DE2708844C3

DE2708844C3 - Schutzgerät für eine Generator-Turbineneinheit gegen Überbeanspruchung der Welle

Info

Publication number: DE2708844C3
Application number: DE19772708844
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl.-Ing. 8521 Uttenreuth Fischer; Kurt Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Läge
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1977-03-01
Filing date: 1977-03-01
Publication date: 1982-04-08
Also published as: JPS53107647A; DE2708844B2; CH626476A5; DE2708844A1

Description

d)

Die Erfindung betrifft ein Schutzgerät für eine Generator-Turbineneinheit gegen Überbeanspruchung der Welle bei Spannungswiederkehr nach einem Netzkurzschluß, mit einer Ünterspannungsmeßeinrichtung, die über eine Vergleichseinrichtung auf einen Schalterzwischen der Generator-Turbineneinheit und dem Netz im auslösenden Sinn einwirkt, wenn gleichzeitig die Auslösebedingung für eine zweite, der ' Vergleichseinrichtung vorgeschaltete Meßeinrichtung erfüllt ist.

Wenn in der Nähe eines Kraftwerkes ein Kurzschluß im elektrischen Netz auftritt, können die synchronisierenden Momente einander parallel arbeitender Generatoren sehr klein werden. Wenn dieser Zustand - bedingt durch ein verzögertes Ansprechen des Netzschutzes — längere Zeit anhält, können die Läufer der Generatoren zueinander unterschiedliche Phasenlage einnehmen. Hierdurch können nach Abschalten des Netzkurzschlusses bei Wiederkehr der Spannung sehr große Drehmomente auf den Läufer eines Generators und damit auf die Wellenabschnitte und Kupplungen zwischen benachbarten Teilturbinen oder zwischen Turbine und Generator wirken.

Aus der DE-OS 24 15 448 ist eine Schutzeinrichtung für eine Generator-Turbineneinheit gegen Überbeanspruchung der Welle der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art bekannt Hier ist der Blockschalter einerseits vom Auftreten eines Spannungsrückganges und andererseits von einer zu messenden Winkeldifferenz zwischen der Spannung des Generators und des von der Störung betroffenen Netzes abhängig.

Bei generatornahen Kurzschlüssen, bei denen die Netzspannung sehr weit absinkt, läßt sich die Phasenlage der Netzspannung schwer bestimmen. Bei diesen Störfällen wird daher generell der Schalter zwischen Generator-Turbineneinheit und dem angeschlossenen elektrischen Netz geöffnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzgerät zu schaffen, bei dem auch bei generatornahen Kurzschlüssen nur dann der Schalter zwischen Generator-Turbineneinheit und Netz geöffnet wird, wenn beim Abschalten des Kurzschlusses eine zu hohe Beanspruchung der Welle und der Wickelköpfe des Generators zu erwarten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite, der Vergleichseinrichtung vorgeschaltete Meßeinrichtung folgendermaßen aufgebaut ist:

a) Eine bei Auftreten einer Leistungsänderung angestoßene Zeitstufe und eine Einrichtung zur Messung der innerhalb der Laufzeit der Zeitstufe auftretenden Leistungsdifferenz (Differenzglied mit Analogwertspeicher und Schalttransistor) ist einem Leistungsmeßgerät nachgeschaltet.

b) Der Einrichtung zur Messung der Leistungsdifferenz und der Zeitstufe ist eine Vergleichseinrichtung (Und-Glied) nachgeschaltet, die feststellt, ob vor Ablauf der Zeit der Zeitstufe ein vorgegebener einstellbarer Wert für die gemessene Leistungsdifferenz überschritten wird.

c) Der Vergleichseinrichtung (Und-Glied) ist eine Zeitstufe nachgeschaltet, deren Verzögerungszeit etwa der zulässigen Zeit für die Wiederkehr der Netzspannung entspricht.

d) Der Ausgang der Zeitstufe ist an den zweiten Eingang der zweiten Vergleichseinrichtung (Und-Glied) angeschlossen. _

Aus der DE-ÖS 24 48 635Jsies~ außerdem zur Verminderung der Beanspruchung einer Turbinen-Generatorwelle bekannt, die einzelnen Pole des Schalters, der nach Auftreten eines dreipoligen Kurzschlusses

wieder schließt, so zu steuern, daß zunächst zwei der drei Schalterpole und anschließend erst der dritte Schalterpol geschlossen wird. Durch diese Maßnahme läßt sich eine Überbeanspruchung der Wi]Ie ebenfalls vermindern, aber nicht in allen Fällen ausschließen.

