NO128498B - - Google Patents

Description

Beskyttelsesanordning for en kraftoverføring med høgspent likestrøm.

Foreliggende oppfinnelse angår en beskyttelsesanordning for en kraftoverføring

med høgspent likestrøm. Oppfinnelsen angår spesielt anlegg av den art hvor strøm-retteren i den vekselretterstasjon som inngår i overføringen inneholder en regulator,

som dog ikke er i funksjon ved normal drift

og som er forsynt med en sperreanordning,

som forhindrer overgang til likeretting, og

hvor strømretteren i den stasjon, som fun-gerer som likeretterstasj on, er forsynt med

en styreanordning, og denne er påvirket av

en regulator, med hvilken stasjonen normalt reguleres på en eller annen drifts-størrelse, f. eks. strøm, effekt, frekvens,

hvorunder styreanordningen er innrettet

slik at det er mulig å gå over fra likeretting

til vekselretting.

Normalt styres strømretterstasj onene

slik at likestrømmen fra likeretterstasjonen holder en innstilt verdi og vekselretterstasjonens strømregulering er uvirksom

sålenge likestrømmen er større enn den

som er innstillet på vekselretterstasjonens

regulator. Denne innstilling er vanligvis

valgt slik at den er et visst beløp (margi-nalen) lavere enn innstillingen på likeretterstasjonen. Ved en likestrømoverfør-ing som er styrt slik vil den strøm som

tappes ut på et feilsted på linjen aldri

kunne bli større enn den nevnte marginal.

Hvis nemlig strømmen gjennom feilstedet

skulle søke å bli større ville vekselretteren

få mindre strøm enn den er innstilt for,

hvilket medfører at dens spenning senkes.

Også likeretteren minsker derved sin spenning for at ikke dens strøm skal overskride

den innstilte verdi. Begge stasjoner styres

da slik at deres spenning minskes sterkt og dermed også spenningen på linjen. En sta-bil verdi oppnås når spenningen på feilstedet får en størrelse, som er bestemt av marginalstrømmen ganger jordmotstan-den. Ved rimelige verdier på jordmotstan-den blir altså spenningen på feilstedet me-get lav og dermed også spenningen i strøm-retterstasj onene.

Det særegne ved oppfinnelsen består i at likeretterstasjonen, i hensikt å gjøre det mulig å slukke eventuelt opptredende overslag på linjen eller apparater som er tilsluttet, er forsynt med et spenningsfø-lende organ, som er innrettet til å tre i funksjon når likeretterstasjonens utgangsspenning underskrider en foreskrevet verdi og brått styre ned likeretterens spenning til null eller til negativ verdi (vekselretterdrift) for raskt å bringe stasjonens strøm til null.

Hvis det f. eks. oppstår overslag på en isolator kjede eller hvis et beskyttelsesgnist-gap trer i funksjon kan følgestrømmen ikke slukkes uten spesielle forholdsregler på grunn av at strømmen ikke har noen null-gjennomgang. For å belyse hvorledes en feil av den angitte art virker på en like-strømoverføring skal det henvises til fig. 1 hvor det er vist et skjematisk bilde av et slikt anlegg i et tenkt driftstilfelle og med en inntruffet feil på linjen. I figuren be-tegner 1 en likeretterstasjon, som dels er tilsluttet en vekselstrømskilde og dels avgir energi til en likestrømlinje, hvis ene pol er jordforbundet. I linjens annen ende befin-ner det seg en vekselretterstasjon 2, som er innkoblet på tilsvarende måte. Det antas at anlegget er utført for 100 kV og arbeider med 200 A. Likeretterstasjonens strøminn-stilling er da 200 A og vekselretterstasjonens eksempelvis 160 A. Dette innebærer at vekselretterstasjonens strøm ikke kan bli lavere enn 160 A og likeretterstasjonens ikke kan bli høyere enn 200 A. På et feilsted kan det altså høyst flyte 40 A. Antas det at en feil er inntruffet i punktet 3 med jordslutning som følge og med en jord-motstand på 100 ohm fås det åpenbart et spenningsfall over feilstedet på 4 kV. Antas det videre at linjemotstanden for delen mellom stasjonen 1 og punktet 3 er 20 ohm og linjemotstanden for den gjenværende linj edel er 5 ohm vil det i likeretterstasj onen måles en spenning på 4 + 4 = 8 kV til jord og i vekselretterstasj onen måles spenningen 4 — 0,8 = 3,2 kV. Hvis det ikke treffes spesielle foranstaltninger vil altså likeretterstasjonen gi ut 200 A med spenningen 8 kV og vekselretterstasjonen ta imot 160 A med spenningen 3,2 kV og gjennom feilstedet vil det flyte en strøm på 40 A.

