DE2431773A1 - Einrichtung zur bildung minimal verzoegerter schliessbefehle fuer turbinenventile bei netzkurzschluessen - Google Patents
Einrichtung zur bildung minimal verzoegerter schliessbefehle fuer turbinenventile bei netzkurzschluessenInfo
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Description
57/71*
Me/im
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Einrichtung zur Bildung minimal verzögerter Schliessbefehle
für Turbinenventile bei Netzkurzschlüssen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung minimal verzögerter Schliessbefehle. für Turbinenventile bei Netzkurzschlüssen,
wobei grössere Störungen, insbesondere Kurzschlüsse im Energieübertragungssystem, erfasst werden
und auf das Regelsystem der Turbogruppe so einwirken, dass durch rasches Schliessen der Turbinenventile das Aussertrittfallen
des Turbogenerators während oder nach der Störung verhindert wird, wobei andererseits eine Auslösung
der Schliessbefehle durch unbedeutende Störungen von kürzester Dauer und somit eine Störung des Energiegleichgewichts
im Netz vermieden wird.
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Bei Kurzschlüssen in elektrischen Energieübertragungssystemen
bricht die Spannung zusammen,und folglich sinkt die transportierte Energie,obwohl die Ströme stark ansteigen.
Dadurch verschwindet bei den betroffenen Energieerzeugern (Turbogruppen) das Gleichgewicht zwischen mechanischem
Antriebsmoment und elektrischem Bremsmoment,und es resultiert eine Beschleunigung der Turborotoren.Je nach
Dauer des Kurzschlusses kann dabei der Polradwinkel der dem Kurzschluss nächsten Produktionseinheit gegenüber dem
restlichen Netz einen solchen Wert erreichen, dass diese Einheit trotz Beseitigung des Kurzschlusses und Schnellwiedereinschaltung
ausser Tritt fällt. Wenn vom Zeitpunkt des Kurzschlusses an das Antriebsmoment der Turbogruppe
durch möglichst unverzögertes und schnelles Schliessen der Turbinenventile rasch reduziert wird, kann eine längere
Dauer des Kurzschlusses ohne Verlust des Synchronismus beherrscht werden. Eine erfolgreiche Realisierung dieser
Methode, die in der amerikanischen Literatur als "Fast Valving" oder "Early Valving" bezeichnet wird, setzt voraus,
dass
a) ein eindeutiges Kriterium mit minimaler Verzögerung zum Auslösen des Schliessbefehls zur Verfügung steht
b) die Ventile auf den Schliessbefehl die Dampfzufuhr zur Turbine rasch drosseln.
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Die "Fast-Valving"-Methode ist z.B. beschrieben in dem Buch
"Power System Stability" von S.B.Crary (Wiley Sons Inc. New York I945/I947), S. 195 ff.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur Bildung minimal verzögerter Kriterien zur Reduktion des Turbinenantriebsmomentes zu schaffen. Zur Auslösung
des Schliessbefehles sind bisher schon folgende Kriterien in Betracht gezogen worden:
1. Vergleich der mechanischen Antriebsleistung der Turbineerfasst durch den dazu ungefähr proportionalen Dampfdruck
vor dem Mitteldruckteil-mit dem Generatorstrom
oder/und der abgegebenen elektrischen Leistung.
2. Auswertung eines Sprunges der abgegebenen elektrischen Leistung.
3. Auswertung der Beschleunigung aus der Drehzahl des Turborotors.
Erfindungsgemäss sollen grössere Störungen, insbesondere
Kurzschlüsse im Energieübetragungssystem erfasst werden, und das Regelsystem der Turbogruppe soll so beeinflusst werden,
dass durch rasches Schliessen der Turbinenventile das Aussertrittfallen des Turbogenerators während oder nach der Stö
rung verhindert wird. Da bei "Past-Valving" 'die zulässige
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Kurzschlussdauer maximal um einige Perioden verlängert werden kann, ist es entscheidend wichtig, dass die Auslösung
innerhalb ca. einer Periode erfolgt. Andererseits soll aber auch nicht durch unbedeutende Störungen von
kürzester Dauer das Fast Valving ausgelöst und dadurch das Energiegleichgewicht im Netz gestört werden.
