DE2448878B2 - Ueberwachungseinrichtung fuer drei oder mehr parallel arbeitende leistungsaggregate zur stillsetzung eines gestoerten leistungsaggregats - Google Patents

Description

Überwachung des ordnungsgemäßen Arbeitens der einzelnen Aggregate eine Überwachungseinrichtung rnit Grenzwertmeldern vorgesehen, welche eingangsseitig mit der Differenz eines von einem Mittelwertbildner ausgegebenen Ausgangssignals und dem jeweiligen Wirkstromistwert des einzelnen Generators beaufschlagt sind. Das Ausgangssignal des Mittelwertbildners dient zugleich als gemeinsamer Sollwert für die drei Wirkstromregler, die bei den drei Generatoren daraufhin arbeiten, daß der jeweilige Generatorwirkstrom genau dem Mittelwert aus sämtlichen am Parallelbetrieb beteiligten Umformereinheiten entspricht. Die Ausgangssignale der Grenzwertmelder sind einer Logikschaltung mit einer 2-von-3-Auswahl zugeführt, welche den Umformer ermittelt, der nicht '5 konform mit den übrigen arbeitet. Der fehlerhaft arbeitende Umformer wird von der gemeinsamen Sammelschiene getrennt. Die bekannte Anordnung läßt sich auch auf eine beliebige Anzahl parallel arbeitender Umformereinheiten erweitern, bei der oann eine entsprechend höherwertige Auswahlschaltung vorgesehen ist. Sie kann auch dazu dienen, eine Lastaufteilung bei parallel arbeitenden Wechselrichtern zu erzielen.

Bei der bekannten Überwachungseinrichtung wird ein gemeinsamer Sollwert mit gemessenen Istwerten verglichen. Diese Größen beziehen sich zwar auf den gleichen Betriebsparameter, sie weisen jedoch einen unterschiedlichen Charakter auf. Durch einen Vergleich von Größen mit unterschiedlichem Charakter wird die Sicherheit der Überwachung vermindert. Die bekannte Überwachungseinrichtung ist auf die Überwachung eines geregelten Betriebsparameters beschränkt. Störungen die sich zunächst nicht auf diesen Betriebsparameter auswirken, können nicht erkannt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung für parallel arbeitende Leistungsaggregate zu schaffen, die unabhängig von der Art Her verwendeten Leistungsaggregate ist und die ein sehr hohes Maß an Sicherheit bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Überwachungseinrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen geiöst.

Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung werden gleichartige Meßgrößen miteinander verglichen. Als Meßgrößen werden störungscharakteristische Betfiebsparameter herangezogen. Die Auswahl eines geeigneten störungscharakteristischen Betriebsparameters ist völlig freizügig und kann ausschließlich im Hinblick auf die Eigenschaften der zu überwachenden Leistungsaggregate erfolgen. In Frage kommen beispielsweise Strom- und Spannungswerte bei elektrischen Energieerzeugungs-, Übertragungs- und Umformungseinrichtungen, oder andere physikalische Größen wie Temperatur, Druck, Druchflußmenge, Drehmoment und Torsion bei mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Leistungsaggregaten. Als störungscharakteristischer Betriebsparameter kann jeweils eine t>o Größe ausgewertet werden, deren Abweichungen ein sicheres Anzeichen für eine Störung darstellen. Die Meßwerte von gleichartigen störungscharakteristischen Betriebsparametern werden unmittelbar untereinander verglichen. Es erfolgt somit kein Vergleich mit anderen *>'■> Größen, die ihrerseits wiederum fehlerbehaftet sein können. Auf die Bildung eines Mittelwertes aus den Meßwerten der Betriebsparameter wird verzichtet. Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung ist nicht an ein bestimmtes Regelkonzept gebunden und kann insbesondere auch bei ungeregelten Leistungsaggregaten eingesetzt werden. Sowohl Störungen in den geschützten Leistungsaggregaten :iamt ihrer gegebenenfalls vorgesehenen Steuer- und Regeleinrichtungen als auch Fehler in der Überwachungseinrichtung führen zu einer selektiven Schutzabschaltung. Es ist sichergestellt, daß auch im Teillastbereich und bei Laständerungen eine Störung in einem der Leistungsaggregate unverzüglich erkannt wird und daß ausschließlich das gestörte Leistungsaggregat stillgesetzt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung wird eine 2-von-3-Auswahlschaltung verwendet, deren Aufbau aus der Regelungstechnik bekannt ist und beispielsweise beschrieben wird in ETZ-B, Band 14, Heft 1, 1962, Seite 1 bis 5. Derartige Auswahlschaltungen werden in der Regelungstechnik eingesetzt, wobei jeweils ein einziges Objekt durch mehrere Meßgeber überwacht wird, deren Meßwerte in mehreren voneinander unabhängigen Kanälen redundant verarbeitet werden. Im Gegensatz zu diesen bekannten Anwendungen von Auswahlschaltungen in der Regelungs- und Steuerungstechnik ist bei der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung jedem Leisiungsaggregat jeweils nur ein Meßgeber zur Erfassung eines störungscharakteristischen Betriebsparameters zugeordnet.

Die Erfindung wird anhand der 2'eichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung für drei Leistungsaggregate,

Fig.2a ein Schaltbild einer Ersatzstrom-Versorgungsanlage mit drei Stromrichtern,

Fig.2b ein Beispiel einer Auswahlschaltung für die Ersatzstrom-Versorgungsanlage nach F i g. 2a,

F i g. 2c ein Schaltbild der Schwellenwertschaltung in F i g. 2b,

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung für zwei parallel arbeitende Leistungsaggregate,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Stromerzeugungseinrichtung mit zwei parallel arbeitenden Stromerzeugern,

Fig.5a eine bekannte Wechselrichterschaltung mit Ausgangstransformator,

Fig.5b eine elektronische Nachbildung der in F i g. 5a dargestellten Wechselrichterschaltung,

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Selektiereinheit für eine Überwachungseinrichtung für vier parallel arbeitende Leistungsaggregate,

F i g. 7 eine Ausführungsform einer 3-von-4-Auswahlschaltung,

Fig.8 eine andere Ausführungsform einer 3-von-4-Auswahlschaltung,

Fig. 9 eine Überwachungseinrichtung für vier parallel arbeitende Leistungsaggregate.

