WO1995000990A1 - Einrichtung zum schutz der ständerwicklung von einer synchronmaschine - Google Patents

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WO1995000990A1
WO1995000990A1 PCT/AT1994/000076 AT9400076W WO9500990A1 WO 1995000990 A1 WO1995000990 A1 WO 1995000990A1 AT 9400076 W AT9400076 W AT 9400076W WO 9500990 A1 WO9500990 A1 WO 9500990A1
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Jörg STROBL
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Elin Energieversorgung Gesellschaft M.B.H.
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0805—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for synchronous motors

Definitions

  • the invention relates to a device for protecting the stator winding of a synchronous machine, in particular a three-phase synchronous machine, against ground faults, the synchronous machine having an excitation device which consists of an excitation transformer connected to the machine terminals, optionally via switches, with a star point on the primary side and a secondary side Rectifier circuit exists.
  • AT-PS 326 206 uses an approximately linear resistance between the stator winding and earth.
  • This resistance can be menseite coupled directly galvanically or via transformers on the star point side or the Klem ⁇ , said coupling auftrenn ⁇ by bei ⁇ spat l nik a low-voltage circuit breaker bar.
  • This switching element is in the secondary circuit a transformer has a connection between the stator winding and earth via its primary circuit.
  • two transformers are to be provided, namely an excitation transformer and a stator earth fault protection transformer.
  • the object of the invention is therefore to provide a device for protecting the stator winding of a synchronous machine of the type mentioned at the outset, which on the one hand avoids the above disadvantages and on the other hand the arrangement of a separate three-phase current transformer for stator earth fault protection.
  • the device according to the invention is characterized in that between the star point of the excitation transformer and the earth potential a single-phase transformer generating a displacement voltage is connected, which is connected on the secondary side to an AC voltage source, and that the value of the current flowing in the single-phase transformer is direct or indirectly can also be detected via a relay.
  • Displacement voltage is generated, and closes against the capacitance of the stator winding to earth.
  • a high current flows through the single-phase transformer, which closes via the fault location.
  • the occurrence of a stator earth fault can be determined.
  • the measurement is expediently carried out by a relay in the low-voltage circuit of the single-phase transformer.
  • an additional resistor is arranged in the low-voltage circuit of the single-phase transformer.
  • the current measurement mentioned can also be replaced by a voltage measurement across this resistor.
  • the solution according to the invention to the problem of saving the three-phase transformer described above is that the star point of the excitation transformer is led out if it is not already so, and that the intended displacement voltage is impressed on this star point.
  • the single-phase transformer is coupled on the secondary side to a low-voltage transformer while looping in a resistor, and this low-voltage transformer is connected on the secondary side to the secondary side of the excitation transformer.
  • the invention is explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing.
  • the figure shows the basic structure of the device.
  • the exciter transformer 2 is connected to the terminals of the synchronous machine 1 with its excitation winding 7 and feeds the excitation device 3, which is usually designed as a thyristor bridge circuit. This thyristor bridge circuit 3 in turn feeds the excitation winding 7.
  • the displacement voltage is obtained from the secondary side of the excitation transformer 2 via a single-phase low-voltage transformer 4. In terms of performance, this is much stronger than a possible stator earth fault protection transformer, so that it usually does not have to be designed larger because of this connection.
  • a resistor 5 limits the current in the case of a stator earth fault.
  • This resistor 5 can optionally be complex, voltage-dependent or can be switched off.
  • the zero sequence voltage is now applied to the star point of the excitation transformer 2 via a single-phase transformer 6.
  • the single-phase transformer 6 is also a High-voltage transformer, but only single-phase and therefore much cheaper than the conventional stator earth fault protection transformer. It also only has to be designed for three times the phase voltage without overexcitability.
  • the excitation transformer 2 must have a switching group that allows the zero system to pass through. Such circuits are, for example, Yd or Zy. However, this is almost always the case with excitation transformers 2.
  • the earth fault is detected by measuring the current flowing in the single-phase transformer 6.
  • a relay 8 can also be used for the measurement, which then triggers a switch-off signal 9.
  • the voltage across resistor 5 can also be detected.

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  • Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Schutz der Ständerwicklung von einer Synchronmaschine zu schaffen, die die Anordnung eines eigenen Drehstromtransformators für den Ständererdschlußschutz vermeidet. An den Klemmen der Synchronmaschine (1) mit ihrer Erregerwicklung (7) ist der Erreger-Transformator (2) angeschlossen, der die Erregereinrichtung (3) anspeist. Die Verlagerungsspannung wird über einen einphasigen Niederspannungstransformator (4) von der Sekundärseite des Erreger-Transformators (2) gewonnen. Ein Widerstand (5) begrenzt den Strom im Falle des Ständererdschlusses. Die Verlagerungsspannung wird nun über einen Einphasen-Transformator (6) dem Sternpunkt des Erreger-Transformators (2) aufgedrückt. Die Erfassung des Erschlusses erfolgt durch die Messung des am Einphasen-Transformator (6) fließenden Stromes über ein Relais (8), das dann ein Abschaltsignal (9) veranlaßt. Die Potentialverhältnisse im Erregertransformator und in der daran angeschlossenen Erregereinrichtung änderen sich dadurch nicht gegenüber den Verhältnissen, die bei getrennt angeordnetem Ständererdschlußschutztransformator herrschen.

