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"Einrichtung zur Überwachung des Wertes des
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Polradwinkels"
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Überwachung des Wertes des Polradwinkels, Lastwinkels , Teillastwinkels od.dgl.
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einer durch ein insbesondere starres Netz gespeisten Synchronmaschine
insbesondere zwecks Erfassung eines vorgegebenen Grenzwertes.
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Der Stabjlitätsgrad einer Synchronmaschine kann unter anderem aus
der Größe des Polradwinkels, Lastwinkels oder Teillastwinkels beurteilt werden.
Dies gilt sowohl für den Fall der statischen, als auch der dynamischen Stabilität.
Der Polradwinkel ist der Winkel, den der Zeiger der Polradspannung (Längsachse der
Polwicklung) mit dem Zeiger der Klemmenspannung einschließt. Der Lastwinkel ist
der Winkel, den der Zeiger der Polradspannung mit dem Zeiger der Spannung an einem
beliebigen starren Netzpunkt und der Teillastwinkel ist der Winkel, den der Zeiger
der Polradspannung mit dem Zeiger der Spannung an einem beliebig wählbaren Punkt
zwischen Maschinenklemmen und dem starren Netz einschließt. Es wurden bereits Einrichtungen
bekannt, welche zur Erfassung des Polradwinkels den- Vergleich der Richtung von
Polrad- und Maschinenklemmen- bzw. Netzspannungen heranziehen. Die Meßgrößen für
diese Meßmethode, die für Aufgaben im stationären Betrieb von Synch-onmaschinen
ausreichend sind, sind Polradspannung, Klemmen strom und Klemmenspannung (Netzspannung).
\Auch wurde bereits durch die DE-AS 1273686 eenMeßwertgeber zur Bildung einer Ausgangsgröße,
abhängig vom Polradwinkel einer Synchronmaschine unter Verwendung eines Polradwinkel-Meßgerätes
bekannt, bei dem die Ausgangsgröße des Polradwinkel-Meßgerät es eine Impulsspannung
mit konstanter Impulsamplitude und dem Polradwinkel proportionaler Impulsdauer ist,
wobei erfindungsgemäß f>jder Ausgang des Pol radwinkel -Meßgerät es über mindestens
drei Übertragungskanäle mittelbar oder unmittelbar an ein Und-Gatter angeschlossen
ist, wobei zwei Kippstufen mit einstellbarem Zeitverhalten jeweils in einem der
Übertragungskanäle eingeschaltet sind und weiters die Schaltung so getroffen ist,
daß ein Ausgangssignal am Ende des einen Übertragungskanals mit Kippstufe erst nach
einer bestimmten Zeit auftritt und am
Ende des anderen Übertragungskanals
mit Kippstufe nach einer bestimmten Zeit nach Auftreten des Eingangssignals verschwindet,
so daß am Ausgang der gesamten Schaltung lediglich im Überlappungsbereich der Ausgangsspannungen
rier beiden Kippstufenkanäle die dem Polarwinkel proportionale Impulslängenänderung
wirksam ist.
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Der Nachteil der bisher bekanntgewordenen Meßmethoden liegt darin,
daß während Netzkurzschlüssen, bei deren Verlauf die Klemmenspannung und somit eine
der Meßgrößen für den Polradwinkel ausfällt, dieser weder eindeutig definiert noch
gemessen werden kann. Überdies kann bei solchen Netzfehlern ein Nebenschlußerregungssystem
vollkommen ausfallen, sodaß Polradspannung und Klemmenstrom zusätzlich nicht mehr
zur Verfügung stehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung vorzuschlagen, mit
deren Hilfe der Polradwinkel nicht nur im stationären Betrieb sondern auch bei Netzfehlern,
wie Kurzschluß od. dgl.
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meßbar wird. Es kann hiedurch noch während der Kurzschlußdauer entschieden
werden, ob der sich nach der Kurzschlußbeseitigung neu einstellende Pol rad-Winkel
innerhalb eines für die Maschine noch tragbaren Wertes verbleibt oder ob dieser
Wert bereits überschritten ist.