Im folgenden sei angenommen, dass die betrachteten Dampfturbogruppen
(wie dies bei den Anlagen der Anmelderin der Fall ist) Drehzahlregler'mit Beschleunigungsbegrenzer zur
Beherrschung der Ueberdrehzahlbei Lastabschaltungen aufweisen,
so dass das Abfangen der Drehzahl bei Lastabschal tungen nur eine sekundäre Rolle spielt.
Bei den bekannten Einrichtungen, welche die mechanische Turbinenleistung mit der abgegebenen Generatorleistung
vergleichen oder den Leistungssprung auswerten, ist die unterste Grenze der Ansprechverzögerung durch die Zeitkonstante
des Leistungs-Messwertumformers gegeben. Ausführungen mit kleineren Zeitkonstanten als 0.1 s sind
nicht bekanntgeworden. Auch bei Einrichtungen, die·, den Generatorstrom verwerten, ist mit solchen Verzögerungen
zu rechnen, weil Ströme mit ähnlichen Messwertumformern erfasst werden. Auch Gleichrichtung zur Bildung des Strom-Messwertes
bringt keinen Gewinn, weil wegen'der Gleichst ro mkomponent en der Kurzschlussströme selbst bei Mehrphasengleichrichtung
eine grosse Komponente mit Netzfre-
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INSPECTED
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quenz anfällt, deren Elimination mit Filtern wieder zu entsprechenden Verzögerungen führt.
Bei der Erfassung der Beschleunigung des Turborotors ist schon aus rein physikalischen Ursachen eine wesentliche
Verzögerung zu erwarten:
Im Synchrongenerator entstehen zu Beginn eines dreiphasigen Kurzschlusses _ so
hohe Verluste, dass zuerst Polradwinkel und Drehzahl abnehmen und die Beschleunigung negativ wird (sog.back-swing
"•effect). Eine eindeutig positive Beschleunigung ist
erst nach 2 Perioden (40 msec») feststellbar, dies um so mehr, als in der Drehzahl eine starke" netzfrequente Komponente
enthalten ist.
Bei den bekannten Ausführungen·sind keine Massnahmen gegen
unnötige oder falsche Auslösungen erwähnt. Es wird höchstens festgestellt, dass eine vorgängige Identifizierung der
Störungsart erwünscht wäre, aber wegen der dadurch bedingten Auslöseverzögerung nicht sinnvoll sei.
Bei einem Netzkurzschluss bricht die Spannung ohne Verzögerung zusammen. Wenn der Spannungsmesswert mit geeigneten
Methoden, durch Gleichrichtung der Spannungswandler-Sekundärspannungen
erfasst wird, z.B. mit 3-Phasen-^Gegentaktgleich-
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richtung,'-.so kann dieser Messwert wegen der kleinen Restwelligkeit
(z.B. 5%) ohne Siebung oder mit einer minimalen Siebung auf Absolutwert oder Sprung bzw. Gradient ausgewertet
werden. Das auf diese Weise gewonnene Kriterium hat damit praktisch keine Verzögerung gegenüber dem Beginn
des Kurzschlusses.
Um die bei unverzögerten Kriterien naturgemäss mit grösserer
Wahrscheinlichkeit zu erwartende Fehlauslösung, irisbesondere durch Ausgleichsvorgänge im Zeitbereich.<
der Netz- und Transformatorzeitkonstanten, zu vermeiden, wird erfindungsgemäss
vorgeschlagen, dass die Auswertung des Spannungsmesswertes mit der Erfassung der Beschleunigung des Turborotors
unter Berücksichtigung der nicht vernachlässigbaren Totzeit der Ventil-Servomotoren derart kombiniert
wird, dass beim Absinken des Spannungsmesswertes unter einen Grenzwert- bzw. um mehr als einen gewissen Betrag
unter seinem mit einer Verzögerungseinrichtung gespeicherten Wert vor der Störung- über ein Spannungs-Sprungrelais
unmittelbar ein provisorischer Schliessbefehl für die Turbinenventile ausgelöst wird, welcher über einen elektrohydraulischen
Wandler auf das Steuerflüssigkeitssystem der Turbinenregelung einwirkt, dass mit einer Einrichtung,
welche die Differenzzeit je zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Turbinenwelle misst, die Beschleunigung ermit-
telt und durch Vergleich'mit einem Grenzwert das Beschleuni-
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gungskriterium gebildet wird, dass unmittelbar bei Detektion
eines eindeutigen Beschleunigungskriteriums der vom Spannungskriterium ausgelöste provisorische Schliessbefehl
für unbeschränkte Dauer wirksam wird, während andernfalls, wenn eine vorgegebene Zeit nach Anstehen des Spannungskriteriums
kein Beschleunigungskriterium gebildet ist, der provisorische Schliessbefehl rückgängig gemacht wird.
