DE102012208946A1

DE102012208946A1 - Device for starting generator of power plant, has transformer that boosts output of starting converter, so that rated voltage of generator is adjusted

Info

Publication number: DE102012208946A1
Application number: DE201210208946
Authority: DE
Inventors: Ulf Stadler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2013-06-13

Abstract

The device (IT) has a starting converter (AU) for supply of a generator (G) with voltage and current at a stator, and for setting the frequency of the phase current. A spacer (L1) establishes a direct connection between outputs (A1,GA) of the starting converter and the generator. Another spacer (L2) establishes connection between the outputs of the starting converter and the generator through a transformer (T2). The transformer boosts the output of the starting converter, so that the rated voltage of the generator is adjusted. An independent claim is included for a method for starting generator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Anfahren eines Generators. The invention relates to a device and a corresponding method for starting a generator.

Wenn herkömmliche Kraftwerke, wie Gas-, Dampf- und Kernkraftwerke aufgrund Erreichung ihrer Höchstlaufzeit vor der Abschaltung stehen, stellt sich für die Kraftwerksbetreiber die grundsätzliche Frage, ob die bestehende Anlage weiter aufgerüstet oder stillgelegt werden soll. Im Falle einer Stilllegung muss überlegt werden, wie die fehlende Leistung ersetzt werden soll, damit es zu keiner Stromverknappung kommt. Eine Möglichkeit, die stillgelegten Anlagen sinnvoll weiterzunutzen, besteht darin, die Anlagen weiterhin mit dem Stromnetz zu koppeln und die Anlage oder zumindest Teile davon zur Erzeugung von Blindleistung einzusetzen. Eine wirtschaftliche und effektive Lösung besteht darin, den Generator eines ausgedienten Kraftwerks mit dem Netz zu koppeln und ihn so zu betreiben, dass er als Kondensator wirkt. If conventional power plants, such as gas, steam and nuclear power plants, are due to reach their maximum running time before shutdown, the power plant operators the fundamental question arises whether the existing plant should be further upgraded or shut down. In the case of decommissioning, consideration must be given to how to replace the missing power so that there is no power shortage. One option for continuing to use the decommissioned plants is to continue to link the plants to the power grid and to use the plant or at least parts of it to generate reactive power. An economical and effective solution is to couple the generator of a disused power plant to the grid and operate it to act as a capacitor.

Hintergrund ist, dass diejenige Blindleistung, die dieser Generator ins Netz einspeist, von anderen Kraftwerken als Wirkleistung erzeugt werden kann. Die Herausforderung ist nun, so einen Generator, der ja bisher von einer Turbine angetrieben worden ist, nun ohne Turbine auf Nenndrehzahl zu bringen, um ihn dann mit dem Netz zu synchronisieren. The background is that the reactive power which this generator feeds into the grid can be generated by other power stations as active power. The challenge now is to bring such a generator, which has so far been driven by a turbine, now without turbine to nominal speed, in order to then synchronize it with the grid.

In einem ersten rein mechanischen Ansatz wird die nicht mehr gebrauchte Speisewasserpumpe der Anlage abgebaut und an den Generator gekoppelt, um diesen auf Drehzahl bringen. Das bedeutet aber große mechanische Umbaumaßnahmen, die sowohl zeitlich als auch finanziell schwer zu kalkulieren sind. In a first purely mechanical approach, the system's feedwater pump, which is no longer used, is dismantled and coupled to the generator in order to speed it up. But this means large mechanical conversion measures, which are difficult to calculate both in terms of time and financially.

