ihnen zuge ordneten Antriebe aus. Falls die überwachte Spannung innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters TW einen oberen Schwellwert UO überschreitet, schalten die Wiedereinschaltmodule die ihnen zugeordneten Antriebe wieder ein.

Falls die überwachte Spannung nicht innerhalb des vorgegebe nen Zeitfensters TW den oberen Schwellwert UO überschreitet, werden die ausgeschalteten Antriebe definitiv nicht mehr ein geschaltet. Statt dessen wird ein Alarm ausgegeben und unter Umständen eine Abschaltung des ganzen Kraftwerks durchgeführt.

Das Wiedereinschalten der Antriebe geschieht im allgemeinen zeitlich gestaffelt, um eine Überlastung des Eigenbedarf stransformators durch die Anfahrströme zu verhindern: Beim Entwurf der Anlage werden die Antriebe von Hilfsbetrieben vor zugsweise entsprechend ihrer Fehlerzeit charakterisiert. Die Fehlerzeit ist die maximale Zeitdauer, während der ein Antrieb eines bestimmten Hilfsbetriebs ausgeschaltet sein darf, ohne dass eine Abschaltung der gesamten Kraftwerksanlage oder eines wesentlichen Teiles der Anlage erforderlich ist. Im weiteren Entwurf der Anlage werden die Antriebe mit der kleinsten Fehlerzeit zu einer ersten Wiedereinschaltgruppe, auch Sequenz genannt, zusammengefasst und einem Wiedereinschaltmodul zuge ordnet. Ebenso werden die übrigen Antriebe entsprechend ihren Fehlerzeiten zu weiteren Wiedereinschaltgruppen gruppiert und jede Wiedereinschaltgruppe einem weiteren Wiedereinschaltmodul zugeordnet. Dabei erhalten die Wiedereinschaltmodule verschie dene Wiedereinschaltzeiten. Diese Wiedereinschaltzeiten werden beim Entwurf der Anlage z. B. aufgrund von Simulationen ver schiedener Störfälle ermittelt und aufeinander abgestimmt.

Das Kopplungsmodul koordiniert die Abfolge des Wiedereinschal tens der Wiedereinschaltgruppen in Abhängigkeit des Spannungs überwachungsgeräts sowie der Rückmeldungen der einzelnen Wie dereinschaltmodule.

Die unvermeidlichen Ungenauigkeiten der oben erwähnten Simula tion von Störfällen führen zu einem übermässig konservativen Schutzverhalten und damit zu unnötigen Abschaltungen der ge samten Anlage. Eine Umkonfiguration des Wiedereinschaltgerätes anhand von gemessenen Störfällen ist aufgrund der Komplexität des Kopplungsmoduls sehr aufwendig.

Darstellung der Erfindung

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Wiedereinschaltvor richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile behebt.

Diese Aufgabe löst eine Wiedereinschaltvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

In der erfindungsgemässen Wiedereinschaltvorrichtung wird ei nem Antriebsbaustein eines jeden Antriebs, für den Wiederein schaltung gewünscht wird, ein eigenes Wiedereinschaltmodul zu geordnet.

Dadurch wird es möglich, die Wiedereinschaltzeit für jeden An trieb einzeln einzustellen. Das Kopplungsmodul zwischen ver schiedenen Wiedereinschaltmodulen entfällt, was zu einer we sentlichen Vereinfachung des Entwurfsaufwandes führt und Feh lerquellen eliminiert.

Das Wiedereinschaltmodul ist als ein von einem Antriebsbau stein getrenntes Funktionsmodul ausgebildet, so dass Antriebe, bei denen kein Wiedereinschalten gewünscht ist, mit den glei chen Antriebsbausteinen betrieben werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstan des werden Antriebsgruppen festgelegt, um eine Überlastung des Eigenbedarfstransformatoren sowie Spannungseinbrüche beim Wie dereinschalten zu begrenzen. Die Festlegung einer Antriebs gruppe geschieht, indem bei einer Gruppe von Antrieben die den Antrieben zugeordneten Wiedereinschaltmodule die gleiche Wie dereinschaltzeit erhalten. Somit geschieht die Zuordnung eines Antriebs zu einer Antriebsgruppe nur durch das Einstellen der Wiedereinschaltzeit. Typischerweise werden dafür beim Entwurf der Anlage verschiedene Störfälle simuliert, das Wiederanstei gen der Spannungen auf den verschiedenen Sammelschienen be trachtet und damit die Wiedereinschaltzeiten optimiert.