Trotz des "back-swine"- Effektes kann also auf diese Weise
spätestens zwei Umdrehungen nach einem Kurzschluss unzweideutig ein zuverlässiges Beschleunigungskriterium gebildet
werden. In diesem Fall wird der vom Spannungskriterium ausgelöste Schliessbefehl aufrechterhalten. Andernfalls, d.h.,
wenn ca. 40-50 ms nach Anstehen des Spannungskriteriums
kein Beschleunigungskriterium vorhanden ist, wird der Schliessbefehl rückgängig gemacht. Wegen der Totzeit werden
sich die Ventile während dieser Zeit nicht merklich bewegt haben, und somit wird eine Fehlauslösung ohne Wirkung
bleiben.
Die Erfindung wird jetzt anhand der einzigen Figur näher erläutert. Die Turbine 1 treibt den Generator 2 an, der über
den Transformator 3 mit dem Hochspannungssystem 4 gekuppelt ist. Die Dampfzufuhr zur Turbine wird mit den Ventilen 5 durch
den Turbinenregler '6 über das Steuerflüssigkeitssystem 7 geregelt.
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Die Spannung im Hochspannungssystem wird über Spannungswandler 8 mit dem Mehrphasengleichrichter 9 in den Spannungsines
swert umgesetzt. Vom Grenzwertbildner 10 wird ein Setzbefehl Kü an den Speicher 11 ausgegeben, wenn U <
U-Dadurch betätigt das Ausgangssignal AS des Speichers das Magnetventil 12, welches den Druck im Steuerflüssigkeitssystem
so weit absenkt, dass die Ventile ganz oder teilweise schliessen. Das Signal AS wird zudem über ein Verzögerungsglied
13 auf ein UND-Gatter Ik geführt.
Die Drehzahl des Turborotors wird mit dem Geber 15 erfasst und gelangt auf die Auswerteeinrichtung 16. Diese misst
die Differenzzeit je zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Turbinenwelle und ermittelt daraus den Momentanwert B
der Beschleunigung, der im Grenzwertbildner 17 das Signal KB auslöst, wenn B grosser ist als ein vorgegebener Grenzwert B,\
Dieses Signal KB wird dem invertierenden Eingang des UND-Gatters 14'zugeführt. Der Ausgang des UND-Gatters geht auf
den Rückstelleingang des Speichers 11. Damit wird dieser zurückgestellt, wenn nach der Verzögerungszeit von 13 das Beschieunigungssignal
B kleiner ist als der Grenzwert B,.
Die ODER-Gatter l8a,b am Setz- bzw. Rückstelleingang des Speichers 11 erlauben die Einführung weiterer Signale zur
Ansteuerung der betreffenden Punktionen "Setzen bzw. Zurückstellen".
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Als Variante kann zusätzlich zum Grenzwertbildner 10 oder statt seiner eine Einrichtung (Spannungssprungdetektor)
vorgesehen werden, die nur auf sprunghafte Veränderung der Eingangsgrösse U anspricht und damit bei einer sprunghaften
Spannungs verminderung t, 4U>AtJ|.. mit Kriterium KU den
Speicher 11 setzt.