Um Generatoren auf Nenndrehzahl zu bringen existieren bereits auch Konstellationen, z.B. bei Gasturbinen oder Pumpspeicherkraftwerken, bei denen die Generatoren (Gasturbinen) oder Pumpturbinen (Pumpspeicherkraftwerke) elektrisch „hochgezogen“ werden, jedoch sind die dortigen Komponenten auf die Anforderungen von vorne herein ausgelegt. In order to bring generators to rated speed, constellations already exist, e.g. in gas turbines or pumped storage power plants in which the generators (gas turbines) or pump turbines (pumped storage power plants) are electrically "pulled up", but the local components are designed to meet the requirements from the outset.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Anfahren eines Generators anzugeben, die effizient und einfach zu realisieren ist. Insbesondere soll der Generator dazu verwendet werden, Blindleistung abzugeben, d.h. ohne Ankopplung an die Turbine betrieben werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein entsprechendes Verfahren zum Anfahren eines Generators anzugeben. The invention has for its object to provide a device for starting a generator, which is efficient and easy to implement. In particular, the generator should be used to deliver reactive power, i. be operated without coupling to the turbine. Another object of the invention is to provide a corresponding method for starting a generator.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben. These objects are achieved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are given in the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich um eine reine elektrotechnische Lösung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anfahren eines Generators, welcher von einer Turbine entkoppelt ist, aber weiterhin über eine Generatorableitung mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist, weist einen herkömmlichen Mittelspannungsumrichter als Anfahrumrichter zur Versorgung des Generators mit Strom und Spannung am Stator und zur Einstellung der Frequenz des Drehstromes auf. In einer ersten Phase des rein elektrischen Anfahrvorganges wird der Generator direkt mit einem Ausgangssignal des Anfahrumrichters beaufschlagt. In einer zweiten Phase wird ein erster Spannungswert des Anfahrumrichters hochtransformiert, während die Frequenz des Anfahrumrichters kontinuierlich hochgefahren wird. The solution according to the invention is a pure electrotechnical solution. The inventive device for starting a generator, which is decoupled from a turbine, but is still connected via a generator lead to a power grid, has a conventional medium voltage converter as start-up converter for supplying the generator with current and voltage on the stator and for adjusting the frequency of the three-phase current , In a first phase of the purely electrical starting process, the generator is charged directly with an output signal of the Anfahrumrichters. In a second phase, a first voltage value of the starting converter is transformed up, while the frequency of the starting converter is continuously increased.

Mittels des Transformators wird eine Spannungserhöhung des Ausgangssignals des Anfahrumrichters erreicht, sodass die Nennspannung des Generators eingestellt werden kann. In einem entsprechenden Verfahren zum Anfahren des Generators wird in einem ersten Schritt der Anfahrumrichter auf einen ersten Spannungswert und einen ersten Frequenzwert hochgefahren und dieses Ausgangssignal des Anfahrumrichters direkt dem Stator des Generators zugeführt. Bei dem ersten Spannungswert wird es sich in der Regel um die maximale Ausgangsspannung des Anfahrumrichters handeln. In einem zweiten Schritt wird das Ausgangssignal des Anfahrumrichters über zumindest einen Transformator dem Stator des Generators zugeführt. Im Transformator wird die Ausgangsspannung des Anfahrumrichters soweit erhöht, bis die Nennspannung des Generators erreicht ist. Der erste Frequenzwert des Anfahrumrichters wird weiterhin kontinuierlich erhöht, bis der gewünschte Frequenzwert (in der Regel 50 Hz) erreicht ist. Somit ist der Betriebspunkt des Generators erreicht. By means of the transformer, a voltage increase of the output signal of the Anfahrumrichters is achieved, so that the rated voltage of the generator can be adjusted. In a corresponding method for starting up the generator, in a first step the starting converter is ramped up to a first voltage value and a first frequency value, and this output signal of the starting converter is fed directly to the stator of the generator. The first voltage value will usually be the maximum output voltage of the starting converter. In a second step, the output signal of the Anfahrumrichters is supplied via at least one transformer to the stator of the generator. In the transformer, the starting voltage of the starting converter is increased until the rated voltage of the generator is reached. The first frequency value of the starting inverter continues to increase continuously until the desired frequency value (usually 50 Hz) is reached. Thus, the operating point of the generator is reached.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es vorteilhaft, einen Generator anzufahren, welcher eine Nennspannung aufweist, welche um einen Faktor größer ist als die Nennspannung des Anfahrumrichters. Ferner kann die Anfahrenergie mit dem Anfahrumrichter direkt über die Generatorableitung in den Generator eingespeist werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass ein herkömmlicher Anfahrumrichter verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich insgesamt durch hohe Effizienz und Einfachheit aus, da vorteilhaft Standardkomponenten verwendet werden können. The solution according to the invention advantageously makes it possible to approach a generator which has a rated voltage which is greater by a factor than the nominal voltage of the starting converter. Furthermore, the starting energy can be fed with the starting drive directly through the generator lead in the generator. Another advantage is that a conventional start-up converter can be used. Overall, the solution according to the invention is characterized by high efficiency and simplicity, since standard components can advantageously be used.

