CH648702A5

CH648702A5 - Device for monitoring the value of the rotor angle, load angle or partial-load angle of a synchronous machine which is connected to a constant-voltage, constant-frequency power supply

Info

Publication number: CH648702A5
Application number: CH462779A
Authority: CH
Inventors: Karl Dipl-Ing Dorfmeister; Gottfried Dipl-Ing Reitinger
Original assignee: Elin Union Ag
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1979-05-19
Publication date: 1985-03-29
Also published as: DE2920735A1; DE2920735C2; AT363545B; ATA399878A

Description

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung vorzuschlagen, mit deren Hilfe der Polrad-, Last- oder Teillastwinkel nicht nur im stationären Betrieb, sondern auch bei Netzfehlern, wie Kurzschluss oder dergleichen messbar wird. Es kann hierdurch noch während der Kurzschlussdauer entschieden werden, ob der sich nach der Kurzschlussbeseitigung neu einstellende Winkel innerhalb eines für die Maschine noch tragbaren Wertes verbleibt oder ob dieser Wert bereits überschritten ist.

Die Erfindung betrifft somit eine Einrichtung zur Überwachung des Wertes des Polradwinkels, Lastwinkels, Teillastwinkels einer mit einem starren Netz verbundenen Synchronmaschine zwecks Erfassung eines vorgegebenen Grenzwertes, wie in Anspruch 1 aufgezeigt.

Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, während des Netzfehlers den Polradwinkel, Lastwinkel oder Teillastwinkel

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laufend zu simulieren, so dass 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. Auf diese Weise können unter Umständen schwere mechanische oder elektrische Maschinenschäden vermieden werden.

Gemäss einer Weiterbildung 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 des Phasenwinkels bzw. bei Überschreitung eines vorgegebenen Wertes desselben in bekannter Weise zur Abschaltung des Generators dient. Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann zwischen Netztrafo und Generator ein Leistungsschalter vorgesehen sein, bei dessen Einschaltung über ein Aktivierungsglied über ein von der Schaltlage des Leistungsschalters gesteuertes binäres Signal die Messvorgänge einleitbar sind. Dadurch kann bei stillstehender, unerregter bzw. nicht mit dem Netz verbundener Maschine keine Fehlfunktion der erfindungsgemässen Einrichtung erfolgen.

Gemäss einer weiteren Weiterbildung der Erfindung kann ein Netzleistungsschalter vor dem dem Netztrafo vorgeschalteten Messwandler, insbesondere Spannungswandler, vorgesehen sein, bei dessen Einschaltung über ein Aktivierungsglied über ein von der Schaltlage des Leistungsschalters gesteuertes binäres Signal die Messvorgänge einleitbar sind. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass dadurch die Abschaltung der Maschine noch während des Netzfehlers automatisch und selektiv erfolgt.

In einer Weiterbildung der Erfindung können zur Vorgabe des Grenzwertes für den Polradwinkel, Lastwinkel oder Teillastwinkel digitale Signale dienen, die in die Grenzwerteinsteller eingegeben werden.

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 Vergleichsstufe in einem Verknüpfungsglied vergleichbar ist. Gemäss einer weiteren Weiterbildung kann die Speicherung der Netzparameter im Speicher eine binäre oder digitale sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Messstelle für die Netzparameter gleichzeitig als Einsteilglied für einen Minimalwert der Netzspannung ausgerüstet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei Bedarf eine zusätzliche Mini-malspannungs-Erfassungseinrichtung erspart wird. Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Der Generator 1 speist über den Leistungsschalter 17 den Transformator 19, der seinerseits über den Leistungsschalter 18 mit dem (starren) Netz verbunden ist. 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 Mit648 702

telwertbildners 4 erfasst werden, eingegeben. Das Aktivierungsglied 15 leitet bei Einlegen des Leistungsschalters 17 den statischen Messvorgang mit Hilfe eines von der Schalterr Stellung abhängigen binären Signales ein. In die Vergleichsund Messstufe 12 für die dynamischen Werte werden die Netzparameter vom Mittelwertbildner 4 dem nachgeschalteten Speicherglied 10 zugeführt, dem auch die Netspannungswerte, 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 Grenzwerteinsteller 7 zugeordnet.

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 Maschinenparametern bestimmt werden. Dazu ist eine Netzspannungserfassung erforderlich. Diese wird durch den Trigger 2, der seine Messspannung über den Messwandler, insbesondere Spannungswandler 3 erhält, bewerkstelligt. Die Gleichspannungsimpulse, die durch die Gleichrichtung einer Halbwelle entstehen, werden binär gezählt. Nach einem bestimmten Zeitabschnitt wird vom Mittelwertbildner 4 das Messergebnis erfasst und der.Vergleichsstufe 5 zugeführt.

Gleichzeitig beginnt ein neuerlicher Zählvorgang anzulaufen. 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, Lastwinkel 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 alarmiert bzw. über die Abschalteinrichtung A notfalls abgeschaltet.

Ein besonders selektiver Maschinenschutz wird erreicht, wenn zusätzlich 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 Verknüpfer 9 in die Vergleichsstufe 5 integriert.