In der Darstellung der F i g. 1 ist ein Verbraucher 1 an eine Sammelschiene S angeschlossen, die von drei Leistungsaggregaten 2a, 2b, 2c gespeist wird. Den Leistungsaggregaten sind jeweils Einrichtungen 4a, 4b, 4c zur Stillsetzung des jeweiligen Leistungsaggregats zugeordnet. Diese Einrichtungen 4a, 4b, 4c können mit bekannten Mitteln der Elektronik, Mechanik, Pneumatik oder Hydraulik realisiert sein. Die Art der Einrichtung zur Stillsetzung des Leistungsaggregats ist von der Art des Leistungsaggregats abhängig, beispielsweise können elektrische Schalter. Ventile. DrosselklaD-

pen oder ähnliche Einrichtungen vorgesehen sein, die geeignet sind, das jeweilige Leistungsaggregat stillzusetzen. Bei Leistungsaggregaten mit zugeordneten Regeleinrichtungen ist es auch möglich, die Stillsetzungseinrichtungen in die jeweiligen Regeleinrichtungen mit einzubeziehen. Jedem Leistungsaggregat 2a, 2b, 2c ist je ein Meßgeber 3a, 3b, 3c zugeordnet, die jeweils einen störungscharakteristischen Betriebsparameter erfassen. Die Meßwerte der drei Meßgeber werden — gegebenenfalls nach entsprechender Umsetzung in auswertbare Signale — den Schutzstufen 5a, Sb, 5c zugeführt, die jeweils eine 2-von-3-Auswahlschaltung enthalten. Die Auswahlschaltungen können in bekannter Weise mit elektronischen Mitteln ausgeführt sein. Es sind jedoch auch aus pneumatischen oder hydraulischen Elementen aufgebaute Auswahlschaltungen mit entsprechend ausgebildeten Differenzstufen, Grenzwertmeldern und Verknüpfungsgliedern möglich. Das Ausgangssignal jeder Schutzstufe steht mit der Einrichtung 4a, 4b, 4c zur Stillsetzung des zugehörigen Leistungsaggregats derart in Wirkverbindung, daß das Leistungsaggregat stillgesetzt wird, wenn die zugehörige Schutzstufe einen entsprechenden Stellbefehl abgibt.

Jede Schutzstufe, z. B. 5a, enthält zwei Differenzglieder 6 bzw. 7 mit nachgeschalteten Schwellenwertgliedern 8 bzw. 9 sowie ein Verknüpfungsglied 10, das die Ausgangssignale der Schwellenwertglieder 8, 9 zu einem Stellbefehl für die Einrichtung 4a zur Stillsetzung des zugehörigen Leistungsaggregats 2a konjunktiv verknüpft. Dem Differenzglied 6 sind eingangsseitig der Meßwert des charakteristischen Betriebsparameters des zugehörigen Leistungsaggregats 2a und der Meßwert des charakteristischen Betriebsparameters eines benachbarten Leistungsaggregats 2b zugeführt. Das Differenzglied 7 ist eingangsseitig wiederum mit dem Meßwert des Betriebsparameters des zugehörigen Leistungsaggregats 2a und dem Meßwert des Betriebsparameters des dritten Leistungsaggregats 2c beaufschlagt. Im ungestörten Zustand aller drei Leistungsaggregate entsteht keine oder nur eine kleine Differenz zwischen den Meßwerten der charakteristischen Betriebsparameter der drei Leistungsaggregate. Die Schwellenwertglieder 8 und 9 erzeugen keine Ausgangssignale und das Verknüpfungsglied 10 wird nicht durchgesteuert. Bei einer Störung im Leistungsaggregat 2a hingegen weicht dessen Meßwert des charakteristischen Betriebsparameters von den beiden übrigen Meßwerten ab. Die Differenzglieder 6 und 7 bilden beide jeweils Ausgangssignale, welche die Ansprechschwelle der Schwellenwertglieder 8 und 9 überschreiten. Beide Schwellenwertglieder 8 und 9 erzeugen Ausgangssignale, die gemeinsam das Verknüpfungsglied 10 durchsteuern, das mit einem entsprechenden Stellbefehl die Einrichtung 4a zur Stillsetzung des gestörten Leistungsaggregats 2a veranlaßt.

Bei einer Störung im Leistungsaggregat 2b bzw. 2c wird entweder nur das Schwellenwertglied 8 bzw. nur das Schwellenwertglied 9 in der Schutzstufe 5a ansprechen. Es wird daher nur ein Eingang des Verknüpfungsgliedes 10 in der Schutzstufe 5a angesteuert. Das Verknüpfungsglied 10 erzeugt daher keinen Stellbefehl zur Stillsetzung des Leistungsaggregats 2a. Das gestörte Leistungsaggregat 2b bzw. 2c wird selbstverständlich von seiner Schutzstufe 5b bzw. 5c stillgesetzt.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel der Erfindung zur Überwachung einer Ersatzstromversorgungsanlage. Ein Verbraucher 1 ist an die sichere Stromschiene RST angeschlossen. In ungestörten Betrieb erfolgt seine Stromversorgung aui dem Netz über drei Umrichter als Leistungsaggregate die jeweils einen Gleichrichter GR 1, CR 2, CR 3, eine Batterie 51, 52, 53 und einen Wechselrichter Wi W2, W3 enthalten. Bei einem Ausfall der Netzspan nung wird der Verbraucher 1 aus den Batterien 51 bii B3 über die Wechselrichter Wl bis W 3 mit Energie versorgt.

