DE3918116A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung der funktion von rotierenden gleichrichtern eines turbogenerators - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Über­ wachung der Funktion von Gleichrichtern, insbesondere Dioden, in einem rotierenden Gleichrichterrad eines Turbogenerators mit mehreren Gleichrichtern sowie eine entsprechende Über­ wachungsvorrichtung.

Rotierende Gleichrichteranordnungen sind beispielsweise aus der DE-AS 14 88 761, der CH-PS 4 38 475, der DE-AS 24 33 464 und der DE-PS 32 06 388 bekannt. Für die Betriebssicherheit eines Generators ist es von Bedeutung, den Ausfall eines ro­ tierenden Gleichrichters oder, bei Gleichrichtern mit mehre­ ren parallelen Zweigen, den Ausfall eines Gleichrichterzweiges frühzeitig festzustellen. Verschiedene Überwachungsvorrichtung­ gen hierzu sind bekannt, die jedoch alle optische oder elektri­ sche Signalleitungen im Bereich des Gleichrichterrades erfor­ dern.

Aus der EP-A 02 28 613 ist weiter ein Verfahren zur Teilent­ ladungserfassung und Abreißfunkenmessung bei dynamoelektrischen Hochspannungsmaschinen bekannt sowie eine Einrichtung zu seiner Durchführung. Gemäß diesem Stand der Technik werden elektrische Signale kapazitiv und/oder induktiv aus dem Bereich des Turbo­ generators ausgekoppelt und weiter verarbeitet. Bezüglich der hierzu notwendigen Vorrichtungen wird ausdrücklich auf diese Schrift Bezug genommen. Dort ist auch erwähnt, daß mit der Meß­ einrichtung auch Impulse empfangen werden können, die auf Schaltvorgänge der Gleichrichter zurückzuführen sind. Diese Signale wurden als für die dort angestrebten Messungen störend betrachtet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Über­ wachung der Funktion von Gleichrichtern in einem rotierenden Gleichrichterrad eines Turbogenerators, welches ohne direkte Signalleitungen zum Gleichrichterrad auskommt und die aus dem Turbogenerator auskoppelbaren Signale, die bei Schaltvorgängen der Gleichrichter entstehen, ausnutzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die vorliegende Erfindung, daß die in an sich bekannter Weise aus dem Turbogenerator ausgekoppelten hochfrequenten elektromagnetischen Schwingun­ gen verstärkt und in einer Meßeinrichtung erfaßt und/oder sichtbar gemacht werden sollen, wobei weiter das Vorhandensein und/oder die Höhe und/oder das Frequenzspektrum der Kommutie­ rungsimpulse jedes Gleichrichters in den ausgekoppelten Schwingungen des Turbogenerators überwacht werden und wobei ferner beim Fehlen oder bei einer Abweichung in Höhe und/oder im Frequenzspektrum mindestens eines der Kommutierungs­ impulse eine Meldung und/oder eine Abschaltung des Turbo­ generators ausgelöst wird. Es hat sich gezeigt, daß die bei der Teilentladungserfassung als störend auftretenden Impulse der Gleichrichter sich für eine einfache Überwachung der Funktion der Gleichrichter eignen. Die Kommutierungsimpulse der Gleichrichter treten in regelmäßigen Abständen auf und lassen sich durch Vergleich mit der Phasenlage der Generator­ spannung bzw. durch Zuordnung zu dem jeweiligen Polradwinkel des Turbogenerators exakt den einzelnen Gleichrichtern zu­ ordnen. Durch einfache Zählung der Impulse pro Wellenum­ drehung kann daher schon eine erste Aussage über die Funktion aller Gleichrichter getroffen werden.

