DE971794C

DE971794C - Control device for the rapid de-energization of power generators with a high-speed voltage regulator

Info

Publication number: DE971794C
Application number: DEL18515A
Authority: DE
Inventors: Curt Pelz; Johannes Dipl-Ing Scheu
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-04-08
Filing date: 1954-04-08
Publication date: 1959-03-26

Description

Regeleinrichtung zur Schnellentregung von Stromerzeugern mit Spannungsschnellregler Für den Schutz von Generatoren ist es besonders wichtig, im Schadensfalle bei inneren Fehlern die Erregung so schnell wie möglich auf Null herabzusetzen. Die bisher bekannten Regeleinrichtungen können dieses Ziel wohl durch stoßartige Umpolung der Erregung und ähnliche Mittel erreichen, jedoch ist dabei nach Durchgang durch Null das Wiederkehren der Generatorspannung schwer zu vermeiden. Durch Zeitrelais kann man zwar nach einer bestimmungsgemäß eingestellten Zeit das Feld des Generators vollständig unterbrechen. Da jedoch die En.tregungszeit von der vorher bestehenden Maschinenlast abhängt, ist die einmal gewählte Einstellung der feit nicht für jeden vorher teestehenden Betriebszustand richtig. Auch ist eine Regeleinrichtung mit einem Spannungsschnell:regler bekannt, bei der die Spannungsspule des Schnellreglers beim Auftreten eines Überstromes von dein ihr zugeordneten Spannungswaiidler abgeschaltet und auf einen im Generatorkreis liegenden Stromwandler geschaltet wird. Bei Auftreten eines Überstromes, der gegebenenfalls auch auf einen Fehler zurüdkzufü'hren sein kann, sinkt die Spannung an den Generatorklemmen. Würde man die Spannungsspule des Schnellreglers unter dem Einfluß der Generatorspannung lassen, so hat der Regler das Bestreben, die Spannung wieder auf den Normalwert zu heben, und er wird demzufolge die Erregung des Generators immer mehr verstärken. Diese Wirkung ist unangebracht, und die Spannung ist in einem solchen Fall als Regelgröße nicht m-cihr zu verwenden. Daher wird ein anderes Regelkriterium, nämlich der Generatorstrom, eingeführt, ofenbar mit dem Ziel, diesen Güneratorstroin auf einen in thermischer Hinsicht ungefährlichen VGTert zu begrenzen. Eine Entregung des Generators bis auf den Wert Null ist aber mit dieser Einrichtung nicht zu erreichen.Control device for the rapid de-energization of power generators with a high-speed voltage regulator For the protection of generators it is particularly important in the event of damage to internal Mistakes reduce the excitation to zero as quickly as possible. The ones known so far Control systems can probably do this by reversing the polarity of the excitation and achieve similar means, but after passing through zero there is a return the generator voltage difficult to avoid. You can use time relays after a Completely interrupt the field of the generator for the specified time. However, since the de-energizing time depends on the previously existing machine load, Once the setting has been selected, it is not the right one for everyone who has been to tea beforehand Operating condition correct. There is also a control device with a voltage regulator known, in which the voltage coil of the high-speed regulator when an overcurrent occurs switched off by your assigned voltage converter and switched to one in the generator circuit lying current transformer is switched. If an overcurrent occurs, which may be can also be attributed to an error, the voltage at the generator terminals drops. If the voltage coil of the fast regulator would be under the influence of the generator voltage let the regulator endeavor to bring the voltage back to normal to lift, and he will consequently increase the excitation of the generator more and more. This effect is inappropriate and the tension is in such Case not m-cihr to be used as a controlled variable. Therefore another rule criterion is used, namely the generator current, introduced, openable with the aim of this Güneratorstroin to a thermally harmless VGTert. A de-excitement of the generator down to the value zero cannot be achieved with this device.