ίο Die drei Umrichter arbeiten parallel und liefern irr ungestörten Betrieb jeweils ein Drittel der geforderter Verbraucherleistung. Bei einer Störung in einem dei Umrichter wird der gestörte Umrichter abgeschalte und die beiden übrigen Umrichter erzeugen gemeinsarr die geforderte Verbraucherleistung. Hierzu sind die Umrichter leistungsmäßig so ausgelegt, daß jede:

Umrichter die Hälfte der maximal geforderten Ver braucherleistung liefern kann.

Als störungscharakteristischer Betriebsparametei werden die Ausgangs-Phasenströme der drei Wechsel richter Wi bis W3 erfaßt und überwacht, da sich jede Störung in einem Umrichter in seinem Lastverhalter bemerkbar macht. Hierzu sind Strommeßwandler Wr\ Wsu W_n bzw. Wr₂, W₅₂, W_n bzw. Wr₃, Wx, W_t vorgesehen. Die Klemmen des Strommeßwandlers Wr sind mit a^i, Öri und die Klemmen der übriger Meßwandler in analoger Weise bezeichnet. Ali Einrichtungen zur Stillsetzung der Umrichter sine Schütze Di, D2, D3 vorgesehen.

Fig.2b zeigt den Aufbau einer Schutzstufe, die den Umrichter mit dem Gleichrichter GR1, der Batterie 51 und dem Wechselrichter Wi zugeordnet ist und die da; Schütz Di als Einrichtung zur Stillsetzung diese; Umrichters ansteuert. Die Schutzstufen für die beider weiteren Umrichter sind in analoger Weise aufgebaut.

Die dargestellte Schutzstufe ist eingangsseitig mit der Klemmen der Meßwandler verbunden. Die Bezugszei chen der Eingangsklemmen stimmen mit den entsprechenden Klemmen in F i g. 2a überein. Die Differenzbildung erfolgt dreiphasig in Differenzwandlerri DWi bis DW6, die jeweils über Gleichrichterbrücken 13 bis It auf Bürdenwiderstände Ri bis R 6 einspeisen. Durch eine Maximalwertschaltung mit den Dioden λ 1, π 3, π 5 wird jeweils der größte Spannungsabfall an der Widerständen Al, R3, R5 zur Klemme 32 durchge schaltet. Durch eine weitere Maximalwertauswahl mil den Dioden π 2, π 4, π 6 wird jeweils der größte Spannungsabfall an den Widerständen R2, A4, R6 zui Klemme 31 durchgeschaltet. Die Klemme 31 ist übei einen Widerstand R 8 gegen ein negatives Potential Λ und die Klemme 32 über einen Widerstand R 7 ebenfalls gegen das negative Potential N geschaltet. Dei Widerstand R 7 belastet die Maximalwertauswahl mil den Dioden π 1, η 3, π 5. Der Belastungsstrom über die Dioden bewirkt, daß die Dioden im Durchlaßbereich irr linearen Teil ihrer Kennlinie arbeiten. Weiterhin wire durch den Widerstand R 7 erreicht, daß unabhängig vom Ladezustand von Energiespeichern, insbesondere Kondensatoren, im nachgeschalteten Verzögerungs-

Mi glied 19 in jedem Augenblick die Maximalwertauswahl durch die Dioden η 1, η 3, η 5 exakt erfolgt. Für die Dioden ist ein niederohmiger Abschluß in beider Richtungen gegeben. An den Klemmen 31 bzw. 32 erscheinen Spannungen, deren Höhe in jedem Augenblick dem Betrag des größten Differenzstromes zwischen zwei Wechselrichter-Ausgangsströmen mil gleicher Phase proportional ist. Die Spannungen an den Klemmen 31 bzw. 32 werden jeweils über Verzöge-

rungsglieder 19 bzw. 25 auf Schwellenwertglieder 8 bzw. 9 geführt. Die Wirkungsweise dieser speziellen Schwellenwertschaltung wird im Zusammenhang mit F i g. 2c später näher erläutert. Die Ausgangssignale der Schwellenwertglieder 8 bzw. 9 steuern elektronische Schalter 21 bzw. 27, die wiederum Relais 22 bzw. 28 schalten. Über die Kontakte dieser beiden Relais 22,28 wird eine UND-Verknüpfung hergestellt Ein positives Potential Pist über den Relaiskontakt 226 vom Relais 22 und über den Relaiskontakt 28b vom Relais 28 auf die Eingangsklemme 30 am Schütz D1 geschaltet Wird nur einer der Relaiskontakte 22b oder 26b geöffnet, so erhält das Schütz D1 seine Stromversorgung über den noch geschlossenen Relaiskontakt vom Potential P. Nur dann, wenn sowohl das Schwellenwertglied 8 wie auch is das Schwellenwertglied 9 ein entsprechendes Ausgangssignal führen, werden beide Relais 22 und 28 entregt Die Relaiskontakte 22b und 286 werden geöffnet und die Stromversorgung des Schützes Di unterbrochen. Das Schütz Di wird entregt und trennt den Wechselrichter Wl ausgangsseitig von der sicheren Stromschiene RST.

Über die weiteren Relaiskontakte 22a und 28a der Relais 22 und 28 wird das Potential P auf eine Anzeigelampe 29 geschaltet Die Anzeigelampe 29 2s leuchtet im ungestörten Betrieb. Eine Störung in der Schutzstufe kann bewirken, daß eines der beiden Relais 22 bzw. 28 entregt wird. In diesem Falle erlischt die Anzeigelampe 29. Das Schütz D i bleibt jedoch erregt Eine innere Störung der Schutzstufe kann also durch Erlöschen der Anzeigelampe festgestellt werden, ohne daß das Schütz U1 entregt wird.

