Verfahren zum Betrieb von Synchrongeneratoren. Bei durch Kraftmaschinen, insbesondere Wasserturbinen, angetriebenen Synchron generatoren im Verbundbetrieb sinkt bei bei spielsweise durch Kurzschlüsse oder Fre quenzschwankungen bedingten Spannungs absenkungen im gespeisten Netz die Lei stungsabgabe des Generators an das Netz. Da die Kraftmaschine bestrebt ist, weiterhin die gleiche Leistung abzugeben, wird anfangs die Überschussleistung zwischen Turbinen leistung und an das Netz abgegebener Lei stung den Generator beschleunigen.
Ist bei der dabei herrschenden Netzspannung und dem Erregungszustand der Maschine die Kipp- leistung des Generators kleiner als die An triebsleistung der Turbine, dann kommt der Generator zum Kippen und die elektrische Leistungsabgabe an das Netz wird praktisch Null, wobei im Netz sehr grosse Strom- und Spannungsschwankungen auftreten. Bei grö sseren Absenkungen, wie sie beispielsweise bei Kurzschlüssen gegeben sind, hat daher die Maschine das Bestreben, durchzugehen. Zur Begrenzung der Drehzahl wurden bereits Regler für die Kraftmaschinen und Stoss erregungen der Synchronmaschinen vorge sehen.
Solche Einrichtungen sind jedoch einerseits sehr verwickelt, anderseits arbeiten sie vor allem bei Generatoren grösserer Lei stungen im Verbundbetrieb über lange Fern leitungen zu langsam. In diesen Fällen ist oftmals nur durch eine Ausserbetriebnahme der betreffende Maschinensatz vor dem Durchgehen zu bewahren. Ein Absinken der in das Netz gelieferten Leistung ist daher die Folge. Ausserdem werden dadurch andere an dem gleichen Netz hängende Maschinen in Mitleidenschaft gezogen, so dass diese eben falls ausfallen können.
Alle diese Mängel werden gemäss der Er findung dadurch behoben, dass bei einer Spannungsabsenkung im gespeisten Netz zur Erreichung eines asynchronen Betriebes mit übersynchroner Drehzahl der Generator schnellentregt wird, und dass im asynchro nen Generatorbetrieb die Wirkung der Er regerwicklung durch einen in deren Kreis eingeschalteten Widerstand verringert wird. Durch die Einschaltung des Widerstandes in den Kreis der Erregerwicklung während des asynchronen Betriebes wird weiterhin verhindert, dass der in dieser Wicklung flie ssende asynchrone Belastungsstrom im Ver gleich zu dem in der Dämpferwicklung flie ssenden Strom gross wird.
Auf diese -Weise wird die in der Polachse auftretende, durch die im Vergleich zu den leitenden Teilen der Dämpferwicklung grossen Kupfermassen der Erregerwicklung bedingte )Wirkung dieser Wicklung weitgehend a.11 die Wirkung der Dämpferwicklung angeglichen und damit die durch die Erregerwicklung sonst verursach ten Drehmoment-, Strom- und Spannungs schwankungen ausgeschaltet. Die Maschine kann daher als Asynchrongenerator die vor- lierige Turbinenleistung elektrisch an das Netz abgeben.
Treten jedoch besonders starke Spannungsabsenkungen auf, dann wird vor teilhaft mit steigender Drehzahl ausser der durch die Reglercharakteristik bedingten Leistungsrücknahme der Kraftmaschine deren Leistung noch zusätzlich, zum Beispiel durch ein Spannungsminimumrelais, gesenkt.
Um einen Synchrongenerator für das neue Verfahren besonders geeignet zu machen, wird zur Erhöhung eines asynchronen, gene- ratorischen Kippmomentes die Dämpferwick lung stärker dimensioniert, als dies für die Erzielung einer genügenden Dä mpfungswir- kung für sich allein notwendig wäre. Gleich zeitig kann zwecks Verbesserung der Aus nutzung der Maschine zur Verminderung des Magnetisierungsstromes im asynchronen Be trieb das Luftspaltverhältnis 4./, bis =/s des jenigen von Synchronmaschinen gemacht wer den.
Dabei wird unter Luftspaltverhältnis der Quotient aus der Grösse des Luftspaltes und der Polteilung verstanden.
