Stromrichteranlage. Es ist bekannt, zur .Erzeugung hoch gespannten Gleichstromes eine Reihenschal tung mehrerer ein- oder mehrphasiger Einzel stromrichter zu benutzen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, mehrphasige Strom richter aus sowohl gleichstrom- als auch wechselstromseitig in Reihe geschalteten Stromrichtern zusammenzusetzen, um durch diese Verkettung Störungen in einem Teil stromrichter zu mildern. Alle diese Anord nungen haben in der Praxis nicht voll be friedigt.
Bei den heute zur Verfügung ste henden Entladungsstrecken, beispielsweise solchen mit Dampf- oder Gasfüllung und Gittersteuerung lässt sich eine Störung, zum Beispiel eine Rückzündung oder eine Durch zündung, nicht dauernd mit Sicherheit ver meiden. Es muss damit gerechnet werden, dass bei einem Quecksilberdampfgleichrichter üblicher Bauart in etwa 2000 Betriebsstla.n- den eine Rückzündung auftritt; bei ausge sprochenen Hochspannungsgefässen ist diese Zeit der "mittleren Sicherheit" noch niedri ger.
Bei der, grossen Zahl von Entladungs strecken in einer Anlage zur Energieübertra gung mit hochgespanntem Gleichstrom wird damit die Störanfälligkeit bei Verwendung der bekannten bezw. vorgeschlagenen Anord nungen so hoch, dass die für eine Energie übertragung zu fordernde Betriebssicherheit bisher nicht gewährleistet werden konnte.
Die Erfindung geht nun einen neuen 'Weg, um Stromrichteranlagen, insbesondere solche, die der Energieübertragung mit hocb- ges.panntem Gleichstrom dienen, die hierfür erforderliche Sicherheit zu verleihen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass an jede Trans formatorphasenwicklung mehrere in Reihe geschaltete einanodige Entladungsstrecken angeschlossen sind,- und dass die Entladungs strecken so bemessen sind und die Zahl der jeweils in Reihe geschalteten Entladungs strecken so gewählt ist, dass bei Störung einer Entladungsstrecke (z. B.
Rückzündung oder Durchzündung) die übrigen Entladungsstrek- ken der gleichen Reihe noch nicht spannungs mässig überlastet werden. Nach der Erfin dung ist also in jeder Reihe mindestens eine Entladungsstrecke mehr vorgesehen als es nach der Spannungsbeanspruchung erforder lich wäre, Diese überzähligen Entladungs strecken können gewissermassen als Reserve gefässe aufgefasst werden, die aber nicht, wie bisher; nicht angeschlossen oder parallel be trieben werden, sondern die mit den übrigen Gefässen in Reihe geschaltet und vom vollen Belastungsstrom durchflossen sind.
Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei nur die Stromrichter anlage einer Umformerstation dargestellt ist. Dem Beispiel ist die Brückenschaltung zu grunde gelegt worden, weil hierbei die Be anspruchung der Entladungsstrecken auf Sperrspannung im Verhältnis zur Höhe der Gleichspannung besonders niedrig ist und die Gleichspannung eine besonders giinstige Wel ligkeit aufweist. Es bedeuten 1 das speisende bezw. gespeiste Wechselstromnetz, 2 die Gleichstromleitung, 3 und 4 Stromrichter transformatoren, die je eine Hälfte der in ihrer 14litte bei 5 geerdeten Anlage speisen.
6 und 7 sind Glättungsdrosseln, die anstatt in die geerdete Mittelleitung auch in die Zu leitungen zum Gleichstromnetz 2 eingeschal tet werden können. An jede der stromrichter- seitigen Transformatorphasenwiclflungen sind nun in jedem Brückenzweig drei in Reihe geschaltete Entladungsstrecken 8, 9 und 10 angeschlossen, die so bemessen sind, dass zwei dieser Entladungsstrecken die volle im Be trieb an dieser Reihenschaltung aus drei Ge fässen auftretende Sperrspannung betriebs mässig dauernd aushalten können. Durch Kon densatoren 11, 12 und 13 wird eine gleich mässige Spannungsverteilung auf die einzel nen Entladungsstrecken jeder Reihe sicher gestellt.