Bei der Inbetriebnahme wird das wirkliche Verhalten der Anlage im Störfall beobachtet. Anpassungen der Parameter der Wieder einschaltmodule, insbesondere die Wiedereinschaltzeit, werden dabei angepasst und optimiert. Auf diese Weise lässt sich auch die Zugehörigkeit zu einer Antriebsgruppe ohne weiteren Auf wand ändern.

Ein wesentlicher Vorteil einer Wiedereinschaltvorrichtung der oben beschriebenen Art ist, dass kein Kopplungsmodul mehr be nötigt wird. Dadurch entfällt ein grosser Entwurfsaufwand und eine Fehlerquelle.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstan des wird jeder Sammelschiene, die einen mit einem Wiederein schaltmodul versehenen Antrieb speist, ein eigenes Spannungs überwachungsgerät zugeordnet.

Vorteilhafterweise enthält das Spannungsüberwachungsgerät ei nen Mikroprozessor. Dieser wird z. B. zur Messung und Auswer tung der Spannung eingesetzt.

Weiter enthält das Spannungsüberwachungsgerät vorzugsweise mindestens einen Wandler zur zyklischen Abtastung und Auswer tung der Spannung. Die Abtastzeit des Wandlers ist vorzugswei se kleiner als 100 ms. Dadurch wird auch das Überschreiten ei nes oberen Spannungsschwellwertes entsprechend schnell und ge nau detektiert.

Dadurch, und da jede relevante Sammelschiene über ein eigenes Spannungsüberwachungsgerät verfügt, ist es möglich, schneller als bisher auf das Ansteigen der Sammelschienenspannung zu reagieren. Dadurch entfällt auch der Einfluss der Ungenauig keiten der im Entwurf verwendeten Simulationen. Z. B. wird auch der Einfluss der Motoren berücksichtigt, die, je nach ihrer Belastung, beim Ausfall der Speisung als Generatoren wirksam werden. Somit lassen sich Abschaltungen der Anlage vermehrt vermeiden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass die Wiederein schaltvorrichtung fähig ist, im Störfall einzelne unkritische Antriebe wieder einzuschalten, obwohl bei anderen, kritischen Antrieben das vorgegebene Zeitfenster bereits überschritten worden ist. Dabei wird durch das Abschalten der kritischen An triebe zwar eine Abschaltung der ganzen Anlage ausgelöst, da die unkritischen Antriebe jedoch weiterlaufen, sind Zeit und Aufwand zum Neustart der Anlage verringert.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines bevor zugten Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a ein Teil einer Anlage mit elektrisch angetriebenen Hilfsbetrieben gemäss dem Stand der Technik;

Fig. 1b die zu Fig. 1a gehörigen und für das Wiederein schalten wesentlichen Funktionsblöcke und Signale der Wiedereinschaltvorrichtung gemäss dem Stand der Technik;

Fig. 2a ein Teil einer Anlage mit elektrisch angetriebenen Hilfsbetrieben gemäss der Erfindung;

Fig. 2b die zu Fig. 2a gehörigen und für das Wiederein schalten wesentlichen Funktionsblöcke und Signale der Wiedereinschaltvorrichtung gemäss der Erfindung; und

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Spannung einer Sammel schiene

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Be deutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufge listet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die mit A, B, C, D, E, F sowie V1 bis V5 bezeichneten Kreise bezeichnen Verbindungen zwischen den Elementen aus den Fig. 1a und 1b bzw. 2a und 2b.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 2a und 2b zeigen den erfindungswesentlichen Teil einer Anlage, insbesondere eines Kraftwerks, mit Hilfsbetrie ben. Eine dreiphasige Hochspannungssammelschiene 1 speist über einen Eigenbedarfstransformator 11 und einen Schalter 12 eine Mittelspannungssammelschiene 2. Mit der Mittelspannungssammel schiene verbunden sind ein Spannungsüberwachungsgerät 21, meh rere Mittelspannungsantriebe 23a, 23b mit dazugehörigen Schal tern 22a, 22b, sowie Transformatoren 24 mit dazugehörigen Schaltern 22c. Die Transformatoren 24 speisen Niederspannungs sammelschienen 3 und 5 und damit Niederspannungsantriebe 33, 53a, 53b mit Schaltern 32a, 52a, 52b. Die Niederspannungs sammelschiene 3 ist über Schalter 32b mit Niederspannungs sammelschienen 6 und 4 verbunden. Die Niederspannungs sammelschiene 6 speist über einen Schalter 62 einen Nieder spannungsantrieb 63. Die Niederspannungssammelschiene 4 speist über Schalter 42, Niederspannungssammelschiene 7 und Schalter 72 einen Niederspannungsantrieb 73.

