用于延长故障清除时间的设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于延长故障清除时间的设备W及一种用于延长故障清除时间 的方法。
【背景技术】
[0002] 由于供电网中的可再生的能量发生器的大幅增长，存在电网运营商对所有馈送单 元在稳定性和供电安全性方面的持续提高的最低要求。对此，存在要求一致的行为方式的 电网规定（Grid-Codes)。因此，例如在芬兰的电网规定"Fin-Grid"中，在每单位残余电压 为零时要求250ms的故障清除时间，所述故障清除时间对于一些发电机、尤其是同步发电 机在没有附加措施的情况下引起不同步的情况进而在电网电压恢复之后引起限制的重新 同步。图1示出多个电网规定要求。因此，前述'卞in-Grid"设有附图标记1。其他的电网 规定要求在此示例地对于E.on(德国意昂集团）2、西班牙REE3化及北美肥CC4示出。
[0003] 电网电压恢复之后的重新同步的过程能够要求若干分钟，在该若干分钟期间，发 电厂功率不可用于电网。该尤其在较大的发电厂停机时能够造成电网不稳定并且在最差的 情况下造成大面积的停电。
[0004] 在短路期间，通过祸轮机施加到轴系中的机械功率不再在发电机上吸收进而引起 祸轮机组的加速。
[0005] 如果同步发电机的磁极转子角超过临界的瞬时值，所述同步发电机变为不同步并 且必须重新同步。在电网规定中要求，发电厂在不进行电网分离的情况下在变压器高压侧 上的特定的残余电压下必须能够经过预先限定的故障清除时间。如果所述所要求的故障清 除时间超过对于祸轮机组可实现的故障清除时间，那么必须采取附加预防措施。
[0006] 在现有技术中，已知多种考虑所述情况的可能性。因此，例如在EP1 805 887B1 中，有源升压电路在故障情况下经由滑环与发电机激磁绕组串联地连接到已充电的电容器 上，由此场电压突然升高。因此，发电机在电网恢复时位于过激励的范围中，由此祸轮机组 电网系统的稳定性提高。
[0007] 延长临界的故障清除时间的另一个可能性在于，提高轴系的惯性矩，W便在短路 情况下降低轴加速。
[000引此外，对于一些祸轮机类型存在下述可能性，在蒸汽轮机上进行改变，W便实现将 水蒸气更快速地从祸轮机叶片去除，该称作为汽口快关（Fast-Valving)。因此，应实现快速 地降低施加到轴系中的祸轮机功率。
[0009] 同样已知的是，在海上风力设施的情况下，构成具有负载电阻的类似的设计方案。 然而，风电厂例如经由高压DC连接装置与陆上变流器设施连接，所述变流器设备在陆地侧 短路的情况下将风电厂的过剩的能量导出到负载电阻中。
[0010] 值得期望的是，对于祸轮机组具有用于在短路情况下延长故障清除时间的简单的 可能性。
【发明内容】
[0011] 在该一点上设计本发明，本发明的目的是，提出用于延长故障清除时间的一种设 备和一种方法。
[0012] 该通过用于延长故障清除时间的设备来实现，所述设备包括发电机、尤其是同步 发电机和电负载W及构成为识别短路情况的组件，其中设备构成为，使得在短路情况下，电 负载与发电机连接。
[0013] 有利地，该根据本发明在没有在给出的轴系或其部件上进行改变的机械干预的情 况下实现。
[0014] 在第一有利的改进方案中，电负载构成为电阻。因此，遵循下述想法：设置电阻，所 述电阻在短路情况下作为电负载与发电机连接进而作为能接入的负载电阻，所述负载电阻 在故障情况下将促进轴加速的祸轮机功率导出，而不将发电机与电网分离。由此，明显地延 长临界的故障清除时间。
[0015] 有利的改进方案在从属权利要求中给出。因此，在一个有利的改进方案中，设备构 成为具有与发电机连接的变压器，其中电负载在短路期间与变压器并联地设置。
[0016] 在一个替选的实施方式中，设备构成为具有电负载，其中电负载与变压器中性点 处的短路路径串联地设置在高压侧上。
[0017]同样地，作为前述能接入的电阻的其他潜在的应用，能够实现发电机功率开关的 明显的减荷。
[0018] 对于发电机功率开关的设计而言，通常存在在短路情况下尽可能快地切断所述发 电机功率开关的要求。
[0019]出现的突然的发电机短路由AC W及DC电流分量组成，所述电流分量根据其时间 常数W不同的速度衰减到稳态的短路电流。尤其地，短路电流的DC分量对于电流曲线在几 微秒之后才经过电流过零负有责任。在断开功率开关之后，开关电弧燃烧一定时间，直至发 生所述第一次电流过零并且电弧能够焰灭。在此时，在开关中由于极热的电弧等离子体出 现明显的接触应力W及热学的放热。因此，期望的是，短路电流的DC分量尽可能快地衰减。
