DE2415448C3 - Schutzeinrichtung für einen Turbosatz gegen Überlastung beim Abschalten von Netzkurzschlüssen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für einen aus einem Generator und einer Turbine bestehenden Turbosatz gegen Überlastung beim Abschalten von Netzkurzschlüssen mit einem zwischen Netz und Generator angeordneten Leistungsschalter.

Zur Versorgung großer Netze mit elektrischem Strom sind an ein Netz eine Vielzahl von aus Generator und Turbine bestehenden Turbosätzen angeschlossen. Eine Vielzahl von Schutzeinrichtungen sind sowohl für die Turbosätze als auch für einzelne Netzabschnitte vorgesehen. Tritt irgendwo im Netz ein Kurzschluß oder ein anderer schwerwiegender Fehler auf, so werden durch die installierten Netzschutzeinrichtungen die der Fehlerstelle benachbarten Schalter geöffnet und die Fehlerstelle so aus dem Metzverbund herausgeschaltet. Um längere Unterbrechungen der Stromversorgung bei kurzzeitigen Fehlern zu vermeiden, wird insbesondere bei Freileitungen schon nach relativ kurzer Zeit der fehlerhafte Abschnitt wieder zugeschaltet, <*> um zu prüfen, ob der Fehler noch existiert (Kurzschlußfortschaltung).

Wenn ein derartiger Fehler im Netz in der Nähe eines Turbosatzes auftritt und damit eine erhebliche Spannungsabsenkung am Ausgang des Turbosatzes vorhanden ist, kann sowohl das Abschalten als auch das Wiederzuschalten eines Netzabschnitts zu sehr hohen Beanspruchungen in der Welle des Turbosatzes und in den Wickelköpfen des Generators führen. Der Grund hierfür liegt vor allem darin, daü die synchronisierenden Kräfte des Netzes bei Kurzschlüssen in unmittelbarer Nähe eines Turbosaiy.es für diesen Turbosalz sehr gering sind, so daß durch den unveränderten Antrieb dc> Generators und die durch den Kurzschluß bedingte erhebliche Verminderung der vom Generator abgegebenen Leistung große Winkeldifferenzen zwischen dein Spannungsvektor der Generatorspannung und demjenigen des Verbundnetzes möglich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es. bei Netzfehlern in der Nähe des Turbosatzes diesen vor dadurch bedingten Überbeanspruchungen zu schützen.

Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß der Leistungsschalter geöffnet wird erstens bei einem Rückgang der Spannung des Mitsystenis, der einem Nahkurzschluß entspricht, und zweitens bei einem geringeren Rückgang der Spannung des Mitsystems, wenn die Winkeldifferenz zwischen dem Spannungsvektor des Generators und dem Spannungsvektor, der bei fehlerfreiem Netz vorhanden wäre, einen vorgegebenen Betrag überschreitet.

Um nach Heraustrennen der fehlerhaften Stelle im Netz den Turbosatz schneller mit dem Neiz wieder synchronisieren zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn gleichzeitig mit dem Abschalten des Generators ein Widerstand an die Klemmen des Generators geschaltet wird. Hierdurch läßt sich erreichen, daß der Frequerzun,erschied /wischen Generator und Verbundnetz klein gehalten wird.

Als Ausführungsbeispiel ist in F i g. 1 schematisch ein Turbosatz mit angeschlossenem Netz dargestellt, während F i g. 2 ein Beispiel für die zum Ausschalten des Blockschalters zwischen Netz und Turbosalz vorzusehende Schutzeinrichtung enthält.

Von einem Dampferzeuger 1 werden die Turbinenstufen 2 und 5 mit zwischengeschalteiem Zwischenüberhitzer 4 und Wasserabscheider 3 angetrieben. Die Teilturbinen 2 und 5 sind mit dem Generator 6 über eine Welle 7 verbunden. Die Klemmen des Generators 6 sind an einen Widerstand 8 angeschlossen, der über einen Widet Standsschalter 9 eingeschaltet werden kann. Sie oind außerdem mit einem Nctztransformaior 10 verbunden, an dessen Hochspannungswicklung Spannungsmeßgeber H angeschlossen sind und die über einen Leistungsschalter 12. der die Verbindung zwischen Turbosatz und Netz herstellt, mit dem Netz. 13 verbunden ist. Dabei wird angenommen, daß in das Netz 13 noch eine Vielzahl anderer Generatoren Leistung einspeist. Weitere Schalter in dem Netz sind mit 15 bis 18 bezeichnet. Zwischen den Schaltern 15 und 17 ist eine Fehlerstelle 19 angenommen.