Die Wiederaufnahme des gewöhnlichen Betriebes geschieht vorzugsweise in der Form, dass der Generator bei Wiederkehr der vollen Spannung als Reaktionsmaschine in den Sy nchronismus läuft und hierauf wieder seine gewöhnliche Erregung und Antriebs leistung bekommt. Insbesondere wird die durch das Spannungsminimumrelais ver ursachte Verriegelung freigegeben.
An. Hand der Zeichnung wird die Erfin dung im. folgenden beispielsweise erläutert. Gemäss Fig. 1 besitzt der Synchrongenerator 1. eine Ständerwicklung 2 und einen Läufer 3, der die Erregerwicklung 4 und den Dämp ferkäfig 5 trägt. Die Erregerwicklung 4 wird von der Erregermaschine 6 gespeist, deren Errege r wicklung 7 selbst wieder im gewöhn lichen Betrieb von der Hilfserregermaschine 8 mit Strom versorgt wird. Zur Schnellent- regung wird zweckmässig die Erregermaschine 6 als Nebenschlussmaschine geschaltet, wie die gestrichelten Verbindungen 9 und 10 er kennen lassen.
Bekanntlich wird durch Ein eines Schwingungswiderstandes 1l vor dein Anker der Erregermaschine 6 er reicht., dass die Stromverteilung im gesamten Erregerkreis labil wird und 711111 schnellen Zusammenbrechen kommt. Über die Wir kungsweise dieser Schaltung kann man siele ein anschauliches Bild machen, wenn man einen extremen Fall betrachtet:
Würde näm lich hei. vollem Betrieb der Maschine der Anker der Erregermaschine 6 plötzlich beispielsweise durch Abheben einer Bürste abgeschaltet werden, so würde der Erreger- strcnn des Generators 1 unter Wirkung seiner --reissen. Selbstinduktion trotzdem weiter zu fliessen suchen. Er würde sieh seinen Weg durch die Nebenschlusswicklung der Erreger maschine wählen und diese dabei umpolen. Wird jetzt der Erregeranker wieder ange schlossen, so vernichtet seine nunmehr ent gegengesetzt gerichtete Spannung den Er regerstrom sehr schnell und kehrt ihn um.
Dieses Umpolen der Generatorerregung tritt nun aneli ein, wenn der Erregeranker nicht vollständig abgeschaltet, sondern ihm durch )ffnung des Sehalters 12 ein angemessen grosser Widerstand 11 vorgeselialtet wird.
.Der zunächst weiterfliessende Erregerstrom des Crenerators erzeugt a11 diesem einen Span nungsabfall, der der Ankerspannung ent- gegengerichtet ist. Die Spannung an der Nebenschlusswicklung wird daher verringert oder gar negativ. Auf diese Weise wird der Generator 1 sehr rasch entregt.
Eine weitere Schnellentregelungsanord- nung besteht, wie in Fig. 1 gestrichelt ange deutet, in dem Einschalten eines Reihen widerstandes 13 in den Erregerkreis des Ge- nerators, der im gewöhnlichen Betrieb kurz geschlossen ist und beim Schnellentregen durch Offnen des Überbrückungsschalters 14 in Reihe zur Erregerwicklung 4 des Genera- tors 1 gelegt wird.
Eine andere Einrichtung zur Entregung ergibt sich gemäss Fig. 2 durch Verwendung eines Parallelwiderstandes 15 zur Erreger wicklung 4 des Generators, der ständig ein geschaltet bleibt. Bei Schnellentregung wird in diesem Fall durch Offnen des Schalters 16 der Haupterregerkreis unterbrochen. Vorteil haft wird man die Schnellentregung mit dem Schwingungswiderstand mit den beiden letz ten Massnahmen nach Fig. 3 kombinieren, um den Schalter zu verkleinern.
Bei Schnell entregung wird zuerst der den Schwingungs widerstand 11 überbrückende Schalter 12 ge öffnet, während zum Beispiel der Schalter 17 vor dem Parallelwiderstand 15 entweder ständig geschlossen ist oder nach dem Ein schalten des Schwingungswiderstandes 11 ge schlossen wird. Im ersten Fall kann der Schalter 17 auch ganz wegfallen. Der Schal ter 16 im Haupterregerkreis wird nach Be endigung des Schnellentregungsvorganges, also bei verhältnismässig geringem Strom und geringer Spannung, am Schalter geöffnet. Die Verwendung des Widerstandes 11 bezw. 15 hat den grossen Vorteil, dass die Beteili gung der Erregerwicklung am asynchronen Generatorbetrieb weitgehend ausgeschaltet wird.
