DE3887028T2

DE3887028T2 - Generator-Motorvorrichtung mit veränderbarer Geschwindigkeit.

Info

Publication number: DE3887028T2
Application number: DE88112627T
Authority: DE
Inventors: Akira Bando; Ikuro Miyashita; Hashime Nagai; Osamu Nagura; Hiroto Nakagawa; Yasuteru Oono; Keiji Saito
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1987-08-14
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2008-08-04
Also published as: EP0303171B1; EP0303171B2; JPH0683593B2; US4952852A; DE3887028D1; JPS6447297A; EP0303171A2; DE3887028T3; CA1289188C; EP0303171A3

Description

FELD DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer Generator-Motorvorrichtung mit veränderbarer Geschwindigkeit, und insbesondere auf eine Generator-Motorvorrichtung mit veränderbarer Geschwindigkeit mit wirtschaftlichen Schutzmaßnahmen gegen das Auftreten einer Erdungs- oder Kurzschlußstörung darin.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Eine Generator-Motorvorrichtung mit Wechselstromerregung, die oft in einem elektrischen Pumpspeicherkraftwerk mit veränderbarer Geschwindigkeit verwendet wird, umfaßt einen Generator-Motor mit einer an einem Stator und einem Rotor derselben vorgesehenen Anker- bzw. Feldwicklung, einen mit einem elektrischen Stromnetz verbundenen Haupttransformator, einen zwischen dem Haupttransformator und der Ankerwicklung des Generator-Motors vorgesehenen Synchronisierunterbrecher, einen Frequenzwandler wie einen Steuerumrichter, der Wechselspannung mit niedriger Frequenz zur Erregung der Feldwicklung erzeugt, einen Wandlertransformator zur Versorgung des Frequenzwandlers und einen zwischen dem Wandlertransformator und einer Verbindung von Haupttransformator und Synchronisierunterbrecher vorgesehenen Erregungsunterbrecher.
Wenn in der nachfolgenden Beschreibung nur von einem Generator-Motor gesprochen wird, wird dieser, um ihn von der Gesamtheit einer Generator-Motorvorrichtung zu unterscheiden, als elektrische rotierende Maschine oder einfach als rotierende Maschine bezeichnet.
Der Rotor der elektrischen rotierenden Maschine ist mechanisch mit einer Wasserpumpturbine verbunden, die selektiv als Primärantrieb oder als Last arbeiten kann. Wenn sie durch die Pumpturbine, die als Wasserturbine arbeitet, angetrieben wird, arbeitet die rotierende Maschine als Generator und speist elektrische Leistung ins Stromnetz durch eine Hauptschaltung der Generator-Motorvorrichtung, die aus dem Haupttransformator und dem Synchronisierunterbrecher besteht. Wenn andererseits die rotierende Maschine vom Stromnetz mit elektrischer Leistung versorgt wird, wirkt sie als Motor und treibt die als Wasserpumpe arbeitende Pumpturbine.
Bei der Generator-Motorvorrichtung wie oben erwähnt, kann durch Erregung der Feldwicklung mit Wechselspannung, deren Frequenz vom Unterschied zwischen einer durch die Frequenz des Stromnetzes festgelegten Synchrongeschwindigkeit und einer Drehgeschwindigkeit des Motors abhängt, die Frequenz einer Ausgangsspannung der als Generator arbeitenden elektrischen rotierenden Maschine konstant bei der Frequenz des Stromnetzes gehalten werden, frei von Fluktuationen einer Drehgeschwindigkeit der als Wasserturbine arbeitenden Pumpturbine.
Entsprechend kann in dem Fall, daß die rotierende Maschine als Motor arbeitet, eine Drehgeschwindigkeit der als Pumpe arbeitenden Pumpturbine unabhängig von der festen Frequenz der vom Stromnetz an die rotierende Maschine angelegten Spannung willkürlich geregelt werden. Dadurch kann die Pumpturbine sowohl bei Motorbetrieb als auch bei Generatorbetrieb mit angepaßter Geschwindigkeit auf die wirtschaftlichste Weise betrieben werden.
Ein Stand der Technik für eine Generator-Motorvorrichtung, angewandt auf ein elektrisches Pumpspeicherkraftwerk mit veränderbarer Geschwindigkeit, ist z. B. in der älteren europäischen Anmeldung EP-A-243 937 mit dem Titel "Variablespeed pumped-storage power generating System" offenbart.
Dieser zufolge enthält eine Hauptschaltung einer Generator- Motorvorrichtung einen Haupttransformator und einen in Reihe damit geschalteten Synchronisierunterbrecher. Ferner ist die Hauptschaltung zwischen einer Ankerwicklung einer elektrischen rotierenden Maschine und einem elektrischen Stromnetz gebildet und vermittelt elektrische Leistung zwischen diesen. Eine Erregungsschaltung für eine Feldwicklung der rotierenden Maschine enthält einen Steuerumrichter und einen Wandlertransformator. Der Steuerumrichter wird vom Wandlertransformator versorgt und liefert Wechselspannung mit der veränderlichen Frequenz an die Feldwicklung. Der Wandlertransformator ist mit einer Verbindung von Haupttransformator und Synchronisierunterbrecher über einen Erregungsunterbrecher verbunden. Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, sind daher Synchronisierunterbrecher und Erregungsunterbrecher bezüglich des Stromnetzes zueinander parallel geschaltet.