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Die Erfindung betrifft somit eine Einrichtung zur Überwachung des
Wertes des Polradwinkels, Lastwinkels, Teillastwinkels od.dgl. einer durch ein insbesondere
starres Netz gespeisten Synchronmaschine, vorzugsweise zwecks Erfassung eines vorgegebenen
Grenzwertes, wobei dieser Wert sowohl während des stationären Betriebes, als auch
während eines eventuellen Netzfehlers, Kurzschlusses od. dgl., aus den Netz- und
Maschinenparametern erfaßbar ist, derart, daß die Netzparameter, insbesondere Spannung
und Frequenz, sowie die Maschinenparameter, insbesondere Drehzahl und Polradlage
während des stationären Betriebes laufend oder in Intcrvallen insbesondere über
eine Triggerschaltung und einen Mittellçcrtbildner für die
Netzparameter
bzw. eine weitere Triggerschaltung für die Maschinenpanameter einem Vergleichsglied
zugeführt sind, in welchem insbesondere die zulässige Größe des Polradwinkels über
einen Grenzwerteinsteller überwachbar ist, daß weiters während des stationären Betriebes
laufend die Netzparameter, insbesonders über eine Meßstelle an ein Speicherglied
geführt und dort gespeichert bzw. von dort an eine weitere Vergleichsmeßstufegeführt
sind, an welche weiters über eine Triggerschaltung in einer eigenen Zuleitung die
Maschinenparameter zugeführt sind, welches Vergleichsglied insbesondere mit einem
weiteren Grenzwerteinsteller zusammenar -beitet, wobei im Falle eines Netzfehlers,
Kurzschlusses od. dgl.
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bei Fehlen von Momentanwerten der Netzparameter die im Speicher vor
dem Netzfehler gespeicherten Netzparameter mit den vorliegenden Momentanwerten der
Maschinenparameter vergleichbar sind.
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Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, während des Netzfehlers
den Polradwinkel, Lastwinkel oder Teillastwinkel laufend zu simulieren, sodaß eine
Entscheidung getroffen werden kann, ob die Maschine nach der Fehlerbeseitigung im
Netzbetrieb verbleiben kann oder ob sie noch während des Fehlers abgeschaltet werden
muß.
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Auf diese Weise können unter Umständen schwere mechanische oder elektrische
Maschinenschäden vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können den beiden
Vergleichsstufen je eine Signaleinrichtung, insbesondere eine optische und/oder
akustische Meldeeinrichtung bzw. eine Abschalteinrichtung nachgeschaltet sein, die
zur Anzeige des Meßwertes desRasenlvinkels bzw. bei Überschreitung eines vorgegebenen
Wertes desselben in bekannter Weise zur Abschlatung des Generators dient.
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Weiters kann erfindungsgemäß zwischen Netztrafo und Generator ein
Leistungsschalter vorgesehen' sein, bei dessen Einschaltung über ein Aktivierungsglied,
insbesondere über ein insbesondere von der Schaltlage des Leistungsschalters gesteuertes
binäres Signal ile MeXrorgänge einleitbar sin:l. -Dadurch kann bei stillstehender,
unerregter bzw. nicht mit dem Netz verbundener Maschine keine Fehlfunktion der erfindungsgemäßen
Einrichtung erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann ein Netzleistungsschalter
vor dem den Netztrafo vorgeschalteten Meßwandler, insbes.
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Spannungswandler, vorgesehen sein, bei dessen Einschaltung über ein
Aktivierungsglied, insbesondere über ein Insbes. von der Schaltlage des Leistungsschalters
gesteuertes binäres Signal die Meßvorgänge einleitbar sind. Der Vorteil dieser Anordnung
besteht darin, dat dadurch die Abschaltung der Maschine noch während des Netzfehlers
aubmatisch und selektiv erfolgt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können zur Vorgabe des
insbes. aus den Kenndaten in Abhängigkeit von den speziellen Betriebsbedingungen
des zu überwachenden Netzes bzw. der zu überwachenden Maschine gewonnen (bemesserberechneten)
Grenzwertes für den Polradwinkel, Lastwinkel oder Teillastwinkel Signale, insbes.
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digitale Signale dienen, die in die Vergleichsstufen eingegeben werden.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann zur zusätzlichen Polradstromüberwachung
für den stationären Betrieb ein Meßglied vorgesehen sein, das über den Erregerkreis
der Maschine einen dem Polradstrom proportionalen Wert aufnimmt, der mit dem Ausgang
der Vegaeichsstufe in einem Verknüpfungsglied vergleichbar ist und im Bedarfsfall,
insbesonders bei zu kleinem Polradstrom, eine Auslösung freigibt. Der Vorteil dieser
Maßnahme besteht darin, daß bei Überschreiten eines Grenzwertes für den Polradstrom
eine Meldung oder eine besonders rasche Auslösung erfolgen kann und daß ein vermehrter
Maschinenschutz, insbesondere des Polrades und der zugehörigen Erregereinrichtung
geschaffen ist.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag kann die Speicherung der
Netzparameter im Speicher eine binäre oder digitale sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Meßstelle für die
Netzparameter gleichzeitig als Einstellglied für einen Minimalwert der Netzspannung
ausgerüstet sein. Hiedurch ergibt sich er Vorteil, daß bei Bedarf eine zusätzliche
Minimalspannungserfassungseinrichtung erspart wir.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
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Der Generator 1 speist über den Leistungsschalter 17 den Transformator
19, der seinerseits über den Lcistungsschalter 18 mit dem (starren) Netz verbunden
is. In die Vergleichsstufe 5 für die stationären Werte werden die Maschinenparameter,
welche von der Triggerschaltung 6 erfaßt werden und die Netzparameter, welche über
den Meßwandler 3 und die Triggerschaltung 2, sowie mit Hilfe des nachgeschalteten
Mittelwertbildners 4 erfaßt werden, eingegeben. Das Aktivierungsglied 15 leitet
bei Einlegen des Leistungsschalters 17 den statischen Meßvorgang mit Hilfe eines
von der Schalterstellung abhängigen binären Signales ein.
