DE2708844C3

DE2708844C3 - Protection device for a generator-turbine unit against overloading of the shaft

Info

Publication number: DE2708844C3
Application number: DE19772708844
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl.-Ing. 8521 Uttenreuth Fischer; Kurt Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Läge
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1977-03-01
Filing date: 1977-03-01
Publication date: 1982-04-08
Also published as: JPS53107647A; DE2708844A1; DE2708844B2; CH626476A5

Description

d)d)

Die Erfindung betrifft ein Schutzgerät für eine Generator-Turbineneinheit gegen Überbeanspruchung der Welle bei Spannungswiederkehr nach einem Netzkurzschluß, mit einer Ünterspannungsmeßeinrichtung, die über eine Vergleichseinrichtung auf einen Schalterzwischen der Generator-Turbineneinheit und dem Netz im auslösenden Sinn einwirkt, wenn gleichzeitig die Auslösebedingung für eine zweite, der ' Vergleichseinrichtung vorgeschaltete Meßeinrichtung erfüllt ist.The invention relates to a protective device for a generator-turbine unit against overloading of the shaft in the event of voltage recovery after a Mains short circuit, with an undervoltage measuring device, which is based on a comparison device on a Switch between the generator-turbine unit and the network in the triggering sense acts when at the same time the trigger condition for a second measuring device connected upstream of the comparison device is satisfied.

Wenn in der Nähe eines Kraftwerkes ein Kurzschluß im elektrischen Netz auftritt, können die synchronisierenden Momente einander parallel arbeitender Generatoren sehr klein werden. Wenn dieser Zustand - bedingt durch ein verzögertes Ansprechen des Netzschutzes — längere Zeit anhält, können die Läufer der Generatoren zueinander unterschiedliche Phasenlage einnehmen. Hierdurch können nach Abschalten des Netzkurzschlusses bei Wiederkehr der Spannung sehr große Drehmomente auf den Läufer eines Generators und damit auf die Wellenabschnitte und Kupplungen zwischen benachbarten Teilturbinen oder zwischen Turbine und Generator wirken.If a short circuit occurs in the electrical network near a power station, the synchronizing Moments of generators working in parallel become very small. If this State - due to a delayed response of the network protection - persists for a long time, the The rotors of the generators assume different phase positions with respect to one another. This allows after switching off the mains short-circuit when the voltage returns, very high torques on the rotor a generator and thus on the shaft sections and couplings between adjacent turbine sections or act between the turbine and generator.

Aus der DE-OS 24 15 448 ist eine Schutzeinrichtung für eine Generator-Turbineneinheit gegen Überbeanspruchung der Welle der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art bekannt Hier ist der Blockschalter einerseits vom Auftreten eines Spannungsrückganges und andererseits von einer zu messenden Winkeldifferenz zwischen der Spannung des Generators und des von der Störung betroffenen Netzes abhängig.From DE-OS 24 15 448 is a protective device for a generator-turbine unit against overloading of the shaft in the preamble of the claim 1 assumed type known Here the block switch is on the one hand from the occurrence of a voltage drop and on the other hand of an angular difference to be measured between the voltage of the Generator and the network affected by the fault.

Bei generatornahen Kurzschlüssen, bei denen die Netzspannung sehr weit absinkt, läßt sich die Phasenlage der Netzspannung schwer bestimmen. Bei diesen Störfällen wird daher generell der Schalter zwischen Generator-Turbineneinheit und dem angeschlossenen elektrischen Netz geöffnet.In the case of short-circuits close to the generator, in which the mains voltage drops very far, the phase position can be difficult to determine the mains voltage. In these incidents, therefore, the switch is generally between Generator turbine unit and the connected electrical network open.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzgerät zu schaffen, bei dem auch bei generatornahen Kurzschlüssen nur dann der Schalter zwischen Generator-Turbineneinheit und Netz geöffnet wird, wenn beim Abschalten des Kurzschlusses eine zu hohe Beanspruchung der Welle und der Wickelköpfe des Generators zu erwarten ist.The object of the present invention is to create a protective device in which, even when the generator is close to the generator Short circuits only then the switch between the generator-turbine unit and the network is opened, if, when the short circuit is switched off, the shaft and the winding heads of the Generator is to be expected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite, der Vergleichseinrichtung vorgeschaltete Meßeinrichtung folgendermaßen aufgebaut ist:This object is achieved according to the invention in that the second, upstream of the comparison device The measuring device is constructed as follows:

a) Eine bei Auftreten einer Leistungsänderung angestoßene Zeitstufe und eine Einrichtung zur Messung der innerhalb der Laufzeit der Zeitstufe auftretenden Leistungsdifferenz (Differenzglied mit Analogwertspeicher und Schalttransistor) ist einem Leistungsmeßgerät nachgeschaltet.a) A time step triggered when a change in performance occurs and a device for Measurement of the power difference occurring within the runtime of the timer (differential element with analog value memory and switching transistor) is connected downstream of a power meter.

b) Der Einrichtung zur Messung der Leistungsdifferenz und der Zeitstufe ist eine Vergleichseinrichtung (Und-Glied) nachgeschaltet, die feststellt, ob vor Ablauf der Zeit der Zeitstufe ein vorgegebener einstellbarer Wert für die gemessene Leistungsdifferenz überschritten wird.b) The device for measuring the power difference and the time stage is a comparison device (AND element), which determines whether the timer is on before the time has elapsed the specified adjustable value for the measured power difference is exceeded.

c) Der Vergleichseinrichtung (Und-Glied) ist eine Zeitstufe nachgeschaltet, deren Verzögerungszeit etwa der zulässigen Zeit für die Wiederkehr der Netzspannung entspricht.c) The comparison device (AND element) is followed by a time stage, the delay time of which is approximately the permissible time for the return corresponds to the mains voltage.

d) Der Ausgang der Zeitstufe ist an den zweiten Eingang der zweiten Vergleichseinrichtung (Und-Glied) angeschlossen. _d) The output of the timer is connected to the second input of the second comparison device (AND element) connected. _

Aus der DE-ÖS 24 48 635Jsies~ außerdem zur Verminderung der Beanspruchung einer Turbinen-Generatorwelle bekannt, die einzelnen Pole des Schalters, der nach Auftreten eines dreipoligen KurzschlussesFrom DE-ÖS 24 48 635Jsies ~ also for reduction the stress on a turbine generator shaft known, the individual poles of the switch, after the occurrence of a three-pole short circuit

wieder schließt, so zu steuern, daß zunächst zwei der drei Schalterpole und anschließend erst der dritte Schalterpol geschlossen wird. Durch diese Maßnahme läßt sich eine Überbeanspruchung der Wi]Ie ebenfalls vermindern, aber nicht in allen Fällen ausschließen. closes again, so control that first two of the three switch poles and only then the third Switch pole is closed. This measure also prevents the Wi] Ie from being overstrained reduce, but not exclude in all cases.

Außerdem ist es aus der DE-OS 15 03 034 bekannt, zur Vermeidung des Auseinanderlaufens von Generatorspannung und Netzspannung dem Schalter zwischen Generator und Netz im Kurzschlußfall einen Widerstand parallel zu schalten. Mit einer derartigen Einrichtung läßt sich theoretisch die Drehmomentbeanspruchung bei Spannungswiederkehr im Netz weitgehend ausschließen, allerdings ist es notwendig, die Zu- bzw. Abschaltung des Widerstandes zu ganz bestimmten, von der Störung abhängigen Zeiten vorzunehmen, andernfalls können Pendelungen zwischen Netz und Generator auftreten.It is also known from DE-OS 15 03 034, to avoid the divergence of generator voltage and mains voltage between the switch To connect a resistor in parallel to the generator and the network in the event of a short circuit. With such a Theoretically, the device can largely reduce the torque stress when the voltage returns in the network exclude, but it is necessary to switch the resistor on and off to very specific, to make times depending on the disturbance, otherwise oscillations between Network and generator occur.