Bei der Anordnung des Erregungsunterbrechers wie oben erwähnt entsteht das folgende Problem. Es muß nämlich ein Erregungsunterbrecher eine größere Stromunterbrechungskapazität haben als ein Synchronisierunterbrecher. Zum Beispiel muß der Synchronisierunterbrecher einen von einem Stromnetz in eine rotierende Maschine fließenden Störungsstrom unterbrechen, wenn eine Erdungs- oder Kurzschlußstörung auf der Seite der rotierenden Maschine bezüglich des Unterbrechers auftritt, und einen von der rotierenden Maschine zum Stromnetz fließenden Störungsstrom unterbrechen, wenn eine solche Störung auf der Seite eines Haupttransformators oder des Stromnetzes bezüglich des Unterbrechers auftritt.
Im Gegensatz dazu muß der Erregungsunterbrecher einen zusammengesetzten Störungsstrom seitens sowohl des Stromnetzes als auch der rotierenden Maschine unterbrechen, wenn die Erdungs- oder Kurzschlußstörung in der Erregungsschaltung auftritt. Deswegen wird der vom Erregungsunterbrecher zu unterbrechende Strom ungefähr doppelt so groß wie der vom Synchronisierunterbrecher zu unterbrechende. Folglich ist als Erregungsunterbrecher ein kostspieliger Unterbrecher mit einer großen Stromunterbrechungskapazität erforderlich, mit der Folge, daß die Schutzmaßnahmen für eine Generator-Motorvorrichtung insgesamt kostspielig werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Generator-Motorvorrichtung mit wirtschaftlichen Schutzmaßnahmen anzugeben, die einen Störungsstrom zuverlässig durch einen Unterbrecher unterbrechen kann, der eine der Kapazität der Generator-Motorvorrichtung gut angepaßte Stromunterbrechungskapazität hat und daher einen vernünftigen Preis hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Generator-Motorvorrichtung mit variabler Geschwindigkeit mit Wechselspannungserregung, die einen Generator- Motor mit einer Ankerwicklung und einer Feldwicklung, von dem ein Rotor mechanisch mit einer Primärantriebslast verbunden ist, einen zwischen einer der Wicklungen des Generator-Motors und einem elektrischen Stromnetz vorgesehenen Haupttransformator, einen Synchronisierunterbrecher zum Verbinden der einen Wicklung mit dem elektrischen Stromnetz über den Haupttransformator und eine Erregungsschaltung einschließlich eines Frequenzwandlers zum Erregen der anderen Wicklung des Generatormotors und eines mit dem Frequenzwandler verbundenen Wandlertransformators umfaßt, wobei ferner ein Stromnetzunterbrecher vorgesehen ist, der in Reihe mit dem Haupttransformator zwischen das elektrische Stromnetz und den Synchronisierunterbrecher geschaltet ist, und der Wandlertransformator der Erregungsschaltung mit einer Verbindung zwischen Synchronisierunterbrecher und einer Reihenschaltung von Haupttransformator und Stromnetzunterbrecher verbunden ist, wobei die Erregungsschaltung nicht mit einem Erregungsunterbrecher versehen ist.
Mit der oben beschriebenen Anordnung von Unterbrechern sind, auch wenn eine Erdungs- oder Kurzschlußstörung in einer Erregungsschaltung auftritt, Stromnetzunterbrecher und Synchronisierunterbrecher ausreichend, um einen in einen Störungspunkt innerhalb der Erregungsschaltung vom Stromnetz bzw. vom Generator-Motor her fließenden Strom zu unterbrechen. Deswegen ist es nicht erforderlich, daß beide Unterbrecher eine unnötig große Stromunterbrechungskapazität haben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Prinzipschaltplan, der schematisch die Anordnung einer Generator-Motorvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 zeigt eine detaillierte Schaltungsanordnung eines Beispiels für einen in der Generator-Motorvorrichtung aus Fig. 1 verwendeten Frequenzwandler;
Fig. 3 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel für eine Schaltung zum Auslösen eines in der Generator- Motorvorrichtung aus Fig. 1 verwendeten Synchronisierunterbrechers und Stromnetzunterbrechers zeigt;
Fig. 4 ist eine Zeichnung, die ein anderes Beispiel einer Schaltung zum Auslösen beider in der Generator-Motorvorrichtung aus Fig. 1 verwendeten Unterbrecher zeigt; und
Fig. 5 ist ein Diagramm zur Erklärung der Betriebsabfolge der Schaltung aus Fig. 4.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN

Im folgenden wird eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erklärt, von denen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Anordnung einer Generator-Motorvorrichtung gemäß der Ausgestaltung zeigt, die auf ein elektrisches Pumpspeicherkraftwerk mit veränderbarer Geschwindigkeit angewandt wird.
Bei der Figur bezeichnet Bezugszeichen 10 eine Leitung eines elektrischen Stromnetzes und Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Haupttransformator, der mit der Stromnetzleitung 10 verbunden ist. Dabei soll in der folgenden Beschreibung eine Wicklung des Transformators 12 auf der Seite eines Generator-Motors als Primärwicklung und eine Wicklung desselben auf der Seite des Stromnetzes als Sekundärwicklung bezeichnet werden. Wie in der Figur gezeigt, hat der Transformator 12, der mit der Stromnetzleitung 10 durch seine Sekundärwicklung verbunden ist, mehrere Primärwicklungen (im gezeigten Beispiel zwei). Jede Primärwicklung kann mit einer Schaltung wie unten beschrieben verbunden werden, die einen einzelnen Generator-Motor enthält.
Ein erster Unterbrecher 14 ist mit einer der Primärwicklungen des Haupttransformators 12 verbunden. Obwohl in der Figur der erste Unterbrecher 14 mit der Primärwicklung des Haupttransformators 12 verbunden ist, kann er auf dessen Sekundärseite, d. h. zwischen dem Haupttransformator 12 und der Stromnetzleitung 10, vorgesehen werden, wenn ein einzelner Generator-Motor zugeordnet ist. In diesem Fall kann die erforderliche Stromunterbrechungskapazität des ersten Unterbrechers 14 verringert werden. Ein zweiter Unterbrecher ist ferner in Reihe mit der Reihenschaltung von Haupttransformator 12 und erstem Unterbrecher 14 geschaltet. Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Generator-Motor, der wie bereits beschrieben als elektrische rotierende Maschine oder einfach als rotierende Maschine bezeichnet wird, um ihn von der Gesamtheit einer Generator-Motorvorrichtung zu unterscheiden. Ein Rotor der elektrischen rotierenden Maschine 18 ist mechanisch mit einer (nicht gezeigten) Pumpturbine als Primärantriebslast verbunden, und dreht sich zusammen mit dieser.
Die rotierende Maschine 18 hat eine Ankerwicklung 20 an einem Stator derselben und eine Feldwicklung 22 am Rotor. Im gezeigten Beispiel ist die rotierende Maschine 18 daher vom sog. Drehfeldtyp, jedoch ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Typ von rotierender Maschine 18 beschränkt. Ein neutraler Punkt der Ankerwicklung 20 ist durch einen Erdwiderstand 26 geerdet.
Zwischen einer Verbindung 28 beider Unterbrecher 14 und 16 und der Feldwicklung 22 liegt eine Erregungsschaltung, die aus einem über eine Leitung 32 von der Verbindung 28 mit Wechselspannung versorgten Wandlertransformator 30 und einem Frequenzwandler 34 zum Wandeln der Frequenz der vom Transformator 30 ausgegebenen Spannung und zum Erregen der Feldwicklung 22 besteht. In der gezeigten Ausgestaltung wird ein Steuerumrichter als Frequenzwandler 34 benutzt. Um Erregungswechselspannung mit ausgezeichneter Wellenform zu erhalten, wird die Erregungsschaltung benutzt, deren detaillierte Anordnung in Fig. 2 gezeigt ist.
In der nachfolgenden Beschreibung wird der erste Unterbrecher 14 als Stromnetzunterbrecher bezeichnet, da er bezüglich der Verbindung 28 auf der Seite des elektrischen Stromnetzes vorgesehen ist, wohingegen der zweite Unterbrecher 16 entsprechend dem Stand der Technik als Synchronisierunterbrecher bezeichnet wird. Ferner kann die Verbindung 28 auch als Abzweigungspunkt der Erregungsschaltung von der Hauptschaltung angesehen werden. Ferner treten im folgenden Fälle auf, daß innerhalb der Hauptschaltung eine Schaltung auf der Seite der rotierenden Maschine 18 bezüglich der Verbindung 28 gesondert als ankerseitige Schaltung bezeichnet wird.
In Fig. 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 gleiche Teile. Obwohl der Wandlertransformator und der Steuerumrichter in Fig. 1 einzelne Bezugszeichen 30 oder 34 erhalten haben, bestehen sie tatsächlich aus drei Transformatoren 301 bis 303 entsprechend den Phasen R, S, T der dreiphasigen Feldwicklung 22 und aus drei Steuerumrichtern 341 bis 343, die mit den entsprechenden Transformatoren verbunden sind, wie in Fig. 2 gezeigt.
Ausgangsspannungen der drei Steuerumrichter 341 bis 343 werden durch den entsprechenden, auf einer Rotorachse der rotierenden Maschine 18 vorgesehenen Schleifring 221 entsprechenden Wicklungen der Feldwicklung 22 zugeführt. Ferner bezeichnet Bezugszeichen 222 einen Schleifring, der auch an der Rotorachse vorgesehen ist, und durch den ein neutraler Punkt des Steuerumrichters 34 mit dem der Feldwicklung 22 verbunden ist.