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Claims (4)
- 57/74 D'Patentanspruch, e/ 1.J Verfahren zur Bildung minimal verzögerter Schliessbefehle für Turbinenventile bei Netzkurzschlüssen, wobei grössere Störungen, insbesondere Kurzschlüsse im Energieübertragungssystem, erfasst werden und auf das Regelsystem der Turbogruppe so einwirken, dass durch rasches Schliessen der Turbinenventile das Aussertrittfallen des Turbogenerators während oder nach der Störung verhindert wird, wobei andererseits eine Auslösung der Schliessbefehle durch unbedeutende Störungen von kürzester Dauer und somit eine Störung des Energiegleichgewichtes im Netz vermieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Spannungsmesswertes mit der Erfassung der Beschleunigung des Turborotors unter Berücksichtigung der nicht vernachlässigbaren Totzeit der Ventil-Servomotoren derart kombiniert wird, dass beim Absinken des Spannungsmesswertes (U) unter einen Grenzwert (U1) - bzw. um.mehr als einen gewissen Betrag (U-.) unter seinen mit einer Verzögerungseinrichtung gespeicherten Wert (U) vor der Störung - über ein Spannungs-Sprungrelais (10) unmittelbar ein provisorischer Schliessbefehl (AS) für die Turbinenventile ausgelöst wird, welcher über einen elektrohydraulischen Wandler (12) auf das Steuerflüssigkeitssystem (7) der Turbinenregelung einwirkt, dass5098 50/025 2-K- 57/74 Dmit einer Einrichtung (16), welche die Differenzzeit je zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Turbinenwelle misst, die Beschleunigung (B) ermittelt und durch Vergleich mit einem Grenzwert (B,) das Beschleunigungskriterium (KB) gebildet wird, dass unmittelbar bei Detektion eines eindeutigen Beschleunigungskriteriums (KB) der vom Spannungskriterium ausgelöste provisorische Schliessbefehl (AS) für unbeschränkte Dauer wirksam wird, während andernfalls, wenn eine vorgegebene Zeit nach Anstehen des Spannungskriteriums (KU) kein Beschleunigungskriterium (KB) gebildet ist, der provisorische Schliessbefehl (AS) rückgängig gemacht wird.
- 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Grenzwertbildner (10), der einen Setzbefehl (KU) an einen Speicher (11) ausgibt, wenn der aus dem Hochspannungssystem über einen Spannungswandler (8) mit einem Mehrphasengleichrichter (9) gewonnene Messwert (U, ^U) einen vorgegebenen Grenzwert (U1,^U,) unterschreitet, weiter gekennzeichnet durch ein Magnetventil (12), das durch das Ausgangssignal (AS) des Speichers (11) betätigt wird und den Druck in einem zur Regelung der Dampfzufuhr zur Turbine (1) mit den Ventilen (5) durch den Turbinenregler (6) vorgesehenen Steuerflüssigkeitssystem (7) so weit absenkt j dass die Ventile ganz oder teilweise schliessen, wobei das Speicher-Ausgangssignal (AS) zudem50 9 8 5 0/0252- 12 - 57/71 Düber ein Verzögerungsglied (13) auf den direkten Eingang eines UND-Gatters (14) mit einem direkten und einem invertierenden Eingang geführt wird, überdies gekennzeichnet, durch eine Auswerteeinrichtung (16), welche die mit einem Geber (15) erfasste Drehzahl des Turborotors erfasst, die Differenzzeit je zweier sukzessiver Umdrehungen misst und daraus ein dem Beschleunigungs-Momentanwert entsprechendes Beschleunigungssignal (B) bildet, welches in einem zweiten Grenzwertbildner (17) ein Signal (KB) auslöst, wenn das Beschleunigungssignal (B) grosser ist als ein vorgegebener Grenzwert (B-), und schliesslich dadurch gekennzeichnet, dass dieses Signal (KB)dem invertierenden Eingang des UND-Gatters (I1I) zugeführt wird und der Ausgang des UND-Gatters (lh) mit dem Rückstelleingang des Speichers (11) verbunden ist.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grenzwertbildner (1Ö) ein reiner Spannungsdiskriminator ist, der den Setzbefehl (KU) an den Speicher (11) ausgibt, wenn der Eingangsmesswert (U) eine vorgegebene Spannungswelle (U1) unterschreitet.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass de.r erste Grenzwertbildner (10) ein Spannungssprungdetektor ist, der nur auf sprunghafte Veränderungen (Δϋ) der Ein-509850/0252-Vt- 57/71 Dgangsgrösse (U) anspricht und damit den Setzbefehl an den Speicher (11) ausgibt, wenn die sprunghafte Spannungserniedrigung (AU) grosser ist als ein vorgegebener WertBBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.509850/0252Leerse it
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