Bei bestimmten Störungen in der Schutzstufe, beispielsweise bei einem Ausfall der Stromversorgung, können beide Relais 22 und 28 abfallen. Hierbei wird auch das Schütz Di entregt Dieses Verhalten ist erwünscht da hierdurch ein weiterer Betrieb der Anlage ohne funktionsfähige Schutzeinrichtung vermieden wird.

Mit Hilfe der Anzeigelampe 29 ist eine einfache Überprüfung der Schutzstufe möglich. Durch Kurzschließen der Klemmen eines der benachbarten Stromwandler kann im ungestörten Betrieb eine Differenz zwischen den Meßwerten vorgetäuscht werden. Bei ordnungsgemäß funktionierender Schutzstufe wird jetzt eines der Relais 22 oder 28 abfallen und die Anzeigelampe 29 wird erlöschen. Durch nacheinanderfolgendes Kurzschließen der Klemmen der Meßwandler in allen drei Phasen und durch jeweilige Kontrolle, ob die Anzeigelampe 29 erlischt, können alle so Funktionen der Strommeßwandler und der Schutzstufe ohne Störung oder Unterbrechung des Betriebs überprüft werden.

F i g. 2c zeigt die Innenschaltung des Verzögerungsgliedes 19 und des Schwellenwertgliedes 8 in F i g. 2b. Das Verzögerungsglied 19 ist als aktives Filter dritter Ordnung ausgebildet, das einen Operationsverstärker 33 und Kondensatoren 34, 35, 36 in der dargestellten Beschattung enthält. Das Verzögerungsglied verzögert Spannungssprünge an seiner Eingangsklemme 32 entsprechend seiner Übergangsfunktion. Das Schwellenwertglied 20 enthält einen als Kippverstärker beschalteten Operationsverstärker 37 mit einem Mitkopplungswiderstand 39 und einer an einem Potentiometer 38 einstellbaren Ansprechschwelle. Das Verzöge- rungsglied 19 ist von einer Schwellenwertdiode 23 als Schwellenwertglied überbrückt Rückwirkungen vom Ausgang des Verzögerungsgliedes 19 werden von einer Diode 24 gesperrt. Überschreitet ein Spannungssprung an der Eingangsklemme 32 die Durchbruchspannung der Schwellenwertdiode 23, wird das Schwellenwertglied 8 unter Umgehung des Verzögerungsgliedes 19 unmittelbar angesteuert. Das Schwellenwertglied 8 spricht unverzögert an. Spannungssprünge unterhalb der Durchbruchspannung der Schwellenwertdiode 23 werden entsprechend der Übergangsfunktion des Verzögerungsgliedes 19 verzögert Die Zeitdauer, nach der das Schwellenwertglied 8 anspricht, ist in diesem Bereich in der Höhe eines Spannungssprungs an der Eingangsklemme 32 damit der Stromstärke eines Differenzstromes umgekehrt proportional.

F i g. 3 zeigt im Prinzip die Anwendung der Erfindung zur Überwachung von zwei Leistungsaggregaten 2a und 2b, die über eine gemeinsame Sammelschiene S einen Verbraucher 1 versorgen. Den Leistungsaggregaten sind wiederum Meßgeber 3a und 3b für einen störungscharakteristischen Betriebsparameter, sowie Einrichtungen 4a und 4b zur Stillsetzung der Leistungsaggregate zugeordnet Weiterhin ist ein Modellaggregat 2* mit einer Modell-Stillsetzeinrichtung 4* und einem Meßgeber 3* vorgesehen. Das Modellaggregat 2* entspricht zumindest im Verhalten wenigstens eines störungscharakteristischen Betriebsparameters dem Verhalten der übrigen Leistungsaggregate. Es verhält sich somit zumindest in bezug auf den betrachteten Betriebsparameter wie eines der beiden Leistungsaggregate 2a und 2b. Das Modellaggregat 2* kann grundsätzlich wie ein verkleinertes Leistungsaggregat aufgebaut sein. Es ist sogar möglich, daß das Modellaggregat in die gemeinsame Sammelschiene S einspeist, jedoch nur einen sehr kleinen Anteil der geforderten Verbraucherleistung liefert.

Andererseits ist es jedoch auch möglich, eine Nachbildung eines Leistungsaggregats zu verwenden, die mit elektronischen, mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Mitteln aufgebaut sein kann.

Zur Verarbeitung in den Schutzstufen 5a, 5b, 5c werden die Signale der Meßgeber 3d und 3b und das Ausgangssignal des Meßgebers 3* auf gleiches Niveau gebracht Dies kann entweder dadurch gesehenen, daß für das Modellaggregat 2* ein Meßgeber 3* verwendet wird, der ein um einen Proportionalitätsfaktor geändertes Ausgangssignal liefert Es ist jedoch auch möglich, das Ausgangssignal des Meßgebers 3* oder die Ausgangssignale der Meßgeber 3a, 3b über Signalumsetzer auf gleiches Niveau zu bringen. Die angeglichenen Signale können dann unmittelbar in den Schutzstufen 5a, 5b, 5c in der bereits beschriebenen Weise ausgewertet werden. Bei einer Störung in einem der Leistungsaggregate 2a oder 2b wird das betreffende Leistungsaggregat stillgesetzt Bei einer Störung im Modellaggregat 2* wird dieses stillgesetzt Außerdem wird zweckmaßigerweise angezeigt, daß die Überwachungseinrichtung nicht mehr funktionsfähig ist.