Im Fall von Fig. 2 wird ein Zwölfphasen-Gleichrichtungssystem verwendet, um das Auftreten von Harmonischen zu unterdrücken. Deswegen hat jeder der Transformatoren 301 bis 303 zwei Sekundärwicklungen, von denen eine in Dreiecksschaltung und die andere in Sternschaltung gebildet ist. Ferner besteht jeder der drei Steuerumrichter 341 bis 343 aus einem Paar von Einheitsunrichtern. Ein weiter detaillierter Aufbau des Steuerumrichters 34 wird hier nicht dargelegt, da er hinsichtlich der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich ist.
Wieder bezogen auf Fig. 1 wird eine Steuerschaltung für die Generator-Motorvorrichtung beschrieben. Bezugszeichen 40 bezeichnet einen Phasendetektor, der eine Phase θs (ein Integral der Frequenz) als Bezugssignal zur Steuerung der Erregung der Feldwicklung 22 durch den Steuerumrichter 34 bestimmt. Der Phasendetektor 40 umfaßt Spannungstransformator 42, Spannungsphasenberechner 44 und Schlupfphasenberechner 46. Der Transformator 42 und der Berechner 44 sind vorgesehen, um eine Phase θv der Spannung des Stromnetzes zu erfassen.
Der Berechner 46 empfängt ein Drehphasensignal θr von einem geeigneten Detektor 48 wie einem mechanisch mit dem Rotor 22 der rotierenden Maschine 18 gekoppelten Synchron-Funktionsgeber sowie das wie oben angegeben erhaltene Phasensignal θv und berechnet eine Schlupfphase θs auf der Grundlage der Differenz von θv und θr. Die so erhaltene Schlupfphase θs wird als das oben erwähnte Bezugssignal bei der Erregungssteuerung der Feldwicklung 22 der rotierenden Maschine 18 verwendet.
Bezugszeichen 50 bezeichnet eine Erregungssteuerung, die das Schlupfphasensignal θs aufnimmt und eine Steueranweisung zum Einstellen einer Amplitude und einer Phase eines der Feldwicklung 22 zugeführten Wechselstroms erzeugt, wobei diese Anweisung synchron mit dem Schlupfphasensignal θs rotiert. Die Steueranweisung ist gekoppelt mit dem automatischen Pulsphasenschieber 52, in dem ein Gatepulssignal für den Steuerumrichter 34 entsprechend der zugeführten Steueranweisung erzeugt wird.
Ferner enthält die Generator-Motorvorrichtung ein Störungserkennungs- und Schutzsystem wie unten beschrieben. In Fig. 1 stellen die mit "OCR" oder "RDfR" bezeichneten Blöcke Überstromrelais bzw. Verhältnisfehlerrelais dar. Die Relais 61 bis 66 sind mit einem speziellen Stromtransformator oder Transformatoren 71 bis 76 verbunden, die an geeigneten Stellen von Haupt- und Erregungsschaltung der Generator-Motorvorrichtung eingefügt sind. Details der Funktionen der Relais 61 bis 66 sind wie folgt.
In der folgenden Beschreibung wird jedes Relais durch ein in einen entsprechenden Block eingezeichnetes Bezugszeichen und ein Stromtransformator durch eine Abkürzung CT bezeichnet.
OCR 61: ein Relais zum Schutz vor Überstrom durch eine Erdungs- oder Kurzschlußstörung in der ankerseitigen Schaltung, auf der Grundlage eines Ausgangssignals des CT 71;
RDfR 62: ein Relais zum Schutz vor einer Störung in einer Schaltung innerhalb eines durch die CTs 71 und 72 abgedeckten Bereichs, auf der Grundlage von Ausgangssignalen dieser CTs, (die Erkennung einer solchen Störung wird als interne Störungserkennung bezeichnet);
OCR 63: ein Relais zum Schutz vor Überstrom durch eine Störung, insbesondere zwischen dem Neutralpunkt 24 und der Masse, auf der Grundlage eines Ausgangssignals vom CT 73;
RDfR 64: ein Relais zum Schutz vor einer internen Störung zwischen CTs 71 und 73, insbesondere in der Nachbarschaft des Neutralpunkts 24, auf der Grundlage von Ausgangssignalen der CTs 71, 72 und 73;
OCR 65: ein Relais zum Schutz vor Überstrom durch eine Störung in der Erregungsschaltung, auf der Grundlage eines Ausgangssignals des CT 74; und
RDfR 66: ein Relais zum Schutz vor einer internen Störung in einer Schaltung innerhalb eines von den CTs 74, 75 und 76 abgedeckten Bereichs auf der Grundlage von Ausgangssignalen dieser CTs.
Obwohl zusätzlich zu den oben aufgelisteten Relais diverse Relais zum Schutz vor Anomalitäten oder Störungen der Steuerumrichter 34 vorgesehen werden können, sind sie in dieser Ausgestaltung fortgelassen. Wenn sie vorgesehen sind, können Ausgangssignale dieser Relais analog zu den Ausgangssignalen der Relais 61 bis 66 wie oben aufgelistet behandelt werden.
Bezogen zunächst auf Fig. 3 wird das einfachste Beispiel des Schutzvorgangs für die Generator-Motorvorrichtung beschrieben. In Fig. 3 bezeichnen Bezugszeichen 14T und 16T Auslösespulen des Stromnetzunterbrechers 14 bzw. des Synchronisierunterbrechers 16, und Bezugszeichen 142 und 162 bezeichnen Hilfskontakte (üblicherweise als Ankerkontakte bezeichnet) der Unterbrecher 14 bzw. 16, die zusammen mit dem Schließen und Öffnen des entsprechenden Unterbrechers 14, 16 geschlossen oder geöffnet werden. Bezugszeichen 801 ist ein normalerweise offener Kontakt eines Relais 80 (nicht gezeigt).