Ferner ist eine Anordnung zur Schnellentregung von Synchronmaschinen durch Einschalten eines Schwingungswiderstandes zwischen dem Anker der Erregermaschinie und dem Abzweigpunkt der Erregerwicklung der Erregermaschine einerseits und der Erregerwicklung der Synchronmaschine andererseits und Öffnen des Erregerstromkreises der Erregermaschine oder der Synchronmaschine bekannt. Dabei ist eine Relaiseinrichtung vorgesehen, welche die Größe des Ständerfeldes der Synchronmaschine, vorzugsweise in der Nähe des Nulldurchganges überwacht und.bei Nulldurchgang des Ständerfeldes die Öffnung des Erregerkreises bewirkt. Es handelt sioh dabei also um eine Schwingentregung, bei der durch besondere Mittel eine Abschaltung der Erregung im Nulldurchgang erfolgt.Furthermore, there is an arrangement for the rapid de-energization of synchronous machines by switching on a vibration resistance between the armature of the excitation machine and the branch point of the excitation winding of the excitation machine on the one hand and the On the other hand, excitation winding of the synchronous machine and opening of the excitation circuit known to the exciter or the synchronous machine. There is a relay device provided which the size of the stator field of the synchronous machine, preferably monitored in the vicinity of the zero crossing and at the zero crossing of the stator field causes the excitation circuit to open. So it is a matter of vibration de-excitation, In which special means are used to switch off the excitation at the zero crossing.

Blei der Erfindung wird aber im Gegensatz hierzu davon ausgegangen, daß der Generator üblicherweise mit ,einem Spannungsschnellregler versehen ist, und es wird eine Lösung angegeben, die diesen Spannungssehnellregl,er zur Entregung heranzieht. Die Erfindung betrifft demgemäß eine Regeleinrichtung zur Sdhnell,entregttng von Stromerzeugern, bei der das bei Normalbetrieb- über einen Spannungswandl-er an der Generatorspannung liegende Meßsystem eines Spannungsschnellreglers im Störungsfalle bei Ansprechen des Generatorschutzrelais von seinem Spannungswandler abgeschaltet wird. Die Einrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Ivl-eßsystem des Spannungsschnellreglers im- Störungsfall an eine Summenspannung geschaltet wird, die aus der gleichgerichteten Generatorsekundärspannung, den gleichgerichteten Spannungen, die durch die Sekundärströme der im Generatorsternpunkt liegenden Stromwandler an festen induktionsfreien Widerständen erzeugt werden, und aus einer auf die Charakteristik des Spannungsschnellreglers hinsichtliob des Gleichgewichts seines Meßsyshems derart abgestimmten konstanten Gleichspannung gebildet wird, daß der Sohnellregler dann nicht mehr den Generator auf Normalspannung, sondern auf die Spannung »Null« regelt. Wesentlich für die Erfindung ist also, daß im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen keine Umschaltung auf eine Stromregelung erfolgt und daß auch keine Schwingentregung vorliegt, bei der eine Abschaltung genau im Nulldurdhgang erfolgen muß. Vielmehr wird dafür gesorgt, daß der ohnehin vorhandene Spannungssohnellregler den Generator auf die Spannung »Null« regelt.In contrast to this, the invention is based on the assumption that that the generator is usually provided with a high-speed voltage regulator, and a solution is given that uses this voltage tendon rule for de-excitation attracts. The invention accordingly relates to a control device for synchronizing, de-energizing of power generators, which in normal operation via a voltage converter A high-speed voltage regulator measuring system connected to the generator voltage in the event of a malfunction switched off by its voltage converter when the generator protection relay responds will. According to the invention, the device is characterized in that the measuring system the high-speed voltage regulator is switched to a total voltage in the event of a fault, from the rectified generator secondary voltage, the rectified voltages, due to the secondary currents of the current transformers located in the generator star point fixed non-inductive resistors can be generated, and from one on the characteristic of the voltage regulator with regard to the equilibrium of its measuring system in this way coordinated constant DC voltage is formed that the sonell regulator then no longer regulates the generator to normal voltage, but to voltage "zero". It is therefore essential for the invention that in contrast to known devices no switchover to current control takes place and there is also no oscillation de-excitation is present, in which a shutdown must take place exactly in zero speed. Much more it is ensured that the voltage regulator, which is already present, powers the generator regulates to the voltage "zero".

