DE2920735C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1.

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 Stabi­ lität. 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 Einrich­ tungen bekannt, welche zum Erfassen des Polradwinkels den Vergleich der Richtung von Polrad- und Maschinen­ klemmen- bzw. Netzspannungen heranziehen. Die Meßgrößen für diese Meßmethode, die für Aufgaben im stationären Betrieb von Synchronmaschinen ausreichend sind, sind Polradspannung, Klemmenstrom und Klemmenspannung (Netz­ spannung).

Auch wurde bereits durch die DE-AS 12 73 686 ein Meßwert­ geber zur Bildung einer Ausgangsgröße, abhängig vom Polradwinkel einer Synchronmaschine unter Verwendung eines Polradwinkel-Meßgerätes bekannt, bei dem die Ausgangsgröße des Polradwinkel-Meßgerätes eine Impuls­ spannung mit konstanter Impulsamplitude und dem Polradwinkel proportionaler Impulsdauer ist, wobei erfindungsgemäß der Ausgang des Polradwinkel-Meßgerätes 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 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 propor­ tionale Impulslängenänderung wirksam ist.

Es ist auch aus den "BBC-Nachrichten" 1962 Heft 8/9 Seite 361 bis 363 ein Polradwinkel-Meßgerät bekannt, bei dem während des stationären Betriebes die Netzparameter einem Speicherglied zugeführt werden. Ferner wird der gemessene Polradwinkel mit Grenzwinkeln verglichen.

Darüber hinaus ist aus der Zeitschrift "Dtsch. Elektro­ technik" Heft 4, April 1957 ein Verfahren zur Lastwin­ kelmessung an Synchrongeneratoren bekannt.

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 Klemmen­ strom zusätzlich nicht mehr zur Verfügung stehen. Die oben aufgezeigten Einrichtungen können also nur solange sinnvoll betrieben werden, als alle Meßsignale physika­ lisch zu jeder Zeit vorhanden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung vorzu­ schlagen, mit deren Hilfe der Polradwinkel nicht nur im stationären Bereich sondern auch bei Netzfehlern, wie Kurzschluß od. dgl. meßbar sind. Es kann hierdurch noch während der Kurzschlußdauer entschieden werden, ob der sich nach der Kurzschlußbeseitigung neu einstellende Polrad-Winkel innerhalb eines für die Maschine noch tragbaren Wertes verbleibt oder ob dieser Wert bereits überschritten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Einrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, während des Netzfehlers den Polradwinkel, Lastwinkel oder Teillast­ winkel laufend zu simulieren, so daß eine Entscheidung getroffen werden kann, ob die Maschine nach der Fehler­ beseitigung 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.

Eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist gemäß Anspruch 2 gekennzeichnet. 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.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 3 gekennzeichnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß bei Bedarf eine zusätzliche Minimalspan­ nungserfassungseinrichtung erspart wird.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Synchronmaschine 1 speist über den Schalter 17, vorzugsweise Leistungsschalter den Transformator 19, der seinerseits über den Schalter 18, vorzugsweise ein weiterer Leistungsschalter mit dem (starren) Netz ver­ bunden ist. In die Vergleichsstufe 5 für die stationären Werte können die Maschinenparameter, welche von der Triggerschaltung 6 erfaßt werden und die Netzparameter, welche über den Spannungswandler 3 und die Triggerschal­ tung 2, sowie mit Hilfe des nachgeschalteten Mittelwert­ bildners 4 erfaßt werden, eingegeben. Das Eingabeelement 15 leitet bei Einlegen des Schalters 17 den statischen Meßvorgang mit Hilfe eines von der Schalterstellung abhängigen binären Signales ein. In die Vergleichs- und Meßstufe 12 für die dynamischen Werte werden die Netzpa­ rameter vom Mittelwertbildner 4 dem nachgeschalteten Speicherglied 10 zugeführt, dem auch die Netzspannungs­ werte, die von der Meßstelle 11 abgenommen werden, eingespeichert werden. Der dynamische Meßvorgang wird von dem Aktivierungsglied 14 mit Hilfe eines von der Schal­ terstellung abhängigen binären Signals eingeleitet. Der Vergleichsstufe 12 ist der Grenzwerteinsteller 13 zuge­ ordnet, ebenso ist der Vergleichsstufe 5 der Grenzwerteinsteller 7 zugeordnet.

Nachstehend sei die Wirkungsweise der Einrichtung näher beschrieben:

Um die statische Stabilität der Synchronmaschine 1 überwachen zu können, muß der Polradwinkel, Lastwinkel oder Teillastwinkel aus dem Netzspannungsparametern und den Maschinenparametern bestimmt werden. Dazu ist eine Netzspannungserfassung erforderlich. Diese wird durch die Triggerschaltung 2, die ihre Meßspannung über den Span­ nungswandler 3 erhält, bewerkstelligt. Die Gleichspan­ nungsimpulse, die durch die Gleichrichtung einer Halb­ welle entstehen, werden binär gezählt. Nach einem be­ stimmten Zeitabschnitt wird vom Mittelwert­ bildner 4 das Meßergebnis erfaßt und der Vergleichs­ stufe 5 zugeführt. Gleichzeitig beginnt ein neuerlicher Zählvorgang anzulaufen. Auf ähnliche Weise wird in der Triggerschaltung 6 die Polradlage gemessen, z. B. über einen mechanischen Polradlagemesser, beispielsweise eine Zahnscheibe und das Ergebnis ebenfalls der Vergleichs­ stufe 5 zugeführt. In dieser Vergleichsstufe 5 wird der stationäre Polradwinkel, Lastwinkel oder Teillastwinkel ermittelt. Liegt sein Wert innerhalb der durch den stationären Grenzwerteinsteller 7 festgelegten Toleranz­ grenze, wird er über die Meldungseinrichtung 16 ange­ zeigt. Liegt sein Wert außerhalb der Toleranzgrenze, wird über die Meldungseinrichtung 16 alarmiert bzw. über die Auslösung A notfalls abgeschaltet. Ein besonders selek­ tiver Maschinenschutz wird erreicht, wenn der Polradstrom mit Hilfe des Meßgliedes 8 erfaßt wird, das über den Erregerkreis der Maschine einen dem Polradstrom propor­ tionalen Wert aufnimmt und diesen über das Verknüpfungs­ glied 9 in die Vergleichsstufe 5 integriert. Zur dyna­ mischen Stabilitätsüberwachung werden die im Mittelwert­ bildner 4 erfaßten Netzspannungsparameter in das Spei­ cherglied 10 eingegeben und fortlaufend gespeichert.

Die Speicherung kann digital bzw. binär erfolgen. Ebenso wird der Spannungswert von der Meßstelle 11, die gleich­ zeitig als Einstellglied für den Minimalwert der Spannung ausgebildet ist, erfaßt und ebenfalls in dem Speicher­ glied 10 gespeichert. Bei Netzfehlern insbes. Kurzschluß gibt das Speicherglied 10 die zuletzt festgehaltenen Daten (bei Fehlen der Momentanwerte) laufend an die Vergleichsstufe 12 ab, in die die Maschinenparameter von der Triggerschaltung 6 eingegeben werden und werten diese Daten zur Polrad-Winkelbestimmung aus. Wird die vom dynamischen Grenzwerteinsteller 13 festgelegte Toleranz­ grenze überschritten, erfolgt die Auslösung.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Überwachen des Polradwinkels, Lastwinkels und Teillastwinkels einer durch ein starres Netz gespeisten Sychronmaschine, unter Verwendung einer Triggerschaltung, eines Mittelwertbildners, einer Vergleichsstufe, sowie einer Meßstelle und eines Grenzwerteinstellers, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen des zu überwachenden Winkels sowohl während des stationären Betriebes als auch während eines eventuellen Netzfehlers, Kurzschlusses aus den Netz- und Maschinenparametern eine Triggerschaltung (2) vorgesehen ist, die über einen Spannungswandler (3) von der Netzspannung gespeist ist und diese Netzspannung erfaßt oder mißt, daß ein Mittelwertbildner (4) an die Triggerschaltung (2) angeschaltet ist, in den der Ausgang der Triggerschaltung einspeist, daß eine weitere Triggerschaltung (6) vorgesehen ist, die an das Polrad der Synchronmaschine (1) angeschlossen ist und die die Maschinenparameter, wie Polradlage oder Drehzahl, erfaßt und diese Werte an die nachgeschaltete Vergleichsstufe (5) weitergibt, daß an diese Vergleichsstufe (5) der Grenzwerteinsteller (7) angeschlossen ist, der zur Einstellung der zulässigen Größe des Polradwinkels dient, und daß eine Meßstelle (11) an den Spannungswandler (3) angeschaltet ist, zur Weiterleitung der Netzparameter an ein dieser Meßstelle (11) nachgeschaltetes Speicherglied (10), dem gleichzeitig der Mittelwertbildner (4) vorgeschaltet ist und das zur Aufnahme und Speicherung der Netzparametermittelwerte dient, daß an das Speicherglied (10) eine weitere Vergleichstufe (12) angeschaltet ist, an welche der Ausgang der weiteren Triggerschaltung (6) in einer eigenen Zuleitung zur Zuleitung der Maschinenparameter angeschaltet ist, und an die ein Eingabeelement (15) angeschaltet ist, welches über einen Schalter (17) der Synchronma­ schine (1) anregbar ist, und daß ein weiterer Grenzwerteinsteller (13) vorgesehen ist, der zur Eingabe von feststehenden Vergleichswerten des Polradwinkels an die weitere Vergleichsstufe (12) angeschaltet ist, wobei das Speicherglied (10) auch im Falle von Netzfehlern die gespeicherten Netzparameter an die weitere Vergleichsstufe (12) eingibt, während die weitere Triggerschaltung (6) die aktuellen Maschinenparameter an die weitere Vergleichsstufe (12) liefert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur zusätzlichen Polradstromüberwachung für den stationären Betrieb dienendes Meßglied (8) vorgesehen ist, das mit dem Erregerkreis der Synchronmaschine (1) verbunden ist und einen dem Polradstrom proportionalen Wert aufnimmt, daß an das Meßglied (8) ein Verknüpfungsglied (9) angeschlossen ist, wobei das Verknüpfungsglied (9) vom Ausgang der Vergleichsstufe (5) eingespeist wird und in Verknüpfungsglied (9) der Wert des Ausgangs des Meßgliedes (8) und der Wert des Ausgangs der Vergleichsstufe (5) verglichen werden, und daß das Verknüpfungsglied (9) eine zur Auslösung bei zu kleinem Polradstrom dienende Auslösung (A) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstelle (11) für die Netzparameter gleichzeitig als Einstellglied für einen Minimalwert der Netzspannung ausgerüstet ist.