Das Relais 80 wird erregt, um seinen Kontakt 801 zu schliessen, wenn wenigstens eines der oben aufgelisteten Relais 61 bis 66 arbeitet. Sobald der Kontakt 801 geschlossen ist, wird dessen Zustand gehalten, bis es von Hand ausgelöst wird. In den meisten Fällen wird das Relais 80 nicht erregt, wenn nur eines der Relais 61 bis 66 arbeitet, sondern, wenn mehr als zwei von diesen zusammen arbeiten. Zum Beispiel wird es erregt, wenn OCR 65 und RDfR 66 beide eine Störung in der Erregungsschaltung erkennen.
Der Betrieb der Schaltung aus Fig. 3 ist wie folgt. Wenn die elektrische rotierende Maschine 18 mit der Stromnetzleitung 10 über die geschlossenen Unterbrecher 14, 16 verbunden ist und normal arbeitet, ist der Kontakt 801 geöffnet, wohingegen die Ankerkontakte 142, 162 geschlossen sind, wie in der Figur gezeigt. Folglich sind die Auslösespulen 14T, 16T beide im entregten Zustand.
Wenn eine Störung durch die Relais 61 bis 66 erkannt wird, und das (nicht gezeigte) Relais 80 dementsprechend erregt wird, wird der Kontakt 801 geschlossen, und folglich werden die Auslösespulen 14T und 16T erregt. Bei Erregung der Auslösespulen 14T und 16T werden die Unterbrecher 14 und 16 fast gleichzeitig geöffnet, wodurch ein Störungsstrom unterbrochen wird. Ferner werden, wenn die Unterbrecher 14, 16 geöffnet werden, auch ihre Ankerkontakte 142, 162 geöffnet, wodurch die Ströme durch die Auslösespulen 14T, 16T nach dem Auslösen der Unterbrecher 14, 16 gestoppt werden.
Verglichen mit einem durch einen Erregungsunterbrecher zu unterbrechenden Strom nach dem Stand der Technik, ist ein durch die Unterbrecher 14, 16 in der gezeigten Ausgestaltung zu unterbrechender Strom nicht so groß, auch im Fall einer Störung in der Erregungsschaltung, in dem der Erregungsunterbrecher nach dem Stand der Technik den stärksten Strom zu unterbrechen hatte. Bei dieser Ausgestaltung unterbricht der Unterbrecher 14 nur einen aus dem Stromnetz in einen Störungspunkt innerhalb der Erregungsschaltung fließenden Strom, wohingegen der Unterbrecher 16 nur einen aus der rotierenden Maschine 18 dorthin fließenden Strom unterbricht.
Oben wurde ein Schutzvorgang beschrieben, bei dem beide Unterbrecher 14, 16 fast gleichzeitig miteinander geöffnet werden, wenn eine Störung erkannt wird. Es gibt jedoch den Fall, in dem es bevorzugt ist, die Auslösung eines der beiden Unterbrecher zeitlich vorzuziehen. Wenn z. B. eine Störung in der ankerseitigen Schaltung auftritt, wird der Synchronisierunterbrecher 16 zuerst geöffnet, und der Stromnetzunterbrecher 14 wird nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung geöffnet, wodurch die in der in der Induktivität der Feldwicklung 22 während des Normalbetriebs gespeicherte Energie ins Stromnetz zurückgeführt werden kann.
Der oben erwähnte Schutzvorgang kann durch eine Folgeschaltung, wie nachfolgend beschrieben, durchgeführt werden. In Fig. 4 ist ein Beispiel einer solchen Folgeschaltung gezeigt. In der Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder Symbole dieselben Teile wie in Fig. 3. Ferner bezeichnen in Fig. 4 Bezugszeichen 82, 84, 88 und 90 Hilfsrelais, von denen das Relais 88 zwei Relaisspulen A und B hat. Verschiedene in der Figur gezeigte Kontakte sind wie folgt.
621, 641: normalerweise offene Kontakte von RDfR 62 bzw. 64;
821, 823: normalerweise offene Kontakte des Relais 82, die bei Erregung des Relais sofort geschlossen werden, und bei Entregung desselben mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung geöffnet werden;
882: ein normalerweise geschlossener Kontakt des Relais 82, der sich synchron mit den Kontakten 821, 823 bewegt, d. h., der bei Erregung des Relais sofort geöffnet und bei Entregung desselben mit der vorgegebenen Zeitverzögerung geschlossen wird;
842: ein normalerweise geschlossener Kontakt des Relais 84, der bei Erregung des Relais geöffnet wird, und auch bei Entregung desselben in diesem Zustand bleibt, bis er von Hand geschlossen wird;
861, 863: normalerweise offene Kontakte des Relais 86 (nicht gezeigt) zum Schutz gegen eine Störung in anderen Schaltungen als einer ankerseitigen Schaltung;
880: ein Umschaltkontakt des Relais 88 mit zwei festen Kontakten a und b. Wenn die Spule A erregt ist, ist der Kontakt 880 auf der Seite des Kontakts a geschlossen, und wenn die Spule B erregt ist, ist er auf der Seite des Kontakts b geschlossen. Normalerweise ist der Kontakt 880 auf der Seite des Kontakts b geschlossen;
881, 883: Kontakte des Relais 88, die geöffnet sind, wenn der Kontakt 880 auf der Seite des Kontakts b ist, und die andernfalls geschlossen sind;
