DE2036363B2

DE2036363B2 - Vorrichtung zur automatischen Wiedersynchronisierung eines Synchrongenerators

Info

Publication number: DE2036363B2
Application number: DE2036363A
Authority: DE
Inventors: Josip Dipl.-Ing. Wettingen Lakota (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1970-04-20
Filing date: 1970-07-22
Publication date: 1978-03-23
Also published as: CH514948A; SE366879B; US3784896A; FR2089840A5; DE2036363C3; DE2036363A1

Description

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mit

2 π f„; {„= Nennfrequenz;
Anlaufzeitkonstante der Maschinengruppe in Sek.,
das Maximum des Synchronmomentes.

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20

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 I₁ dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang der Stabilisierungsschaltung (20) ein dem Polradwinkel <5 proportionales Signal zugeführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang der Stabilisierungsschaltung (20) ein der Differenz Af der Frequenz der Polradspannung und der Frequenz der Generatorspannung proportionales Signa! zugeführt ist.

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

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Wiedersynchronisierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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.

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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 aber gezeigt, daß in vielen Fällen, besonders bei Turbomaschinen (Vollpolmaschinen), Asynchronlauf keine große Gefahr darstellt. Besonders ist das der Fall, wenn die Maschine nach dem Übergang in den Asynchronlauf entregt wird, wodurch die elektrischen und mechanischen Beanspruchungen der Maschine, die Spannungs-, Blind- und Wirkleistungsschwankungen vermindert werden. Dadurch muß aber die Maschine ihre Mugnetisierungsleistung aus dem Netz nehmen, was eine Verkleinerung der Spannung im benachbarten Teil des Systems verursachen kann. Dadurch besteht die Gefahi, daß weitere Maschinen außer Tritt fallen. Diese Gefahr ist in den heutigen Netzen, wo alle Maschinen eine automatische Spannungsregelung und Möglichkeit der Plafonderregung besitzen, kleinen Eine Antwort auf die Frage, ob in einem konkreten Fall der Asynchronlauf zulässig ist oder nicht, verlangt die Kontrolle der Beanspruchungen der Maschine selbst, des Verhaltens der anderen Maschinen sowie die Kontrolle der Schutzrelais und der Bedingungen für die Verbraucherund Hilfsbetriebe.

Ist ein Asynchronlauf zulässig, dann soll die Maschine wieder synchronisiert werden, ohne daß diese vom Netz 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 zweckmäßig, 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 möglich, daß die Maschine, 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:

(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 IEE₁VoI. 113, Dezember 1966.

In (2) wird gezeigt, daß eine sichere Wiedersynchronisierung erreicht werden kann, indem man die Erregung einer bestimmten Größe 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 Wiedersynchronisierung nicht gelingt. In (1) wird deshalb ein Rechner vorgesehen, der ein mathematisches Modell der Maschine enthalten soll. Aufgrund 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 aufwendige Anordnung zur automatischen Wiedersynchronisierung anzugeben, die bessere Ergebnisse erzielt als die bisher bekannte Anordnung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch diese Stabilisierungsschaltung wird die Erregung der Synchronmaschine im Async:nronlauf bei genügend kleinem Schlupf durch die Siabilisierungssignale wie Schlupf und Beschleunigung (oder äquivalente Signale) beeinflußt. Da diese Signale, aufgeschaltet auf die Erregung, in dem Sinne wirken, daß der Schlupf und die Beschleunigung zu Null gebracht werden, wird unabhängig von dem Polradwinkelwert im Augenblick der Einschaltung der Erregung eine Wieaersynchronisierung erreicht, wenn nur der Schlupf in diesem Augenblick klein genug war und die Bedingungen für stationären Betrieb erfüllt sind (die statische Stabilitätsgrenze nicht überschritten).

Der mittlere Wert des Schlupfes Sk, 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

s_k <

gegeben ist.
Dabeiist:

Oi_n = 2 ic f_m wo //,die Nennfrequenz in Hz ist,

Ta = Anlaufzeitkonstante der Maschinengruppe

(Sek.),
Ms max = das Maximum des Synchronmomentes.

Msmax ist durch die maximale Erregung der Maschine, ihre Synchronreaktanzen, Kupplungsreaktanz zum Netz und Netzspannung bestimmt. Die maximale Erregung entspricht der Plafonderregung im Falle, daß das Stabilisierungssignal nur den Schlupfeinfluß enthält. Sie kann etwas kleiner als die Plafonderregung sein, wenn außer dem Schlupf auch die Beschleunigung im Stabilisierungssignal vorhanden ist.

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

Die Figur zeigt das Blockschaltbild des beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Die Anordnung gemäß der Figur enthält eine Verknüpfungsschaltung 10 und eine Stabilisierungsschaltung 20. Diese Anordnungen bilden gemeinsam die Einrichtung 30 zur Wiedersynchronisierung eines Synchrongenerators 40. Die Verknüpfungsschaltung 10 besteht aus einer Anordnung 1 zur Erfassung des Asynchronlaufs aufgrund des dem Eingang zugeführten, dem Polradwinkel <5 proportionalen Signals und zur Abgabe eines Steuersignals 0 für die Ausschaltung der Erregerspannung. Hier wird auch die Anzahl der Schlupfperioden gezählt. Ferner ist an einen Ausgang dieser Anordnung 1 eine Einrichtung 2 zur Verkleinerung des Leistungssollwertes A des Turbinenreglers angeschlossen. Eine Schaltungsanordnung 3, welche sowohl mit dem Eingang der Verknüpfungsschaltung 10 als auch mit dem Ausgang der Anordnung 1 verbunden ist, übernimmt die Messung des Schlupfes und steuert mit einem Einschaltsignal / 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 der Stabilisierungsschaltung 20 werden aus dem Polradwinkel ö, oder aus der Differenz Af der Frequenz der Polradspannung und der Frequenz der Generatorspannung, oder aus der Abweichung der Geschwindigkeit Ag der Welle mittels einer Übertragungsfunktion F(p) die notwendigen Stabilisierungssignale abgeleitet und mit dem Ausgang des Spannungsreglers 41 in einem Summierer S summiert. Über ein Stellglied 42 wird die Erregerwicklung 43 beeinflußt.

Die Einrichtung funktioniert folgendermaßen:

Nach Übergang in den Asynchronlauf wird durch die Anordnung 1 die Erregung ausgeschaltet und die Erregerwicklung 43 über einen in der Figur angedeuteten Widerstand 44 kurzgeschlossen. Wenn jetzt nach einer bestimmten Anzahl von Schlupfperioden der mittlere We^rt des Schlupfes kleiner als der Wert st ist, wird die Erregung durch die Schaltungsanordnung 3 eingeschaltet. Ist der mittlere Wert des Schlupfes größer als s/,, dann werden durch die Einrichtung 2 via Motorpotentiometer M die Befehle für die Verkleinerung des Leistungssollwertes A der Turbinenregelung abgegeben, bis der Wert s* unterschritten ist. Gleichzeitig mit der Einschaltung der Erregung wird eine weitere Verkleinerung des Leistungssollwertes verhindert. Nach

j5 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 wiedersynchronisiert wird. Die Anordnung 1, die Einrichtung 2 sowie die Schaltungsanordnung 3 werden nach erfolgter Wiedersynchronisierung 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 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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