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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anschluss eines Umrichters an ein Wechselstrom führendes Hochspannungsnetz mit einer Anzahl einphasiger Transformatoren, die jeweils wenigstens eine Ventilwicklung zum Anschluss des Umrichters und eine Netzwicklung zum Anschluss an das Hochspannungsnetz aufweisen, wobei ein Ventilende jeder Ventilwicklung mit einem Freiluftanschluss einer Ventildurchführung und ein Verschaltungsende mit der Ventilwicklung eines anderen einphasigen Transformators der Anordnung verbunden ist.
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Eine solche Anordnung ist dem Fachmann bereits aus der Praxis bekannt. So werden beispielsweis Umrichter und insbesondere Umrichterventile einer Hochspannungsgleichstromübertragungs(HGÜ)-Anlage wechselspannungsseitig über einen Transformator mit einem Wechselstrom führenden Hochspannungsnetz verbunden. Bei dem besagten Hochspannungsnetz handelt es sich beispielsweise um ein Versorgungsnetz mit angeschlossenen Verbrauchern oder aber über ein einspeisendes Netz, das an einen Generator angeschlossen ist. Im letzten Fall fließt die bereitgestellte elektrische Leistung über die Anordnung und den Umrichter, welcher die Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt, um Übertragungsverluste zu verringern. Der besagte Umrichter ist gleichspannungsseitig mit einem weiteren entsprechend aufgebauten Umrichter verbunden, wobei dieser zweite Umrichter ebenfalls wechselspannungsseitig mit einer gattungsgemäßen Anordnung verbunden ist. Bei Leistungen über 300 MVA pro 6-Puls Ventilgruppe werden die Umrichtertransformatoren nicht mehr dreiphasig gebaut. Vielmehr wird eine Anzahl von einphasigen Transformatoren eingesetzt, wobei die Anzahl der Transformatoren der Anzahl der Phasen des jeweils angschlossenen Wechselspannungsnetzes entspricht. Ein einphasiger Transformator kann dabei als Zwei- oder Dreiwickler ausgeführt sein, wobei ersterer in YY- oder YD-Schaltung einen Sechspuls-Umrichter und letzterer mit einer YY/YD-Schaltung einen 12-Puls-Umrichter speist.
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In der Regel weist eine gattungsgemäße Anordnung somit drei einphasige Transformatoren auf, die ventilseitig eine Stern- oder Dreieckschaltung aufweisen. Jeder dieser einphasigen Transformatoren ist mit wenigstens einer Ventilwicklung und einer Netzwicklung ausgerüstet. Jede Ventilwicklung ist zumindest mit ihrem einen Ende mit dem Umrichter und die Netzwicklung mit dem Hochspannungsnetz verbunden. Hierzu werden üblicherweise Hochspannungsdurchführungen eingesetzt. Gemäß dem Stand der Technik sind umrichterseitig oder mit anderen Worten ventilseitig zwei oder mehr Durchführungen vorgesehen, für jedes Ende jeder Ventilwicklung eine. Da diese Ventildurchführungen einer Mischspannungsbelastung aus Wechselspannung und Gleichspannung ausgesetzt sind, sind besondere Maßnahmen zur Feldabsteuerung erforderlich, wodurch die Ventildurchführungen sehr groß, sehr schwer und sehr teuer werden. Desweiteren ist im Transformator für den Anschluss der Ventildurchführung ein komplexes Barrierensystem zur Feldabsteuerung an dem Übergang Isolierkörper Durchführung – Ventilausleitung erforderlich, welches in der Herstellung zeitaufwändig und dadurch ebenfalls teuer ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die kompakt und kostengünstig ist, wobei die Anzahl der benötigten Ventildurchführungen reduziert ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass wenigstens ein Verschaltungsende über eine Verbindungseinheit mit der Ventilwicklung eines anderen einphasigen Transformators der erfindungsgemäßen Anordnung verbunden ist, wobei jede Verbindungseinheit ein mit einem Isolierfluid befülltes Verbindungsgehäuse aufweist, in dem sich ein elektrisch leitender Verbindungsleiter erstreckt.