Ved tidligere kjente anlegg har følge-strømmen på feilstedet kunnet elimineres ved at strømbrytere løser ut strømretter-stasjonen eller at ventilgruppene blokke-res. Ingen av disse foranstaltninger tillater imidlertid at likeretterstasjonen går over til vekselretterdrift. Vanligvis sørges det for rask gjeninnkopling i stasjonen, hvorved tiden for gjeninnkopling blir avhengig av funksjonstiden for relebeskyttelse og for avjonisering i feilstedet. Ved hjelp av oppfinnelsen påvirkes likeretterstasjonens regulator på slik måte at såvel strøm som spenning i denne stasjon bringes til null. Fra dynamisk synspunkt kan ikke strøm-men momentant bli null på grunn av den energi som er magasinert i anleggets reak-tanser. Likeretterstasjonens regulator får i henhold til oppfinnelsen en ny innstillings-størrelse hvis spenningen på anlegget underskrider en viss grenseverdi. Denne inn-stillingsstørrelse er slik at den krever at likeretterstasjonens strøm blir null. For å tilfredsstille dette krav må likeretterstasjonen få mulighet for å reguleres over til vekselretting. Hvis strøm og spenning er blitt null er det nådd en statisk tilstand, hvorfra anlegget ikke kan bringes uten ytre foranstaltninger. For å starte anlegget kreves strøm for å lade opp anleggets kapa-citanser, men likeretterstasjonens regulator tillater ikke at det avgis noen strøm hvis det finnes noen spenning.

Virkningen av den nye innstillingsstør-reisen på likeretterstasjonens regulator bør i henhold til oppfinnelsen hensiktsmessig skje ved at stasjonens strøminnstillingska-rakteristikk endres hvis spenningen synker under den nevnte grenseverdi og i stedet blir spenningsavhengig. I fig. 2 er det i ett diagram over strømmen I og spenningen D med helt opptrukne linjer vist karakteristikken for likeretterstasjonen. Over gren-sespenningen Di representeres karakteristikken av horisontale linjer li, L> og Is for forskjellige strøminnstillinger. Ved grenseverdien Di forandres karakteristikken eksempelvis slik at den blir spenningsavhengig og som vist i figuren raskt synker mot punktet Di. Karakteristikken kan dog også velges slik at strømmen får verdien null ved en spenningsverdi som ligger mellom grenseverdien Di og en mindre verdi som dog skal være større enn null. I dia-grammet er det også vist vekselretterstasjonens strøminnstilling tilsvarende likeretterstasjonens strøm li med den strekede linje «i» som med marginalverdien underskrider strømmen li.

For at et anlegg av denne art skal kunne startes er det nødvendig at den spen-ningsavhengige karakteristikk, som gir strømmen null for en endelig spenningsverdi, erstattes med en karakteristikk, som skjærer I-aksen ved null etter den strekpunkterte linje Is i fig. 2 eller ved en posi-tiv strømverdi.