Im Gegensatz zu diesen bekannten Einrichtungen ermöglicht es das erfindungsgemäße Schutzgerät, daß abhängig von der Ursache des Auseinanderlaufens von Generator- und Netzspannung entschieden wird, ob die Generator-Turbineneinheit durch den zugehörigen Schalter vom Netz getrennt wird oder nicht. Hiermit erhält man eine Schutzeinrichtung, die selektiv abhängig von der Störung nur dann eine Abschaltung vornimmt, wenn dies mit Rücksicht auf die zu erwartende Überbeanspruchung der Turbinen-Generatorwelle notwendig ist.In contrast to these known devices, the protective device according to the invention enables a decision is made depending on the cause of the divergence of generator and mains voltage, whether the generator-turbine unit is disconnected from the mains by the associated switch or not. This provides a protective device that only switches off selectively depending on the fault undertakes if this takes into account the expected overloading of the turbine generator shaft necessary is.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Prinzipschaltung in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of the invention is shown in a basic circuit in the drawing.

Das dargestellte Schutzgerät schützt die Welle 1 zwischen Turbine 2 und Generator 3, indem es einen Schalter 4 zwischen einem an den Generator 3 angeschlossenen Transformator 5 und dem elektrischen Netz 6 auftrennt, wenn infolge eines eine bestimmte Mindestzeit andauernden Kurzschlusses im Netz 6 die Gefahr einer Überbeanspruchung der Welle 1 besteht. Der Turbine 2 ist ein Ventil 7 vorgeschaltet, das die Dampfzufuhr zu der Turbine 2 regelt. Über eine gestrichelt dargestellte Verbindung 8 kann auch dieses Ventil von dem erfindungsgemäßen Schutzgerät gleichzeitig mit der Auslösung des Schalters beeinflußt werden.The protection device shown protects the shaft 1 between turbine 2 and generator 3 by a Switch 4 between a transformer 5 connected to the generator 3 and the electrical one Network 6 disconnects if, as a result of a short circuit lasting a certain minimum time in network 6, the There is a risk of overloading shaft 1. The turbine 2 is preceded by a valve 7 which regulates the steam supply to the turbine 2. This can also be done via a connection 8 shown in dashed lines Valve influenced by the protective device according to the invention simultaneously with the triggering of the switch will.

Das Schutzgerät ist an ein Leistungsmeßgerät 9 angeschlossen, das über einen Stromwandler 13 und einen Spannungswandler 14 mit der elektrischen Leitung zwischen Transformator 5 und Generator 3 verbunden ist. Außerdem ist an den Spannungswandler 14 über eine Leitung 16 eine Unterspannungsmeßeinrichtung 10 angeschlossen, deren Ausgang über ein Oder-Glied 36 zu einem Und-Glied 32 geführt ist. Das Leistungsmeßgerät besitzt zwei Ausgangsleitungen 17 und 18, die eine der jeweiligen Leistung proportionale Gleichspannung führen. Die Ausgangsleitung 18 ist über einen Differenzierkondensator 27 und einen Grenzwertmelder 28 an den Eingang einer Zeitstufe 29 geführt. Der Ausgang des Grenzwertmelders 28 wirkt außerdem auf den Steueranschluß eines Schalttransistors 20, der in die Leitung 17 zwischen das Leistungsmeßgerät 9 und einen Analogwertspeicher 21 eingeschaltet ist. Von der Ausgangsleitung 17, an die ein Glättungskondensator 19 angeschlossen ist, geht eine Leitung 22 ab, die zu einem Differenzglied 23 führt. Der zweite Eingang des Differenzgliedes 23 ist über eine Leitung 24 mit dem Ausgang des Analogwertspeichers 21 verbunden. Dem Differenzglied 23 ist ein Meßgerät 41 und ein Grenzwertmelder 25 nachgeschaltet. Der Ausgang des Grenzwertmelders 25 führt zu einem Und-Glied 26. Der zweite Eingang des Und-Gliedes 26 ist über eine Leitung 30 mit dem Ausgang der Zeitstufe 29The protection device is connected to a power meter 9, which has a current transformer 13 and a Voltage converter 14 with the electrical line between transformer 5 and generator 3 connected is. In addition, an undervoltage measuring device is connected to the voltage converter 14 via a line 16 10 connected, the output of which is led via an OR element 36 to an AND element 32. The power meter has two output lines 17 and 18, one of which is proportional to the respective power Lead direct voltage. The output line 18 is through a differentiating capacitor 27 and a limit monitor 28 is led to the input of a timer 29. The output of the limit monitor 28 also acts on the control terminal of a switching transistor 20, which is in the line 17 between the power meter 9 and an analog value memory 21 are switched on. From the exit line 17, to which a smoothing capacitor 19 is connected, a line 22 goes off, which leads to a Difference element 23 leads. The second input of the differential element 23 is via a line 24 with the Output of the analog value memory 21 connected. The difference element 23 is a measuring device 41 and a Limit monitor 25 connected downstream. The output of the limit indicator 25 leads to an AND element 26. The second input of the AND element 26 is connected to the output of the timer 29 via a line 30