[0020] 时间常数讯原则上经由位于短路路径中的电感器（L)W及短路路径中的有效电 阻佩的比值来描述。经由公式T=L/R明确的是，随着有效电阻变大，能够降低时间常数。 该能够极为有效地通过在出现故障之后接入在此所描述的负载电阻来加速。
[0021] 所述目的同样通过一种用于延长故障清除时间的方法来实现，其中连接到耗电网 络的发电机在短路情况下与附加的电负载连接。
【附图说明】
[0022] 现在，根据实施例详细阐述本发明。图2和3W示意的方式示出：
[0023] 图2示出根据本发明的设备的第一实施方式；
[0024] 图3示出根据本发明的设备的第二实施方式。
【具体实施方式】
[0025]图2示出S相的发电机5、尤其是同步发电机，其中在输出端上构成有第一相6、第 二相7和第=相8。第一相6、第二相7和第=相8连接到变压器9上。变压器9的次级侧 10与电网11连接。在第一相6中设有第一引线12,第一开关13和电负载14连接到所述 第一引线上并且与接地线15连接。第二相7包括第二引线16和连接到第二引线16上的 第二开关17和与接地线15连接的负载18。第=相8包括第=支路19并且相应地包括第 S开关20和又与接地线15连接的负载21。
[0026] 在此，相6、7和8经由发电机开关25与变压器9连接。
[0027] 图3示出本发明的一个替选的实施方式。与图2的不同之处在于，负载14、18和 21与变压器中性点处的短路路径串联地位于高压侧。与负载14、18和21并联地分别设置 有开关22、23和24。
[002引发电机5经由祸轮机（未示出）驱动。在故障情况下，施加到轴中的祸轮机功率 直至电网恢复由发电机5经由能接入的负载14、18、21接入并且转换为热量。换言之；在故 障情况下，经由能接入的负载14、18和21，施加到轴中的祸轮机功率直至电网恢复由发电 机5电吸收并且转换为热量。在故障时间期间，发电机5保持与电网11连接。因此，取消 电网重新同步并且能够实现更高的发电厂可用性。在不具有附加的负载的情况下，对于相 应的轴系临界的故障清除时间Tku能够普遍地根据下式W分析的方式确定：
[0029]
【主权项】
1. 一种用于延长故障清除时间的设备，所述设备包括： 发电机（5)、尤其是同步发电机，和 电负载（14,18, 21)，以及 构成为用于识别短路情况的组件， 其中所述设备构成为，使得在短路情况下，所述电负载（14,18, 21)与所述发电机（5) 连接。
2. 根据权利要求1所述的设备， 其中所述电负载构成为负载电阻。
3. 根据权利要求1或2所述的设备， 所述设备具有变压器（9)，所述变压器与所述发电机（5)连接， 其中所述电负载（14,18, 21)与所述变压器（9)并联连接。
4. 根据权利要求1或2所述的设备， 所述设备具有变压器（9)，所述变压器与所述发电机（5)连接， 其中所述电负载（14,18, 21)与变压器中性点处的短路路径串联地设置在高压侧上。
5. 根据权利要求4所述的设备， 其中所述电负载（14,18, 21)构成为具有并联设置的开关（22, 23, 24)，并且在短路情 况下，所述开关被断开。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的设备， 其中所述发电机（5)、尤其是同步发电机三相地构成。
7. -种用于延长连接到耗电网络（11)上的发电机（5)、尤其是同步发电机中的故障清 除时间的方法， 其中在短路情况下接入附加的电负载（14,18,21)。
8. 根据权利要求7所述的方法， 其中将所述电负载（14,18, 21)构成为负载电阻。
9. 根据权利要求7或8所述的方法， 其中所述电负载（14,18, 21)与连接到所述发电机（5)、尤其是同步发电机上的变压器 (9)并联。
10. 根据权利要求7或8所述的方法， 其中将所述电负载（14，18,21)与变压器中性点处的短路路径串联地设置，并且在短 路情况下将与所述电负载（14,18, 21)并联设置的开关断开。
【专利摘要】本发明涉及一种用于延长故障清除时间的设备，其中具有在故障情况下能接入的负载电阻(14，18，21)，施加到轴中的涡轮功率直至电网恢复由发电机(5)电吸收并且转换为热量。
【IPC分类】H02P29-00
【公开号】CN104823375
【申请号】CN201380062802
【发明人】马丁·希勒, 奥拉夫·米克尔松
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2013年9月5日
【公告号】EP2893632A2, WO2014082766A2, WO2014082766A3