Das mehrstufige Hochfahren des Generators lässt sich durch vielfache Anordnungen realisieren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden hierfür eine erste und eine zweite Leitung verwendet. Ferner werden verschiedene Schalter bzw. Schaltanlagen verwendet um von der direkten Verbindung zur Generatorableitung auf die Verbindung, welche den Transformator umfasst, umzuschalten. Eine Realisierung mit mehr als zwei Leitungen ist ebenfalls denkbar, wenn ein zweistufiges Hochfahren nicht ausreicht. Im Falle einer dreistufigen Realisierung müssen neben der direkten Verbindung, welche immer notwendig ist, da ja zunächst eine Ausgangsspannung des Anfahrumrichters nahe Null erzeugt werden muss, zwei weitere Leitungen zur Spannungserhöhung vorhanden sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante sind diejenigen Schalter, welche zum Umschalten von der ersten auf die zweite Leitung notwendig sind innerhalb einer Schaltanlage angeordnet. Diese Schaltanlage ist besonders einfach und kostengünstig zu realisieren, indem mehrere Schaltschränke nebeneinander angeordnet werden und der elektrische Kontakt über eine Sammelschiene hergestellt wird. The multi-stage startup of the generator can be realized by multiple arrangements. In a preferred embodiment, a first and a second line are used for this purpose. Further, various switches are used to switch from the direct connection to the generator lead to the connection comprising the transformer. A realization with more than two lines is also conceivable if a two-stage boot is not sufficient. In the case of a three-stage implementation, in addition to the direct connection, which is always necessary, since initially an output voltage of the Anfahrumrichters must be generated close to zero, two more lines to increase the voltage must be present. In a particularly advantageous embodiment, those switches which are necessary for switching from the first to the second line are arranged within a switchgear. This switchgear is particularly simple and inexpensive to implement by several cabinets are arranged side by side and the electrical contact is made via a busbar.

Parallel zum Anfahrvorgang des Stators wird über eine Erregereinrichtung elektrische Leistung dem Rotor des Generators zugeführt. Das Zusammenspiel des Umrichterstromes, was sich auf das Magnetfeld des Stators des Generators auswirkt mit dem Erregerstrom, der sich auf das Magnetfeld des Rotors des Generators auswirkt, ist von besonderer Bedeutung. Nur dieses Zusammenspiel, genau ausgerichtet auf die elektrischen Daten des Generators, ermöglicht den Aufbau eines Drehmomentes, um den Generator auf 100% seiner Drehzahl beziehungsweise 1500 U/min zu bringen. Parallel to the starting of the stator electric power is supplied to the rotor of the generator via an exciter means. The interaction of the converter current, which affects the magnetic field of the stator of the generator with the excitation current, which has an effect on the magnetic field of the rotor of the generator, is of particular importance. Only this interaction, precisely aligned with the electrical data of the generator, allows the building of a torque to bring the generator to 100% of its speed or 1500 U / min.

Zusätzlich ist eine Kurzschlusssicherung zwischen der Anfahrvorrichtung und der Generatorableitung angeordnet, um Kurzschlussschäden zu vermeiden. Damit erfüllt die erfindungsgemäße Anordnung hohe Sicherheitsaspekte. In addition, a short-circuit protection between the starting device and the generator lead is arranged to prevent short-circuit damage. Thus, the inventive arrangement meets high safety aspects.

Der von der Turbine entkoppelte Generator ist insbesondere für den Einsatz in Energieversorgungsnetzen als Phasenschieber gedacht, indem er die benötigte Blindleistung bereitstellt und somit für eine höhere Flexibilität bei der Energieversorgung mittels vieler unterschiedlicher Erzeuger (Kraftwerke, Solarfelder, Windkraftwerke) sorgt. The generator decoupled from the turbine is intended in particular for use in energy supply networks as a phase shifter by providing the required reactive power and thus provides for greater flexibility in the energy supply by means of many different producers (power plants, solar panels, wind power plants).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.

Die Figur zeigt ein Prinzip-Schaltbild einer Anordnung zum Anfahren eines Generators ohne angeschlossene Turbine. The figure shows a schematic diagram of an arrangement for starting a generator without a turbine connected.