^r> verbunden; der Ausgang des Und-Gliedes 26 ist über eine zweite Zeitstufe 40 an einen Eingang des Und-Gliedes 32 geführt. Das Und-Glied 32 ist über eine Leitung 34 an die Auslösespule 12 des Schalters 4 angeschlossen. Eine zwischen Meßgerät 41 und der ^r >connected; the output of the AND element 26 is fed to an input of the AND element 32 via a second time stage 40. The AND element 32 is connected to the trip coil 12 of the switch 4 via a line 34. One between measuring device 41 and the

ίο Zeitstufe 40 eingeschaltete Leitung 42 dient zur Beeinflussung der Verzögerungszeit der Zeitstufe 40 Hierdurch kann man bei großen Leistungssprüngen eine kürzere zulässige Zeit für die Abschaltung des Netzkurzschlusses vorgeben.ίο time stage 40 switched on line 42 is used to influence the delay time of the time stage 40 This can be used for large performance jumps specify a shorter permissible time for switching off the mains short-circuit.

r· Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: Sobald sich die vom Leistungsmeßgerät 9 gemessene Leistung so schnell ändert, daß der Grenzwert des Grenzwertmelders 28 überschritten wird, entsteht an dessen Ausgang ein Signal, das sich selbst hält und einerseits die Zeitstufe 29 anstößt und andererseits den Schalltransistor 20 ausschaltet. Während der Laufzeit der Zeitstufe 29 erhält der untere Eingang des Und-Gliedes 26 ein Signal. Nach Ablauf der Zeitstufe 29 wird die 3elbsterhaltung des Signals am Ausgang des Grenzwertmelders 28 aufgehoben und damit der Schalttransistor 20 wieder eingeschaltet.r · The mode of operation of this circuit is as follows: As soon as the measured by the power meter 9 Power changes so quickly that the limit value of the limit indicator 28 is exceeded, arises at its output a signal that is self-sustaining and on the one hand triggers the timer 29 and on the other hand the sonic transistor 20 turns off. During the runtime of the timer 29, the lower input receives of the AND element 26 a signal. After timer 29 has elapsed, the signal at the output is retained of the limit indicator 28 is canceled and the switching transistor 20 is thus switched on again.

