DE2057035A1

DE2057035A1 - Anfahrvorrichtung für Synchronmaschinen

Info

Publication number: DE2057035A1
Application number: DE19702057035
Authority: DE
Inventors: Edgar Dr.-Ing. 6800 Mannheim. M Alwers
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-11-20
Filing date: 1970-11-20
Publication date: 1972-05-31
Also published as: AT310303B; SE388905B; GB1345740A; FR2114789A5

Description

AnfahrvoyrlcHtung für Synchronmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anlassen einer mit einer Gasturbine gekuppelten Synchronmaschine, die zum Antrieb während des Abkühlvorganges mit einer sehr niedrigen Drehzahl einen Turnantrieb aufweist.

Der Anlauf von Gasturbinen aus dem Stillstand ist bekannt= lieh nicht möglich. Gasturbinen müssen durch fremde Kraft= einwlrkung auf eine bestimmte Drehzahl gebracht werden, bevor sie ein eigenes Drehmoment entwickeln können. Bei den bekannten Bauarten erfolgt die Zündung der Gasturbine in der Regel bei einer Drehzahl von etwa 20% der Nenndrehzahl.

Bei dieser Drehzahl ist die Gasturbine jedoch noch nicht in der Lage,ein Drehmoment, das zur weiteren Beschleunigung ausreicht, abzugeben. Sie kann ein solches erst dann entwickeln, nachdem sie auf eine höhere als die halbe iJenndrehzahl gebracht worden ist. Diese Beschleunigungsdrehzahl soll im folgenden mit n_GT„ bezeichnet werden und beträgt bei einem größeren '.

3Q0O-tourigen Gasturbinensatz etwa 2000 U/min. '

Es ist bekannt, zum Anwerfen einer Gasturbine bis auf die Beschleunigungndrehzahl einen besonderen Anwurfmotor vor= zusehen. Sofern elektrische Energie zur Verfügung steht,

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kann dazu ein Elektromotor asynchroner Bauart verwendet werden. Ein solcher Anwurfmotor vergrößert aber die Baulänge der Maschine in unerwünschter Weise und hat außerdem den Nachteil, daß er im Betrieb dauernd leer mitläuft, falls keine Uberholkupplung vorhanden ist, wodurch weitere Hehr= kosten entstehen. Darüber hinaus*ist die aus dem Netz entnommene Leistung, falls kein Getriebe zwischen Anwurfinotor und Gasturbine vorhanden ist, merklich größer als die für die Beschleunigung erforderliche Leistung. Die aus dem Netz entnommene Leistung ist bei einer 3000-tourigen Gasturbine etv/a 50% größer als die für die Beschleunigung erforderliche Leistung. Die Differenzleistung muß im Anlasser vernichtet werden, was einen weiteren zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Es ist auch bereits bekannt, den von der Gasturbine anzu= treibenden Synchrongenerator mit einer besonderen Anlauf= wicklung auszurüsten, die eine größere, insbesondere die doppelte Polzahl aufweist wie die Betriebswicklung. Bei dieser bekannten Anordnung wird bei abgeschalteter Erreger= wicklung die An!aufwicklung der Synchronmaschine ans Metz angeschaltet. Die Synchronmaschine läuft dann an und bei etwa 20% der Nenndrehzahl wird, wie oben ausgeführt, die Gasturbine gezündet. Sie wird durch den Synchronmotor dann weiter bis auf etwa 50% der Nenndrehzahl der Gasturbine durch Erregung der Anlaufwicklung hochbeschleunigt. Nach Erreichen dieser Drehzahl erfolgt die '.weitere Erhöhung dar Drehzahl durch die Gasturbine selbst, die erst von dieser Drehzahl an ein Drehmoment abgeben kann. (DPS I 042 747). Diese Anordnung erlaubt es jedoch nicht, die bei größeren Gasturbinen erforderliche Beschleunigungsdrehzahl von etwa 2000 U/min zu erreichen. Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung außerdem die Notwendigkeit einer zweiten Wicklung, die die Typenloistung dos Synchrongenerators vergrößert. Es ir>t weiterhin ein Verfahren zum Anlassen von Synchronmaschinen

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bekannt, bet dam die stillstehende Synchronmaschine auf einen laufenden Asynchrongenerator geschaltet und ihrem Rotor eine kleine Drehbewegung vAnstoß) erteilt wird. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch nicht für.den Anwurf von Gasturbinengruppen vorgesehen. Es dient vielmehr dazu, eine Synchronmaschine auf die volle Nenndrehzahl zu beschleunigen ί j und dann mit den Hetz zu synchronisieren (DPS 360 534).