Bei dem Generator G dieses Ausführungsbeispiels handelt es sich um einen Drehstrom-Synchrongenerator mit einer Nennspannung von 27 kV. Solche großtechnische Generatoren entsprechen Drehstrom-Synchronmaschinen, die zumeist als Innenpolmaschinen ausgeführt sind. Sie bestehen aus einem als Stator bezeichneten feststehenden Teil, der im Prinzip eine große Induktionsspule darstellt. Im Innern des Generators wird der Rotor (auch Läufer genannt) gegenüber dem feststehenden Stator-Gehäuse (auch Ständer genannt) gedreht. Durch das vom Rotor mit einem Elektromagnet (Feldspule oder Erregerwicklung genannt) erzeugte, umlaufende magnetische Gleichfeld wird in den Leitern oder Leiterwicklungen des Stators durch die Lorentzkraft elektrische Spannung induziert, welche über die Generatorableitung GA an das Energieversorgungsnetz SN abgegeben wird. The generator G of this embodiment is a three-phase synchronous generator having a rated voltage of 27 kV. Such large-scale generators correspond to three-phase synchronous machines, which are usually designed as Innenpolmaschinen. They consist of a fixed part called a stator, which in principle represents a large induction coil. Inside the generator, the rotor (also called rotor) with respect to the fixed stator housing (also called stator) is rotated. Due to the rotating magnetic field generated by the rotor with an electromagnet (field coil or excitation winding), electrical voltage is induced in the conductors or conductor windings of the stator by the Lorentz force, which voltage is output to the energy supply network SN via the generator lead GA.

Um das Magnetfeld im Stator (das sog. Drehfeld) zu erzeugen, muss die Drehstrom-Synchronmaschine wie ein Motor zunächst auf Drehzahl gebracht werden. To generate the magnetic field in the stator (the so-called rotating field), the three-phase synchronous machine must first be brought up to speed like a motor.

Um Wechselwirkungen mit dem Energieversorgungsnetz SN kontrollieren zu können, ist in der Generatorableitung GA ein Generatorleistungsschalter GS angeordnet. Ferner ist ein Erdungstrenner E zum Schutz des Generators in der Generatorableitung GA vorgesehen. In order to be able to control interactions with the energy supply network SN, a generator circuit breaker GS is arranged in the generator discharge line GA. Furthermore, a grounding isolator E is provided for the protection of the generator in the generator discharge line GA.

Der Betrieb des Generators wird über verschiedene Regeleinheiten eingestellt. Beim Anfahren des Generators sind dies typischerweise die Drehzahl, die Phasenlage und die Spannung. Nach Ankopplung an das Netz sind dies typischerweise Spannung und Leistung bzw. die Blindleistung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Einheit ES zwecks Steuerung und Regelung des Magnetfeldes mit dem Stator und die Einheit ER mit dem Rotor verbunden. The operation of the generator is set via various control units. When starting the generator, these are typically the speed, the phase position and the voltage. After coupling to the grid, these are typically voltage and power or reactive power. In this exemplary embodiment, the unit ES is connected to the stator for the purpose of controlling the magnetic field and the unit ER is connected to the rotor.

Es wird zunächst beschrieben, welche Komponenten für die Erzeugung des Drehfelds im Stator verwendet werden:
Die Einheit ES benötigt zur Inbetriebnahme eine gewisse Hilfsleistung, welche beispielsweise einem Kraftwerkseigenbedarfsnetz KN entnommen werden kann. Das Kraftwerkseigenbedarfsnetz KN kann als Mittelspannungsnetz mit z.B. 10 kV Nennspannung ausgelegt sein. Die dort entnommene Spannung wird anschließend über eine Schaltanlage S0 der Einheit ES als Eingangssignal IN zugeführt. It will first describe which components are used to generate the rotating field in the stator:
The unit ES requires for commissioning a certain amount of auxiliary power, which can be taken, for example, a power plant intrinsic demand network CN. The power plant demand network KN can be designed as a medium-voltage network with eg 10 kV nominal voltage. The voltage removed there is then fed via a switchgear S0 of the unit ES as an input signal IN.

Die Einheit ES umfasst im Wesentlichen einen Mittelspannungs-Anfahrumrichter AU, Transformatoren, Drosseln und Leistungsschalter. The unit ES essentially comprises a medium-voltage starting converter AU, transformers, chokes and circuit breakers.

Am Eingang IN wird dem Transformator T1 die Eingangsspannung zugeführt. Dieser wandelt sie dann in eine geeignete Spannung für den Anfahrumrichter AU um. In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel wird an dieser Stelle ein 3-Wickler-Drehstrom Transformator verwendet, welcher eine Spannungstransformation von 10 kV auf 2 × 2,8 kV durchführt. Das Wechselspannungssignal von 10 kV wird demnach auf mehrere passende Spannungswerte für den folgenden Mittelspannungs-Anfahrumrichter AU transformiert. At the input IN, the transformer T1 is supplied with the input voltage. This then converts it into a suitable voltage for the starting converter AU. In the embodiment shown in the figure, a 3-winder three-phase transformer is used at this point, which a voltage transformation of 10 kV to 2 × 2.8 kV. The AC voltage signal of 10 kV is therefore transformed to several suitable voltage values for the following medium-voltage starting converter AU.