Description

Einrichtung s...... Schutz der Ständerwicklung von einer
Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz der Ständerwicklung von einer Synchronmaschine, insbesondere Drehstrom-Synchronmaschine, gegen Erdschlüsse, wobei die Synchronmaschine eine Erregereinrichtung aufweist, die aus einem mit den Maschinenklemmen,gegebenenfalls über Schalter, verbundenen Erreger-Transformator mit primärseitigen Sternpunkt und einer sekundärseitig angeordneten Gleichrichterschaltung besteht.
Ständererdschlußschutzeinrichtungen sind bereits bekannt.
So sind bei Synchronmaschinen, deren Erregung über eine
Gleichstrommaschine erfolgt, ein eigener Transformator zur Erzeugung einer künstlichen Spannungsverlagerung vorgesehen.
Eine bekannte weitere Stufe im Ständererdschlußschutz ist auch darin zu sehen, daß die künstliche Spannungsverlagerung durch unregelmäßige Anzapfung des Transformators erzeugt wurde.
Es ist auch bekannt, eine Verlagerung des Potentials des Sternpunktes der Maschine gegen Erde durch Aufdrücken einer Spannung auf den primärseitigen Sternpunkt eines an den Maschinenklemmen angeschlossenen Drehstromtransformators zu erzielen.
DarüberhinauΞ ist aus der AT-PS 326 206 eine Einrichtung zum Schutz der Ständerwicklung von Synchrongeneratoren in Block¬ schaltung gegen Erdschlüsse bekannt, welche einen angenähert linearen Widerstand zwischen Ständerwicklung und Erde ver¬ wendet. Dieser Widerstand kann unmittelbar galvanisch oder über Transformatoren auf der Sternpunktseite oder der Klem¬ menseite angekoppelt sein, wobei diese Ankopplung durch bei¬ spielsweise einen Niederspannungsleistungsschalter auftrenn¬ bar ist. Dieses Schaltorgan befindet sich im Sekundärkreis eines Transformators über dessen Primärkreis eine Verbindung zwischen Ständerwicklung und Erde verläuft.
Die obigen Einrichtungen weisen jedoch alle den Nachteil auf, daß sie trotz hoher Kosten vertreten werden müssen, da bei einem etwaigen Schadensfall ohne diese Einrichtungen, der Schaden nicht mehr abgeschätzt werden kann.
Bei Synchronmaschinen mit statischer Erregung sind zwei Transformatoren vorzusehen, nämlich ein Erregertransformator und eine Ständererdschlußschutztransformator.
Der Nachteil dieser Anordnung ist die Tatsache, daß der Ständererdschlußschutztransformator bei Hochspannungsmaschinen als Drehstrom- Hochspannungstransformator ausgeführt werden muß. Ein enormer finanzieller Aufwand ist die logische Folge.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zum Schutz der Ständerwicklung von einer Synchronmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die einerseits die obigen Nachteile und anderseits die Anordnung eines eigenen Dreh¬ stromtransformators für den Ständererdschlußschutz vermeidet.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sternpunkt des Erreger-Transformators und dem Erdpotential ein eine Verlagerungsspannung erzeugender Einphasen-Transformator geschaltet ist, der sekundarseitig an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, und daß der Wert des in dem Einphasen-Transformator fließenden Stromes direkt oder indirekt gegenbenenfalls über ein Relais erfaßbar ist.
Im erdschlußfreien Zustand fließt über den Einphasen- Transformator nur ein geringer Strom, der von der
Verlagerungsspannung erzeugt wird, und sich über die Kapazitäten der Ständerwicklung gegen Erde schließt. Im Erschlußfalle dagegen fließt ein hoher Strom über den Einphasen-Transformator, der sich über die Fehlerstelle schließt.
Durch Messung dieses Stromes ist der Eintritt eines Ständererdschlusses festzustellen. Die Messung erfolgt zweckmäßiger Weise durch ein Relais im Niederspannungskreis des Einphasen-Transformators.
Falls die genannte Wechselspannungsquelle zuwenig Innenwiderstand besitzt, um den Strom im Erdschlußfalle zu begrenzen, wird ein zusätzlicher Widerstand im Niederspannungskreis des Einphasen-Transformators angeordnet. Die genannte Strommessung kann auch durch eine Spannungsmessung an diesem Widerstand ersetzt werden.
Mit der Erfindung ist es erstmals möglich eine wirtschaftli¬ che Lösung anzubieten.
Viele Synchronmaschinen verfügen über Erregereinrichtungen, die ihre Energie von einem mit den Maschinenklemmen ver¬ bundenen Transformator beziehen. Dieser Erregertransformator hat zumeist keinen herausgeführten Sternpunkt, da dieser für die Erregereinrichtung nicht benötigt wird. Dennoch nimmt dieser Sternpunkt bei einer künstlichen Verlagerung des Sternpunktes gegen Erde sowie bei Erdschluß der Maschine ein Potential gegen Erde an und muß daher für die volle Phasen¬ spannung isoliert sein.
