CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente patente de invención tiene por objeto presentar un nuevo sistema para vigilar el correcto funcionamiento del sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta mediante diodos rotativos descrito en la patente ES2325729-B2 y en la solicitud de patente PCT/ES2010/000058. Con este sistema de vigilancia se protege el sistema de desexcitación en caso de un mal funcionamiento de éste durante la operación normal de la máquina.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta descrito en la patente ES2325729 B2 consigue mejorar la respuesta dinámica y la seguridad a la hora de desexcitar la máquina, lo que implica que en caso de cortocircuito interno los daños en la máquina serían mucho menores.

En funcionamiento normal el elemento de maniobra del sistema de desexcitación debe estar conectado y no debe circular apenas corriente por la resistencia de desexcitación. En caso de mal funcionamiento de este sistema, el elemento de maniobra no conduciría por lo que la corriente de excitación debe circular por la resistencia de desexcitación. En este caso se podrían producir daños en la máquina provocados por calentamientos excesivos en la resistencia de desexcitación.

Además, en el caso de mal funcionamiento, para que pueda seguir circulando por el devanado de excitación del generador principal una determinada corriente, es necesario incrementar la corriente de excitación del devanado de excitación de la excitatriz.

Se hace pues necesario un sistema de vigilancia capaz de determinar si el sistema de desexcitación rápida funciona correctamente, es decir si el elemento de maniobra conduce durante la operación normal. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema y método de vigilancia de un sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta, que es capaz de determinar si dicho sistema de desexcitación rápida funciona correctamente. Para ello necesita información de la corriente de excitación del devanado de excitación de la excitatriz, de la tensión y la corriente en el estator de la máquina síncrona principal.

Se basa en comparar el valor de la corriente de excitación de la excitatriz con un valor calculado a partir de la medida de la corriente y tensión del estator de la máquina síncrona. Si la corriente de excitación de la excitatriz es muy superior a la corriente calculada, esto indica que el sistema de desexcitación no está funcionando correctamente, es decir que no conduce el elemento de maniobra (9).

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un sistema de vigilancia de un sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta, a través de una máquina excitatriz y puente rectificador giratorio. El sistema comprende:

- medios de medida de la corriente del estator de la máquina síncrona;

- medios de medida de la tensión del estator de la máquina síncrona;

- medios de medida de la corriente de excitación de la máquina excitatriz;

- medios de estimación encargados de obtener la corriente de excitación estimada de la máquina excitatriz a partir de los valores medidos de corriente y tensión en el estator de la máquina síncrona;

- un módulo comparador encargado de comparar la corriente de excitación medida l _me< j con la corriente de excitación estimada / _eSf , el resultado de dicha comparación conteniendo información acerca del funcionamiento correcto o incorrecto del sistema de desexcitación rápida, de forma que:

^• si se cumple I _med > k - I _est + A , siendo k y A números reales determinados en función de cada máquina, existe funcionamiento incorrecto;

· en caso contrario, existe funcionamiento correcto.

Otro aspecto de la presente invención incluye un método de vigilancia de un sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta, a través de una máquina excitatriz y puente rectificador giratorio. El método comprende:

- medir la corriente del estator de la máquina síncrona; - medir la tensión del estator de la máquina síncrona;

- medir la corriente de excitación de la máquina excitatriz;

- obtener la corriente de excitación estimada de la máquina excitatriz a partir de los valores medidos de corriente y tensión en el estator de la máquina síncrona;

- comparar la corriente de excitación medida l _me( ¡ con la corriente de excitación estimada / _eS (, el resultado de dicha comparación conteniendo información acerca del funcionamiento correcto o incorrecto del sistema de desexcitación rápida, de forma que:

• si se cumple I _med > k - I _esl + A , siendo k y A números reales determinados en función de cada máquina, existe funcionamiento incorrecto.

• en caso contrario, existe funcionamiento correcto;

La estimación de la corriente de excitación se realiza preferentemente mediante el modelo de máquina síncrona no saturada.

La estimación de la corriente de excitación se puede realizar mediante ensayos previos de la máquina síncrona y la máquina excitatriz.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. La Figura 1 muestra un esquema de un sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta, de acuerdo con el estado del arte, al cual va destinado el sistema de vigilancia de la presente invención.

La Figura 2 muestra un esquema del sistema de desexcitación rápida de la figura anterior con el sistema de vigilancia objeto de la presente invención.