Der Anfahrumrichter AU entspricht einem Stromrichter, der zur Umwandlung von Wechselspannung einer festen Frequenz in Wechselspannung mit variabler Frequenz eingesetzt wird. Insbesondere kann aus einer einem Drehstromnetz entnommenen Eingangsspannung konstanter Frequenz eine Ausgangsspannung mit variabler Frequenz und variabler Spannung erzeugt werden, um die Drehzahl von Drehstrommotoren zu steuern. The starting converter AU corresponds to a converter which is used to convert AC voltage from a fixed frequency to AC voltage with a variable frequency. In particular, an output voltage of variable frequency and variable voltage can be generated from a constant frequency input voltage taken from a three-phase network to control the rotational speed of three-phase motors.

Der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Anfahrumrichter AU umfasst eine Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten. Die Ausgangsspannungen des Transformators T1 werden hier zunächst Gleichrichtern (hier GR1, GR2) zugeführt, in welchen aus den zugeführten Wechselspannungssignalen Gleichspannungssignale generiert werden. Anschließend werden diese über Drosseln (hier D1, D2) geglättet und anschließend einem Wechselrichter (hier WR) zur Umwandlung der Gleichspannungssignale in Wechselspannungssignale zugeführt. Dieser Wechselrichter sorgt für die Umwandlung in eine Wechselspannungen verschiedener Frequenzen. Am Ausgang des Anfahrumrichters AU liegt somit ein Wechselspannungssignal von 0 kV bis 5,2 kV an, bei welchem die Frequenz von 0 Hz auf 50 Hz hochgefahren werden kann. The start-up converter AU shown in this embodiment comprises a plurality of different components. The output voltages of the transformer T1 are here first rectifiers (here GR1, GR2) is supplied, in which DC signals are generated from the supplied AC signals. These are then smoothed via chokes (here D1, D2) and then fed to an inverter (here WR) for converting the DC signals into AC signals. This inverter converts to an AC voltage of different frequencies. At the output of Anfahrumrichters AU is thus an AC signal from 0 kV to 5.2 kV, at which the frequency can be increased from 0 Hz to 50 Hz.

Die variable Frequenz des Ausgangssignals des Umrichters AU wird anschließend genutzt, um den Generator auf 100% seiner Drehzahl zu bringen. Das Ausgangssignal wird dazu verwendet, um das Magnetfeld des Stators aufzubauen, zum Anderen um den Rotor anzutreiben. The variable frequency of the output signal of the converter AU is then used to bring the generator to 100% of its speed. The output signal is used to build up the magnetic field of the stator, on the other hand to drive the rotor.

Das Ausgangssignal OUT1 des Umrichters AU ist für den Drehstrom des Stators vorgesehen. Es wird über zwei Leitungen L1 und L2 dem Generator zugeführt. The output signal OUT1 of the converter AU is provided for the three-phase current of the stator. It is fed to the generator via two lines L1 and L2.

In einer ersten Leitung L1 wird das Signal OUT1 über eine Drosselspule D3 und die Schalter S1 und S3 dem Stator zugeführt, in einer zweiten Leitung L2 wird das Signal OUT1 über einen zweiten Transformator T2 und die Schalter S2 und S3 dem Stator zugeführt. Die Zuführung von der Steuereinheit ES zu der Generatorableitung GA ist mit einer gepunkteten Linie angedeutet und wird als gemeinsame Zuführung L bezeichnet. In a first line L1, the signal OUT1 is fed via a choke coil D3 and the switches S1 and S3 to the stator, in a second line L2, the signal OUT1 is supplied via a second transformer T2 and the switches S2 and S3 to the stator. The supply from the control unit ES to the generator lead GA is indicated by a dotted line and is referred to as a common feed L.

Eine weitere Verbindung (gestrichelte Linie) existiert zwischen dem Anfahrumrichter AU und der Erregungssteuereinheit ER, welche für den Magneten des Läufers zuständig ist. Das Signal OUT2 wird dafür verwendet, das durch die Erregerwicklung EW des Rotors aufgebaute Magnetfeld mit dem des Stators zu synchronisieren. Hierfür sind innerhalb der Einheit ER verschiedene Steuer- und Regeleinheiten vorgesehen. Another connection (dashed line) exists between the starting converter AU and the excitation control unit ER, which is responsible for the magnet of the rotor. The signal OUT2 is used to synchronize the magnetic field established by the excitation winding EW of the rotor with that of the stator. For this purpose, different control and regulating units are provided within the unit ER.