Bei Anordnungen mit jeweils mehreren parallelen Gleichrichter­ zweigen pro Gleichrichter fällt natürlich der Kommutierungs­ impuls eines Gleichrichters nicht vollständig aus, wenn nur einer oder wenige Gleichrichterzweige ausfallen. Allerdings nimmt die Höhe des betreffenden Kommutierungsimpulses ab, was ebenfalls meßbar ist. Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, müssen hierzu ggf. Kommutierungsimpulse der Gleichrichter über mehrere Vollwellen der Generatorspannung bzw. mehrere Umdrehungen des Turbogenerators jeweils integriert werden, was jedoch technisch kein Problem darstellt, wohl aber die Ansprechzeiten einer Melde- oder Abschaltvorrichtung gering­ fügig verlängert. Bei großen Maschinen mit z. B. 20 parallelen Gleichrichterzweigen pro Gleichrichter macht sich der Ausfall eines Gleichrichterzweiges nur durch eine Impulshöhenänderung von 5% bemerkbar, was erst bei entsprechender Meßgenauigkeit durch genügend lange Integrationszeiten feststellbar wird. Durch den Ausfall eines parallelen Gleichrichterzweiges ändert sich auch das Frequenzspektrum des Impulses. Durch eine Fre­ quenzanalyse der Impulse läßt sich dies erfassen, beispiels­ weise mittels einer Echtzeit-Fourrieranalyse. Eine Mittelwert­ bildung über mehrere Spannungsperioden unterdrückt externe Störeinflüsse. Helfen kann bei den Messungen der Vergleich der einzelnen Impulse mit früher gemessenen und gespeicherten Impulsen bzw. deren Frequenzspektren, wodurch relative Ver­ änderungen genauer feststellbar sind.

Wie anhand der Zeichnung näher erläutert wird, besteht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung der Funktion von Gleichrichtern neben der an sich bekannten Auskopplungs­ einrichtung für im Turbogenerator entstehende hochfrequente Schwingungen aus folgenden Teilen:

• a) einer selektiven Meßeinrichtung zur Erfassung der Kommu­ tierungsimpulse,
• b) einer Kontrollstufe zur Zuordnung von Kommutierungsimpulsen zu einzelnen Gleichrichtern durch Vergleich mit der Phasenlage der Generatorspannung und/oder dem Polradwinkel des Turbogene­ rators,
• c) einer Zählstufe zur Zählung der Kommutierungsimpulse pro Vollwelle der Generatorspannung,
• d) einer Integrationsstufe zur Integration der einzelnen Kommu­ tierungsimpulse über mehrere Vollwellen,
• e) mindestens einem Speicher zur Aufnahme von gemessenen Höhen oder Formen von Kommutierungsimpulsen,
• f) einem Vergleicher zum Vergleichen von gespeicherten und neuen Meßwerten und
• g) Vorrichtungen zur Abschaltung und/oder Meldungen von Stö­ rungen, insbesondere bei Ausfall oder Veränderung einzelner Kommutierungsimpulse. Wesentlicher Vorteil der Vorrichtung ist, daß die für andere Zwecke bereits bekannte Auskopplungsein­ richtung unverändert benutzt werden kann, so daß es keiner zusätzlichen Einbauten am Turbogenerator bedarf. Die Über­ wachung der Gleichrichter kann parallel zu der bisher be­ kannten Verwendung der Auskopplungseinrichtung erfolgen.

In der Zeichnung sind der schematische Aufbau eines Aus­ führungsbeispiels der Erfindung und einige Beispiele für die ausgekoppelten und zu überwachenden Signale dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung,

Fig. 2 und 3 die Phasenlage der Kommutierungsimpulse der Gleichrichter eines großen Turbogenerators bei einer Lei­ stung von 200 MW bzw. 1200 MW, wobei die Kommutierungsim­ pulse mittels eines Oszillographens sichtbar gemacht sind, und zwar überlagert zu der auf einer elliptischen Zeitachse dargestellten 50 Hertz-Grundwelle,

Fig. 4 und 5 Impulsoszillogramme einiger Kommutierungs­ impulse, wiederum bei 200 bzw. 1200 MW-Leistung und

Fig. 6 und 7 einzelne, vergrößerte Oszillogramme der Kommu­ tierungsimpulse bei 200 bzw. 1200 MW.