Zur dynamischen Stabilitätsüberwachung werden die im Mittelwertbildner 4 erfassten Netzspannungsparameter in das Speicherglied 10 eingegeben und fortlaufend gespeichert. 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, insbesondere Kurzschluss, gibt das Speicherglied 10 die zuletzt festgehaltenen Daten (bei Fehlen der Momentanwerte) laufend an die Vergleichsstufe 12 ab, in die die Maschinenparameter vom Trigger 6 eingegeben werden, und werten diese Daten zur Polradwinkelbestimmung aus. Wird die vom dynamischen Grenzwerteinsteller 13 festgelegte. Toleranzgrenze überschritten, erfolgt die Auslösung.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Einrichtung zur Überwachung des Wertes des Polradwinkels, Lastwinkels oder Teillastwinkels einer mit einem starren Netz verbundenen Synchronmaschine, zwecks Erfassung eines vorgegebenen Grenzwertes für einen Winkel, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Wert sowohl während des stationären Betriebes als auch während eines eventuellen Netzfehlers aus den Netz- und Maschinenparametern erfassbar ist, derart, dass die Netzparameter Spannung und Frequenz, sowie die Maschinenparameter Drehzahl und Polradlage während des stationären Betriebes laufend oder in Intervallen über eine Triggerschaltung (2) und einen Mittelwertbildner (4) für die Netzparameter bzw. eine weitere Triggerschaltung (6) für die Maschinenparameter einem Vergleichsglied (5) zugeführt sind, in welchem der vorgegebene Grenzwert eines Winkels über einen Grenzwerteinsteller (7) überwachbar ist, dass weiters während des stationären Betriebes laufend die Netzparameter über eine Messstelle (11) an ein Speicherglied (10) geführt und dort gespeichert bzw. bei einem Netzfehler von dort an eine weitere Vergleichsmessstufe (12) geführt sind, an welche weiters über eine Triggerschaltung (6) in einer eigenen Zuleitung die Maschinenparameter zugeführt sind, welches Vergleichsglied (12) mit einem weiteren Grenzwerteinsteller (13) zusammenarbeitet, wobei im Fall eines Netzfehlers bei Fehlen von Momentan werten der Netzparameter die im Speicherglied vor dem Netzfehler gespeicherten Netzparameter mit den vorliegenden Momentanwerten der Maschinenparameter vergleichbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Vergleichsstufen (5) und (12) je eine Signaleinrichtung, insbesondere eine optische und/oder akustische Meldeeinrichtung (16) bzw. eine Abschalteinrichtung (A) nachgeschaltet ist, die zur Anzeige des Messwertes des Winkels bzw. bei Überschreitung eines vorgegebenen Wertes desselben zur Abschaltung der Synchronmaschine dient.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei zwischen einem Netztrafo (19) und der Synchronmaschine (1) ein Leistungsschalter (17) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschalten des Leistungsschalters über ein Aktivierungsglied (15) mittels einem von der Schaltlage des Leistungsschalters (1) gesteuerten binären Signal die Messvorgänge einleitbar sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei ein Netzleistungsschalter (18) vor einem dem Netztrafo (19) vorgeschalteten Messwandler (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einschaltung des Netzleistungsschalters über ein Aktivierungsglied (14) mittels einem von der Schaltlage des Leistungsschalters gesteuerten binären Signal die Messvorgänge einleitbar sind.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorgabe des Grenzwertes für den Polradwinkel, Lastwinkel oder Teillastwinkel digitale Signale dienen, die in die Grenzwerteinsteller (7,13) eingegeben werden.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur zusätzlichen Polradstromüberwachung für den stationären Betrieb ein Messglied (8) vorgesehen ist, das über den Erregerkreis der Maschine einen dem Polradstrom proportionalen Wert aufnimmt, der mit dem Ausgang der Vergleichsstufe (5) in einem Verknüpfungsglied (9) vergleichbar ist und bei zu kleinem Polradstrom eine Auslösung (A) freigibt.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung der Netzparameter im Speicher (10) eine binäre oder digitale ist.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (11) für die Netzparameter gleichzeitig als Einsteilglied für einen Minimalwert der Netzspannung ausgerüstet ist.

Der Stabilitätsgrad 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 Pol-radwinkel 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 Pol-rad- und Maschinenklemmen- bzw. Netzspannungen heranziehen. Die Messgrössen für diese Methode, die für Aufgaben im stationären Betrieb von Synchronmaschinen ausreichend sind, sind Polrädspanung, Klemmenstrom und Klemmenspannung (Netzspannung).

Auch wurde bereits durch die DE-AS 1273686 ein Messwertgeber zur Bildung einer Ausgangsgrösse, abhängig vom Polradwinkel einer Synchronmaschine unter Verwendung eines Polradwinkel-Messgerätes bekannt, bei dem die Ausgangsgrösse des Polradwinkel-Messgerätes eine Impulsspannung mit konstanter Impulsamplitude und dem Polradwinkel proportionaler Impulsdauer ist, wobei der Ausgang des Polradwinkel-Messgerätes über mindestens drei Übertragungskanäle mittelbar oder unmittelbar an eine 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 der beiden Kippstufenkanäle die dem Polradwinkel proportionale Impulslängenänderung wirksam ist.

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, so dass Polradspannung und Klemmenstrom zusätzlich nicht mehr zur Verfügung stehen.