Für den Anfahrvorgang des Generators bleibt der Generatorleistungsschalter GS zunächst geöffnet, da erst bei Erreichen der Generatornennspannung, der Nenndrehzahl und der richtigen Phasenlage eine Verbindung mit dem Energieversorgungsnetz SN hergestellt wird. For the starting process of the generator, the generator circuit breaker GS initially remains open, since a connection to the power supply network SN is made only upon reaching the rated generator voltage, the rated speed and the correct phase position.

Der erfindungsgemäße Anfahrvorgang umfasst im Wesentlichen zwei Stufen:

– eine direkte Ansteuerung des Generators mittels des Ausgangssignals OUT1 des Anfahrumrichters AU über die erste Leitung L1
– eine indirekte Ansteuerung des Generators mittels des Ausgangssignals OUT2 des Anfahrumrichters AU über die zweite Leitung L2

The starting process according to the invention essentially comprises two stages:

- A direct control of the generator by means of the output signal OUT1 of Anfahrumrichters AU via the first line L1
- An indirect control of the generator by means of the output signal OUT2 of Anfahrumrichters AU via the second line L2

Für die direkte Ansteuerung werden die Schalter S0, S1 und S3 geschlossen und S2 bleibt geöffnet (erste Leitung L1). Der Anfahrumrichter AU beginnt mittels der Hilfsleistung aus dem Eigenbedarfsnetz des Kraftwerkes zu arbeiten und erzeugt eine Wechselspannung, welche sowohl im Betrag als auch von der Frequenz her stetig vergrößert wird. Der Generator, welcher vor Beginn des Anfahrvorgangs bereits mechanisch auf Drehzahl gebracht wurde, ist starr an die Frequenz, welche vom Anfahrumrichter AU vorgegeben wird, gekoppelt. Die Spannung des Anfahrumrichters AU kann auf diese Weise bis zur maximal möglichen Ausgangsspannung des Anfahrumrichters AU (hier 5,2 kV) hochgefahren werden. Die Frequenz des Generators kann auf diese Weise bis zu einem ersten Zwischenwert der maximalen Umdrehungszahl (hier 30 % von 1500 U/min) hochgefahren werden. For direct control, the switches S0, S1 and S3 are closed and S2 remains open (first line L1). The starting converter AU begins to work by means of the auxiliary power from the power grid of the power plant and generates an AC voltage, which is steadily increased both in magnitude and frequency. The generator, which has already been mechanically brought to speed before the beginning of the starting process, is rigidly coupled to the frequency which is predetermined by the starting converter AU. The voltage of the starting converter AU can thus be increased up to the maximum possible output voltage of the starting converter AU (in this case 5.2 kV). The frequency of the generator can be increased in this way up to a first intermediate value of the maximum number of revolutions (in this case 30% of 1500 rpm).

Nun wird S1 geöffnet und S2 geschlossen. Das Ausgangssignal OUT1 wird nach diesem Umschaltvorgang über die zweite Leitung L2 dem Transformator T2 zugeführt. Dieser ist derart ausgelegt, dass er ein Vielfaches (hier das 5-fache) der maximalen Ausgangsspannung des Anfahrumrichters erzeugen kann. Damit das so genannte Übersetzungsverhältnis (= Verhältnis aus Ausgangsspannung des Anfahrumrichtes zu Transformatorspannung) richtig eingestellt werden kann, muss der Anfahrumrichter vor dem Umschaltvorgang auf die zweite Leitung in seiner Ausgangsspannung angepasst werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird an dieser Stelle ein Zwei-Wickler-Transformator der Bauart eines Drehstrom-Stromrichter-Gießharz-Trafos eingesetzt. Der Trafo T2 fährt nun seine Rampe hoch (hier beispielsweise von 5,2 auf 27 kV), bis seine Oberspannung erreicht ist, welche in etwa der Nennspannung des Generators entspricht. Gleichzeitig wird die Frequenz des Anfahrumrichters AU und damit auch die Frequenz des Generators kontinuierlich bis knapp über 50 Hz oder 1500 Umdrehungen pro Minute hochgefahren. Der Generator hat nun seinen Betriebspunkt erreicht um jetzt mit dem Netz synchronisiert zu werden und ist danach in der Lage, eine vorgegebene Blindleistung zu erzeugen. Now S1 is opened and S2 is closed. The output signal OUT1 is supplied to the transformer T2 via this second switching over the second line L2. This is designed so that it can generate a multiple (here 5 times) of the maximum output voltage of the Anfahrumrichters. So that the so-called gear ratio (= ratio of starting voltage of the starting drive to transformer voltage) can be set correctly, the starting drive must be adapted to the second line in its output voltage before the switching process. In this embodiment, a two-winder transformer of the type of a three-phase converter casting resin transformer is used at this point. The transformer T2 now drives up its ramp (here, for example, from 5.2 to 27 kV) until its upper voltage is reached, which corresponds approximately to the nominal voltage of the generator. At the same time, the frequency of the start-up converter AU and thus also the frequency of the generator is continuously increased to just over 50 Hz or 1500 revolutions per minute. The generator has now reached its operating point to now be synchronized with the grid and is then able to generate a given reactive power.