An Stelle eines einanodigen Gefässes wird also je Phase eine aus z Gefässen oder z "Gliedern" bestehende "Gefässkette" ver wendet. Dabei ist die Gliederzahl z so be messen, dass bei Ausfall (z. B. Rückzündung) eines Gliedes in der Sperrperiode die nor male Sperrspannung der restlichen (z - 1) Glieder nicht überschritten wird.
Bedeuten: L\,, = Scheitelwert der Kettenspannung in der Sperrperiode, u5 = Nennwert der Sperrspannung eines Gefässes, z = Anzahl der Glieder je Kette, so gilt für die Sicherheitsschaltung die Be ziehung
EMI0002.0024
Bei Riickzündung eines Gefässes genügt die Sperrfiiliiglieit der restlichen Glieder, um einen Kurzschluss zu verhindern;
infolgedes sen wird die Riiekzündungsursache im allge meinen schon bei der Spannungsumkehr, also innerhalb einer Periode, oder jedenfalls nach wenigen Perioden, beseitigt werden.
Eine Betriebsstörung kann erst. dann ein treten, \nenn die ganze Kette rückzündet. Die ser Fall ist erst möglich, wenn die zulässige Sperrspannung u,; der Einzelgefässe über schritten wird, also wenn zwei oder mehr Glie der einer Kette gleichzeitig rückzünden. Die ser Fall ist unter den gegebenen Verhältnis sen nach der Wa.hrsebeinlichkeitsrechnung praktisch ausgeschlossen, wie nachstehend gezeigt wird.
Die Rechnung erfasst nur den Fall des gleichzeitigen Auftretens von zwei Rückzün dungen innerhalb einer oder mehrerer Ketten und setzt demgemäss voraus, dass damit in jedem Fall ein Kurzschluss des Stromrichters verbunden ist. Genau genommen trifft dies nur für den Fall zu, dass die Kette aus zwei Gliedern besteht.
Bei drei Gliedern und ins besondere bei einer höheren Gliederzahl kann man in vielen Fällen damit rechnen, dass auch. bei Ausfall von zwei Gefässen die rest lichen während der kurzen Dauer der Rück zündung (einige Perioden) die kurzzeitige Überbeanspruchung ohne Rückzündung aus halten, mithin bei gleichzeitiger Rückzün dung von zwei Gefässen noch keine Betriebs störung auftritt. Daraus folgt, dass die Rech- nung eine um so grössere Sicherheit ein schliesst, je grösser die Gliederzahl einer Kette ist.
Unter den eben gekennzeichneten Voraus setzungen bestimmt sich die mittlere Sicher heit gegen Störungen bei Anwendung der Sicherheitsschaltung, und zwar sowohl abso lut wie relativ zu der Sicherheit des Einzel gefässes, wie folgt: Bedeuten (p = Dauer einer Rückzündung der Ein zelgefässe in Perioden für f = 50 4t = 5,6 .
1"<I>.</I> 9p = Dauer einer Rück zündung der Einzelgefässe in Stunden TI = mittlere "Sicherheit" .des Einzelge fässes in h = mittlere Zeitdauer, in der das Einzelgefäss eine Rückzün dung ausführt T"2 = mittlere "Sicherheit" bei Reihenschal " tung von zwei Gefässen = mittlere Zeitdauer, in der beide Gefässe gleich zeitig rückzünden TIIz = mittlere "Sicherheit" bei Reihenschal tung von z Gefässen = mittlere Zeit dauer,
in der von den z Gefässen zwei Gefässe gleichzeitig rückzünden WI = absolute Wahrscheinlichkeit der Rückzündung eines Einzelgefässes WII2 = absolute Wahrscheinlichkeit der gleichzeitigen Rückzündung von zwei Gefässen bei z = 2 Waz = absolute Wahrscheinlichkeit der gleichzeitigen Rückzündung von zwei Gefässen bei z = z xIIz = relative "Sicherheit" bei Reihenschal tung von z Gefässen<I>=</I> Taz <I>:</I> TI so ergibt sich: 1. für ein Einzelgefäss
EMI0003.0021
3.