Außerdem ist es aus der DE-OS 15 03 034 bekannt, zur Vermeidung des Auseinanderlaufens von Generatorspannung und Netzspannung dem Schalter zwischen Generator und Netz im Kurzschlußfall einen Widerstand parallel zu schalten. Mit einer derartigen Einrichtung läßt sich theoretisch die Drehmomentbeanspruchung bei Spannungswiederkehr im Netz weitgehend ausschließen, allerdings ist es notwendig, die Zu- bzw. Abschaltung des Widerstandes zu ganz bestimmten, von der Störung abhängigen Zeiten vorzunehmen, andernfalls können Pendelungen zwischen Netz und Generator auftreten.

Im Gegensatz zu diesen bekannten Einrichtungen ermöglicht es das erfindungsgemäße Schutzgerät, daß abhängig von der Ursache des Auseinanderlaufens von Generator- und Netzspannung entschieden wird, ob die Generator-Turbineneinheit durch den zugehörigen Schalter vom Netz getrennt wird oder nicht. Hiermit erhält man eine Schutzeinrichtung, die selektiv abhängig von der Störung nur dann eine Abschaltung vornimmt, wenn dies mit Rücksicht auf die zu erwartende Überbeanspruchung der Turbinen-Generatorwelle notwendig ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Prinzipschaltung in der Zeichnung dargestellt.

Das dargestellte Schutzgerät schützt die Welle 1 zwischen Turbine 2 und Generator 3, indem es einen Schalter 4 zwischen einem an den Generator 3 angeschlossenen Transformator 5 und dem elektrischen Netz 6 auftrennt, wenn infolge eines eine bestimmte Mindestzeit andauernden Kurzschlusses im Netz 6 die Gefahr einer Überbeanspruchung der Welle 1 besteht. Der Turbine 2 ist ein Ventil 7 vorgeschaltet, das die Dampfzufuhr zu der Turbine 2 regelt. Über eine gestrichelt dargestellte Verbindung 8 kann auch dieses Ventil von dem erfindungsgemäßen Schutzgerät gleichzeitig mit der Auslösung des Schalters beeinflußt werden.

Das Schutzgerät ist an ein Leistungsmeßgerät 9 angeschlossen, das über einen Stromwandler 13 und einen Spannungswandler 14 mit der elektrischen Leitung zwischen Transformator 5 und Generator 3 verbunden ist. Außerdem ist an den Spannungswandler 14 über eine Leitung 16 eine Unterspannungsmeßeinrichtung 10 angeschlossen, deren Ausgang über ein Oder-Glied 36 zu einem Und-Glied 32 geführt ist. Das Leistungsmeßgerät besitzt zwei Ausgangsleitungen 17 und 18, die eine der jeweiligen Leistung proportionale Gleichspannung führen. Die Ausgangsleitung 18 ist über einen Differenzierkondensator 27 und einen Grenzwertmelder 28 an den Eingang einer Zeitstufe 29 geführt. Der Ausgang des Grenzwertmelders 28 wirkt außerdem auf den Steueranschluß eines Schalttransistors 20, der in die Leitung 17 zwischen das Leistungsmeßgerät 9 und einen Analogwertspeicher 21 eingeschaltet ist. Von der Ausgangsleitung 17, an die ein Glättungskondensator 19 angeschlossen ist, geht eine Leitung 22 ab, die zu einem Differenzglied 23 führt. Der zweite Eingang des Differenzgliedes 23 ist über eine Leitung 24 mit dem Ausgang des Analogwertspeichers 21 verbunden. Dem Differenzglied 23 ist ein Meßgerät 41 und ein Grenzwertmelder 25 nachgeschaltet. Der Ausgang des Grenzwertmelders 25 führt zu einem Und-Glied 26. Der zweite Eingang des Und-Gliedes 26 ist über eine Leitung 30 mit dem Ausgang der Zeitstufe 29