In einem letzten Schritt muss nun eine Kopplung mit dem Energieversorgungsnetz erfolgen. Ausgangsspannung und Frequenz des Generators müssen an das Energieversorgungsnetz angepasst werden. Eine Zuschaltung der Generatorspannung muss daher zeitgenau erfolgen. Dieser Synchronisationsvorgang wird derart durchgeführt, dass der Anfahrumrichter AU den Generator auf eine Frequenz bringt, welche in geringem Maße (einige Hz) gegenüber der üblichen Netzfrequenz (hier 50 Hz) erhöht ist. Anschließend werden die Schalter S2 und S3 geöffnet. Gleichzeitig werden die Spannungswerte und Frequenzen auf beiden Seiten des Generatorleistungsschalters GA überwacht. Der Generator dreht nun frei, ohne mit dem Anfahrumrichter gekoppelt zu sein. Die Erregung ist weiterhin aktiv und regelt permanent die Spannung des Generators. Die Synchronisierung findet nun beim Rückfall der Drehzahl statt, wenn Spannungswerte und Frequenzen auf beiden Seiten des Generatorleistungsschalters GA übereinstimmen. Der Generatorleistungsschalter GA wird dann zeitgenau geschlossen. Der Generator ist nach der Synchronisierung mit dem Versorgungsnetz verbunden und kann im Phasenschieberbetrieb betrieben werden. In a last step, a coupling with the power supply network must now take place. Output voltage and frequency of the generator must be adapted to the power grid. A connection of the generator voltage must therefore be timely. This synchronization process is carried out in such a way that the starting converter AU brings the generator to a frequency which is slightly increased (a few Hz) compared to the usual mains frequency (in this case 50 Hz). Subsequently, the switches S2 and S3 are opened. At the same time, the voltage values and frequencies are monitored on both sides of the generator circuit breaker GA. The generator now turns freely without being coupled to the starting inverter. The excitement is still active and permanently regulates the voltage of the generator. The synchronization now takes place when the speed falls, if voltage values and frequencies on both sides of the generator circuit breaker GA match. The generator power switch GA is then closed in time. The generator is connected to the mains after synchronization and can be operated in phase shifter mode.

Zur Sicherung der Kabelzuführung zwischen der Steuereinheit ES und der Generatorableitung GA vor auftretenden Kurzschlüssen aus dem Stromnetz oder vom Generator her kann ein Kurzschlussstrombegrenzer KS direkt in die Leitung möglichst in die Nähe der Generatorableitung GA eingebaut werden. Kurzschlussströme können auf diese Weise bereits im ersten Stromanstieg begrenzt werden. Mögliche Kurzschlussströme von der Seite des Anfahrumrichters AU werden mittels der Schaltanlage S begrenzt. Bei allen Schaltern S1, S2 und S3 handelt es sich um Leistungsschalter im Gegensatz zu einfachen Trennschaltern. Leistungsschalter sind spezielle Schalter, die für die zu erwartenden Nennströme ausgelegt und in der Lage sind Kurzschlüsse sicher zu unterbrechen. Auf diese Weise wird ein besonders hohes Sicherheitsniveau erreicht. To secure the cable feed between the control unit ES and the generator lead GA before occurring short circuits from the mains or from the generator forth a Kurzschlussstromber KS can be installed directly into the line as close as possible to the generator lead GA. Short-circuit currents can be limited in this way already in the first current increase. Possible short-circuit currents from the side of the starting converter AU are limited by means of the switchgear S. All switches S1, S2 and S3 are circuit breakers unlike simple circuit breakers. Circuit breakers are special switches that are designed for the expected nominal currents and capable of safely breaking short circuits. In this way, a particularly high level of security is achieved.