I fig. 3 er det vist et utførelseseksempel i forenklet form for en strømretterstasjon i henhold til oppfinnelsen. I figuren beteg-ner 10 en likeretter, som ved uttaket 11 er sluttet til et vekselstrømnett og har to like-strømledere 12 og 13. I disse ledere er det innkoplet en likestrømreaktor 14. Likeretteren 10 har en styreanordning 15 av i og for seg kjent art og styreanordningen påvirkes av en regulator 16, som i figuren er innrammet av en strekpunktert linje. Regulatoren tilføres hjelpespenning fra en plussleder 17 og en minusleder 18 og forsterker styreimpulsene i en forsterker som består av elektronrørene 19 og 20. En stør-relse som føler likeretterens strøm tilføres punktet 21, f. eks. på den måten som er vist ved at stasjonens likestrøm bringes til å magnetisere en transduktor 22, hvis strøm Likerettes i likeretteren 23, som er tilsluttet punktet 21. Mellom likeretterstasjonens plussleder 12 og punktet 21 oppnås det altså over motstanden 24 en spenning, som er proporsjonal med stasjonens like-strøm. Denne spenning sammenliknes i regulatoren med en spenning mellom plusslederen 12 og punktet 25, en spenning som er proporsjonal med den strøm, som skal innstilles. Størrelsen av denne spenning kan forandres ved å endre innstillingen på et potensiometer 26, som er innkoplet mellom plusslederen 12 og minuslederen 18.

Styreanordningen 15 påvirker likeretteren 10 i slik retning at stasjonens like-strøm øker hvis potensialet i punktet 27 øker. Dette inntreffer hvis strømmen fra elektronrøret 20 øker. For at denne strøm skal kunne øke må også potensialet i punktet 28, som er tilsluttet gitteret i dette rør øke. Potensialet i punktet 28 kan igjen øke hvis verdien av motstanden 29 i en spen-ningsdeler som består av denne motstand og en motstand 30, som er innkoplet mellom hjelpespenningslederne 17 og 18 minsker. Dette inntreffer hvis strømmen gjennom elektronrøret 19 minsker. Den følende størrelse som oppnås fra likeretteren 23 gjør potensialet i punktet 21 mere positivt hvis anleggets likestrøm øker. Potensialet i punktet 31, som over motstandene 32 og 33 er forbundet med punktene 21 henhv. 25 vil da også bli mere positivt. Som følge herav blir punktet 32, som dels er tilsluttet punktet 31 og dels forbundet med gitteret i elektronrøret 19, også mere positivt. Strømmen gjennom elektronrøret 19 vil altså øke, hvilket bevirker at styreanordningen 15 struper likeretteren 10 og minsker dennes likestrøm.

Betraktes bare virkningen av en innstillet verdi på potensiometeret 26 vil det på grunn av den valgte kopling ses at punktet 21 alltid får negativt potensial. Punktene 31 og 32 får da også negativt potensial og strømmen gjennom elektron-røret 19 vil søke å minske. Dette innebærer i henhold til det som er sagt ovenfor at likestrømmen fra likeretteren 10 vil øke.

Hvis begge de styrearter som er beskrevet er virksomme vil de tilsammen søke å innstille en slik likestrøm fra anlegget at det oppnås likevekt mellom innstillings-størrelsen som er oppnådd fra potensiometeret 26, og den følende størrelse som er oppnådd fra transduktoren 22. Dette kan bare oppnås hvis potensialet i punktet 31 er omtrent null.

Figuren viser også en anordning for innstilling av marginalstrømmen. For dette formål er det anordnet en manøvervender 34, som skal være åpen i likeretterstasjonen og sluttet i vekselretterstasjonen. Man-øvervenderen er innkoplet mellom hjelpespenningens plussleder 17 og stasjonens plussleder 12 i serie med en motstand 35. Et uttak på denne motstand er over en annen motstand 36 forbundet med punktet 32. Ved vekselretterdrift vil således punktet 32 alltid påtrykkes et visst positivt potensial som gjør at likestrømmen fra

likeretteren 23 bare behøver å nå en lavere verdi for at likevektstilstanden skal nås enn ved likeretterdrift hvor manøver-venderen 34 er åpen.