^r> verbunden; der Ausgang des Und-Gliedes 26 ist über eine zweite Zeitstufe 40 an einen Eingang des Und-Gliedes 32 geführt. Das Und-Glied 32 ist über eine Leitung 34 an die Auslösespule 12 des Schalters 4 angeschlossen. Eine zwischen Meßgerät 41 und der

ίο Zeitstufe 40 eingeschaltete Leitung 42 dient zur Beeinflussung der Verzögerungszeit der Zeitstufe 40 Hierdurch kann man bei großen Leistungssprüngen eine kürzere zulässige Zeit für die Abschaltung des Netzkurzschlusses vorgeben.

r· Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: Sobald sich die vom Leistungsmeßgerät 9 gemessene Leistung so schnell ändert, daß der Grenzwert des Grenzwertmelders 28 überschritten wird, entsteht an dessen Ausgang ein Signal, das sich selbst hält und einerseits die Zeitstufe 29 anstößt und andererseits den Schalltransistor 20 ausschaltet. Während der Laufzeit der Zeitstufe 29 erhält der untere Eingang des Und-Gliedes 26 ein Signal. Nach Ablauf der Zeitstufe 29 wird die 3elbsterhaltung des Signals am Ausgang des Grenzwertmelders 28 aufgehoben und damit der Schalttransistor 20 wieder eingeschaltet.

Der dem Schalttransistor 20 nachgeschaltete Analogwertspeicher 21 ist so ausgelegt, daß er bei eingeschaltetem Schalttransistor 20 eine Ausgangsspannung abgibt, die gleich der Eingangsspannung ist und daß er bei ausgeschaltetem Schalttransistor 20 seine Ausgangsspannung unverändert beibehält. Bis zur Ausschaltung des Schalttransistors 20 besitzen daher die Leitungen 22 und 24 das gleiche Potential, so daß der Ausgang des Differenzgliedes 23 den Wert Null hat. Nach Anstoßen der Zeitstufe 29, die eine einstellbare Laufzeit in der Größenordnung von 50 ms besitzt, wird sich das Potential auf der Leitung 22 entsprechend der jeweiligen momentan abgegebenen Leistung einstellen, während das Potential auf der Leitung 24 sich nicht mehr ändert.

Am Ausgang des Differenzgliedes 23 entsteht daher eine Spannung, die der Leistungsdifferenz vor und nach Ausschalten des Schalttransistors 20 proportions nal ist. Wenn diese Leistungsdifferenz den Schwellwert des Grenzwertmelders 25 überschreitet, steht ein Signal am oberen Eingang des Und-Gliedes 26 an. Die Und-Bedingung des Und-Gliedes 26 ist also erfüllt, wenn innerhalb der Laufzeit der Zeitstufe 29 die vom Differenzglied 23 gemessene Leistungsdiffe-

""" renz den einstellbaren Schwellwert des Grenzwertmelders 25 überschreitet.

Nach Anregung der Schutzeinrichtung durch den Differenzierkondensator 27 und den Grenzwertmelder 28 wird also geprüft, ob innerhalb einer einstellbaren kurzen Zeit (Verzögerungszeit der Zeitstufe 29) ein nennenswerter Leistungsabfall (Differenzglied 23) auftritt. Ist dies der Fall, ist die Und-Bedingung des Und-Gliedes 26 erfüllt, so wird dieses Ausgangssignal festgehalten, und es wird die dem Und-Glied 26 nachgeschaltete Zeitstufe 40 angestoßen. Die Zeitstufe 40 ist auf eine Zeit eingestellt, die etwa der Zeit entspricht, die für die Wiederkehr der Spannung hinsichtlich der Belastbarkeit der Welle 1 noch als zulässig angesehen wird (z. B. 150 ms). Nach Ablauf dieser Zeit erhält das Und-Glied 32 an seinem oberen Eingang ein Signal, der untere Eingang erhält immer dann ein Signal, wenn die Spannung mindestens einer Phase

noch niedriger ist als ein in der Unterspannungsmeßeinrichtung 10 eingestellter Mindestwert.