Vor dem Ansprechen der Generatorschutzrelais ist, wie üblich, daß Meßglied des Schnellreglers über einen Spannungswandler an die Generatorspannung geschaltet. Sobald im Falle einer Störung, z. B. bei Statorerdschluß oder Kurzschluß innerhalb des Generators, der Generatorschutz das Kommando »Entregung« gibt, wird nun, gemäß der Erfindung, die Meßspule des Schnellreglers auf eine Summenspannung umgeschaltet, die zusammengesetzt ist aus einer konstanten Betätigungsgleichspannung, z. B. 220 V, sowie der gleichgerichteten Sekundärspannung des Generators und den gleichgerichteten Spannungen, die durch die Sekundärströme der drei im Sternpunkt des Generators liegenden Stromwandler an festen, induktionsfreien Widerständen erzeugt werden.Before the generator protection relay responds, as usual, that The measuring element of the high-speed regulator is connected to the generator voltage via a voltage converter switched. As soon as in the event of a fault, e.g. B. in the event of a stator earth fault or short circuit within the generator, the generator protection gives the command "de-excitation" now, according to the invention, the measuring coil of the fast regulator to a sum voltage switched, which is composed of a constant DC actuation voltage, z. B. 220 V, as well as the rectified secondary voltage of the generator and the rectified voltages created by the secondary currents of the three in the star point The current transformer located in the generator is generated at fixed, induction-free resistors will.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Schnellregler vollständig bis auf Erregung »Null« lierabregelt. Der Regler wird auf diese Weise veranlaßt, derart zu regeln, daß nicht nur die Generatorspannung, sondern auch ein eventuell bestehender Generator-Kurzschlußstrom in kürzester Zeit den Wert »Null« erreicht. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. i dargestellt.This arrangement ensures that the rapid regulator is complete down to "zero" excitement. In this way, the controller is made to to regulate in such a way that not only the generator voltage, but also a possibly Existing generator short-circuit current reaches the value »zero« in a very short time. An embodiment of the invention is shown in FIG.

Der Vorwiderstand der Reglermeßspule ist dabei so gewählt, daß nach dem Kommando »Entregung« das Meßsystem des Schnellreglers, z. B. bei 22o V Gleichspannung; im Gleichgewicht ist. Der Schnellregler wird also bei dem Entregungsvorgang sofort derart regeln, daß die Summengleichspannung 220 V beträgt. Dieser Wert entspricht aber der Generatorspannung Null und dem Generatorstrom Null. Um nun möglichst schnell die Generatorerregung Null zu erreichen, muß der Entregungsregler kurzzeitig eine Gegenerregung einleiten. In welcher Weise dies erfolgt, hängt von der Anordnung der Erregerfelder der Haupt- oder Hilfserregermaschine ab. Wenn eine Gegenfeldwicklung vorhanden ist,- so genügt es, den Strom im Hauptfeld der Haupt- oder Hilfserregermaschine so weit herabzuregeln, bis das Gegenfeld überwiegt. Es wäre aber auch möglich, durch eine Potentiometerkombination oder Gegenschaltung von zwei verschiedenen Gleichspannungen auch bei Vorhandensein von nur einer Feldwicklung die Regelung durch Null hindurch zu erreichen.The series resistance of the regulator measuring coil is chosen so that after the command "de-excitation" the measuring system of the fast regulator, z. B. at 22o V DC voltage; is in balance. The rapid regulator is therefore immediately in the de-energizing process regulate in such a way that the total DC voltage is 220 V. This value corresponds to but the generator voltage is zero and the generator current is zero. To now as quickly as possible To reach the generator excitation zero, the de-excitation controller must briefly one Initiate counter-excitation. The way in which this is done depends on the arrangement the excitation fields of the main or auxiliary excitation machine. When an opposing field winding is available - so it is sufficient to have the current in the main field of the main or auxiliary exciter down until the opposing field predominates. But it would also be possible through a potentiometer combination or counter connection of two different DC voltages control through zero even if only one field winding is present to reach.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann auch eine Einrichtung angewandt werden, deren Schaltung in Fig.2 dargestellt ist und bei der die Summe von konstanter Gleichhilfsspannung und gleichgerichteter Generatorsekundärspannung sowie der gleichgerichteten Spannungen, die durch die Sekundärströme der Stromwandler erzeugt werden, durch Addition auf zwei galvanisch getrennten Wicklungen des Meßsystems des Schnellreglers gebildet wird.According to a further concept of the invention, a device are used, the circuit of which is shown in Fig.2 and in which the sum of constant DC auxiliary voltage and rectified generator secondary voltage as well as the rectified voltages generated by the secondary currents of the current transformer can be generated by adding them to two galvanically separated windings of the measuring system of the fast regulator is formed.

