DE2619729C2

DE2619729C2 - Circuit arrangement for increasing the safety of operational management in the event of short circuits in large electrical generators

Info

Publication number: DE2619729C2
Application number: DE19762619729
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. Perchtoldsdorf Niederösterreich Strobl
Original assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Current assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Priority date: 1975-06-06
Filing date: 1976-05-04
Publication date: 1984-02-16
Also published as: ATA430075A; DE2619729A1; AT338362B

Description

2525th

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Sicherheit der Betriebsführung bei Kurzschlüssen von großen elektrischen Generatoren, z. B. von Turbosätzen in Atomkraftwerken, mit mindestens zwei parallelgeschalteten Blocktransformatoren. The invention relates to a circuit arrangement for increasing the safety of operational management Short circuits of large electrical generators, e.g. B. of turbo sets in nuclear power plants, with at least two block transformers connected in parallel.

Bei Dampfturbinensätzen großer Leistung entstehen als Folge von Netzkurzschlüssen mechanische Beanspruchungen der Welle bzw. Kupplung, die das zulässige Maß überschreiten. Diese Beanspruchungen werden durch folgenden Vorgang verursacht:In the case of high-performance steam turbine sets, mechanical stresses arise as a result of network short-circuits of the shaft or coupling that exceed the permissible dimension. These stresses will be caused by the following process:

Ein dreipoliger Kurzschluß im Netz drückt die Spannung an der Kurzschlußstelle auf Null hinunter. Da in diesem Zustand nur eine verminderte oder überhaupt keine elektrische Leistung übertragen werden kann, wird die Antriebsenergie der Turbine größtenteils in kinetische Energie der Schwungmasse des Turbosatzes umgesetzt, d. h. dieser wird beschleunigt. Wird nun der kurzschlußbehaftete Abzweig abgeschaltet, so kehrt die Netzspannung schlagartig wieder. Generatorspannung und Netzspannung werden dann ihrer Phasenlage im allgemeinen nicht übereinstimmen und es wird — ähnlich wie bei einer Fehlsynchronisation — ein Drehmomentstoß stattfinden. Das elektrische Drehmoment nach der Kurzschlußabschaltung wird eine Gleich- und eine Wechselkomponente enthalten. Die Gleichkomponente, ist durch das Produkt Luftspaltfeld mal Ständer-AW bestimmt. Durch bei diesem Vorgang auftretende Torsionsschwingungen der Generatorgegen die Turbinenschwungmassen steigt der Maximalwert des mechanischen Drehmomentes an Welle und Kupplung auf den fast doppelten Wert der oben genannten Gleichkomponenten an. Eine Beschädigung von Welle und Kupplung kann die Folge sein.A three-pole short circuit in the network pushes the voltage at the short circuit point down to zero. There in this state only a reduced electrical power or no electrical power at all can be transmitted, the drive energy of the turbine is mostly in kinetic energy of the flywheel mass of the turbine set implemented, d. H. this is accelerated. If the branch affected by the short-circuit is now switched off, the Mains voltage suddenly again. Generator voltage and mains voltage are then their phase position in generally do not match and it will - similar to an incorrect synchronization - a Torque shock take place. The electric torque after the short-circuit disconnection, a direct and an alternating component will be included. The constant component, is determined by the product air gap field times stator AW. Through this process occurring torsional vibrations of the generator against the turbine centrifugal masses increase the maximum value the mechanical torque on the shaft and coupling to almost double the value above named equal components. This can damage the shaft and coupling.

Folgende Maßnahmen, die den Oberbegriff des Anspruchs 1 belegen, sind bekannt:The following measures, which substantiate the preamble of claim 1, are known:

Sofortige Abschaltung des Maschinensatzes bei einem Netzkurzschluß würde zwar die Welle und die Kupplung schützen, ist jedoch kaum anwendbar, da dann die meistens beträchtliche Leistung eines solchen Satzes nach jedem Kurzschluß im Netz fehlen und die Gefahr eines Netzzusammenbruches bestehen würde.Immediate shutdown of the machine set in the event of a mains short circuit would indeed affect the shaft and the Protecting the clutch, however, is hardly applicable, since then the usually considerable power of such Sentence would be missing after each short circuit in the network and there would be a risk of a network breakdown.