Für z Gefässe in Reihe erhöht sich gegenüber 2. die absolute Wahrscheinlich keit des gleichzeitigen Rückzündens von zwei Gefässen, und zwar sovielmal als Kombi nationen von z Elementen zur zweiten Klasse möglich sind, da die Gleichzeitigkeit nicht mehr auf ein Paar beschränkt ist, sondern sich auf so viele Paare erstreckt, als kombi nationsmässig möglich ist. Demnach:
EMI0003.0023
<I>Zahlenbeispiele:</I> Unter der Voraussetzung, dass die Rück zündung eines Gliedes nicht in einen Kurz schluss übergeht, beträgt die Dauer der Rück zündung (dt) nur eine oder wenige Perio- den. Der Sicherheit halber sei allgemein 4t <I>=</I> '/ocoo" oder T <I>=</I> 50 angesetzt.
Ebenso sei die Sicherheit (TI) der Hoch spannungsgefässe sehr vorsichtig nur mit TI = 50 bezw. 100h angenommen.
Unter dieser Voraussetzung erhält man aus (4) und (5) folgende Werte:
EMI0004.0001
Sicherheit <SEP> mit <SEP> Ti <SEP> = <SEP> 50h <SEP> Sicherheit <SEP> mit <SEP> Ti <SEP> - <SEP> <B>100</B> <SEP> h
<tb> Anzahl <SEP> Glieder
<tb> je <SEP> Kette <SEP> absolut <SEP> (Tliz) <SEP> relativ <SEP> absolut <SEP> (TIlz) <SEP> relativ
<tb> Jahre <SEP> , <SEP> (Tllz) <SEP> Jahre <SEP> (211z)
<tb> z <SEP> = <SEP> 2 <SEP> 1025 <SEP> 180 <SEP> # <SEP> 101 <SEP> 4100 <SEP> 360 <SEP> # <SEP> 103
<tb> = <SEP> 3 <SEP> 343 <SEP> 60 <SEP> 1370 <SEP> 120 <SEP> "
<tb> = <SEP> 4 <SEP> 171 <SEP> 30 <SEP> " <SEP> 685 <SEP> 60 <SEP> "
<tb> = <SEP> 5 <SEP> 103 <SEP> 18 <SEP> 410 <SEP> 36 <SEP> "
<tb> = <SEP> 6 <SEP> 69 <SEP> 12 <SEP> 274 <SEP> 24 <SEP> " Man ersieht hieraus:
selbst bei einer Sicherheit des Einzelgefässes von nur 50h tritt bei Reihenschaltung der Fall, dass zwei Gefässe gleichzeitig zünden und dadurch die Gefahr eines Kurzschlusses hervorgerufen wird, sogar bei Ketten von sechs Gliedern rechnungsmässig nur einmal in 69 Jahren, d. h. praktisch überhaupt nicht ein.
Dieses Beispiel zeigt die grossen Vorteile, die die Anordnung nach der Erfindung bei Stromrichteranlagen für sehr hohe Spannun gen gegenüber den bisher bekannten Anord nungen aufweist. Diese Vorteile sind so be deutend, dass die bewusste Vergrösserung und damit Verteuerung der Anlage um je minde stens eine Entladungsstrecke in jeder Reihe gerechtfertigt ist, ebenso wie die Inkauf nahme der erhöhten Verluste, die durch die Einschaltung je mindestens einer überzäh ligen Entladungsstrecke in jeder Reihe ent stehen. Damit wird es zum ersten Mal mög lich, eine Energieübertragung mit hoch gespanntem Gleichstrom praktisch zu ver wirklichen.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung vorge sehen, um eine Entladungsstrecke bei An dauern einer Störung von Hand oder selbst tätig zu überbrücken. Dieses gestörte Ent ladungsgefäss kann dann, insbesondere wenn es mit seinen Hilfseinrichtungen, wie Va kuumpumpe, Erregung usw., unter genügen der Isolation zu einer fahrbaren Einheit zu sammengebaut ist, während des Betriebes gegen eine andere gleiche Einheit ausge tauscht werden. Hierbei kann beim Heraus fahren der Gefässeinheit zunächst die Über- brückung der Hauptanschlüsse und sodann durch weiteres Herausfahren eine Abtren nung der Einheit von diesen Hauptanschlüs sen selbsttätig bewirkt werden.