Fig. 1 zeigt schematisch angedeutet einen Turbogenerator 1 mit einem rotierenden Gleichrichterrad RG und einer Aus­ kopplungseinrichtung 2. Diese Teile entsprechen den in der EP-A 02 28 613 beschriebenen, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, um die Wiederholung von Einzelheiten zu ver­ meiden. Die ausgekoppelten Signale werden einer selektiven Meßeinrichtung 3 zugeführt, welche einen Verstärker und evtl. Frequenzfilter für die interessierenden Frequenzbereiche ent­ hält. In einer Kontrollstufe 4, an deren Eingängen 5, 6 auch die Informationen über die aktuelle Phasenlage der Gene­ ratorspannung bzw. den jeweiligen Polradwinkel anliegen, können die Kommutierungsimpulse aufgrund ihrer zeitlichen Aufeinanderfolge und der Korrelation zur Phasenlage bzw. dem Polradwinkel den einzelnen Gleichrichtern zugeordnet werden. In einer anschließenden Zählstufe werden die Kommu­ tierungsimpulse pro Zeiteinheit gezählt, so daß der Ausfall mindestens eines Impulses sofort feststellbar ist und ggf. eine Abschaltvorrichtung 8 ausgelöst werden kann. Für kleine Generatoren mit einzelnen Gleichrichtern ist die bisher be­ schriebene Vorrichtung bereits ausreichend. Bei großen Turbo­ generatoren jedoch, welche pro Gleichrichter mehrere oder so­ gar viele parallele Gleichrichterzweige enthalten, ist eine genauere Analyse der Signale von Vorteil, da nicht nur ganze Gleichrichter, sondern auch einzelne Gleichrichterzweige eines Gleichrichters ausfallen können. In diesem Falle entfallen die entsprechenden Kommutierungsimpulse nicht vollständig, sondern weisen lediglich eine kleinere Amplitude und ein verändertes Frequenzspektrum auf, entsprechend dem Verhältnis der Anzahl an ausgefallenen Gleichrichterzweigen zu weiterhin funktionstüchti­ gen. Eine solche, u. U. nur geringe Änderung der Signalamplitu­ den oder Spektralanteile ist im Rahmen der Meßgenauigkeit nicht sicher in einem einzigen Meßzyklus feststellbar, da hier­ für die Schwankungen der Signale und auch Störungen zu groß sind. Für diese Fälle ist es günstig, die Kommutierungsimpulse jedes Gleichrichters über mehrere Vollwellen zu integrieren, wozu eine Integrationsstufe 9 dient. Die Anzahl der integrier­ ten Impulse muß einen Kompromiß darstellen zwischen der Meß­ genauigkeit und der erforderlichen Schnelligkeit der Meldung einer Funktionsstörung. Zur Erfassung der Veränderungen im Frequenzspektrum der Kommutierungsimpulse können diese alter­ nativ oder zusätzlich in einem Frequenzanalysator 13, vorzugs­ weise mit einer Echtzeit-Fourrier-Analyse ausgewertet werden. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist es vorteilhaft, in regel­ mäßigen Zeitabständen die gemessenen Signale für jeden Gleichrichter in einem Speicher 11 zu speichern und später gemessene Signale in einem Vergleicher 10 mit den gespeicherten Signalen zu vergleichen. Eine solche Relativmessung eliminiert Langzeitschwankungen im Meßsystem, reagiert aber empfindlich auf kurzzeitige Änderungen der Impulsamplituden und/oder Impuls­ spektren, wobei auch hier jeweils über mehrere Vollwellen inte­ grierte Werte gespeichert und verglichen werden können. Bei Fest­ stellung einer Verringerung der Signalamplitude und/oder einer Spektraländerung kann eine Störmeldevorrichtung 12 angesteuert werden.

Zur Veranschaulichung der Verhältnisse sind in den Fig. 2 bis 7 typische Kommutierungsimpulse I eines großen Turbogenerators von 1500-MVA-Typ dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Höhe der Kommutierungsimpulse der einzelnen Gleichrichter auch ohne das Auftreten von Störungen unterschiedlich sein kann, wobei dies auch von der Bauart des Generators und der Gleichrichter abhängt. Dies spielt jedoch für das Prinzip der vorliegenden Erfindung keine Rolle, da eine Zählung der Impulse unabhängig von der Höhe möglich ist und der Vergleich mit früher gespeicherten Impulsen desselben Gleichrichters solche Effekte eliminiert.

