DE2036363A1

DE2036363A1 - Vorrichtung zur automatischen Wieder synchronisierung eines Synchrongenerators

Info

Publication number: DE2036363A1
Application number: DE19702036363
Authority: DE
Inventors: Dipl Ing Wettingen Lakota Josip (Schweiz) M
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-04-20
Filing date: 1970-07-22
Publication date: 1971-11-04
Also published as: DE2036363B2; CH514948A; SE366879B; US3784896A; FR2089840A5; DE2036363C3

Description

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie_r 5401 Baden

(Schweiz)

Vorrichtung zur automatischen Wieäersynchronisierung eines Synchrongenerators

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Wiedersynchronisierung eines Synchrongenerators durch Verändern seiner Erregerspannung.

Ein Asynchronlauf von Synchrongeneratoren kann hauptsächlich aus folgenden Gründen entstehen:

a) durch Verlust der Erregung

b) durch Verlust der dynamischen Stabilität nach einer grossen Störung, z.B. Kurzschluss

c) durch Verlust der statischen Stabilität des stark überlasteten Generators (im untererregten Betrieb) bei einer kleinen Störung.

18.3.70/lu

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Im Fall a) arbeitet der Generator als Asynchronmaschine. Im Fall b) und c) liefert der Generator bei vorhandener Erregung ausser Asynchronleistung auch eine pulsierende Synchronleistung, d.h., eine dem Erregerstrom proportionale Leistung.

Lange Zeit -wurde der Asynchronlauf als unzulässig betrachtet und der Generator,, der ausser Tritt gefallen ist, gleich vom Netz abgeschaltet. Verschiedene Untersuchungen und die Erfahrung haben abei gezeigt, dass in vielen Fällen, besonders bei Turbomaschinen (Vollpolraaschinen), Asynchronlauf keine grosse Gefahr darstellt. Besonders ist das der Fall, wenn die Maschine nach dem Uebergang in den Asynchronlauft entregt wird, wodurch die elektrischen und mechanischen Beanspruchungen der Maschine, die Spannungs-,Blind- und Wirkleistungsschwankungen vermindert werden. Dadurch muss aber die Maschine ihre Magnetisierungsleistung aus dem Netz

" nehmen» was eine Verkleinerung der Spannung im benachbarten Teil des Systems verursachen kann. Dadurch besteht die Gefahr , dass weitere Maschinen ausser Tritt fallen.. Diese Gefahr ist in den heutigen Netzen, wo alle Maschinen eine automatische Spannungsregelung und Möglichkeit der Plafonderregung besitzen, kleiner* Eine Antwort auf die Frage, ob in einem konkreten Fall der Äsyne&ronlauf zulässig ist öder nicht, verlangt die Kontrolle der Beanspruchungen der Maschine selbst, des Verhaltens der anderen Maschine sowie

die Kontrolle der Schutzrelais und der Bedingungen für die Verbraucher und Hilfsbetriebe.

Ist ein Asynchronlauf zulässig, dann soll die Maschine wieder synchronisiert werden, ohne dass diese vom iäetz abgeschaltet wird. So liefert die Maschine während des Asynchronlaufes eine Leistung"ins Netz, die bei Turbomaschinen in der Regel gross ist. Eine Wiedersynchronisierung ist in dem Fall a), auf den hier nicht näher eingegangen werden soll, nur durch den Eingriff des Betriebspersonals möglich, während im Fall b) auch eine automatische Wiedersynchronisierung möglich ist. Für den·Fall c) ist es zweckraässig, den Verlust der statischen Stabilität zu verhindern. Auch dieser Fall soll hier nicht behandelt werden, so dass die folgenden Betrachtungen sich nur mit dem Fall der automatischen Wiedersynchronisierung befassen.

Es ist bekannt, dass eine unerregte asynchron laufende Synchronmaschine in Tritt gebracht werden kann, wenn die Erregung bei einem genügend kleinen Schlupf eingeschaltet wird. Dabei ist es aber ebenso nöglich, dass die Haschine, nachdem die Synchrongeschwindigkeit erreicht wurde, wieder in den Asynchronlauf übergeht. Eine solche Wiedersynchronisierung ist also mehr oder weniger zufällig.

Eine Lösung, die eine automatische Wiedersynchronisierung in jedem Fall sichern sollte,ist angegeben in:

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(1) Automatic resynchronisation of synchronous machines. O.P. Malik, B.J. Cory. Proceedings IEE, Vol. 113, Dezember 1966.

(2) Study of asynchronous operation and resynchronisation of synchronous machines by mathematical models. O.P. Malik, B.J. Cory. Proceedings IEE, Vol. 113, Dezember 1966.