Die Antriebe 23a, 23b, 33, 53a, 53b, 63, 73 treiben Hilfsbetriebe wie z. B. für Wasseraufbereitung, Brennstoffzufuhr, Schmieröl zufuhr, Hydraulikölpumpen, Kühlluft.

Die Antriebe 23b und 53b sind nicht wiedereinschaltbar, die übrigen sind wiedereinschaltbar. Jedem Antrieb ist in der Leittechnik ein Antriebsbaustein zugeordnet. Fig. 2b zeigt diejenigen Antriebsbausteine 81, die den wiedereinschaltbaren Antrieben 23a, 33, 53a, 63, 73 zugeordnet sind. Ein Antriebsbau stein 81 umfasst die Steuer- und Schutzlogik eines einzelnen Antriebs und überwacht z. B. lokal die Motorspannungen, -ströme und -temperaturen und steuert einen Schalter 22a, 32a, 52a, 62, 72 an.

Jedem Antriebsbaustein 81 ist ein eigenes Wiedereinschaltmodul 82 zugeordnet. Über die Verbindung zwischen einem Antriebsbau stein 81 und seinem Wiedereinschaltmodul 82 werden unter ande rem Schaltbefehle des Wiedereinschaltmoduls 82 an den An triebsbaustein 81 sowie unter anderem Rückmeldungen und Statu sinformationen des Antriebsbausteins 81 an das Wiederein schaltmodul 82 übermittelt.

Jede Sammelschiene 2, 3, 5, 6, 7, die einen wiedereinschaltbaren Antrieb 23a, 33, 53a, 63, 73 speist, ist vorzugsweise mit einem eigenen Spannungsüberwachungsgerät 21 versehen.

Die Wiedereinschaltvorrichtung funktioniert wie folgt (Fig. 3): Die Spannung U(T) der Sammelschiene wird z. B. aus der ge filterten Summe der Quadrate der Momentanwerte der Phasenspan nungen berechnet. Sobald eines der Spannungsüberwachungsgeräte 21 einen Abfall der Spannung unter einen Schwellwert UU, nach einer messtechnisch bedingten Verzögerungszeit DT1, detek tiert, wird das eine oder mehrere mit ihm verbundene Wieder einschaltmodul 82 aktiviert. Das Wiedereinschaltmodul 82 schaltet die ihm zugeordneten Antriebe aus. Dieses individuel le Ausschalten ist ein weiterer Vorteil der Erfindung. Falls die überwachte Spannung U(T) innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters TW1 bis TWn den Schwellwert UO überschreitet, wird dies vom Spannungsüberwachungsgerät nach einer Verzöge rungszeit DT2 detektiert und dem Wiedereinschaltmodul gemel det, welches darauf die ihm zugeordneten Antriebe wieder ein schaltet.

Typischerweise beträgt UU etwa 70% und UO etwa 90% der Nenn spannung. Das vorgegebene Zeitfenster kann für verschiedene Antriebe und damit auch für ihre Wiedereinschaltmodule unter schiedliche Werte TW1 bis TWn annehmen, je nach der Fehlerzeit der Antriebe.

Falls die überwachte Spannung U(T) nicht innerhalb des vorge gebenen Zeitfensters TW den Schwellwert UO überschreitet, wer den die ausgeschalteten Antriebe definitiv nicht mehr einge schaltet. Statt dessen wird ein Alarm ausgegeben und u. U. eine Abschaltung des ganzen Kraftwerks durchgeführt.