Claims (6)

1. Verfahren zur Überwachung der Funktion von Gleichrichtern, insbesondere Dioden, in einem rotierenden Gleichrichterrad (RG) eines Turbogenerators (1) mit mehreren Gleichrichtern, wobei in an sich bekannter Weise die in dem Turbogenerator (1) entstehenden, hochfrequenten elektromagnetischen Schwin­ gungen ausgekoppelt (2), verstärkt und in einer Meßeinrichtung (3) erfaßt und/oder sichtbar gemacht werden, wobei weiter das Vorhandensein und/oder die Höhe und/oder das Frequenz­ spektrum der Kommutierungsimpulse (I) jedes Gleichrichters in den ausgekoppelten Schwingungen des Turbogenerators (1) über­ wacht werden und wobei ferner beim Fehlen oder einer Abweichung in Höhe und/oder im Frequenzspektrum mindestens eines der Kommutierungsimpulse (I) eine Meldung (12) und/oder eine Ab­ schaltung (8) des Turbogenerators (1) ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Kommutierungsimpulse (I) im Vergleich mit dem jeweiligen Polradwinkel des Turbogene­ rators (1) und/oder im Vergleich zur Phasenlage der Genera­ torspannung jeweils einem bestimmten Gleichrichter zuge­ ordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Anordnungen mit jeweils mehreren parallelen Gleichrichterzweigen pro Gleichrichter die Kommu­ tierungsimpulse (I) jedes Gleichrichters über mehrere Voll­ wellen der Generatorspannung oder mehrere Umdrehungen des Turbogenerators (1) jeweils integriert werden, um die Meß­ genauigkeit bezüglich der Impulshöhen zu vergrößern und da­ durch den Ausfall auch eines oder weniger Gleichrichter­ zweige(s) eines Gleichrichters sicher feststellbar zu machen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kommutierungsimpulse (I) jedes Gleichrichters in ihrer Form und/oder Höhe und/oder ihrem Fre­ quenzspektrum in regelmäßigen Abständen gespeichert (11) und die gespeicherten Kommutierungsimpulse (I) mit später gemessenen verglichen (10) werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speicherungen (11) und der Vergleich (10) an jeweils über mehrere Vollwellen integrierten Kommu­ tierungsimpulsen (I) vorgenommen wird.

6. Vorrichtung zur Überwachung der Funktion von Gleichrichtern, insbesondere Dioden, in einem rotierenden Gleichrichterrad (RG) eines Turbogenerators (1) mit mehreren Gleichrichtern, mit einer Auskopplungseinrichtung (2) für im Turbogenerator (1) entstehende hochfrequente Schwingungen, unter denen auch die Kommutierungsimpulse (I) der Gleichrichter sind, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:

• a) eine selektive Meßeinrichtung (3) zur Erfassung der Kommu­ tierungsimpulse (I),
• b) eine Kontrollstufe (4) zur Zuordnung von Kommutierungsim­ pulsen (I) zu einzelnen Gleichrichtern durch Vergleich mit der Phasenlage der Generatorspannung und/oder dem Polradwinkel des Turbogenerators (1),
• c) eine Zählstufe (7) zur Zählung der Kommutierungsimpulse (I) pro Vollwelle der Generatorspannung,
• d) eine Integrationsstufe (9) zur Integration der einzelnen Kommutierungsimpulse (I) über mehrere Vollwellen oder einen Frequenzanalysator (13),
• e) mindestens einen Speicher (11) zur Aufnahme von gemessenen Höhen oder Formen oder Frequenzspektren von Kommutierungs­ impulsen (I),
• f) einen Vergleicher (10) zum Vergleichen von gespeicherten und neuen Meßwerten,
• g) Vorrichtungen (8, 12) zur Abschaltung und/oder Meldung von Störungen, insbesondere bei Ausfall oder Veränderung einzelner Kommutierungsimpulse (1).