In (2) wird gezeigt, dass eine sichere Wiedersynchronisierung erreicht werden kann, indem man die Erregung einer bestimmten Grosse bei einem bestimmten Schlupf und einem bestimmten.Wert des Polradwinkels zuschaltet. Abhängig von den Betriebsbedingungen verlangt jeder Fall der Wiedersynchronisierung individuelle Werte. Jede Lösung mit fest eingestellten Werten ist.somit ein Kompromiss, und es sind Fälle möglich, in denen die Wiedersynchronisxerung nicht gelingt. In (1) wird deshalb ein Rechner vorgesehen, der ein mathematisches Modell der Maschine enthalten soll. Aufgfund der Messung der Betriebsbedingungen sollen dann für jeden Störungsfall die nötigen Werte (Polradwinkel, Schlupf, Erregerspannung) für die Einschaltung der Erregung errechnet werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfachere und weniger

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aufwendige Anordnung zur automatischen Wiedersynchronisierung anzugeben, die bessere Ergebnisse erzielt als die bisher bekannte Anordnung. Dies wird für eine eingangs zitierte Anordnung erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine Stabilisierungsschaltung für die Beeinflussung der Erregung im Asynchronlauf für Schlupfwert s, des Generators im Bereich

^sk	=	\ / 2. Ms max	Trrffri, mit /	der Maschinengruppe
	S	*Y U ·^ΤΑ**
		21if ί f = Nennfrequenz in Hz,	Synchronmomentes
^TA	max	Anlaufzeitkonstante
		in sek.
^Ms	«	= das Maximum des

	J
angewendet wird

Durch diese Stabilisierungsschaltung wird die Erregung der Synchronmaschine im Asynchronlauf bei genügend kleinem Schiupi durch die Stabilisierungssignale wie Schlupf und Beschleunigung (oder äquivalente Signale) beeinflusst. Da diese Signale, aufgeschaltet auf die Erregung, in dem Spinne wirken, dass der Schlupf und die Beschleunigung zu Null gebracht werden, wird unabhängig von dem Polradwinkelwert im

¹²· 3. 7i 109845/1001

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Augenblick: der Einschaltung der Erregung eine Wiedersynchrontsierung erreicht, _tnur/wenn^xder Sehlupf in diesem Augenblick klein genug war und die Bedingungen für stationären Betrieb erfüllt sind (die statische Stabilitätsgrenze nicht überschritten).

Der mittlere Wert des Schlupfes s. ,bei dessen Unterschreiten die Erregung eingeschaltet werden soll, entspricht dem Wert, bei welchem durch die Einschaltung der Erregung der momentane Wert des Schlupfes zu Null gebracht werden kann. Man kann zeigen, dass dieser Wert durch die Beziehung

2 . Ms max

^n * ^ΤΑ .

gegeben ist.

► Dabei ists <y = 2f f , wo f die Nennfrequenz-in Hz ist, η η ■ η

T. s= Anlauf seitkonstante der Gruppe (sek.) M snax = das Maximum des Synchroimomentes

M Ist durch die maximal® Erregung der Maschine« ε max

ihre Synchronreaktanzen, Kupplungsreaktanz sum Netz; und Netzspannung bestimmt. Die maximale Erregung ent-

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spricht der Plafonderregung im Falle, dass das Stabilisierungssignal rur den Schlupfeinfluss enthält. Sie kann etwas kleiner als die Plafonderregung sein, wenn ausser des Schlupfes auch die Beschleunigung im Stabilisierungssignal vorhanden ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur näher erläutert.

Die Fig. zeigt das Blockschaltbild des beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Die Anordnung gemäss der Fig. enthält eine Verknüpfungsschaltung 10 und eine Stabilisierungsschaltung 20.

Diese Anordnungen bilden gemeinsam die Einrichtung 30

.eines Synchrongenerators 40 , zur WiedersynchrOnisierungY Die Verknüpfungsschaltung IO besteht aus einer Anordnung 1 zur Erfassung des Asynchronlaufs aufgrund des dem Eingang zugefilhrten, dem Polradwinkel (f proportionalen Signals und zur Ab-

0/

gäbe eines Steuersignals/für die Ausschaltung der Erregerspannung. Hier wird auch die Anzahl der Sehlupfperioden gezählt. Ferner ist an einen Ausgang dieser Anordnung 1 eine Einrichtung 2 zur Verkleinerung des

V
Leistungssollwertes/des Turbinenreglers angeschlossen.