882: ein Kontakt des Relais 88, der geschlossen ist, wenn der Kontakt 880 auf der Seite des Kontakts b geschlossen ist, und der andernfalls geöffnet ist;
901 : ein normalerweise offener Kontakt des Relais 90, der bei Erregung des Relais mit einer bestimmten Zeitverzögerung geschlossen wird, und der bei Entregung desselben sofort geöffnet wird; und
163: ein Hilfskontakt des Unterbrechers 16, der zusammen mit Öffnung und Schließung des Unterbrechers 16 geöffnet und geschlossen wird.
Im folgenden wird der Betrieb der Schaltung aus Fig. 4 mit Bezug auf Fig. 5 erläutert, in der die Änderung der Zustände der Relais, Kontakte, Spulen und Unterbrecher in der Schaltung aus Fig. 4 dargestellt ist. Ferner ist in Fig. 5 ein geschlossener Zustand der Kontakte und Unterbrecher mit EIN bezeichnet und ein offener Zustand derselben mit AUS. Bezugszeichen auf der linken Seite in jeder Zeichnung von Fig. 5 entsprechen den Bezugszeichen der Kontakte in Fig. 4.
Der Zustand jedes in Fig. 4 gezeigten Kontakts ist ein Zustand in dem Fall, daß die Generator-Motorvorrichtung normal weiterarbeitet. Wenn sie normal arbeitet, sind der Stromnetzunterbrecher 14 und der Synchronisierunterbrecher 16 beide geschlossen, so daß ihre Ankerkontakte 142, 162 auch geschlossen sind, aber der Hilfskontakt 163 des Unterbrechers 16 offen ist.
In einem solchen Normalbetriebszustand der Generator-Motorvorrichtung sind alle Relais 82, 84, 88, 90 und die Auslösespulen 14T, 16T im entregten Zustand, Kontakte 822, 842 und 882 sind geschlossen, und der Rest der Kontakte ist offen. Ferner ist der Umschaltkontakt 880 auf der Seite des Kontakts b geschlossen. Bezüglich des obigen siehe den Zustand vor dem Zeitpunkt t&sub0; in Fig. 5.
Zunächst werde angenommen, daß eine Störung in der ankerseitigen Schaltung zum Zeitpunkt t&sub0; auftritt. Die ankerseitige Schaltung ist wie bereits beschrieben eine Schaltung auf der Seite der rotierenden Maschine 18, bezüglich der Verbindung 28.
Im oben beschriebenen Fall müssen entweder RDfR 62 oder 64 die interne Störungserkennung durchführen, so daß entweder der Kontakt 621 oder 641 geschlossen wird (vgl. Fig. 5(a)). Im in Fig. 4 gezeigten Beispiel sind die Kontakte 621, 641 zueinander parallel geschaltet. Die Verdrahtungskonfiguration der Kontakte in diesem Bereich bestimmt den Anfangszustand des Schutzvorgangs. Zum Beispiel können die Kontakte der OCRs 61, 63 in Reihe zu den Kontakten 621 bzw. 641 hinzugefügt werden, wenn notwendig. Verschiedene Veränderungen oder Abwandlungen von Kombinationen der Kontakte in diesem Bereich sind denkbar. In jedem Fall muß die Verdrahtungskonfiguratin der Kontakte in diesem Bereich entsprechend der Notwendigkeit, den Schutzvorgang durchzuführen, festgelegt werden.
Wenn entweder der Kontakt 621 oder 641 zum Zeitpunkt t&sub1; geschlossen wird, werden die Relais 82, 84 erregt (vgl. Fig. 5(b) und (e)). Dadurch werden zum Zeitpunkt t&sub2; die Kontakte 821, 823 schnell geschlossen sowie der Kontakt 822 schnell geöffent (vgl. Fig. 5(c) und (d)). Der Kontakt 842 wird zum Zeitpunkt t&sub3; geöffnet und anschließend offen gehalten (vgl. Fig. 5(f)). Ferner ist festzuhalten, daß die Zeitskala in diesen Figuren etwas übertrieben ist.
Durch Schließen des Kontakts 823 zum Zeitpunkt t&sub2; beginnt die Erregung der Auslösespule 16T, da der Ankerkontakt 162 immer noch geschlossen ist (vgl. Fig. 5(g) und (j)). Der Synchronisierunterbrecher 16 wird zum Zeitpunkt t&sub5; ausgelöst (vgl. Fig. 5(h)). Gleichzeitig damit wird der Ankerkontakt 162 geöffnet und der Kontakt 163 geschlossen (vgl. Fig. 5(j) und (i)), wodurch die Erregung der Auslösespule 16T zum Zeitpunkt t&sub5; beendet wird (vgl. Fig. 5(g)).
Auf diese Weise wird durch Auslösen des Synchronisierunterbrechers 16 die Ankerwicklung 20 der rotierenden Maschine 18 elektrisch vom Stromnetz getrennt, so daß ein Störungsstrom niemals aus dem Stromnetz in einen Störungspunkt innerhalb der ankerseitigen Schaltung fließt, d. h. eine Störung wird beseitigt, wodurch RDfRs 62, 64 freigegeben werden und dementsprechend deren Kontakte 621, 641 wieder geöffnet werden (vgl. Fig. 5(a)).
Außerdem wird, da der Kontakt 821 zum Zeitpunkt t&sub2; geschlossen wird (vgl. Fig. 5)c)), die Spule A des Relais 88 erregt, und der Umschaltkontakt 880 wird zum Zeitpunkt t4 auf den Kontakt a umgeschaltet. Gleichzeitig wird der Kontakt 882 geöffnet und die Kontakte 881, 883 geschlossen (vgl. Fig. 5(k) und (l)). Durch Öffnen des Kontakts 882 entsteht niemals eine Erregungsschaltung für die Auslösespule 14T. Das bedeutet, daß, wenn eine Störung in der armierungsseitigen Schaltung auftritt, nur der Synchrnisierunterbrecher 16 zunächst geöffnet wird, und der Stromnetzunterbrecher 14 eine Zeitlang am Auslösen gehindert wird.