Der dem Schalttransistor 20 nachgeschaltete Analogwertspeicher 21 ist so ausgelegt, daß er bei eingeschaltetem Schalttransistor 20 eine Ausgangsspannung abgibt, die gleich der Eingangsspannung ist und daß er bei ausgeschaltetem Schalttransistor 20 seine Ausgangsspannung unverändert beibehält. Bis zur Ausschaltung des Schalttransistors 20 besitzen daher die Leitungen 22 und 24 das gleiche Potential, so daß der Ausgang des Differenzgliedes 23 den Wert Null hat. Nach Anstoßen der Zeitstufe 29, die eine einstellbare Laufzeit in der Größenordnung von 50 ms besitzt, wird sich das Potential auf der Leitung 22 entsprechend der jeweiligen momentan abgegebenen Leistung einstellen, während das Potential auf der Leitung 24 sich nicht mehr ändert.The analog value memory 21 connected downstream of the switching transistor 20 is designed so that it is switched on when the Switching transistor 20 emits an output voltage which is equal to the input voltage and that it maintains its output voltage unchanged when the switching transistor 20 is switched off. To Switching off the switching transistor 20, the lines 22 and 24 therefore have the same potential, so that the output of the differential element 23 has the value zero. After triggering timer 29, which is an adjustable If the transit time is of the order of 50 ms, the potential on line 22 will be accordingly set the current output power, while the potential is on the Line 24 no longer changes.

Am Ausgang des Differenzgliedes 23 entsteht daher eine Spannung, die der Leistungsdifferenz vor und nach Ausschalten des Schalttransistors 20 proportions nal ist. Wenn diese Leistungsdifferenz den Schwellwert des Grenzwertmelders 25 überschreitet, steht ein Signal am oberen Eingang des Und-Gliedes 26 an. Die Und-Bedingung des Und-Gliedes 26 ist also erfüllt, wenn innerhalb der Laufzeit der Zeitstufe 29 die vom Differenzglied 23 gemessene Leistungsdiffe-At the output of the differential element 23 there is therefore a voltage that corresponds to the power difference before and after switching off the switching transistor 20 is proportions nal. If this power difference is the threshold of the limit indicator 25, a signal is present at the upper input of the AND element 26. The AND condition of the AND element 26 is therefore fulfilled if within the duration of the time stage 29 the power difference measured by the difference element 23

""" renz den einstellbaren Schwellwert des Grenzwertmelders 25 überschreitet."" "renz the adjustable threshold value of the limit monitor Exceeds 25.

Nach Anregung der Schutzeinrichtung durch den Differenzierkondensator 27 und den Grenzwertmelder 28 wird also geprüft, ob innerhalb einer einstellbaren kurzen Zeit (Verzögerungszeit der Zeitstufe 29) ein nennenswerter Leistungsabfall (Differenzglied 23) auftritt. Ist dies der Fall, ist die Und-Bedingung des Und-Gliedes 26 erfüllt, so wird dieses Ausgangssignal festgehalten, und es wird die dem Und-Glied 26 nachgeschaltete Zeitstufe 40 angestoßen. Die Zeitstufe 40 ist auf eine Zeit eingestellt, die etwa der Zeit entspricht, die für die Wiederkehr der Spannung hinsichtlich der Belastbarkeit der Welle 1 noch als zulässig angesehen wird (z. B. 150 ms). Nach Ablauf dieser Zeit erhält das Und-Glied 32 an seinem oberen Eingang ein Signal, der untere Eingang erhält immer dann ein Signal, wenn die Spannung mindestens einer PhaseAfter the protective device has been activated by the differentiating capacitor 27 and the limit indicator 28 it is checked whether within an adjustable short time (delay time of time stage 29) a noticeable drop in performance (differential element 23) occurs. If so, the AND condition is AND element 26 is met, this output signal is retained and the one connected downstream of AND element 26 is used Time stage 40 triggered. The time stage 40 is set to a time which corresponds approximately to the time that for the return of voltage with regard to the load capacity of shaft 1 is still considered permissible is viewed (e.g. 150 ms). After this time has elapsed, the AND element receives 32 at its upper input a signal, the lower input always receives a signal when the voltage of at least one phase

noch niedriger ist als ein in der Unterspannungsmeßeinrichtung 10 eingestellter Mindestwert.is even lower than a minimum value set in the undervoltage measuring device 10.