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In die Vergleichs- und Meßstufe 12 für die dynamischen Werte werden
die STetzparameter vom Mittelwertbildner 4 dem nachgeschalteten Speicherglied 10
zugeführt, dem auch die Netzspannungswerte,die von der Meßstelle 11 abgenommen werden,
eingespeichert werden. Der dynamische Meßvorgang wird von dem Aktivierungsglied
14 mit Hilfe eines von der Schalterstellung abhängigen binären Signals eingeleitet.
Der Vergleichsstufe 12 ist der Grenzwertregler 13 zugeordnet, ebenso ist der Vergleichsstufe
5 der Grerlz-*erteinstell er 7 zugeordnet.
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Nachstehend sei die Wirkungsweise der Einrichtung näher beschrieben:
Um die statische Stabilität des Synchrongenerators 1 überwachen zu können, muß der
Polradwinkel, Lastwinkel oder Teillastwinkel aus den Netzspannungsparametern und
den Maschine parametern bestimmt werden. Dazu ist eine Netzspannungserfassung erforderlich.
Diese wird durch den Trigger 2, der seine eßspannung über den Meßwandler, insbesondere
Spannungswandler 3 erhält, bewerkstelligt. Die Gleichspannungsimpulse, die durch
die Gleichrichtung einer IIalbwelie entstehen, werden binär gezählt.
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Nach einem bestimmten Zeitabschnitt wird vom Mittelwertbildner 4 das
Meßergebnis erfaßt und der Vergleichsstufe 5 zugeführt.
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Gleichzeitig beginnt ein neuerlicher Zähivorganganzulaufen.
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Auf ähnliche Weise wird im Trigger 6 die Polradlage gemessen, z.B.
über einen mechanischen Polradlagemesser, beispielsweise eine Zahnscheibe und das
Ergebnis ebenfalls der Vergleichsstufe 5 zugeführt. In dieser Vergleichsstufe 5
wird der stationäre Polradwinkel, Lastxfinkel oder Teillastwinkel ermittelt. Liegt
sein Wert innerhalb der durch den stationären Grenzwertvorgeber 7 festgelegten Toleranzgrenze,
wird er über die Meldungseinrichtung 16 angezeigt. Liegt sein Wert außerhalb der
Toleranzgrenze, wird über 16 alarrniert bzw. über die Abschalteinrichtung A notfalls
abgeschaltet. Ein besonders selektiver Maschinenschutz wird erreicht, wenn der Polradstrom
mit Hilfe des Meßgliedes 8 erfaßt wird, das über den Erregerkreis der Maschine einen
dem Polradstrom proportionalen Wert aufnimmt und diesen über den Verknüpfter 9 in
die Vergleichs stufe 5 integriert.
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zur dynamischen Stabilitätsüberwachung werden die im Mittelwertbildner
4 erfaßten Netzspannungsparameter in das Speicher glied 10 eingegeben und fortlaufend
gespeichert.
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Die Speicherung kann digital bzw. binär erfolgen. Ebenso wird der
Spannungswert von der Meßstelle 11, die gleichzeitig als Einstellglied für den Minimalwert
der Spannung ausgebildet ist, erfaßt und ebenfalls in dem Speicherglied 10 gespeichert.
Bei Netzfehlern insbes. Kurzschluß gibt das Spelcherglied 10 die zuletzt festgehaltenen
Daten (bei Fehlen der Mornentanwerte) laufend an die Vergleichsstufe 12 ab, in die
die Maschinenparameter vom Trigger 6 eingegeben werden und werten diese Daten zur
Polrad-Winkelbestimmung aus. Wird die vom dynamischen Grenzwerteinsteller 13 festgelegte
Toleranzgrenze überschritten, erfolgt die Auslösung.