Dadurch werden die ausserordentlich hohen Strom-, Spannungs- und Leistungs pendelungen, welche durch die einachsige Wirkung der Erregerwicklung bedingt sind, auf ein Mindestmass herabgesetzt. Dies ist bei Netzen mit grossen Leistungen besonders wichtig. Im Störungsfall arbeitet bei Weg nahme der Erregung des Generators 1 dieser bei übersynchroner Drehzahl im asynchronen betrieb. Zweckmässig erhält der Generator ein aussergewöhnlich hohes asynchrones, generatorisches Kippmoment, vorzugsweise durch Anordnung einer besonders starken Dämpferwicklung, wie aus Fig. 4 der Zeich nung hervorgeht.
Darin ist ein \feil der Syn chronmaschine mit dem Ständer 18 und dem Läufer 19 dargestellt. Der Läufer trägt in bekannter Weise ausgeprägte Erregerpole 20, in deren Polschuhen eine besonders starke Dämpferwicklung 21 angeordnet ist. Zur Verminderung des Magnetisierungsstromes im asynchronen Betrieb kann ferner der Luftspalt 22 zwischen Läufer und Ständer kleiner als sonst bei Synchronmaschinen aus geführt werden.
Durch die Erfindung wird weiterhin der Vorteil erreicht, dass jede besondere Stoss erregungsanordnung ganz wegfallen bezw. in allen Fällen in. wirtschaftlich noch tragbaren Grenzen gehalten werden kann. Ausserdem ergibt sich ein. Schutz des Netzes vor Über spannungen bei der Kurzschlussfortschaltung.
Der erfindungsgemässe Betrieb eines Syn- chrongenerators kann unter Umständen auch in den Fällen von Bedeutung sein, in denen er nicht mit andern Maschinen zusammen arbeitet. Diese Möglichkeit ist insbesondere dann vorhanden, wenn andere Takthalter; zum Beispiel aus Kondensatoren und hoch gesättigten Drosseln bestehende Anordnun gen, am vom Synchrongenerator gespeisten Netz hängen.
Procedure for operating synchronous generators. When synchronous generators driven by power machines, in particular water turbines, in interconnected operation, the power output of the generator to the network decreases in the case of voltage reductions in the fed network caused by short circuits or frequency fluctuations, for example. Since the engine strives to continue to deliver the same power, the excess power between turbine power and power delivered to the network will initially accelerate the generator.
If, given the mains voltage and the state of excitation of the machine, the breakdown power of the generator is less than the drive power of the turbine, the generator will break down and the electrical power output to the network will be practically zero Voltage fluctuations occur. In the event of large drops, such as those that occur in the event of short circuits, the machine therefore tries to go through. To limit the speed, controllers for the prime movers and shock excitations of the synchronous machines have already been provided.
Such facilities are, however, on the one hand very complicated, on the other hand they work too slowly, especially with generators of larger Lei stabilities in interconnected operation over long trunk lines. In these cases, the machine set in question can often only be prevented from running away by taking it out of operation. The result is a decrease in the power supplied to the network. In addition, other machines attached to the same network are affected, so that they can also fail.
All these shortcomings are remedied according to the invention in that when the voltage drops in the mains supply to achieve asynchronous operation with oversynchronous speed, the generator is rapidly de-energized, and that in asynchronous generator operation, the effect of the excitation winding is reduced by a resistor connected in its circuit becomes. Switching the resistor into the circuit of the excitation winding during asynchronous operation also prevents the asynchronous load current flowing in this winding from becoming large compared to the current flowing in the damper winding.
In this way, the effect of this winding, which occurs in the polar axis and is caused by the large copper masses of the exciter winding compared to the conductive parts of the damper winding, is largely adjusted to a.11 the effect of the damper winding and thus the torque otherwise caused by the exciter winding. , Current and voltage fluctuations switched off. As an asynchronous generator, the machine can therefore deliver the previous turbine power electrically to the network.
However, if particularly strong voltage drops occur, then with increasing speed in addition to the power reduction of the engine due to the controller characteristics, the power of the engine is additionally reduced, for example by a minimum voltage relay.
In order to make a synchronous generator particularly suitable for the new method, the damper winding is dimensioned to be larger in order to increase an asynchronous, generative breakdown torque than would be necessary on its own to achieve a sufficient damping effect. At the same time, in order to improve the use of the machine to reduce the magnetizing current in asynchronous operation, the air gap ratio 4. /, to = / s of those of synchronous machines can be made.