Die ganze Auswechslung kann hierbei in kürzester Zeit vorgenommen werden, so dass auch bei einer derartigen, sehr seltenen schweren Störung die Wahrscheinlichkeit, dass in dieser kurzen Zeit noch ein weiteres Gefäss der gleichen Reihe rückzündet, sehr gering ist.
Converter system. It is known to use a series circuit of several single-phase or multi-phase individual converters for generating high-voltage direct current. It has also already been proposed to assemble multi-phase converters from converters connected in series on both the DC and AC sides in order to mitigate disturbances in a part of the converter through this concatenation. All of these arrangements have not been fully satisfied in practice.
In the case of the discharge paths available today, for example those with vapor or gas filling and grid control, a fault, for example backfire or through ignition, cannot always be reliably avoided. It must be expected that a mercury vapor rectifier of the usual design will reignite in around 2000 operating hours; If the high-voltage vessels are open, this "medium safety" period is even lower.
In the large number of discharge stretches in a system for energy transmission with high-voltage direct current so that the susceptibility to failure when using the known BEZW. proposed arrangements so high that the operational safety required for energy transmission could not be guaranteed so far.
The invention is now a new way of providing power converter systems, in particular those which are used to transmit energy with high voltage direct current, the security required for this. It is characterized in that several single-anode discharge paths connected in series are connected to each transformer phase winding, - and that the discharge paths are dimensioned and the number of discharge paths connected in series is selected so that in the event of a fault in a discharge path (e.g. B.
Back-ignition or through-ignition) the remaining discharge paths in the same row are not yet overloaded in terms of voltage. According to the inven tion, at least one more discharge path is provided in each row than would be required according to the voltage stress, These surplus discharge paths can to a certain extent be understood as reserve vessels, but not, as before; not connected or operated in parallel, but rather connected in series with the other vessels and carrying the full load current.
The figure shows an embodiment of the invention, only the power converter system of a converter station is shown. The example is based on the bridge circuit because the loading of the discharge paths on reverse voltage is particularly low in relation to the level of the DC voltage and the DC voltage has a particularly favorable waveform. It means 1 the dining respectively. fed AC network, 2 the direct current line, 3 and 4 power converter transformers, which each feed one half of the system that is earthed at 5 in its 14litte.
6 and 7 are smoothing chokes, which can be switched on instead of in the grounded central line in the lines to the direct current network 2 switched. Three discharge paths 8, 9 and 10 connected in series are connected to each of the transformer phase windings on the converter side in each bridge arm, and these are dimensioned so that two of these discharge paths continuously operate the full blocking voltage that occurs in this series connection of three vessels can endure. By means of capacitors 11, 12 and 13, a uniform voltage distribution across the individual discharge paths in each row is ensured.
Instead of a single-anodic vessel, a "vessel chain" consisting of z vessels or z "links" is used for each phase. The number of links z is to be measured in such a way that if one link fails (e.g. re-ignition) during the blocking period, the normal blocking voltage of the remaining (z - 1) links is not exceeded.
Meaning: L \ ,, = peak value of the chain tension in the blocking period, u5 = nominal value of the blocking voltage of a vessel, z = number of links per chain, then the relationship applies to the safety circuit
EMI0002.0024
If a vessel is ignited, the blocking capacity of the remaining links is sufficient to prevent a short circuit;
As a result, the cause of the backfire will generally be eliminated as soon as the voltage is reversed, i.e. within one period, or at least after a few periods.
A malfunction can only occur when the whole chain reignites. This case is only possible if the permissible reverse voltage u ,; the individual vessels is exceeded, i.e. when two or more links in a chain re-ignite at the same time. This case is practically impossible under the given conditions according to the currency embarrassment calculation, as shown below.
The calculation only covers the case of the simultaneous occurrence of two flashbacks within one or more chains and accordingly assumes that a short circuit of the converter is connected with this in every case. Strictly speaking, this only applies in the event that the chain consists of two links.
With three links and especially with a higher number of links, one can in many cases expect that too. In the event of failure of two vessels, the rest of the short duration of the flashback (a few periods) can withstand the brief overstress without flashback, so that if two vessels are flashed back at the same time, no malfunction occurs. It follows that the calculation includes the greater the security, the greater the number of links in a chain.