Es galt bisher als Grundsatz, daß ein Netzkurzschluß immer nur den Ausfall der fehlerbehafteten Leistung, niemals jedoch den Zusammenbruch des gesamten Netzes mit sich bringen dürfe.So far it has been the principle that a network short circuit always only the failure of the faulty service, but never the breakdown of the whole Network may bring with it.

Als zumindest theoretisch mögliche, jedoch bisher zu unwirtschaftliche Maßnahme ist bereits bekannt, daß dieses Drehmoment durch Zwischenschalten von Reaktanzen zwischen Generator und Netz für den Kurzschluß-Abschaltzeitpunkt herabgesetzt werden kann.As at least theoretically possible, but so far too uneconomical measure, it is already known that this torque by interposing reactances between generator and network for the Short-circuit switch-off time can be reduced.

Hierzu wäre die Anordnung einer Drosselspule von beträchtlicher Leistung und räumlicher Größe erforderlich. This would require the arrangement of a choke coil of considerable power and spatial size.

Es kommt jedoch vor, daß die Generatorleistung bei Maschinen dieser Größe über zwei oder mehrere parallelgeschaltete Blocktransformatoren ins Netz übertragen wird. Erfindungsgemäß läßt sich die Vergrößerung der Reaktanzen dadurch erreichen, daß nach Eintritt des dreipoligen Kurzschlusses und vor Abschaltung desselben ein bzw. auch mehrere Blocktransformatoren abgeschaltet werden, so daß der Generator mit dem Netz nur durch die verbleibende Blocktransformatoreneinheit gekuppelt ist, was im Effekt eine höhere Reaktanz ergibt. Nach Abklingen der transienten Vorgänge werden sodann die abgeschalteten Einheiten wieder zugeschaltet. Das Abklingen geht so schnell vor sich, daß ein Wiederzuschalten stattfinden kann, bevor die verbleibenden Einheiten thermisch überlastet werden. Wird mehr als ein Blocktransformator geschaltet, so ist auch mehr als ein Schalter zu betätigen, wenn nicht etwa allen zu schaltenden Blocktransformatoren ein gemeinsamer Schalter zugeordnet ist.However, it happens that the generator power in machines of this size over two or more block transformers connected in parallel is transmitted into the network. According to the invention, the Enlargement of the reactances achieve that after the occurrence of the three-pole short circuit and before Shutdown of the same one or more block transformers are switched off, so that the Generator is only coupled to the grid through the remaining block transformer unit, which is im Effect results in a higher reactance. After the transient processes have subsided, those that have been switched off are then switched off Units switched on again. The decay happens so quickly that it is switched back on can before the remaining units are thermally overloaded. Will be more than a block transformer switched, more than one switch is to be operated, if not all of the switches to be switched Block transformers are assigned a common switch.

In diesem Zusammenhang ist auch auf den Artikel »Die Auswirkung dreipoliger Netzkurzschlüsse mit Kurzschlußfortschaltung auf die mechanische Beanspruchung von Turbosätzen« ETZ-A 95 (1974), Seite 508—514 zu verweisen. Insbesondere im Abschnitt 3 dieses Artikels wird auf die Beanspruchung der Wellen und Kupplungen und im Abschnitt 5 auf Maßnahmen zur Vermeidung unzulässig hohe Beanspruchungen eingegangen.In this context, the article »The effect of three-pole network short-circuits with Short circuit progression to the mechanical stress of turbo sets «ETZ-A 95 (1974), page 508-514. In particular, Section 3 of this article focuses on the stress on the shafts and couplings and in Section 5 on measures to avoid impermissibly high loads received.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit vertretbarem technischen Aufwand eine Maßnahme zu schaffen, die bei Netzkurzschlüssen Maschinenschäden vermeidet.The object of the invention is to create a measure with reasonable technical effort that avoids damage to the machine in the event of a mains short circuit.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die im Falle eines Kurzschlusses in Netz lediglich den Zweig eines der beiden bzw. die Zweige einiger von mehreren Blocktransformatoren unterbricht und nach Abschaltung des Kurzschlusses, gegebenenfalls verzögert, wieder schließt. Eine solche Einrichtung kann aus einem (gegebenenfalls elektronischen) Überstromrelais, Unterspannungsrelais, Schnelldistanzrelais oder einer Kombination von diesen in Zusammenarbeit mit einem Zeitrelais für das Wiederschließen nach Entfall der Anregung bestehen.The invention therefore relates to a circuit arrangement of the type mentioned at the outset, which thereby is characterized in that a device is provided that in the event of a short circuit in the network only the Branch of one of the two or the branches of some of several block transformers interrupts and after Shutdown of the short circuit, possibly delayed, closes again. Such a facility can be made from an (possibly electronic) overcurrent relay, undervoltage relay, fast distance relay or one Combination of these in cooperation with a time relay for reclosing when the Suggestion exist.