La Figura 3 muestra un diagrama de bloques interno del módulo de control dei sistema de vigilancia objeto de la presente invención La Figura 4 muestra una realización preferente del módulo de control del sistema de vigilancia objeto de la presente invención REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

La Figura 1 muestra el esquema del sistema de desexcitacion rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta empleado en la patente ES2325729-B2, donde se emplean las siguientes referencias:

- Máquina síncrona (1);

- Máquina excitatriz (2);

- Componentes giratorios (3);

- Estator (4) de la máquina síncrona (1 );

- Devanado inductor (5) de la máquina síncrona (1 );

- Devanado inductor (6) de la máquina excitatriz (2);

- Devanado inducido (7) de la máquina excitatriz (2);

- Puente rectificador giratorio (8);

- Elemento de maniobra (9);

- Impedancia de desexcitación (10);

- Circuito de control (11) del elemento de maniobra (9);

La Figura 2 representa un esquema del sistema de vigilancia objeto de la presente patente de invención instalado en el sistema de desexcitación rápida de la Figura 1. El sistema de vigilancia del sistema de desexcitacion rápida comprende:

- un módulo de control (12).

- medios de medida de la corriente (13) del estator del generador principal.

- medios de medida de la tensión (14) del estator del generador principal. - medios de medida de la corriente (15) de excitación de la excitatriz.

El módulo de control (12) recibe la medida de la corriente (16) en el estator del generador principal, la medida de la tensión (17) del estator del generador principal y la medida de la corriente de excitación (18) de la excitatriz.

La Figura 3 muestra un diagrama de bloques interno del módulo de control del sistema de vigilancia. Un módulo estimador, medios de estimación (24), se encarga de obtener la estimación (19) de la corriente de excitación de la excitatriz de la máquina síncrona principal a partir de la medida de la corriente (16) en el estator del generador principal y la medida de la tensión (17) del estator del generador principal. Existen multitud de modelos de máquina síncrona en la literatura técnica para el cálculo de la corriente de excitación.

El principio de funcionamiento del sistema de vigilancia se basa en la comparación, realizada por un módulo comparador (28), entre la medida de la corriente de excitación (18) de la excitatriz y la corriente de excitación estimada (19). El resultado de la comparación (20) es una señal lógica con información acerca del funcionamiento correcto o incorrecto del sistema de desexcitación rápida. En funcionamiento correcto la corriente de excitación medida (18) y estimada (19) deben ser similares, mientras que en funcionamiento incorrecto la corriente de excitación medida (18) será muy superior a la corriente de excitación estimada (19),

La Figura 4 muestra una realización preferente del módulo de control (12) del sistema de vigilancia. La realización preferente se basa en la estimación de la corriente de excitación de la excitatriz a partir del modelo de máquina síncrona no saturada. Para ello se necesita conocer el valor de la reactancia síncrona de la máquina síncrona principal Xd.

A partir de las medidas de la corriente (16) y de la tensión (17) del estator (4) de la máquina síncrona principal (1 ) se calculan, empleando los correspondientes elementos de medida (P,U,Q), el valor eficaz de la tensión (22), el valor de la potencia activa (21 ) y el valor de la potencia reactiva (23), todos estos valores serán expresados en magnitudes unitarias (por unidad). El cálculo de la corriente de excitación estimada (19) en este caso se puede realizar de una forma sencilla a partir de la siguiente expresión:

Donde

Corriente de excitación estimada [pu];

Reactancia síncrona de la máquina síncrona principal en [pu];

P Potencia activa de la máquina síncrona principal en [pu];

Q Potencia reactiva de la máquina síncrona principal en [pu];

U Tensión en el inducido (estator) de la máquina síncrona principal en [pu]; El valor de la corriente de excitación de la excitatriz medida (18) debe ser muy superior que el valor de corriente de excitación estimada (19), en caso de defecto. Esto dependerá del valor de la impedancia de desexcitación (10). Por tanto, antes de realizar la comparación en el valor estimado debe ser aumentado, multiplicándolo por un factor k mediante un multiplicador (25). Este factor k depende del tipo de máquina.

Una vez que se realiza la comparación de los dos valores estimado y medido, se activa una señal lógica (20) que indica mal funcionamiento del sistema de desexcitación. Esta señal debe estar activada un tiempo suficiente para activar la señal de salida (27) del sistema. Esto se consigue gracias a un temporizador ajustable (26).

Es importante indicar que existen multitud de realizaciones diferentes a la realización preferente de la Figura 4. Por ejemplo, la forma de realizar la comparación puede variar, siendo el multiplicador (25) y el temporizador (26) elementos no esenciales de la invención. También, la estimación de la corriente de excitación puede hacerse de distintas formas, por ejemplo mediante ensayos previos de la máquina síncrona (1 ) y la máquina excitatriz (2), tomando medidas previas de potencia activa y reactiva conjuntamente con la corrientes de excitación, de forma que se conoce cuál debe ser la corriente de excitación para todas las condiciones de operación. Lo importante en cualquier caso es realizar una estimación de la corriente de excitación de la máquina excitatriz (2), medir dicha corriente y comparar ambos resultados. En función de dicha comparación se determina si existe funcionamiento correcto o incorrecto del sistema de desexcitación rápida.