Das Wiedereinschalten der Antriebe geschieht im allgemeinen zeitlich gestaffelt, um eine Überlastung des Eigenbedarf stransformatoren durch die Anfahrströme zu verhindern: Beim Entwurf der Anlage werden die Antriebe von Hilfsbetrieben mit der kleinsten Fehlerzeit zu einer ersten Antriebsgruppe zusam mengefasst. Die dazugehörigen Wiedereinschaltmodule erhalten die gleiche Wiedereinschaltzeit. Ebenso werden die übrigen An triebe entsprechend ihren Fehlerzeiten zu weiteren Antriebs gruppen gruppiert und ihre Wiedereinschaltzeit eingestellt. Die Wiedereinschaltzeiten werden beim Entwurf der Anlage z. B. aufgrund von Simulationen verschiedener Störfälle aufeinander abgestimmt. Bei der Inbetriebnahme der Anlage werden reale Störfälle erzeugt und aufgrund von Messungen die Wiederein schaltzeiten optimiert. Die Zuordnung eines Antriebs zu einer Antriebsgruppe oder die Schaffung einer neuen Antriebsgruppe erfolgt auf einfache Weise, nur durch das Einstellen von Wie dereinschaltzeiten.

Bezugszeichenliste

1

Hochspannungssammelschiene

11

Eigenbedarfstransformator

2

Mittelspannungssammelschiene

21

Spannungsüberwachungsgerät

22

a,

22

b,

22

c,

32

a,

32

b,

42

,

52

a,

52

b,

62

,

72

Schalter

23

a,

23

b Mittelspannungsantrieb

24

Mittelspannungstransformator

3

,

4

,

5

,

6

,

7

Niederspannungssammelschiene

33

,

53

a,

53

b,

63

,

73

Niederspannungsantrieb

81

Antriebsbaustein

82

Wiedereinschaltmodul

83

Kopplungsmodul

84

Wiedereinschaltgerät

Claims

1. Wiedereinschaltvorrichtung für eine Anlage mit mehreren, gemeinsam gespiesenen elektrischen Antrieben (23a, 23b, 33, 53a, 53b, 63, 73),
mit mindestens einem Spannungsüberwachungsgerät (21),
mindestens zwei Wiedereinschaltmodulen (82), welche mit dem mindestens einen Spannungsüberwachungsgerät (21) zur Über mittlung von Spannungswerten elektrisch verbunden sind und wobei jedes Modul bezüglich seiner Wiedereinschaltzeit ein zeln einstellbar ist,
und mindestens zwei mit den Wiedereinschaltmodulen (82) elektrisch verbundenen Antriebsbausteinen (81) zur Ansteue rung der elektrischen Antriebe (23a, 33, 53a, 63, 73), dadurch gekennzeichnet, dass
jedem Wiedereinschaltmodul (82) genau ein Antriebsbaustein zugeordnet (81) ist.

2. Wiedereinschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens zwei Spannungsüberwachungsgeräte (21) vorhanden sind und dass jedem Wiedereinschaltmodul (82) genau ein Spannungsüberwachungsgerät (21) zugeordnet ist.

3. Wiedereinschaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spannungsüberwa chungsgerät (21) mindestens einen Mikroprozessor zur Mes sung und Auswertung der Spannung enthält.

4. Wiedereinschaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das mindestens eine Spannungsüberwachungsge rät (21) einen Wandler zur zyklischen Abtastung und Auswer tung der Spannung aufweist.

5. Wiedereinschaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der Wandler eine Abtastzeit von kleiner als 100 ms aufweist.

6. Wiedereinschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das mindestens eine Spannungsüberwachungsge rät über eine Anzeige der gemessenen Spannung verfügt, und/oder mit einem Gerät zur Anzeige der gemessenen Span nung verbunden ist.

7. Wiedereinschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das mindestens eine Spannungsüberwachungsge rät über eine Aufzeichnungseinheit zur Speicherung der ge messenen Spannung verfügt, und/oder mit einem Gerät zur Speicherung der gemessenen Spannung verbunden ist.

8. Anlage mit mehreren gemeinsam gespiesenen elektrischen An trieben (23a, 23b, 33, 53a, 53b, 63, 73) und mit einer Wiederein schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (23a, 23b, 33, 53a, 53b, 63, 73) über Sammelschienen (2, 3, 4, 5, 6, 7) miteinander verbunden sind, wobei jeder Sam melschiene (2, 3, 5, 6, 7), welche einen mit einem Wiederein schaltmodul (82) wirkverbundenen Antrieb (23a, 33, 53a, 63, 73) speist, ein eigenes Spannungsüberwachungsgerät (21) zugeordnet ist zur Übermittlung von Spannungsinformationen dieser Sammelschiene (2, 3, 5, 6, 7) an das mindestens eine zu geordnete Wiedereinschaltmodul (82).