Figuren viser også den sperreanordning 37, som i henhold til oppfinnelsen skal forhindre at vekselretterstasjonen går over til likeretting. Sperreanordningen inneholder en motstand 38 forsynt med to uttak, til hvilke en omkopler 39 alternativt kan slutte punktet 40. Det ene uttak tilsvarer likeretterdrift og det annet vekselretterdrift. Motstanden er innkoplet mellom hjelpespenningens plussleder 17 og anleggets plussleder 12. Mellom omkopleren og punktet 40 er det dessuten innkoplet en strømventil 41. Punktet 40 og dermed også punktet 28 kan på grunn av strømventilen 41 ikke bli mere positivt enn den spenning,

som er innstillet på motstanden 38, og derved oppnås at styreanordningen 15 aldri kan åpne mere enn tilsvarende det potensial, som oppnås i de to uttak på motstanden 38. Uttaket for vekselretting er valgt slik, at styringen ikke under noen omsten-dighet kan gå over til likeretting.

I det utførelseseksempel som er vist i figuren er det anordnet et spennings-følende organ 42 som består av en transduktor 43, som tilføres en styrestørrelse som er proporsjonal med linjespenningen. Dette oppnås ved hjelp av en spennings-deler som består av motstandene 44 og 45, til hvis sammenbindingspunkt styreviklin-gen 46 på transduktoren er koplet i serie med en motstand 47. Transduktoren 43 er i serie med en likeretter 48 som er tilsluttet en vekselstrømskilde ved uttaket 49. Likeretteren 48 er med sin positive likestrøm-klemme tilsluttet anleggets plussleder 12 og med sin negative likestrømklemme i serie med en strømventil 50 tilsluttet hjelpespenningens minusleder 18. Strømven-tilen 50 er innkoplet for samme strømret-ning som likeretteren 48. Et punkt 51 mellom strømventilen 50 og likeretteren 48 er dels over en motstand 52 tilsluttet hjelpespenningens plussleder 17 og dels over en strømventil 53 og en strømvender 54 tilsluttet punktet 25 i regulatoren 16.

I den utførelsesform for oppfinnelsen som er vist i figur 3 er det forutsatt at anleggets plussleder 12 inngår som nøytral-leder i et system som består av to likeret-tere 10. Hjelpespenningssystemet 17, 18 kan da også henføres til denne nøytralleder og en strøm som flyter fra lederen 17 gjennom motstanden 52 vil derfor over punktet 51 passere likeretteren 48. Ettersom denne likeretter også påvirkes av strømmen fra transduktoren 43 vil potensialet i punktet 51 bli avhengig av hvilken av disse to strømmer som er størst.

Hvis likeretteren 10 ikke avgir noen spenning vil transduktoren 43 heller ikke avgi noen strøm til likeretteren 48, og strømmen gjennom motstanden 52 fra lederen 17 vil da kortslutte strømventil ene i likeretteren 48, hvilket medfører at punktet 51 får samme potensial som den leder 12 som tjener som nøytralleder, dvs. potensialet blir null. Hvis. spenningen mellom lederne 12 og 13 vokser fra null vil potensialet i punktet 51 holde seg på null sålenge strømmen gjennom motstanden 52

er større enn strømmen fra transduktoren 43. Når transduktorstrømmen overveier må denne strøm også passere motstanden 52, hvorved kortslutningen av strømventilene 1 likeretteren 48 opphører og potensialet i punktet 51 senkes mot det negative potensial på lederen 18. Med voksende likespen-ning i anlegget blir punktet 51 mere negativt. For at ventilsatsen i likeretteren 48 ikke skal trenge å dimensjoneres for altfor høye, negative spenninger, er ventilen 50 innkoplet på slik måte at potensialet i punktet 51 begrenses.