An Stelle der Unterspannungsmeßeinrichtung oder zusätzlich kann an einem Eingang des Und-Gliedes 32 auch der Ausgang einer anderen Meßeinrichtung angeschlossen sein, die geeignet ist festzustellen, ob der Netzkurzschluß noch besteht oder nicht. Hieizu läßt sich beispielsweise auch die abgegebene Leistung des Turbosatzes oder der jeweils fließende Strom als Kriterium verwenden. Es ist außerdem denkbar, den Schaltzustand der wesentlichen Schalter im Netz 6 abzufragen, um ein Kriterium dafür zu gewinnen, ob ein Netzkurzschluß noch besteht.

Ist nach Ablauf der Verzögerungszeit der Zeitstufe 40 der Fehler beseitigt, so ist die Und-Bedingung des

Und-Gliedes 32 nicht erfüllt und die Generator-Turbineneinheit bleibt mit dem Netz 6 verbunden. Ist zu dieser Zeit aber z. B. mindestens eine Spannung des Netzes 6 noch so weit unterhalb der Netzspannung, daß von der Unterspannungsmeßeinrichtung 10 und dem nachgeschalteten Oder-Glied 36 ein Signal abgegeben wird, so ist die Und-Bedingung des Und-Gliedes 32 erfüllt und die Auslösespule 12 wird veranlaßt, den Schalter 4 auszuschalten. Gleichzeitig kann auch das Ventil 7 geschlossen oder automatisch auf einen kleineren Durchlaßwert eingestellt werden. Es wäre auch denkbar, dieses Ventil abhängig vom Ausgang des Meßgerätes 41 zu steuern. Hierdurch lassen sich Pendelungen des Generators nach Wiederkehr der Spannung vermindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

b) Patentansprüche:

1. Schutzgerät für eine Generator-Turbineneinheii gegen Überbeanspruchung der Welle bei Spannungswiederkehr nach einem Netzkurzschluß, mit einer Unterspannungsmeßeinrichtung, die über eine Vergleichseinrichtung auf einen Schalter zwischen der Generator-Turbineneinheit und dem Netz im auslösenden Sinn einwirkt, wenn gleichzeitig die Auslösebedingung für eine zweite, der Vergleichseinrichtung vorgeschaltete Meßeinrichtung erfüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, der Vergleichseinrichtung (Und-&lied 32) vorgeschaltete Meßeinrichtung folgendermaßen aufgebaut ist:

a) Eine bei Auftreten einer Leistungsänderung angestoßene Zeitstufe (29) und eine Einrichtung zur Messung der innerhalb der Laufzeit der Zeitstufe (29) auftretenden Leistungsdifferenz [Differenzglied (23) mit Anaiogwertspeicher (21) und Schalttransistor (20) ] ist einem Leistungsmeßgerät (9) nachgeschaltet.

Der Einrichtung zur Messung der Leistungsdifferenz und der Zeitstufe (29) ist eine weitere Vergleichseinrichtung (Und-Glied 26) nachgeschaltet, die feststellt, ob vor Ablauf der Zeit der Zeitstufe (29) ein vorgegebener einstellbarer Wert für die gemessene Leistungsdifferenz überschritten wird.
Der weiteren Vergleichseinrichtung (Und-Glied 26) ist eine Zeitstufe (40) nachgeschaltet, deren Verzögerungszeit etwa der zulässigen Zeit für die Wiederkehr der Netzspannung entspricht.

Der Ausgang der Zeitstufe (40) ist an den zweiten Eingang der Vergleichseinrichtung (Und-Glied 32) angeschlossen.

2. Schutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (UND-Glied 32) zusätzlich von einer Einrichtung zur Messung der abgegebenen Leistung abhängig ist.

3. Schutzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vergleichseinrichtung (Und-Glied 32) und einem der Turbine (2) der Generator-Turbineneinheit vorgeschaltetes Ventil (7) eine Verbindung (8) besteht.

3. Schutzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vergleichseinrichtung (Und-Glied 32) und einem der Turbine (2) der Generator-Turbineneinheit vorgeschalteten Ventil (7) eine Verbindung (8) besteht.

4. Schutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zulässige Zeit für die Abschaltung des Netzkurzschlusses (Verzögerungszeit der Zeitstufe 40) von der Höhe der gemessenen Leistungsdifferenz (Meßgerät 41) abhängig ist.

c)