Ferner wird, da der Kontakt 881 zum Zeitpunkt t&sub4; geschlossen wird, (vgl. Fig. 5(l)), eine Gateverschiebungsanweisung an die Erregungssteuerung 50 gegeben (vgl. Fig. 5(m)). Die Gateverschiebungsanweisung ist verfügbar, um die in der Steuerung 50 erzeugte Steueranweisung zu verändern, so daß das im Phasenschieber 52 auf der Grundlage der veränderten Steueranweisung erzeugte Gatepulssignal veranlaßt, daß der Steuerumrichter 34 als Wechselrichter arbeitet. Dadurch kann der als Wechselrichter arbeitende Steuerumrichter 34 die in der Induktivität der Feldwicklung 22 im Normalbetrieb der rotierenden Maschine 18 gespeicherte Energie durch den noch geschlossenen Stromnetzunterbrecher 14 ins Stromnetz zurückführen.
Auch das Relais 90 wird durch Schließen des Kontakts 883 ab dem Zeitpunkt t&sub4; erregt (vgl. Fig. 5(n)) und der Kontakt 901 wird nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung τ&sub2; zum Zeitpunkt t&sub6; geschlossen (vgl. Fig. 5(o)). Dadurch wird die Spule B des Relais 88 erregt, wodurch der Umschaltkontakt 880 vom Kontakt a zu Kontakt b zum Zeitpunkt t&sub7; umgeschaltet wird. Gleichzeitig wird der Kontakt 882 geschlossen und die Kontakte 881, 883 geöffnet (vgl. Fig. 5(k) und (l)).
Obwohl der Kontakt 882 geschlossen ist, wird die Auslösespule 14T noch nicht erregt, da der Kontakt 822 vom zeitverzögert zurückgesetzten Typ noch offen ist (vgl. Fig. 5(d)). Ferner verschwindet durch Öffnen der Kontakte 881 und 883 die Gateverschiebungsanweisung und das Relais 90 wird freigegeben, zum Zeitpunkt t&sub7; (vgl. Fig. 5(m) und (n)). Ein Zeitraum, in dem der Steuerumrichter 34 als Wechselrichter arbeitet, ist fast durch die Zeitkonstante τ&sub2; des zeitverzögert wirkenden Kontakts 901 bestimmt.
Wenn der Zeitpunkt t&sub8; erreicht ist, wird der zeitverzögert zurückgesetzte Kontakt 822 wieder geschlossen (vgl. Fig. 5(d)). Obwohl auch die Kontakte 821, 823 derselben Art geöffnet werden (vgl. Fig. 5(c)), tritt kein Einfluß hierdurch auf. Wenn der Kontakt 822 geschlossen wird, wird die Auslösespule 14T erregt (vgl. Fig. 5(p)), da die Kontakte 163, 882 und der Ankerkontakt 142, die in einer Erregungsschaltung der Auslösespule 14T enthalten sind, alle geschlossen sind (vgl. Fig. 5(i), (k) und (r)).
Dadurch wird zum Zeitpunkt t&sub9; der Stromnetzunterbrecher 14 ausgelöst (vgl. Fig. 5(q)). Gleichzeitig damit wird der Ankerkontakt 142 geöffnet und anschließend die Erregung der Auslösespule 14 beendet (vgl. Fig. 5(r) und (p)). Durch Auslösen des Stromnetzunterbrechers 14 wird die Erregungsschaltung der rotierenden Maschine 18 vom Stromnetz getrennt.
Aus der vorangegangenen Beschreibung wird deutlich, daß ein Zeitintervall oder eine Verzögerung Td zwischen dem Auslösen des Synchronisierunterbrechers 16 und dem des Stromnetzunterbrechers 14 im wesentlichen durch eine Zeitkonstante τ&sub1; des zeitverzögerten Rücksetzkontakts 822 eingestellt wird.
Als nächstes wird der Schutzvorgang gegen eine Störung erläutert, die in anderen Schaltungen als der ankerseitigen Schaltung, d. h. in der Erregungsschaltung der rotierenden Maschine 18 oder in einer Schaltung auf der Seite des Stromnetzes bezüglich der Verbindung 28 auftritt.
In diesem Fall arbeitet OCR 65, und/oder RDfR 66 führt die interne Störungserkennung durch. Das (nicht gezeigte) Relais 86 arbeitet in Reaktion auf den Betrieb dieser Relais 65, 66. Dadurch werden die Kontakte 861, 863 geschlossen, so daß die Auslösespulen 14T, 16T fast gleichzeitig erregt werden. Daher werden gegen die Störung in diesem Fall der Synchronisierunterbrecher 16 und der Stromnetzunterbrecher 14 fast gleichzeitig miteinander in derselben Weise wie in Fig. 3 geöffnet.
Wie oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Reihenschaltung eines Stromnetzunterbrechers und eines Haupttransformators in Reihe mit einem Synchronisierunterbrecher zwischen ein Stromnetz und einen Generator- Motor geschaltet, und eine Erregungsschaltung für den Generator-Motor ist zwischen einer Feldwicklung des Generator-Motors und einer Verbindung der Reihenschaltung und des Synchronisierunterbrechers vorgesehen, so daß beide Unterbrecher von der Stromnetzseite bzw. der Generator-Motorseite her fließende Störungsströme getrennt unterbrechen.
Bei der oben genannten Anordnung eines Stromnetzunterbrechers und eines Synchronisierunterbrechers braucht ersterer, der anstelle eines Erregungsunterbrechers nach dem Stand der Technik verwendet wird, keine so große Stromunterbrechungskapazität wie der Erregungsunterbrecher nach dem Stand der Technik. Folglich kann eine Generator- Motorvorrichtung mit wirtschaftlichen Schutzmaßnahmen verwirklicht werden.