F i g. 4 zeigt die Anwendung dieses Prinzips für eine Stromversorgungseinrichtung mit zwei als Umformer ausgebildeten Leistungsaggregaten 2a, 2b, denen Einrichtungen 42a und 42b zur Stillsetzung zugeordnet sind. Die beiden Umformer speisen auf eine gemeinsame Sammelschiene $ an der ein Verbraucher 1 angeschlossen ist. Weiterhin ist ein Umformermodell 41* mit einer Einrichtung 42* zur Stillsetzung vorgesehen. Das Umformermodell 41* ist für eine kleine Leistung ausgelegt und so gebaut, daß sein Lastaufnahmeverhalten dein Lastaufnahmeverhalten der beiden überwachten Umformer entspricht Die abgegebene

ίο

Leistung, die um einen Proportionalitätsfaktor kleiner ist als die Leistung der Umformer 2a, 2b wird ebenfalls in die Sammelschiene Seingespeist.

Den Einrichtungen 42a, 42/> und 42* werden als Eingangsgrößen der Verbraucherstrom vom Strommeßgeber 45 und die Spannung auf der Stromschiene S vom Spannungsmeßgeber 46 zugeführt. Außerdem werden die Regeleinrichtungen in bekannter Weise von entsprechenden Soll- und Istwerten der zugehörigen Umformer beaufschlagt Als störungscharakteristischer Betriebsparameter werden die Ausgangsströme der Umformer ausgewertet Hierzu sind Stromwandler 64 und 65 im Ausgang der Umformer 2a und 2b vorgesehen. Dem Umformermodell 41* ist ein Stromwandler 66 zugeordnet, dessen Übersetzungsverhältnis is um einen Modellfaktor vom Obersetzungsverhältnis der beiden Stromwandler 64, 65 abweicht. Hierdurch können die beiden Strommeßwerte von den Umformern 2a, 2b und der Strommeßwert vom Umformermodell 41* unmittelbar in den Schutzstufen 5a, Sb, 5c der 2-von-3-Auswahlschaltung miteinander verglichen werden. Die Schutzstufen 5a und 5b steuern Schütze 43a und 436, die bei einer Störung in einem der Umformer denselben von der Stromschiene trennen. Das Umformermodell 41* wird von der Schutzstufe 5c überwacht. Die Abschaltung des UmformermodeHs 41· erfolgt über ein Relais 43*, das einen Hilfskontakt für eine Signalleuchte 44 aufweist Die Abschaltung des Umformcrmodells 41* gefährdet den Betrieb der Anlage zwar nicht, hat jedoch zur Folge, daß die selektive Überwachung nicht mehr funktioniert. In diesem FaIi erlischt die Signalleuchte 44.

Als Umformermodell 41* kann ein Umformer verwendet werden, der in gleicher Weise aufgebaut ist wie die Umformer 2a bzw. 2b, jedoch mit entsprechend kleiner dimensionierten Bauelementen. Es ist jedoch auch möglich, eine elektronische Nachbildung eines Umformers vorzusehen.

Fig.5a zeigt eine Wechselrichterschaltung und F i g. 5b eine elektronische Nachbildung hiervon.

Der in Fig.5a dargestellte Wechselrichter liegt mit seinen Eingangsklemmen 47 und 48 an einer Batterie. Der Wechselrichter enthält die gesteuerten Ventile η 11 bis π 16 und π 21 bis π 26, die von einem nicht näher dargestellten Steuersatz angesteuert werden. Die drei Phasen ftSrerscheinen an den Ausgangsklemmen eines Übertragers als Phasenspannungen Ut, Us, Ur.

Die in Fig.5b dargestellte elektronische Nachbildung dieser Wechselrichterschaltung weist eingangsseitig wiederum Eingangsklemmen 47 und 48 für die Batteriespannung bzw. eine der Batteriespannung proportionale Spannung auf. Außerdem sind Eingänge für die Zündimpiilse der gesteuerten Ventile vorgesehen. Die entsprechenden Eingänge sind mit (nil) bis (n 16) und (n 21) bis (n 26) bezeichnet. Der Eingang (n 11) ist beispielsweise mit der Zündimpulsleitung für das Ventil η 11 verbunden.

Die Zündimpulse für ein Hauptventil bzw. ein Löschventil einer Polarität einer Phase der Wechselrichterausgangsspannung sind jeweils auf den Setzein- ω gang bzw. den Rücksetzeingang eines der Flip-Flops 49 bis 54 geschaltet. Der Setzeingang des Flip-Flops 49 ist beispielsweise vom Zündimpuls für das Ventil nil und der Rücksetzeingang des Flip-Flops 49 vom Zündimpuls für das Löschventil π 21 beaufschlagt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 49 steuert einen elektronischen Schalter 55. Das Flip-Flop 52 ist eingangsseitig von den Zündimpulsen für ein Hauptventil η 14 und ein Löschventil π 24 der entgegengesetzten Polarität der betreffenden Phase der Wechselrichterausgangsspannung angesteuert. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 52 steuert einen elektronischen Schalter 56. Die beiden Schalter 55 bzw. 56 schalten alternierend die positive bzw. negative Polarität der Batteriespannung auf den Eingang eines Operationsverstärkers 57. Am Ausgang des Operationsverstärkers 57 erscheint eine Spannung, die einer inversen Phasenspannung des Wechselrichters entspricht Dem Operationsverstärker 57 ist ein Umkehrverstärker 58 nachgeschaltet, dessen Ausgangsspannung eine Phasenspannung des Wechselrichters darstellt

Jeweils eine Phasenspannung und eine inverse Phasenspannung werden in einem als Addierverstärker beschalteten weiteren Operationsverstärker 59 zu verketteten Phasenspannungen umgeformt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 59 wird in einem weiteren Umkehrverstärker 60 invertiert Durch nochmalige Zusammenfassung der verketteten Spannungen und der inversen verketteten Spannungen in wiederum als Addierverstärker beschalteten Operationsverstärkern 61,62,63 entstehen nachgebildete Phasenspannungen Ur*, Us*, Ut*, die den gleichen Verlauf aufweisen wie die tatsächlichen Phasenspannungen Ur, Us, Ut am Ausgang des Übertragers der in Fig.5a dargestellten Wechselrichterschaltung.