The air gap ratio is understood to be the quotient of the size of the air gap and the pole pitch.
The resumption of normal operation is preferably done in such a way that the generator runs as a reaction machine in synchronicity when full voltage is restored and then gets its normal excitation and drive power again. In particular, the lock caused by the minimum voltage relay is released.
At. Hand of the drawing is the invention in. the following example explains. According to FIG. 1, the synchronous generator 1 has a stator winding 2 and a rotor 3, which carries the exciter winding 4 and the damper cage 5. The excitation winding 4 is fed by the excitation machine 6, the excitation winding 7 of which is itself again supplied with power from the auxiliary excitation machine 8 in normal operation. For rapid de-energization, the excitation machine 6 is expediently switched as a shunt machine, as indicated by the dashed connections 9 and 10.
As is well known, by a vibration resistance 1l in front of your armature of the exciter 6 it is enough. That the current distribution in the entire exciter circuit becomes unstable and rapid collapse occurs. You can get a clear picture of how this circuit works if you look at an extreme case:
That would be hot. When the machine is in full operation the armature of the exciter machine 6 is suddenly switched off, for example by lifting a brush, the exciter line of the generator 1 would tear under the effect of its -. Nevertheless, try to keep self-induction flowing. He would choose his way through the shunt winding of the excitation machine and reverse the polarity in the process. If the excitation anchor is now reconnected, its now oppositely directed voltage destroys the excitation current very quickly and reverses it.
This polarity reversal of the generator excitation now occurs when the exciter armature is not completely switched off, but an appropriately large resistor 11 is placed in front of it by opening the holder 12.
.The excitation current of the crenerator, which initially continues to flow, generates a11 this a voltage drop that is opposed to the armature voltage. The voltage on the shunt winding is therefore reduced or even negative. In this way, the generator 1 is de-energized very quickly.
Another rapid deregulation arrangement consists, as indicated by dashed lines in FIG. 1, in switching on a series resistor 13 in the excitation circuit of the generator, which is short-circuited in normal operation and in rapid deregulation by opening the bypass switch 14 in series with the excitation winding 4 of the generator 1 is placed.
Another device for de-excitation is obtained according to FIG. 2 by using a parallel resistor 15 for the exciter winding 4 of the generator, which is always switched on. With rapid de-energization, the main excitation circuit is interrupted in this case by opening switch 16. It is advantageous to combine the quick de-excitation with the oscillation resistance with the two last measures according to FIG. 3 in order to reduce the size of the switch.
In the case of quick de-excitation, the switch 12 bridging the vibration resistance 11 is first opened, while, for example, the switch 17 in front of the parallel resistance 15 is either constantly closed or after switching the vibration resistance 11 is closed. In the first case, the switch 17 can also be omitted entirely. The scarf ter 16 in the main excitation circuit is opened at the switch after the fast de-energization process has ended, that is to say with a relatively low current and low voltage. The use of the resistor 11 respectively. 15 has the great advantage that the participation of the field winding in asynchronous generator operation is largely eliminated.
As a result, the extraordinarily high current, voltage and power fluctuations, which are caused by the uniaxial effect of the field winding, are reduced to a minimum. This is particularly important in networks with high capacities. In the event of a malfunction, when the excitation of the generator 1 is removed, it operates in asynchronous mode at oversynchronous speed. The generator expediently receives an unusually high asynchronous, generator breakdown torque, preferably by arranging a particularly strong damper winding, as can be seen from FIG. 4 of the drawing.
A part of the synchronous machine with the stator 18 and the rotor 19 is shown. The rotor carries pronounced exciter poles 20 in a known manner, in the pole pieces of which a particularly strong damper winding 21 is arranged. To reduce the magnetizing current in asynchronous operation, the air gap 22 between the rotor and stator can also be made smaller than otherwise in synchronous machines.
The invention further achieves the advantage that any particular shock excitation arrangement can be omitted entirely. can in all cases be kept within economically acceptable limits. There is also a. Protection of the network against overvoltages in the event of short-circuit continuation.
The operation of a synchronous generator according to the invention may also be important in cases in which it does not work with other machines. This possibility is especially available when other clock keepers; For example, arrangements consisting of capacitors and highly saturated chokes depend on the network fed by the synchronous generator.