Claims

1. Generator-Motorvorrichtung mit Wechselstromerregung, mit:

einem Generator-Motor (18) mit einer Ankerwicklung und einer Feldwicklung, von dem ein Rotor mechanisch mit einer Primärantriebslast verbunden ist;

einem zwischen einer der Wicklungen des Generator-Motors und einem elektrischen Stromnetz vorgesehenen Haupttransformator (12);

einem Synchronisierunterbrecher (16) zum Verbinden der einen Wicklung des Generator-Motors mit dem elektrischen Stromnetz über den Haupttransformator; und

einer Erregungsschaltung einschließlich eines Frequenzwandlers (34) zum Erregen der anderen Wicklung des Generator-Motors (18) und eines mit dem Frequenzwandler (34) verbundenen Wandlertransformators (30),

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Stromnetzunterbrecher (14) vorgesehen ist, der in Reihe mit dem Haupttransformator (12) zwischen das elektrische Stromnetz (10) und den Synchronisierunterbrecher (16) geschaltet ist; und

daß die Erregungsschaltung von einer Verbindung (28) zwischen dem Synchronisierunterbrecher (16) und einer Reihenschaltung des Haupttransformators (12) und des Stromnetzunterbrechers (14) abgezweigt ist, wobei die Erregungsschaltung nicht mit einem Erregungsunterbrecher versehen ist.

2. Generator-Motorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromnetzunterbrecher (14) mit dem Haupttransformator auf der Seite des Generator-Motors (18) bezüglich des Haupttransformators (12) verbunden ist.

3. Generator-Motorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromnetzunterbrecher (14) mit dem Haupttransformator (12) auf der Seite des elektrischen Stromnetzes (10) bezüglich des Haupttransformators (12) verbunden ist.

4. Generator-Motorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stromnetzunterbrecher (14) und Synchronisierunterbrecher (16) im wesentlichen gleichzeitig ausgelöst werden.

5. Generator-Motorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn eine Störung auf der Seite des Generator-Motors (18) bezüglich einer Abzweigverbindung (28) der Erregungsschaltung erkannt wird, der Synchronisierunterbrecher (16) fast sofort ausgelöst wird, und daß anschließend der Stromnetzunterbrecher (14) mit einer bestimmten Zeitverzögerung ausgelöst wird.

6. Generator-Motorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn eine Störung in der Erregungsschaltung und in einer Schaltung auf der Seite des elektrischen Stromnetzes (10) bezüglich der Abzweigverbindung (28) der Erregungsschaltung erkannt wird, der Stromnetzunterbrecher (14) und der Synchronisierunterbrecher (16) im wesentlichen gleichzeitig ausgelöst werden.