Eine weitere große Schwierigkeit besteht bei einen Gastür= binenkraftwerk, das im Inselbetrieb arbeitet, also nicht aus einem vorhandenen Metz größere Energiemengen entnehmen kann, bei einen Anlauf nach einer Außerbetriebnahme des Werkes. In diesem Falle ist für den Anlauf ein Dieselstrora= erzeugungsaggregat erforderlich, dessen Dieselmotor mit Rücksicht auf den oben erwähnten erhöhten Leistungsbedarf erheblich überdimensioniert werden muß, wodurch beträcht= liehe Mehrkosten und ein zusätzlicher Raumbedarf entstehen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung für das Anlassen von mit Synchrongeneratoren gekuppelten Gasturbinen zu schaffen, für die für den Anlaufvorgang eine gegenüber bekannten Anordnungen verringerte Leistung aus dem speisenden Netz entnommen wird und die es gestattet, das bei Inselbetrieb für den Anlauf einer Gasturbine erforderliche Stromerzeugung^= aggregat kleiner zu dimensioniex-en als bei bekannten Anord= nungen. Weiterhin soll die Umschaltung einer Anwurfeinrich= tung auf mehrere Gasturbinenaygregate möglich sein, so daß für ein Kraftwerk nur eine Anfahrvorrichtung erforder= lieh ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfinduhgsgemäß bei der eingangs erwähnten Anordnung in einem Anlaßma= schinensatz, der aus einem Asynchrongenerator und einem

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Asynchronmotor besteht, deren synchrone Drehzahlen sich so verhalten wie die Netzfrequenz zu dem Produkt aus der Polpaarzahl der Synchronmaschine und einem Sechzigste! der Beschleunigungsdrehzahl der Gasturbine, wobei Schaltmittel vorgesehen sind, durch die beim Anlaßvorgang der' Gasturbine der Asynchrongenerator an den Ständer der vollerregten, bei Beginn des Anlaßvorganges mit der Turndrehzahl rotierenden Synchronmaschine solange elektrisch ansclnltbar ist, bis die Gasturbine die Beschleunigungsdrehzahl erreicht hat und weitere Schaltmittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Synchronmaschine nrtch Beschleunigung durch die Gasturbine auf die Uenndrehzr.hl an das Netz anschaitlj.-.r ist. Nach Erreichen der Beschieunjgungsdrehzahl ist die Gasturbine dann in der Lage die Synchronmaschine v.ui die Nenndrehzahl ?;u beschJ eunigen. Anschließend kann die Synchrorjt maschine mit dem Hetz synchronisiert werden.

In zweckmäßiger Veise dient bei einem Kraftwerk, das im Inselbetrieb gefahren wird, zur Speisung des Antriebsmotors für den Asynchrongenerator ein von einem Dieselmotor angetriebener Generator.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung ist * der Asynchrongenerator als Schleifringläufermaschine ausgebildet, deren Schleifringe über verstellbare widerstände kurzschlie.ibar sind.

Bei der erfindungsgemä^en Anordnung zur Durchführung einer; Anlaßvorganges v/ird der mit einer Überholkupplung :.n den Synchrongenerator angeschlossene Turnantrieb, der für die Drehung der Turbinenwelle während des Abkühlvorganges stets vorhanden seir. ml , eingeschaltet, und die Gasturbine- .-.uf eine Drehzahl von r.tw-. 1 bis ?'/° der· iiei'ndrchzahl beschleunigt.

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Die Ständerwicklung das Asynchrongenerators ist vorher auf die Ständerwicklung des Synchrongenerators geschaltet und der aus Asynchronmotor und Asynchrongenerator bestehende Maschinensatz angelassen worden. Wird die Erregung des Synchrongenerators eingeschaltet, so wird in der Ständer= wicklung des Synchrongenerators eine Spannung induziert, die einen Strom sehr niedriger Frequenz durch die Ständer= wicklung des Asynchrongenerator treibt, wodurch in der Asynchronmaschine ein Drehfeld aufgebaut wird.

Solange die Frequenz dieses Stromes kleiner ist als die der Nenndrehzahl entsprechende Frequenz, dreht sich der Läufer der Asynchronmaschine in Bezug auf das vom Ständerstrom aufgebaute Drehfeld übersynchron. Die Asynchronmaschine arbeitet daher als Generator und gibt einen Teil der ihr mechanisch über die Welle zügeführten Leistung als Beschleuni= gungsleistung an den Synchrongenerator ab. Vorhalt sich das Verhältnis der Polpaarzahl von Asynchronmotor und Asynchron= generator etwa wie 3 zu 2, läuft der mit der Gasturbine gekuppelte Synchrongenerator dann etwa auf zwei Drittel der Nenndrehzahl hoch.

Weitere» Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der

! Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in dor Zeichnung in Form eines Schalt- und Anordnungs= schonas- dargestellten Ausführungsboispiel.