Außerdem wird eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der ein selbständiger Entregungsregler verwendet wird, der bei Normalbetrieb nicht als Spannungsregler dient und nur beim Ansprechen der Generatorschutzrelais in Tätigkeit tritt, während gleichzeitig ein eventuell vorhandener Spannungsschnellregler des Generators abgeschaltet wird.In addition, a facility is proposed in which a self-employed De-excitation regulator is used, which is not used as a voltage regulator during normal operation is used and only comes into operation when the generator protection relay responds, while at the same time a possibly existing high-speed voltage regulator of the generator is switched off will.

Weiterhin wird noch vorgeschlagen, eine Einrichtung zu verwenden, bei der an die Summenspannung aus konstanter Hilfsspannung, gleichgerichteter sekundärer Generatorspannung und gleichgerichteter Spannung, erzeugt von den Generatorströmen, ein Spannungsrelais geschaltet wird, welches beim Einsetzen der Generatorschutzrelais und Einleitung einer Gegenerregung nach Durchgang der Generatorspannung durch Null und Auftreten einer wiederkehrenden Spannung am Generator das Öffnen des Haupterregerstromkreises des Generators einleitet.It is also proposed to use a device with the one to the total voltage from constant auxiliary voltage, rectified secondary Generator voltage and rectified voltage generated by generator currents, a voltage relay is switched, which when the generator protection relay is inserted and initiation of counter-excitation after the generator voltage has passed through zero and when a recurring voltage occurs on the generator, the main excitation circuit is opened of the generator.

Außerdem wird noch als Entregungsschutz zusätzlich eine Einrichtung nach Fig.3 vorgeschlagen, die, falls der Schnellregler außer Betrieb ist, heim Ansprechen der Generatorschutzrelais derart wirkt, daß über ein Relais durch eine geeignete Widerstandskombination eine Entregung der Hilfs-oder Haupterregertnaschine bis auf den Wert Null eingeleitet wird.In addition, a device is also used as de-excitation protection proposed according to Figure 3, which, if the rapid regulator is out of order, respond the generator protection relay acts in such a way that via a relay by a suitable Resistance combination de-excitation of the auxiliary or main excitation machine except for the value zero is introduced.

Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens wird ein Beispiel angenommen, dessen Schaltung in Fig. i dargestellt ist. Hierbei ist ein Drehstromgenerator i mit Haupterregermaschine 2 und Amplidyne-Hilfserregermaschine 3 vorgesehen. Die Amplydine hat je ein Haupt- und ein Gegenfeld .4 und 5. Diese Felder werden von einer kleinen kompoundierten Grunderregerdynamornaschine 6 mit konstanter Spannung gespeist. Als eigentliches Regelorgan ist in diesem Falle ein vereinfachter Tirrillregler 7 vorgesehen. Dieser wirkt mit seinen Kontakten 8 auf einen Vorwiderstand 9, der im Feldstromkreis der Amplidyne-Hilfserregermaschine liegt, ein. Das Meßsystem io des Schnellreglers liegt bei Normalbetrieb am Spannungswandler i i des Generators. Dieses Meßsystem wird beim Ansprechen des Generatorschutzes und dem damit verbundenen Kommando »Schnellentregung« durch ein Zwischenrelais oder Umschaltschütz 12 auf eine Summenspannung umgeschaltet. Letztere wird gebildet aus der Betätigungsspannung von z. B. 220'\,", der von dem Gleichrichter 13 gleichgerichteten Generatorsekundärspannung und den summierten gleichgerichteten Spannungen, die durch die drei Sekundärströme der im Generatorsternpunkt liegenden Stromwandler 18 erzeugt werden.To explain the idea of the invention, an example is assumed, the circuit of which is shown in FIG. Here, a three-phase generator is i provided with main exciter 2 and Amplidyne auxiliary exciter 3. the Amplydine has a main and an opposing field .4 and 5. These fields are used by a small compounded basic exciter dynamor machine 6 with constant voltage fed. In this case, the actual regulating element is a simplified Tirrill regulator 7 provided. This acts with its contacts 8 on a series resistor 9, the in the field circuit of the Amplidyne auxiliary exciter. The measuring system io of the high-speed regulator is in normal operation at the voltage converter i i of the generator. This measuring system is activated when the generator protection and the associated "Fast de-energization" command by an intermediate relay or changeover contactor 12 a sum voltage switched. The latter is formed from the actuation voltage from Z. B. 220 '\, ", the rectified by the rectifier 13 generator secondary voltage and the summed rectified voltages produced by the three secondary currents the current transformer 18 located in the generator star point can be generated.

Der Erregerspannungsmagnet 14 des Tirrillreglers liegt an einer Summenspannung, die von der konstanten Spannung der Grunderregerdynamomaschine 6 und der Spannung der Amplidyne-Hilfserregermaschine 3 gebildet wird. Mit dieser letzteren Anordnung ist es möglich, mit dem Tirrillregler 7 nicht nur bei der in der Zeichnung eingetragenen Polarität der Amplidyne, sondern auch bei Spannung Null oder umgekehrter Polarität der Amplidyne stationär zu arbeiten.The excitation voltage magnet 14 of the turntable regulator is due to a sum voltage, that of the constant voltage of the basic exciter dynamo 6 and the voltage the Amplidyne auxiliary exciter 3 is formed. With this latter arrangement it is possible with the Tirrill controller 7 not only for the one shown in the drawing Polarity of the Amplidyne, but also at zero voltage or reverse polarity the Amplidyne to work stationary.

Wenn nun im Falle einer Störung die Generatorschutzrelais ansprechen und das Kommando »Schnellentregung« geben, so ist der Schnellregler bestrebt,- sofort eine Sollspannung von 22o V Gleichstrom, d. h. Null-Generatorspannung und Null-Generatorstrom, einzuregeln. Um dieses sofort zu erreichen, stellt der Regler kurzzeitig eine starke Gegenerregung am Feld der Haupterregermaschine 2 ein und wirkt damit der Trägheit der Haupterregermaschine und des Polrades des Generators i kräftig entgegen.If the generator protection relays respond in the event of a fault and give the command "rapid de-energization", the rapid regulator endeavors - immediately a target voltage of 22o V DC, i.e. H. Zero generator voltage and zero generator current, to regulate. In order to achieve this immediately, the controller briefly sets a strong Counter-excitation on the field of the main exciter 2 and thus acts on the inertia the main exciter and the rotor of the generator i strongly oppose.

Sobald die Klemmenspannung des Generators den Wert Null erreicht hat, arbeitet der Schnellregler wieder stationär weiter und hält die Spannungen von Amplidyne, Haupterreger und Generator weiter konstant auf Null.As soon as the terminal voltage of the generator has reached zero, the fast regulator continues to work stationary again and holds the voltages of Amplidyne, Main exciter and generator remain constant at zero.

Da die geringe Eigenzeit des modernen Tirrillreglers praktisch zu vernachlässigen ist und sich mit der Amplidyne sehr hohe Erregungs- und Entregungsgeschwindigkeiten erreichen lassen, kann die beschriebene Einrichtung eine stoßartige, vollkommene Entregung von Stromerzeugern, insbesondere Synchronmaschinen, herbeiführen.Since the short idle time of the modern turntable regulator practically increases neglect and the Amplidyne offers very high excitation and de-excitation speeds can achieve, the device described can be a jerky, perfect De-excite power generators, in particular synchronous machines.