Zur Überwachung einer Anlage mit vier oder mehr parallel arbeitenden Leistungsaggregaten kann analog nach F i g. 1 vorgegangen werden. F i g. 9 zeigt eine Überwachungseinrichtung, bei der jedem Leistungsaggregat 2a bis 2d ein Meßgeber 3a bis 3d für einen störungscharakteristischen Betriebsparameter, eine Schutzstufe 5a bis 5c/und eine Einrichtung 4a bis Ad zur Stillsetzung des Leistungsaggregats zugeordnet ist. Jeder Schutzstufe 5a—Sd sind eingangsseitig der Meßwert des störungscharakteristischen Betriebsparameters des eigenen Leistungsaggregats und die entsprechende Meßwerte von zwei weiteren Leistungsaggregaten zugeführt. Bei einer Störung in nur einem Leistungsaggregat wird dieses stillgesetzt. Danach ist diese Überwachungsschaltung nicht mehr funktionsfähig. Der Einsatz einer derartigen Überwachungsschaltung ist daher für Anlagen geeignet, bei denen entweder mit einer Störung bei nur einem Leistungsaggregat gerechnet wird oder bei denen bei Störungen in mehr als einem Leistungsaggregat die gesamte Anlage stillgesetzt werden soll.

F i g. 6 zeigt das Prinzip einer Selektiereinheit, welche die Anwendung einer 2-von-3-Auswahlschaltung auch für Anlagen mit vier oder mehr parallel arbeitenden Leistungsaggregaten ermöglicht, bei denen die Überwachungseinrichtung auch bei einer Störung in einem Leistungsaggregat funktionsfähig bleiben soll. Hierzu ist jeder Schutzstufe einer 2-von-3-Auswahlschaltung eine derartige Selektiereinheit vorgeschaltet.

Der Schutzstufe 5a ist eine Selektiereinheit 74 vorgeschaltet, die eingangsseitig mit den Meßgebern 3b, 3c, 3d von nicht dargestellten Leistungsaggregaten in Wirkverbindung steht. Die Selektiereinheit 74 weist weiterhin Eingangsklemmen 72 und 73 auf, die mit Betriebsstörungssignalen beaufschlagt sind. Ein Betriebsstörungssignal erscheint, wenn das betreffende Leistungsaggregat als gestört gemeldet und stillgesetzt wird. Hierzu kann beispielsweise der Stellbefehl einer Schuizstufe zur Stillsetzung des gestörten Leistungsaggregats auf den Setzeingang eines Speichers gegeben werden, dessen Ausgang ein Betriebsstörunüssienal

führt. Der Speicher wird bei erneuter Inbetriebnahme des betreffenden Leistungsaggregats nach Beseitigung der Störung gelöscht. Ein Betriebsstörungssignal an der Eingangsklemme 72 zeigt an, daß dasjenige Leistungsaggregat gestört ist, dem der Meßgeber 36 zugeordnet ist Ein Betriebsstörungssignal an der Eingangsklemme 73 zeigt an, daß das Leistungsaggregat mit dem Meßgeber 3cgestört ist

Die Selektiereinheit 74 enthält zwei Relais 70 und 71, deren Relaiskontakte in der dargestellten Weise mit den Meßgebern 36,3α 3d und mit Ausgangsklemmen 75 und 76 beschaltet sind. Im ungestörten Betrieb aller vier Leistungsaggregate befinden sich alle Relaiskontakte in der gezeichneten Lage. Der Meßwert vom Meßgeber 36 wird auf die Ausgangsklemme 75 und der Meßwert is vom Meßgeber 3c auf die Ausgangsklemme 76 durchgeschaltet. Die Schutzstufe 5a ist eingangsseitig mit dem Meßwert vom eigenen Meßgeber 5a und von den Meßwerten der Meßgeber36und3cbeaufschlagt.

Bei einer Störung im Leistungsaggregat mit dem Meßgeber 3d bleibt dieser Zustand unverändert erhalten. Die Schutzstufe 5a ist funktionsfähig, da ihr die Meßwerte von drei ungestörten Leistungsaggregaten mit den Meßgebern 3a, 36,3czugeführt sind.

Bei einer Stoning im Leistungsaggregat mit dem Meßgeber 36 erscheint ein Betriebsstörungssignal an der Klemme 72 Das Relais 70 wird erregt. Der Relaiskontakt 70a wird geöffnet und der Relaiskontakt 706 geschlossen. Damit wird der Meßwert vom Meßgeber 3d auf die Ausgangsklemme 75 geschaltet. Die Schutzstufe 5a ist nun wiederum mit den Meßwerten von drei ungestörten Leistungsaggregaten mit den Meßgebern 3a, 3c, 3t/beaufschlagt.

Bei einer Störung im Leistungsaggregat mit dem Meßgeber 3c erscheint ein Betriebsstörungssignal an der Klemme 73. Das Relais 71 wird erregt. Der Relaiskontakt 71a wird geöffnet und der Relaiskontakt 716 geschlossen. Der Meßwert vom Meßgeber 3d wird auf die Ausgangsklemme 76 geschaltet

Die dargestellte Selektiereinheit kann in analoger »o Weise für beliebig viele Meßgeber erweitert werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß mit der Darstellung in Fig.6 lediglich das Prinzip einer Selektiereinheit erläutert werden soll. Eine derartige Selektiereinheit kann auch in anderer Weise mit elektronischen, mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Mitteln aufgebaut werden. Wesentlich ist, daß eine Selektiereinheit aus den ihr zugeführten Meßwerten, mit Ausnahme des Meßwertes des eigenen Leistungsaggregats, zwei Meßwerte von ungestörten Leistungsaggregaten zur Weitergabe an eine Schutzstufe mit einer 2-von-3-Auswahlschaltung auswählt

Eine andere Möglichkeit zur Überwachung von Anlagen mit vier oder mehr parallel arbeitenden Leistungsaggregaten besteht im Einsatz von höherwertigen Auswahlschaltungen, beispielsweise einer 3-von-4-Auswahlschaltung.