Eine Schaltungsanordnung 3, welche sowohl mit dem Ein-109845/1001

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gang der Verknüpfungsschaltung 10 als auch mit dem Ausgang der Anordnung 1 verbunden ist, übernimmt die Messung des Schlupfes und steuert mit einem Einschaltsignal I die Einschaltung der Erregungsspannung, wenn der Schlupf einen eingestellten Wert unterschritten hat. Schliesslich ist in der Verknüpfungsschaltung 10 eine Einrichtung 4 für die Nullstellung aller anderen Schaltungsteile und über einen Schalter 21 die eventuelle Ausschaltung der Stabilisierungsschaltung 20 nach erfolgter Wiedersynchronisierung vorgesehen.

In uer Stabilisierungsschaltung 20 werden aus dem Polradwinkel (f , oder aus der Differenz Jh^ f der Frequenz der Polradspannung und der Frequenz der Generatorspannung, oder aus der Abweichung der Geschwindigkeit & g der Welle mittels einer Uebertragungsfunktion F (p) die notwendigen Stabilisierungssignale abgeleitet und mit dem Ausgang des Spannungsreglers 4l in einem Summierer S summiert. Ueber ein Stellglied 42 wird die Erregerwicklung 4j5 beeinflusst..

Die Einrichtung funktioniert folgendermassen:

Nach Uebergang in den Asynchronlauf wird durch die Anordnung 1 die Erregung ausgeschaltet und das Polrad über einen in der Fig. angedeuteten Widerstand 44 kurzge-

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schlossen. Wenn jetzt nach einer bestimmten Anzahl von Schlupfperioden der mittlere Wert des Schlupfes kleiner als der Wert s, ist, wird die Erregung durch die Einrichtung 3 eingeschaltet..Ist der mittlere Wert des Schlupfes grosser als s, , dann werden durch die Einrichtung 2 die Befehle für die Verkleinerung des

A/ M/

Leistungssollwertes/der Turbinenregelung/abgegeben, bis · der Wert s_k unterschritten ist. Gleichzeitig mit der Einschaltung der Erregung wird eine weitere Verkleinerung des Leistungssollwertes verhindert. Nach der Einschaltung der Erregung wird die Erregerspannung durch die Stabilisierungsschaltung 20 automatisch so beeinflusst, dass der Schlupf und die Beschleunigung in kürzester Zeit zu Null gebracht werden, d.h. die Maschine sicher wiedersynchranisiert wird. Die Anordnungen 1,2,3 werden nach erfolgter Y/iedersynchronisierung durch die Einrichtung 4 in ihre Ausgangslage gebracht. Durch dieselbe Einrichtung 4 kann, wenn erwünscht, auch die Stabilisierungsschaltung 20 abgeschaltet werden»

Die beschriebene Anordnung ermöglicht, dass die Maschine in allen Fällen, und nicht nur zufällig, automatisch, in kürzester Zeit und mit grösstmöglicher Leistung ohne Abschaltung vom Netz wiedersynchronisiert wird. Dabei

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werden die grossen Verluste, die sonst durch den Ausfall der Maschine hervorgerufen werden, erspart. Weiter wird der Betrieb des Netzes durch einen kleineren. Ausfall der Leistung günstig beeinflusst. Die Anordnung ist allgemein, d.h. an Turbo- und Wasserkraftmaschinen, mit oder ohne Dämpferwicklung anwendbar."

Statt des Rechners in der bekannten Anordnung enthält die beschriebene Anordnung eine Stabilisierungsschaltung* die ohnehin oft für die Dämpfung der Polradbewegungen und die Erweiterung der statischen Stabilitätsgrenzen im Synchronlauf erwünscht oder notwendig ist»

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Claims

Patentans prüche

{ 1.)} Vorrichtung zur automatischen Wiedersynchronisierung eines Synchrongenerators durch Verändern seiner Erregerspannung, gekennzeichnet durch eine Stabilisierungsschaltung (20) für die Beeinflussung der Erregung im Asynchronlauf für Schlupfwerte s. des Generators im Bereich

Ms max Φ&*, mit

u/ s 2 Il f * ^n ~ Nennfrequenz in Hz,

T
A = Anlaufzeitkonstante der Maschinengruppe in sek.

M = das Maximum des Synchronmomentes s max

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Summierer (S) vorgesehen ist, der das Ausgangssignal der Stabilisierungsschaltung (20) mit dem Ausgangssignal eines Spannungsreglers (41) zur Beeinflussung der Erregerspannung summiert.

3·) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingang der Stabilisierungsschaltung (20) ein dem Folradwinkel J proportionales Signal zugeführt ist.

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4.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingang der Stabilisierungsschaltung (20) ,«ein der Differenz 4f der Frequenz der Polradspannung und der Frequenz der Generatorspannung proportionales Signal zugeführt ist.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingang der Stabilisierungsschaltung (20) ein der Geschwindigkeit Λ g der Generatorwelle proportionales Signal zugeführt ist.

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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