Bezüglich der durch die erhöhte Reaktanz auftretenden Stabilitätsverschlechterungen wäre zu sagen, daß bei einem leistungsschwachen Netz das Wegschalten eines Transformators nicht angewandt werden muß, weil Welle und Kupplung ohnehin nicht gefährdet sind. Bei einem starken Netz dagegen kann eine gewisse Stabilitätsverschlechterung in Kauf genommen werden, so daß sich diese Fälle praktisch gegenseitig ausschließen. Die Einrichtung ist ausgelegt für eine automatische Ab- und Wiederzuschaltung die in Abhängigkeit von derWith regard to the deterioration in stability caused by the increased reactance, it should be said that In the case of a weak network, the disconnection of a transformer does not have to be used, because the shaft and coupling are not endangered anyway. With a strong network, on the other hand, a certain Stability deterioration must be accepted, so that these cases are practically mutually exclusive. The device is designed for automatic disconnection and reconnection depending on the

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momentanten Leistungsstärke des Netzes anspricht Abschaltung eines Teiles der der Blocktransformatorenmomentary power of the network responds disconnection of part of the block transformers

Aus diesem Grund soll von Hand oder automatisch — verbleibenden Reaktanz nahezu beliebig gewähltFor this reason, the remaining reactance should be chosen almost arbitrarily by hand or automatically

z. B. mittels Prozeßrechner — entaktiviert werden werden.z. B. by means of a process computer - are deactivated.

können. Besondere Bedeutung kommt der gegenständlichen Um die Wirksamkeit der Maßnahme der Reaktanz- -> Erfindung durch den Umstand zu, daß die mechanische vergrößerung entsprechend zu dosieren, kann es Gefährdung von Welle und Kupplung durch die vorteilhaft sein, die parallelgeschalteten Transformato- wiederkehrende Spannung nach dreipoligen Netzkurzren zwar mit annähernd gleichen prozentuellen Schlüssen bisher ein schwerwiegendes Hindernis für den Kurzschlußimpedanzen, aber verschiedene Leistungen sicheren Betrieb eines Kernkraftwerkes darstellte,
haben. Dadurch kann der Absolutwert der nach der mcan. In order to increase the effectiveness of the measure of the reactance -> invention by the fact that the mechanical enlargement is to be dosed accordingly, the shaft and coupling can be endangered by the advantage that the parallel-connected transformer recurring voltage after three-pole network shortening is of particular importance with approximately the same percentage conclusions so far a serious obstacle for the short-circuit impedances, but different services represented the safe operation of a nuclear power plant,
to have. As a result, the absolute value of the after the m

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement to increase the security of operational management in the event of short circuits large electrical generators, e.g. B. of turbo rates in nuclear power plants, with at least two block transformers connected in parallel, characterized in that one device is provided that in the event of a short circuit in the network, only the branch of one of the two or the branches of some of several block transformers interrupts and after switching off the Short circuit, possibly delayed, closes again.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the block transformers connected in parallel have different performance.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the device for an automatic disconnection and reconnection is designed, which depends on the current Addressing the performance of the network