F i g. 7 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Schutzstufe 776 für eine 3-von-4-Auswahlschaltung. Der Schutzstufe 776 sind eingangsseitig die Meßwerte vom to Meßgeber 36des eigenen Leistungsaggregats, sowie die Meßwerte von den Meßgebern 3a, 3c; 3d der übrigen Leistungsaggregate zugeführt. Die Schutzstufe 776 enthält Differenzglieder 78,79,80 mit nachgeschalteten Schwellenwertgliedern 81, 82, 83, sowie die konjunktiven Verknüpfungsglieder 84,85,86 und ein disjunktives Verknüpfungsglied 87. In den Differenzgliedern 78, 79, 80 wird jeweils der Meßwert vom Meßgeber 3b des eigenen Leistungsaggregats mit einem der Meßwerte von den Meßgebern 3a, 3c, 3d der anderen Leistungsaggregate verglichen. Wenn die Differenz zwischen zwei Meßwerten einen vorgegebenen Ansprechwellenwert übersteigt, so sprechen die nachgeschalteten Schwellenwertglieder 81 bis 83 an. Die Eingänge der konjunktiven Verknüpfungsglieder 84,85,86 sind mit den Ausgängen der Schwellenwertglieder 81, 82, 83 in zyklischer Vertauschung verbunden. Die Ausgangssignale der konjunktiven Verknüpfungsglieder 84, 85, 86 sind in einem disjunktiven Verknüpfungsglied 87 zusammengefaßt, dessen Ausgangssignal einen Stellbefehl zur Stillsetzung des zugehörigen Leistungsaggregats darstellt.

Bei einer Störung des zugehörigen Leistungsaggregats mit dem Meßgeber 3b werden alle drei Differenzglieder 78, 79, 80 Ausgangssignale bilden, welche die Ansprechschwelle der nachgeschalteten Schwellenwertglieder 81, 82, 83 übersteigen. Damit werden alle drei konjunktiven Verkriüpfungsglieder 84, 85, 86 durchgesteuert. Es wird am Ausgang des konjunktiven Verknüpfungsgliedes 87 ein entsprechender Stellbefehl zur Stillsetzung des Leistungsaggregats ausgegeben. Dieser Stellbefehl erscheint auch dann, wenn durch ein Versagen beispielsweise des Differenzgliedes 80 oder des Schwellenweirtgliedes 83 kein entsprechendes Ausgangssignal des Schwellenwertgliedes 83 gebildet wird. Da die beiden Kanäle 78,81 und 79, 82 noch funktionsfähig sind, wird das konjunktive Verknüpfungsglied 84 durchgesteuert, dessen Ausgangssignal über das disjunktive Verknüpfungsglied 87 als Stellbefehl zur Stillsetzung des Leistungsaggregats weitergegeben wird. Die Funktionsfälligkeit der Schutzstufe 77b ist daher auch bei bestimmten eigenen Störungen gewährleistet.

F i g. 8 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer anderen Ausführungsform einer Schutzstufe 88b für eine S-von^-Auswahlschaltung. Die Schutzstufe 886 ist wiederum vom Meßwert des Meßgebers 3b des eigenen Leistungsaggregats und den Meßwerten von den Meßgebern 3a, 3c, 3d der übrigen Leistungsaggregate angesteuert. Die Meßwerte der vier Meßgeber sind in der dargestellten Weise Differenzgliedern 90, 91, 92 zugeführt, denen Schwellenwertglieder 93, 94, 95 nachgeordnet sind. Die Ausgänge der Schwellenwertglieder 93, 94, 95 sind einem konjunktiven Verknüpfungsglied 89 eingangsseitig zugeführt. Das Ausgangssignal des konjunktiven Verknüpfungsglieds 89 stellt einen Stellbefehl zur Stillsetzung des Leistungsaggregats dar, dem der Meßgeber 3bzugeordnet ist.

Die Schutzstufen 776 nach F i g. 7 und 886 nach F i g. 8 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Sicherheit bei eigenen Störungen. Während die Schutzstufe 776 auch beim Ausfall eines Kanals mit einem Differenzglied und einem Schwellenwertglied funktionsfähig bleibt, ist dies bei der Schutzstufe 886 nicht der Fall. Die Auswahl einer dieser beiden Schutzstufen wird sich somit danach richten, ob der Ausfall von Differenzgliedern oder Schwellenwertgliedern wahrscheinlich ist.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überwachungseinrichtung für drei parallel arbeitende Leistungsaggregate, deren Ausgangsleistungen einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt sind und denen jeweils ein Meßgeber zur Erfassung von Meßwerten von Betriebsparametern, eine von diesen Meßwerten beaufschlagte Schutzstufe und eine von der Schutzstufe gesteuerte Einrichtung zur Stillsetzung eines gestörten Leistungsaggregats zugeordnet sind, wobei die Schutzstufen Differenzglieder, Schwellenwertglieder und eine 2-von-3-Auswahlschaltjng enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Leistungsaggregat (2a, 2b, 2c) eine eigene Schutzstufe (5a, 5b, 5c) mit einer 2-vcn-3-Auswahlschaltung zugeordnet ist und daß jede Schutzstufe (5a, 5b, 5c) mit Meßwerten von gleichartigen störungscharakteristischen Betriebsparametern aller Leistungsaggregate (5a, 5b, 5c) derart beaufschlagt ist, daß sie den Meßwert des ihr zugeordneten Leistungsaggregats jeweils mit jedem der Meßwerte der übrigen Leistungsaggregate vergleicht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Überwachung von zwei parallel arbeitenden Leistungsaggregaten, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines der Leistungsaggregate (2a, 2b, 2c) ein Modellaggregat (2*) oder ein Umformermodell (41 *) als Nachbildung für einen gleichartigen störungscharakteristischen Betriebsparameter vorgesehen ist (F ig. 3 und 4).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Überwachung von vier parallel arbeitenden Leistungsaggregaten, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schutzstufe (5a, 5b, 5c, Solder vier Leistungsaggregate (2a, 2b, 2c, 2d) jeweils eine Selektiereinheit (74) vorgeschaltet ist, die aus den ihr eingangsseitig zugeführten Meßwerten der übrigen Leistungsaggregate zwei Meßwerte des störungscharakteristischen Betriebsparameters von ungestörten Leistungsaggregaten auswählt und der Schutzstufe zuführt (F ig. 6 und 9).