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Erfindungsgemäß sind die einphasigen Transformatoren der erfindungsgemäßen Anordnung nicht mehr pro Ventilwicklung mit jeweils zwei Ventildurchführungen ausgerüstet. Vielmehr weisen die erfindungsgemäßen einphasigen Transformatoren für wenigstens eine Ventilwicklung lediglich nur noch eine Ventildurchführung für den Phasenanschluß zum Umrichter auf. Das andere Ende dieser Ventilwicklung, das nicht mit dem Umrichter verbunden ist und das hier Verschaltungsende genannt ist, ist im Rahmen der Erfindung über eine mit Isolierfluid isolierte elektrische Verbindung mit dem jeweiligen Verschaltungsende oder dem Ventilende einer anderen Ventilwicklung eines anderen einphasigen Transformators der erfindungsgemäßen Anordnung verbunden. Im Rahmen der Erfindung weist jede Verbindungseinheit einen sich durch ein Verbindungsgehäuse erstreckenden Verbindungsleiter auf, wobei das Verbindungsgehäuse mit Isolierfluid befüllt ist. Erfindungsgemäß kann daher auf wenigstens eine kostenintensive Ventildurchführung für die externe Verschaltung der besagten Ventilwicklung mit dem Umrichter verzichtet werden. Aus diesem Grunde ist die erfindungsgemäße Anordnung kostengünstiger als vorbekannte Anordnungen.
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Gemäß einer Variante weist jeder einphasige Transformator zwei oder mehr Ventilwicklungen auf. Im Rahmen der Erfindung ist es ausreichend, dass nur eine der zwei Ventilwicklungen über eine Verbindungseinheit mit einer Ventilwicklung eines anderen einphasigen Transformators verbunden ist. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch jedes Ventilende eines einphasigen Transformators über eine Verbindungseinheit mit einer Ventilwicklung eines anderen einphasigen Transformators verbunden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung weist jeder einphasige Transformator einen mit dem Isolierfluid befüllten Transformatorkessel auf, der wenigstens einen Verschaltungsanschluss zum Anschluss einer Verbindungseinheit aufweist. Gemäß dieser Variante der Erfindung weisen die einphasigen Transformatoren das gleiche Isolierfluid auf, wie die Verbindungseinheit. Auf diese Weise ist die Montage der Anordnung vereinfacht. Die Verbindungseinheit kann, muss daher aber nicht, gegenüber dem Ölraum oder besser dem Innenraum des Transformatorkessels der einphasigen Transformatoren fluiddicht abgeschottet sein. Darüber hinaus muss die Verbindungseinheit vor der Montage nicht mit Isolierflüssigkeit befüllt sein, sondern kann auch nach der Montage an dem Verschaltungsanschluss langsam mit Isolierfluid befüllt werden. Es ist also keineswegs notwendig, dass Verbindungseinheit und Kessel voneinander getrennt ausgestaltet sind.
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Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung weist jeder einphasige Transformator zwei oder drei Verschaltungsanschlüsse auf. Gemäß dieser Variante ist es möglich, auch Dreiecksverschaltungen oder dergleichen gemäß der vorliegenden Erfindung zu realisieren. Drei Verschaltungsanschlüsse werden bevorzugt im Falle von zwei Ventilwicklungen pro einphasigem Transformator eingerichtet.
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Ein Verschaltungsanschluss kann im Rahmen der Erfindung beliebig ausgestattet sein. Er ist beispielsweise in einer Seitenwand des Kessels als Flanschanschluss ausgeführt. Bevorzugt ist der Verschaltungsanschluss jedoch im Deckel des Kessels angeordnet.
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Bei einer bevorzugten Variante ist jeder Verschaltungsanschluss mit einem Schließventil ausgerüstet. Gemäß dieser Variante kann nach der Montage der Verbindungseinheit an den Verschaltungsanschlüssen zwischen denen sich die Verbindungseinheit erstreckt, das Schließventil geöffnet werden, so dass anschließend das Isolierfluid der einphasigen Transformatoren in das innere Gehäuse der Verbindungseinheit fließt.
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Das Verbindungsgehäuse ist beispielsweise rohr- oder kastenförmig ausgestaltet.