In der Zeichnung ist mit 1 die Gasturbine, mit 2 der mit dieser gekuppelte Synchrongenerator und mit 3 der sogenannte Turnantrieb bezeichnet, der mittels einer Überholkupplung mit &ii:i Synchrongenerator 2 gekuppelt ist. ilit 4 ist der Asynchrongenerator, der mit einem Asynchronmotor 5 gekuppelt ist, bezeichnet« Der Asynchronmotor 5 kann über Schalter 10 auf-; dom IJctz odor übor Schalter 11 von einen Synchron= generator 6, dor von oineia Dieselmotor 7 angetrieben ist, gespeist werdon. Weiter ist mit 3 ein Schalter zur elektrischen Verbindung dor "Ständerwicklung vies Asynchrongenerators

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4 rait der Ständerwicklung des Synchrongenerators und mit 9 ein weiterer Schalter zur elektrischen Verbindung der Steinderwicklung des Synchrongenerators 2 mit dem Netz bezeichnet.

Zur Durchführung eines Anfahrvorganges wird, falls das Hetz spannungslos ist, der Dieselmotor 7 gestartet und der Schalter 11 eingelegt. Der Asynchronmotor 5 kann durch Einschaltung : der Erregung des Synchrongenerators 6 hochgefahren v/erden. ! Nach Einschaltung des Schalters 8 ist eine elektrische Verbindung zwischen der Ständerwicklung des Asynchrongenera= j

tors 4 und der des Synchrongenerators 2 hergestellt. Solange

der Synchrongenerator 2 stillsteht ergibt sich hierdurch j

keinerlei Wirkung. Wird der Rotor des Synchrongenerators j

2 erregt und der Turnantrieb 3, der ebenfalls von dem Synchron= '

generator 6 gespeist werden kann, eingeschaltet, wird in ! der Ständerwicklung des Synchrongenerators 2 eine mit ihrer

Frequenz der Drehzahl des Synchrongenerators entsprechende ;

Spannung induziert, die einen entsprechenden Strom durch ;

die Ständerwicklung des Synchrongenerators 2 und die Ständer= ι

v/icklung des Asynchrongenerators 4 treibt, der in letzterem ■

ein Drehfeld erzeugt. Der Läufer des Asynchrongenerators !

4 dreht sich gegenüber diesen Drehfeld übersynchron, so !

daß der Asynchrongenerator in Generatorbetrieb übergeht ; und einen Teil der mechanischen über die Welle von dem Asynchron=

motor 4 zugeführten Leistung als Beschleunigungsleistung ' an den Synchrongenerator 2 abgibt. Damit wird der aus Gas= turbine 1 und Synchrongenerator 2 bestehende Maschinensatz

bis auf die der anliegenden Frequenz entsprechende Drehzahl, :

die etwas oberhalb der Drehzahl liegt, ab der die Gasturbine '.

ein Drehmoment abzugeben in der Lage ist, beschleunigt. j Der weitere Hochlauf erfolgt nach Ausschaltung des Schalters 8 durch das Drehmoment der Gasturbine, die, wie oben erwähnt,

bei einer Drehzahl von etwa 20% der Menndrehzahl gezündet : worden ist. Mach erfolgter Synchronisierung, kann, falls im Metz Spannung vorhanden ist, der Schalter 9 eingelegt

v/erden. :

mm *7 *m

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Box dor Anfahranordnung nach der Erfindung ist es möglich mit einen Dieselaggregat auszukommen, das nur etwa 2/3 der Leistung besitzt, die bei bekannten Anordnungen erforder= lieh ist. So wird z.B. für den Anwurf eines 60 MVi Gasturbinen= satzes nur eine Leistung von etwa 3 MVi bei Asynchronantriebs= motoren und gegebenenfalls für das Dienelaggregat, gegenüber etwa 4,5 MW bei herkömmlichen Anlagen benötigt.

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Claims

Patentansprüche

■Vorrichtung zum Anlassen einer mit einer Gasturbine gekuppelten Synchronmaschine, die zum Antrieb während des Abkühlvorganges mit einer sehr niedrigen Drehzahl einen Turnantrieb aufweist, gekennzeichnet durch einen Anlaßmaschinensatz, der aus einem Asynchrongenerator (4) und einem Asynchronmotor (5) besteht, deren synchrone Drehzahlen sich so verhalten wie die Netzfrequenz zu dem Produkt aus der Polpaarzahl der Synchronmaschine (2) und einem Sechzigstel der Beschleunigungsdrehzahl der Gasturbine, wobei Schaltmittel (8) vorgesehen sind, durch die beim Anlaßvorgang der Gasturbine (1) der Asynchrongenerator (4) an den Ständer der vollerregten, bei Beginn des Anlaßvorganges mit der Turndrehzahl rotierenden Synchronmaschine (2) solange elektrisch anschaltbar ist, bis die Gasturbine (1) die Beschleunigungsdrehzahl erreicht hat und weitere Schaltmittel (9) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Synchronmaschine (2) nach Beschleunigung durch die Gasturbine (1) auf die Nenndrehzahl an das Netz anschaltbar ist.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Antriebsmotors (5) für den Asynchrongenerator (4) ein von einem Dieselmotor (7) angetriebener Generat or (6) di ent.

Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Asynchrongenerator (4) als Schleifringläufermaschine ausgebildet ist, deren Schleifringe über verstellbare Widerstände kurzschließbar sind.

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