Die erfindungsgemäße Lösung des vorstehend beschriebenen Problems der Einsparung des Drehstromtransformators besteht darin, daß der Sternpunkt des Erregertransformators herausge¬ führt wird, wenn er dies nicht schon ist, und daß diesem Sternpunkt die beabsichtigte Verlagerungεspannung aufgedrückt wird.
Die Potentialverhältnisse im Erregertransformator und in der daran angeschlossenen Erregereinrichtung ändern sich dadurch nicht gegenüber den Verhältnissen, die bei getrennt ange- ordnetem Ständererdschlußschutztransformator herrschen. Es ergeben sich somit keine nachteiligen Auswirkungen auf die Erregereinrichtung.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Einphasen-Transformator unter Einschleifung eines Wider¬ standes sekundarseitig mit einem Niederspannungstransformator gekoppelt und dieser Niederspannungstransformator sekundar¬ seitig an der Sekundärseite des Erreger-Transformators ange- schlössen. Diese Weiterbildung der Erfindung weist den Vor¬ teil auf, daß keine eigene Wechselspannungsquelle vorzusehen ist. Darüberhinaus ist die Betriebssicherheit erhöht und ein störungsfreier Betrieb gewährleistet.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- spiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Fig. zeigt den prinzipiellen Aufbau der Einrichtung.
An den Klemmen der Synchronmaschine 1 mit ihrer Erregerwick- lung 7 ist der Erreger-Transformator 2 angeschlossen, der die Erregereinrichtung 3 anspeist, die zumeist als Thyristor- Brückenschaltung ausgeführt ist. Diese Thyristor-Brücken¬ schaltung 3 speist ihrerseits die Erregerwicklung 7.
Die Verlagerungsspannung wird über einen einphasigen Nieder¬ spannungstransformator 4 von der Sekundärseite des Erreger- Transformators 2 gewonnen. Dieser ist leistungsmäßig viel stärker als ein eventueller Ständererdschlußschutztrans- formatorm, sodaß er wegen dieses Anschlusses zumeist nicht größer ausgelegt werden muß.
Ein Widerstand 5 begrenzt den Strom im Falle des Ständererd- schlusses. Dieser Widerstand 5 kann gegebenenfalls komplex, spannungsabhängig oder abschaltbar ausgeführt sein.
Die Verlagerungsspannung wird nun über einen Einphasen-Trans¬ formator 6 dem Sternpunkt des Erreger-Transformators 2 aufge¬ drückt. Der Einphasen-Transformator 6 ist zwar ebenfalls ein Hochspannungstransformator, aber nur einphasig und daher wesentlich billiger als der herkömmliche Ständererdschlu߬ schutztransformator. Er muß zudem nur auf die Phasenspannung ohne Übererregbarkeit auf das 3-fache ausgelegt sein.
Der Erreger-Transformator 2 muß eine Schaltgruppe aufweisen, die das Durchlassen des Nullsystems ermöglicht. Derartige Schaltungen sind beispielsweise Yd oder Zy. Dies ist jedoch bei Erreger-Transformatoren 2 nahezu immer der Fall.
Die Erfassung des Erdschlusses erfolgt durch die Messung des im Einphasen-Transformator 6 fließenden Stromes. Zur Messung kann auch ein Relais 8 herangezogen werden, das dann ein Abschaltsignal 9 veranlaßt. Es kann jedoch auch die Spannung am Widerstand 5 erfaßt werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Einrichtung zum Schutz der Ständerwicklung von einer Synchronmaschine, insbesondere Drehstrom-Synchronmaschine, gegen Erdschlüsse, wobei die Synchronmaschine eine Erregereinrichtung aufweist, die aus einem mit den Maschinenklemmen, gegebenenfalls über Schalter verbundenen Erreger-Transformator mit primärseitigen Sternpunkt und einer sekundarseitig angeordneten Gleichrichterschaltung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sternpunkt des Erreger-Transformators (2) und dem Erdpotential ein eine Verlagerungsspannung erzeugender Einphasen-Transformator (6) geschaltet ist, der sekundarseitig an eine Wechselspannungsquelle (4) angeschlossen ist, und daß der Wert, des in dem Einphasen-Transformator (6) fließenden Stromes direkt oder indirekt gegebenenfalls über ein Relais (8) erfaßbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einphasen-Transformator (6) unter Einschleifung eines Widerstandes (5) sekundarseitig mit einem Niederspannungstransformator (4) gekoppelt ist und dieser Niederspannungstransformator (4) sekundarseitig an der Sekundärseite des Erreger-Transformators (2) angeschlossen ist.
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