In F i g. 2 ist die Schaltung zur Betätigung des Blockschalters 12 abhängig von den vom Spannungsmeßgeber 11 bemessenen Werten dargestellt. An Stelle des auf der Hochspannungsseite vorgesehenen Biockschalters 12 ließe sich oer Turbosatz auch durch einen zwischen Generator 6 und Transformator 10 angeordneten Schalter abschalten.

Dem Ausgang des Spannungsmeßwertgebers 11 sind in F i g. 2 zwei Grenzwertmelder 20 und 21 nachgeschaltet. Der Grenzwertmelder 20 ist so eingestellt, daß er ein Ausgangssignal abgibt, wenn vom Spannungsmeßwertgeber 11 eine Unterspannung registriert wird, die auf einen Netzkurzschluß zurückführbar ist. Der Ausgang des Grenzwertmelders 20 wirkt auf einen Schalter 22. Der Schaher 22 ist einem Speicher 23 vorgeschaltet, in dem fortlaufend eine der Netzfrequenz

proportionale Spannung gespeichert isl. Außerdem wirkt der Ausgang des Grenzwertmelder 20 auf einen Schalter 24. der /wischen einen Funkiionsgeher 25 und einen Integrator 26 geschaltet ist. Der Integrator 26 ist •;iner Vergleichseinrichtung 27 vorgeschaltet, die ihrer· seits die im Speicher 23 gespeicherte Spannung und die der Generaiorfrequenz proportionale Sp.innung über die Leitung 28 zugeführt erhält und aus diesen Spannungen die Differenz bildet. Der Ausgang des Integrators 26 ist über eine weitere Vergleichseinrichiung 29 geführt, die den Ausgangswert des Integrators 20 mit dem Wert eines Sollwertgebers 30 vergleicht. Im Sollwertgeber 3vi wird die zulässige Abweichung des Spannungsvektois des Generators vom Spannungsvektor des als unverändert angenommenen Netzes eingestellt. Der Vergleichseinriehuing 29 ist ein Grenzwertmelder 3t und ein Oderglied 32 nachgeschaltet, dessen Ausgang auf die Ausschaltspule des Leistungsschauen. 12 wirkt. Einem weiteren Eingang des Odergliedes 32 ist ein Undglied 33 vorgeschaltet, das einerseits, über einen bei Verbundbetrieb eingeschalteten Schiller 34 mit einer .Signaischienc 35 uiid andererseits mit dem Ausgang des Grenzwertmelders 21 verbunden ist. Der Grenzwertmelder 21 ist so tingestellt. daß er dann ein Alisgangssignal abgibt, wenn eine erhebsiche Spannungsabscnkung \om Spannungsmeßwertgeber 11 registriert wird, so daß — wenn kein durch andere Schutzeinrichtungen zu erfassender Fehler im Generator \orliegt — auf einen Netzkur/schlul3 in unmittelbarer Nähe des Generators geschlossen werden muü.

Wie in den Figuren im einzelnen nicht dargestellt ist. ist dem Spannungsmeßwertgeber 11 eine Auswahlschaltung zur Ermittlung des Mitsystems der Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators vorgeschaltet, da nur die Mitkomponente der Spannung in die Messung eingeher ^oü. f^;nⁿ ^.«.e unsymmetrischer Fehler oder Belastungen werden dadurch vermieden.

Bei ungestörtem Betrieb des Netzes ist im Speicher 23 ein der jeweiligen Netzfrequcn/ proportionaler Wert gespeichert. Ergibt sich infolge eines Netzkurz-Schlusses ein Spannungsrückgang, so gibt der Grenzwertmelder 20 ein Ausgangssignal ab. Hierdurch wird der Schalter 22 geöffnet und der Schalter 24 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt erhält damit der Integrator 26 vom Funklionsgeber 25 einen Ausgangswert und im Speicher 23 bleibt der zuletzt gespeicherte Wert erhalten.