Under the conditions outlined above, the average level of safety against malfunctions when using the safety circuit, both in absolute terms and in relation to the safety of the individual vessel, is determined as follows: Significance (p = duration of a re-ignition of the individual vessels in periods for f = 50 4t = 5.6.
1 "<I>. </I> 9p = duration of a re-ignition of the individual vessels in hours TI = medium" safety "of the individual vessel in h = mean time in which the individual vessel performs a re-ignition T" 2 = medium " Safety "when two vessels are connected in series" = average duration in which both vessels reignite simultaneously TIIz = medium "safety" when z vessels are connected in series = average duration,
in which two vessels of the z vessels reignite at the same time WI = absolute probability of reignition of a single vessel WII2 = absolute probability of reignition of two vessels at the same time at z = 2 Waz = absolute probability of reignition of two vessels at the same time at z = z xIIz = relative " Safety "when z vessels are connected in series <I> = </I> Taz <I>: </I> TI this results in: 1. for a single vessel
EMI0003.0021
3.
For z vessels in a row, the absolute probability of the simultaneous re-ignition of two vessels increases compared to 2. as many times as combinations of z elements to the second class are possible, since the simultaneity is no longer limited to a pair, but rather extends as many pairs as is possible in combination. Therefore:
EMI0003.0023
<I> Numerical examples: </I> Provided that the re-ignition of a link does not turn into a short circuit, the re-ignition (dt) lasts only one or a few periods. For the sake of security, 4t <I> = </I> '/ ocoo "or T <I> = </I> 50 should generally be used.
Likewise, the safety (TI) of the high-voltage vessels is very careful only with TI = 50 respectively. 100h assumed.
Under this condition, the following values are obtained from (4) and (5):
EMI0004.0001
Security <SEP> with <SEP> Ti <SEP> = <SEP> 50h <SEP> Security <SEP> with <SEP> Ti <SEP> - <SEP> <B> 100 </B> <SEP> h
<tb> Number of <SEP> links
<tb> per <SEP> chain <SEP> absolute <SEP> (Tliz) <SEP> relative <SEP> absolute <SEP> (TIlz) <SEP> relative
<tb> years <SEP>, <SEP> (Tllz) <SEP> years <SEP> (211z)
<tb> z <SEP> = <SEP> 2 <SEP> 1025 <SEP> 180 <SEP> # <SEP> 101 <SEP> 4100 <SEP> 360 <SEP> # <SEP> 103
<tb> = <SEP> 3 <SEP> 343 <SEP> 60 <SEP> 1370 <SEP> 120 <SEP> "
<tb> = <SEP> 4 <SEP> 171 <SEP> 30 <SEP> "<SEP> 685 <SEP> 60 <SEP>"
<tb> = <SEP> 5 <SEP> 103 <SEP> 18 <SEP> 410 <SEP> 36 <SEP> "
<tb> = <SEP> 6 <SEP> 69 <SEP> 12 <SEP> 274 <SEP> 24 <SEP> "You can see from this:
Even with a safety of the individual vessel of only 50h, when connected in series, the case that two vessels ignite at the same time and thus the risk of a short circuit is created, even with chains of six links only once every 69 years, i. H. practically not one at all.
This example shows the great advantages that the arrangement according to the invention has in converter systems for very high voltages conditions compared to the previously known Anord. These advantages are so significant that the deliberate enlargement and thus the cost of the system by at least one discharge section in each row is justified, as is the acceptance of the increased losses that result from switching on at least one excessive discharge section in each row arise. This makes it possible, for the first time, to transfer energy with high-voltage direct current.
According to a further embodiment of the invention, a device is provided to bridge a discharge path in the event of a malfunction manually or actively. This disturbed Ent discharge vessel can then, especially if it is assembled with its auxiliary equipment such as vacuum pump, excitation, etc., with sufficient insulation to form a mobile unit, be exchanged for another identical unit during operation. In this case, when the vessel unit is moved out, the main connections can first be bridged and then the unit can be automatically separated from these main connections by moving it out further.
The entire replacement can be carried out in the shortest possible time, so that even with such a very rare serious disturbance, the probability that another vessel in the same row will re-ignite in this short time is very low.