4. Überwachungseinrichtung für mehr als drei parallel arbeitende Leistungsaggregate, deren Ausgangsleistungen einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt sind und denen jeweils ein Meßgeber zur Erfassung von Meßwerten von Betriebsparametern, eine von diesen Meßwerten beaufschlagte Schutzstufe und eine von der Schutzstufe gesteuerte Einrichtung zur Stillsetzung eines gestörten Leistungsaggregats zugeordnet bind, wobei die Schutzstufen Differenzglieder, Schwellenwertglieder und eine höherwertige Auswahlschaltung enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Leistungsaggregat eine eigene Schutzstufe (77b; SSb) mit einer hüiierwertigen Auswahlschaltung zugeordnet ist und daß jede Schutzstufe (77b; SSb) mit Meßwerten von gleichartigen störungscharakteristischen Betriebsparametern aller Leistungsaggregate derart beaufschlagt ist, daß sie den Meßwert des ihr zugeordneten Leistungsaggregats jeweils mit jedem der Meßwerte der übrigen Leistungsaggregate vergleicht (F i g. 7,8 und 9).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Eine derartige Überwachungseinrichtung ist aus der DT-OS 21 63 397 bekannt.

Der Begriff »Leistungsaggregat« wird im folgenden für Einrichtungen aller Art verwendet, die elektrische oder mechanische Leistung erzeugen oder übertragen. Leistungsaggregate sind somit beispielsweise Stromerzeugungseinrichtungen, Übertragungseinrichtungen, Umformer, Transformatoren, Diesel-Generator-Sätze, Turbogruppen, elektrische oder mechanische Antriebsmotoren, Drehmomentwandler, Turbinen-Schiffpropellerantriebe sowie pneumatische, hydraulische und mechanische Anordnungen aller Art. Nicht unter den Begriff »Leistungsaggregat« fallen Einrichtungen der Steuerungs- und Regelungstechnik, deren Aufgabe die Signalverarbeitung ist.

Der Einsatz von mehreren parallel arbeitenden Leistungsaggregaten erfolgt im allgemeinen zur Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit. Beim Ausfall eines Aggregats übernehmen die übrigen Aggregate die Versorgung des Verbrauchers. Die Überwachung von mehreren parallel arbeitenden Aggregaten annähernd gleicher Leistung ist jedoch problematisch, da eine Störung in einem der Aggregate, die noch nicht dessen völligen Ausfall zur Folge hat, mit den üblichen Überwachungsmethoden nur schwer erkannt werden kann. Die Überwachung von charakteristischen Betriebsparametern eines jeden Leistungsaggregats im Hinblick auf eine Überschreitung von vorgegebenen Grenzwerten wird dadurch erschwert, daß die einzelnen Aggregate im ungestörten Parallelbetrieb nicht mit ihrer vollen Leistungsabgabe betrieben werden. Bei der Bildung von Differenzwerten zwischen gleichartigen Betriebsparametern jeweils zweier Leistungsaggregate ist nicht eindeutig feststellbar, welches der beiden Aggregate gestört ist.

Diese Problematik wird anhand eines einfachen Beispiels näher erläutert. Es sei angenommen, daß ein Verbraucher über eine Sammelschiene von drei gleichen Wechselrichtern als Leistungsaggregat gespeist wird, von denen jeweils zwei Wechselrichter zusammen die maximale Verbraucherleistung aufbringen können. Bei einer Störung in einem Wechselrichter, die zunächst nur eine verminderte Leistungsabgabe zur Folge hat, wird in keinem der drei Wechselrichter der vorgegebene Grenzwert eines charakteristischen Betriebsparameters — beispielsweise des Ausgangsstromes — überschritten. Die Störung wird daher nicht erkannt und kann weitere Folgeschäden nach sich ziehen. Auch mit einer großen Anzahl von grenzwertüberwachten Betriebsparametern sowohl in den Informationsteilen wie auch in den Leistungsteilen der Wechselrichter lassen sich nicht alle Störungen in allen Betriebszuständen zuverlässig erfassen. Es ist sogar der Fall denkbar, daß aufgrund eines Defektes in einem der Wechselrichter der Ausgangsstrom eines ungestörten Wechselrichters einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt und damit der ungestörte Wechselrichter abgeschaltet wird. Zwar läßt sich durch Bildung von Differenzwerten zwischen den Ausgangsströmen jeweils zweier Wechselrichter feststellen, daß eine Störung vorliegt, es läßt sich jedoch nicht feststellen, welcher Wechselrichter gestört ist.

Bei einer aus der DT-OS 21 63 397 bekannten Anordnung zur symmetrischen Lastaufteilung bei parallel arbeitenden elektrischen Maschinen ist zur