Ergibt sich nun infolge des Fehlers eine Änderung des Vektors des .Spannungsmitsystems am Generator gegenüber der Winkellage des als mit gleicher Frequen/ sich weiterdrehenden Vektors der Netzspannung, so entsteht eine Ausgangsspannung an der Vergleichseinrichiung 27. die den Integrator 26 zum Arbeiten bringt. Im Integrator 26 ist damit ein Wert gespeichert, der dem Winkelunterschied des Spannungsvektors des Mitsystems des Generators gegenüber dem Spannungsvektor entspricht, der sich unter der Voraussetzung gleichbleibender Frequenz bei fehlerfreiem Netz ergeben würde. Dieser Winkeluntcrschied wire! in der Vergleichseinrichtung 29 mit einem als zulassig angesehenen Wert verglichen. Dieser a's zulässig angesehene Wert wird im Sollwertgeber 30 eingestellt. Wird dieser als zulässig angesehene Wert überschritten, spricht der Grenzwertmelder 31 an und veranlaßt über das Oderglied 32 das Ausschalten des Leisiungsschalters 12.

Ergibt sich ein sehr starker Rückgang des Mitsystems der Spannung (z. B. auf 20% der Nennspannung), so gibt auch der Grenzwertmelder 21 ein Ausgangssignai ab. Die Undbcdingung des Undgliedes 33 ist dann erfüllt, wenn der Turbosatz im Verbundbetrieb arbeitet, da dann der Schalter 34 geschlossen ist. Das Ausgangssignal des Undgliedes 33 wirkt dann über d.is Oderglied 32 unmittelbar auf den Leistungsschalter 12. so daß der Generator noch vor dem Abschalten des Neizkuiz-Schlusses vom Netz getrennt wird.

Zum Wiederschließen des Leistungsschalters 12 wird eine Synchronisationseinrichtung benutzt, so daß unzulässige Drehmomentstöße an der Welle 7 mit Sicherheit vermieden sind. LJm die Zeit bis zur Resynchronisation des Turbosatzes zu verkürzen, kann gleichzeitig mit dem Öffnen des Leistungsschalter 12 der Widerstandsschalter 9 geschlossen werden. Hierdurch wird — schneller als dies durch Schließen des Turbinenven tils möglich wäre — verhindert, daß die Frequenz, des Generators zu stark erhöht wird. Die Synchronisationseinrichtung kann dann nach Abschaltung des Netzkurzschlusses den Turbosatz relativ schnell wieder mit dem Netz- verbinden.

Um den Widerstand 8 schnell zuschalten und auch wieder abschalten zu können, ist es vorteilhaft, an Stelle eines einzigen Widerstandsschalters 9 zwei zueininder in Reihe liegende Schalter vorzusehen, von denen einer eine besonders kurze Einschaltzeit und der andere eine besonders kurze Ausschaltzeit besitzt. Diese Schalter sind dann so zu steuern, daß bei ausgeschaltetem Widerstandsschalter der Schalter mit besonders kurzer Einschaltzcit geöffnet und der andere geschlossen ist. Die Stellung der Schalter bei geschlossenem Widerstandsschalter ist dann umgekehrt zu wählen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung für einen aus einem Generator und einer Turbine bestehenden Turbosat/ gegen Überlastung beim Abschalten von Netzkur/schlüssen, mit einem zwischen Net^ und Generator angeordneten Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (12) geöffnet wird erstens bei einem Rückgang der Spannung des Mitsystems, der einem Netzkurzschluß in Generatornähe entspricht, und zweitens bei einem geringeren Rückgang der Spannung des Mitsystems, wenn die Winkeldifferenz, zwischen dem Spannungsvektor des Generators und dem Spannungsvektor, der bei fehlerfreiem Netz vorhanden wäre, einen vorgegebenen Beirag überschreitet.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch !. gekennzeichnet durch einen Widerstandsschalter (9), der gleichzeitig mit der öffnung des Leistungsschalter (12) geschlossen wird und der einen Widerstand (8) mit den Klemmen des Generators (6) verbindet.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (27). die einen der Frequenz des Generators proportionalen Wert mit einem vor Eintreten des Netzfehlers in einem Speicher (23) gespeicherten, der Neizfrequenz proportionalen Wert vergleicht und daß dieser Vergleichseinrichtung ein Integrator (26) nachgeschaltet ist.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsschalter (9) aus zwei zueinander in Reihe geschalteten Schaltern besteht, von denen einer für eine schnelle Einschaltung und der andere für eine schnelle Ausschaltung ausgebildet ist.