Ved sammenkopling av punktet 51 og punktet 25 kan regulatoren 16 påvirkes av det spenningsfølende organ 42. I henhold til den tidligere fremstilling er regulatoren innrettet slik at det oppnås likevekt når punktet 25 har negativt potensial. Så lenge det spenningsfølende organ 42 holder potensialet i punktet 51 på en tilstrekkelig stor negativ verdi vil dette organ ikke påvirke regulatoren. Strømventilen 53 forhindrer derved at det flyter strøm fra punktet 25 til punktet 51. Hvis det opp-trer en feil av den art som er beskrevet ovenfor på en linje som arbeider med full spenning vil, i henhold til den tidligere fremstilling i tilslutning til figurene 1 og 2 spenningen på linjen raskt synke. Ved en viss spenningsverdi vil potensialet i punk-

tet 51 plutselig vokse til null. Dette betyr at potensialet i punktet 25 blir mere positivt og at regulatoren vil minske den av-gitte strøm i anlegget. Regulatorens styre-impuls vil derved påvirke likeretterens styreanordning 15 helt til anleggets strøm er sunket til null, og dette innebærer at styreanordningen eventuelt kan omstyre likeretteren 10 til vekselretting.

Som tidligere fremholdt kan et anlegg i henhold til oppfinnelsen ikke starte uten at det foretas spesielle foranstaltninger. Disse innebærer at den spenningsav-hengige karakteristikk i henhold til de helt opptrukne linjer i fig. 2 erstattes med en karakteristikk som eksempelvis går gjen-

nom null etter den strekpunkterte linje.

I den utførelsesform som er vist i fig. 3 kan dette oppnås ved helt enkelt å åpne strøm venderen 54, som vanligvis utgjøres av en relekontakt. Vekselretterstasjon ens karakteristikk må være innrettet slik at den ligger under likeretterstasjonens. De anordninger som er nødvendige i vekselretterstasjonen for dette formål er ikke vist i fig. 3, men er av liknende karakter.

Fra driftsteknisk synspunkt er det en spesiell fordel at det oppnås en automatisk nedregulering av strøm og spenning til null uten at noe mekanisk koplingselement trenger å tre i funksjon og at et slikt bare kreves når anlegget skal startes. Denne strømvender kan også på enkel måte påvirkes av en gjeninnkoplingsautomatikk. Ettersom beskyttelsesanordningen funge-rer uten releer er det herunder ikke nød-vendig å regne med funksjonstiden for slike og da strømmen gjennom feilstedet bare kan gå opp til en brøkdel av merke-strømmen slik at avjoniseringstiden for lys-buen på feilstedet blir betydelig kortere enn ved tidligere kjente anordninger vil altså den tid som ved et anlegg i henhold til oppfinnelsen trenges før gjeninnkopling kan skje bli betydelig kortere enn ved anlegg av tidligere kjent art.

I det utførelseseksempel som er vist i figur 3 er det vist et spenningsfølende organ som bare inneholder statiske koplingselementer. Derved unngås de ulemper som følger med anvendelsen av releer, som vanligvis har for lang funksjonstid, eller elektronrør, som er altfor ømtålelige. Anvendelsen av slike koplingselementer fal-

ler dog selvsagt innenfor rammen for foreliggende oppfinnelse og det kan selvsagt brukes alle i og for seg kjente omkoplings-anordninger, som kan gi knekurvekarakter.

Claims (4)

1. Beskyttelsesanordning for en kraft-overføring med høgspent likestrøm som inneholder en likeretterstasjon, som normalt reguleres på konstant strøm, effekt eller frekvens,, karakterisert ved at likeretterstasjonen, for å gjøre det mulig å slukke eventuelt opptredende overslag på linjen eller apparater som er tilsluttet denne, er forsynt med et spenningsfølende organ, som er innrettet til å tre i funksjon når likeretterstasjonens utgangsspenning underskrider en foreskrevet verdi og brått styre likeretterens spenning ned til null eller til negativ verdi (vekselretterdrift) for raskt å bringe stasjonens strøm til null. 2. Beskyttelsesanordning som angitt i

påstand 1, karakterisert ved at vekselretterstasjonen er forsynt med en sperreanordning som forhindrer at stasjonen går over til likeretterdrift.

3. Beskyttelsesanordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at det spen-ningsfølende organ utgjøres av et rele.

4. Beskyttelsesanordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at det spen-ningsfølende organ utgjøres av en i og for seg kjent statisk omkopler beregnet for knekurveregulering.