An Stelle der Unterspannungsmeßeinrichtung oder zusätzlich kann an einem Eingang des Und-Gliedes 32 auch der Ausgang einer anderen Meßeinrichtung angeschlossen sein, die geeignet ist festzustellen, ob der Netzkurzschluß noch besteht oder nicht. Hieizu läßt sich beispielsweise auch die abgegebene Leistung des Turbosatzes oder der jeweils fließende Strom als Kriterium verwenden. Es ist außerdem denkbar, den Schaltzustand der wesentlichen Schalter im Netz 6 abzufragen, um ein Kriterium dafür zu gewinnen, ob ein Netzkurzschluß noch besteht.Instead of the undervoltage measuring device or in addition, an input of the AND element 32 also the output of another measuring device can be connected, which is suitable to determine whether the network short-circuit still exists or not. Here too For example, the output of the turbo generator or the current flowing in each case can also be used as a Use criterion. It is also conceivable to query the switching status of the main switches in network 6, in order to gain a criterion for whether a network short-circuit still exists.

Ist nach Ablauf der Verzögerungszeit der Zeitstufe 40 der Fehler beseitigt, so ist die Und-Bedingung desIf the error has been eliminated after the delay time of timer 40 has elapsed, the AND condition is des

Und-Gliedes 32 nicht erfüllt und die Generator-Turbineneinheit bleibt mit dem Netz 6 verbunden. Ist zu dieser Zeit aber z. B. mindestens eine Spannung des Netzes 6 noch so weit unterhalb der Netzspannung, daß von der Unterspannungsmeßeinrichtung 10 und dem nachgeschalteten Oder-Glied 36 ein Signal abgegeben wird, so ist die Und-Bedingung des Und-Gliedes 32 erfüllt und die Auslösespule 12 wird veranlaßt, den Schalter 4 auszuschalten. Gleichzeitig kann auch das Ventil 7 geschlossen oder automatisch auf einen kleineren Durchlaßwert eingestellt werden. Es wäre auch denkbar, dieses Ventil abhängig vom Ausgang des Meßgerätes 41 zu steuern. Hierdurch lassen sich Pendelungen des Generators nach Wiederkehr der Spannung vermindern.AND element 32 is not fulfilled and the generator-turbine unit remains connected to the network 6. Is to this time z. B. at least one voltage of the network 6 so far below the mains voltage, that from the undervoltage measuring device 10 and the downstream OR element 36 emitted a signal is, then the AND condition of the AND element 32 is fulfilled and the trip coil 12 is caused, turn off switch 4. At the same time, the valve 7 can also be closed or automatically switched to one smaller permeability value can be set. It would also be conceivable to have this valve dependent on the output of the measuring device 41 to control. This allows the generator to oscillate after the return of the Decrease tension.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

b) Claims:

1. Protection device for a generator-turbine unit against overloading of the shaft Voltage recovery after a mains short-circuit, with an undervoltage measuring device, via a comparison device to a switch between the generator-turbine unit and the network acts in the triggering sense, if at the same time the triggering condition for a second, the measuring device upstream of the comparison device is fulfilled, characterized in that that the second measuring device connected upstream of the comparison device (And- & lied 32) is structured as follows:

a) A timer (29) triggered when a change in performance occurs and a device for measuring the power difference occurring within the running time of the timer (29) [difference element (23) with analog value memory (21) and switching transistor (20)] is connected downstream of a power meter (9).

The device for measuring the power difference and the time stage (29) is followed by a further comparison device (AND element 26) which determines whether a predetermined adjustable value for the measured power difference is exceeded before the time of the time stage (29) has expired.
The further comparison device (AND element 26) is followed by a time stage (40), the delay time of which corresponds approximately to the permissible time for the return of the mains voltage.

The output of the time stage (40) is connected to the second input of the comparison device (AND element 32) connected.

2. Protection device according to claim 1, characterized in that the comparison device (AND gate 32) additionally dependent on a device for measuring the power output is.

3. Protection device according to claim 1 or 2, characterized in that between the comparison device (AND element 32) and one of the turbine (2) upstream of the generator-turbine unit Valve (7) there is a connection (8).

4. Protection device according to claim 1, characterized in that the permissible time for the shutdown the mains short circuit (delay time of time stage 40) on the level of the measured power difference (measuring device 41) is dependent.

c)c)