Die Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Schaltung des Generators i dieselbe ist wie vorher. Die Summe der konstanten Hilfsgleichspannung und der gleichgerichteten Generatorsekundärspannung sowie der gleichgerichteten Spannungen, die durch die Sekundärströme der Stromwandler erzeugt werden, wird in diesem Fall jedoch durch Addition auf zwei galvanisch getrennten Wicklungen 15. 16 des Meßsystems des Schnellreglers gebildet.The Fig.2 shows a further embodiment of the invention, wherein the circuit of generator i is the same as before. The sum of the constant Auxiliary DC voltage and the rectified generator secondary voltage as well as the rectified voltages generated by the secondary currents of the current transformer are, in this case, however, by adding them to two electrically isolated Windings 15. 16 of the measuring system of the fast regulator formed.

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 ist als Entregungsschutz zusätzlich eine Einrichtung vorgeschlagen, die, falls der Schnellregler außer Betrieb ist, beim Ansprechen der Generatorschutzrelais derart wirkt, daß über ein Relais 17 durch eine geeignete Widerstandskombination eine Entregung der Hilfs- oder Haupterregermaschine bis auf den Wert Null eingeleitet oder bis auf eine bestimmte Gegenerregung, die zum Auslöschen der Remanenzspannung der Amplidyn genügt, eingestellt wird.In the embodiment according to FIG. 3, there is also an additional de-excitation protection a device has been proposed which, if the rapid regulator is out of order, when responding to the generator protection relay acts in such a way that a relay 17 through a suitable combination of resistors de-excitation of the auxiliary or main exciter up to the value zero or up to a certain counter-excitation, the the Amplidyn is sufficient to extinguish the remanent voltage.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht nur auf das beschriebene Beispiel mit der Amplidyne-Hilfserregermaschine und dem Tirrillregler beschränkt; sie kann auch ohne weiteres für normale Erregermaschinen mit einer oder mehreren Feldwicklunger und auch mit anderen Schnellreglersvstemen, z. B. Wälzkontaktregler, Öldruckregler usw., angewandt werden.The application of the invention is not only to the example described limited with the Amplidyne auxiliary exciter and the Tirrill regulator; she can also without further ado for normal excitation machines with one or more field winders and also with other Schnellreglersvstemen, z. B. rolling contact regulator, oil pressure regulator etc., can be applied.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control device for quick de-energization of power generators, in which the measuring system of a high-speed voltage regulator, which is connected to the generator voltage during normal operation via a voltage converter, is switched off by its voltage converter in the event of a fault when the generator protection relay responds, characterized in that the measuring system of the high-speed voltage regulator is connected to a total voltage in the event of a fault is switched, which from the rectified generator secondary voltage, the rectified voltages that are generated by the secondary currents of the current transformers located at the generator star point at fixed inductive-free resistors, and from a constant DC voltage matched to the characteristics of the high-speed voltage regulator with regard to the equilibrium of its measuring system is formed so that the sonell regulator then no longer regulates the generator to normal voltage, but to voltage "zero". z. Device according to claim i, characterized in that the summation of the constant auxiliary direct voltage with the rectified voltages from current and voltage transformers of the generator takes place via two galvanically separated windings (Fig. A). 3. Device according to claim i and a, characterized in that an independent de-excitation regulator is used, which does not serve as a voltage regulator during normal operation and only comes into operation when the generator protection relay responds, while at the same time any existing high-speed voltage regulator of the generator is switched off. 4. Device according to claim i to 3, characterized in that a device is additionally provided as de-excitation protection which, if the high-speed voltage regulator of the generator is out of operation, acts upon response of the generator protection relay in such a way that a suitable combination of resistors de-excites the auxiliary or the main exciter is initiated down to the value zero or is set up to a certain counter-excitation which is sufficient to extinguish the remanence voltage of the Amplidyne (Fig. 3). Printed publications under consideration: German Patent No. 668 635; German patent application S 13940 VIIIb / z1 d '(published on June 6, 1953).