Die Schaltanlage S, wie sie in der Figur dargestellt ist, zeichnet sich durch eine besonders elegante Ausführungsform aus, welche einfach und kostengünstig zu realisieren ist. Es handelt sich hierbei um eine dreifeldrige Schaltanlage, bei welcher drei Schaltschränke nebeneinander angeordnet sind, welche auf ihrer Rückseite über eine gemeinsame Sammelschiene zum Beispiel aus Kupfer verbunden sind. The switchgear S, as shown in the figure, is characterized by a particularly elegant embodiment, which is easy and inexpensive to implement. This is a three-field switchgear, in which three cabinets are arranged side by side, which are connected on its rear side via a common busbar, for example made of copper.

In einer anderen Ausführungsvariante kann der Schalter S1 in der ersten Leitung L1 vor der Drossel D3 in Richtung des Anfahrumrichters AU angeordnet sein und der Schalter S2 kann entsprechend innerhalb der zweiten Leitung L2 in Richtung des Anfahrumrichters AU dem Transformator vorgeschaltet sein. Allerdings ist eine derart kompakte und kostengünstige Realisierung wie sie durch die Schaltanlage S gegeben ist dann nicht möglich. In another embodiment variant, the switch S1 in the first line L1 may be arranged in front of the throttle D3 in the direction of the starting converter AU, and the switch S2 may be connected upstream of the transformer within the second line L2 in the direction of the starting converter AU. However, such a compact and cost-effective implementation as given by the switchboard S is then not possible.

Claims

Device (ES) for starting a generator (G), which is decoupled from a turbine but is still connected via a generator lead (GA) to a power supply network (SN), including A start-up converter (AU), which is provided for supplying the generator (G) with current and voltage at the stator, and for setting the frequency, A first line (L1) which establishes a direct connection between a start-up converter output (A1) and the generator output line (GA) and is provided for directly applying an output signal (OUT1) to the start-up converter to the generator, - At least one second line (L2), which establishes a second connection between the Anfahrumrichterausgang (A1) via a transformer (T2) with the generator lead (GA), and is provided for increasing the voltage of the output signal (OUT1) of the Anfahrumrichters.

Apparatus according to claim 1, wherein within the lines (L1, L2) switches (S1, S2) are arranged, which are adjustable so that a multi-stage starting of the generator is feasible.

Device according to claim 1 or 2, wherein the first line (L1) and the at least second line (L2) are combined to form a common feed line (L) leading to the generator lead (GA).

Apparatus according to claim 2 or 3, wherein a switchgear (S) is provided which comprises at least the switches (S1, S2).

Apparatus according to claim 2, 3 or 4, wherein the switches (S1, S2) are designed as a circuit breaker.

Device according to one of the preceding claims, wherein a further connection between a second Anfahrumrichterausgang (A2) and a control unit (ER) of a rotor of the generator (G) for synchronizing the magnetic field of the stator is provided with that of the rotor.

Device according to one of the preceding claims, wherein at least one short circuit fuse (KS) in the supply line (L) to the generator lead (GA) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, wherein the starting converter (AU) at least one transformer (T1) is connected upstream.

Device according to one of the preceding claims, wherein the starting converter (AU) is connected to an auxiliary network for the provision of starting energy.

Device according to one of the preceding claims, wherein the starting converter (AU) provides a maximum output voltage of 5.2 kV.

Device according to one of the preceding claims, wherein the generator has a nominal voltage of 27 kV.

Device according to one of the preceding claims, wherein the generator (G) is used to generate reactive current.

Method for starting up a generator (G), which is decoupled from a turbine but is still connected via a generator lead (GA) to a power supply network (SN), wherein a starting converter (AU) is used to supply the generator with current and voltage at the stator, and to adjust the frequency, and in a first step the starting converter (AU) is raised to a first output signal (OUT1), and at least in a second step an increase of the first output signal of the starting converter (OUT1) is carried out in order to increase the generator to its nominal voltage value and its maximum revolution bring.

Method according to Claim 13, in which at least one transformer (T2) is used to increase the first output signal of the starting converter (OUT1).

Method according to claim 13 or 14, wherein the at least two-stage starting takes place via at least two separate lines (L1, L2).

Method according to Claim 13, 14 or 15, in which a second output signal (OUT1) of the starting converter (AU) is used to synchronize the magnetic field of the rotor with the magnetic field of the stator.

Method according to one of the preceding claims, in which the generator (G) is used to generate reactive current.