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Abweichend hiervon ist die Verbindungseinheit fluiddicht ausgebildet und bereits vor der Montage mit den einphasigen Transformatoren mit einem Isolierfluid befüllt. Dabei ist der Verschaltungsanschluss des Kessels der einphasigen Transformatoren als Steckbuchse ausgestaltet, so dass durch einfaches und schnelles Einstecken der freien Enden einer jeweiligen Verbindungseinheit in eine Anschlussbuchse des Verschaltungsanschlusses die Verschaltungsenden der einphasigen Transformatoren verbindbar sind. So könnte beispielsweise eine fluiddichte Abdichtung des Kessels zum Verschaltungsanschluss als fluiddichte Membran ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise weist jede Verbindungseinheit eine Feststoffisolation zum Isolieren des Verbindungsleiters auf. Wie bereits weiter ausgeführt wurde, sind die Leiter der Ventilwicklung sowohl einer Wechselspannung als auch einer Gleichspannung ausgesetzt. Daher sind besondere Maßnahmen zur Feldabsteuerung notwendig. Die Feldabsteuerung erfolgt üblicherweise mit Hilfe einer Feststoffisolation zum Isolieren der Verbindungsleiter.
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Entsprechendes gilt für eine sich innerhalb des Kessels des jeweiligen einphasigen Transformators angeordnete Wicklungsanschlussleitung, die sich zwischen dem Verschaltungsende jeder Ventilwicklung des jeweiligen einphasigen Transformators und dessen Verschaltungsanschluss erstreckt. Diese Wicklungsanschlussleitung ist ebenfalls mit einer Feststoffisolierung ausgerüstet, um den jeweiligen Anforderungen aufgrund der besagten Doppelbelastungen gerecht zu werden.
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Die Feststoffisolation umfasst beispielsweise eine Isolierung der Wicklung aus Papier oder einer sonstigen bekannten Wicklungsisolierung. Darüber hinaus kann die Feststoffisolation jedoch auch ein als solches bekanntes Barrierensystem aus einem Isolierwerkstoff umfassen. Das Barrierensystem ist beispielsweise aus einem zweckmäßigen Zellulosematerial hergestellt. Das Barrierensystem kann beispielsweise als Labyrinth-Struktur mit gebogenen und ineinander verschachtelten Abschnitten ausgeführt sein, die eine kontrollierte Absteuerung hoher elektrischer Feldstärken ermöglichen.
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Zweckmäßigerweise weist jede Verbindungseinheit ein äußeres Verbindungsgehäuse auf, das mit einer Fluidablassöffnung und/oder einer Entlüftungsöffnung ausgerüstet ist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung kann die Verbindungseinheit fest an dem jeweiligen Kessel, beispielsweise an dem Deckel des jeweiligen einphasigen Transformators beispielsweise in der Kesselseitenwand montiert werden. Bei dieser Variante ist die Verbindungseinheit bei der vor Ort Montage noch nicht mit Isolierfluid befüllt. Zum Füllen der Verbindungseinheit mit Isolierfluid wird nach der Montage ein Schließventil des Verschaltungsanschlusses geöffnet, wobei vorher in dem Verbindungsgehäuse über die Entlüftungsöffnung ein ausreichend hohes Vakuum angelegt wurde, um ein Befeuchten des Isolierfluids durch in dem Verbindungsgehäuse noch vorhandene Restluft möglichst zu vermeiden.
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Zur Demontage ist das Verbindungsgehäuse mit einer Fluidablassöffnung ausgestattet, die zweckmäßigerweise in einem unteren Sammelbereich des Isolierfluids angeordnet ist.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei
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1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Darstellung,
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2 die Anordnung gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht,
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3 einen einphasigen Transformator der Anordnung gemäß 2 in einer geschnittenen Seitenansicht,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Ansicht und
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5 die Anordnung gemäß 4 in einer perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 1 in einer schematischen Darstellung.
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Die Anordnung 1 weist drei einphasige Transformatoren 2, 3 und 4 auf, die jeweils einen mit einem Isolierfluid und hier mit einem mineralischen Öl befüllten Kessel 5 aufweisen. An Stelle eines mineralischen Öls können im Rahmen der Erfindung jedoch auch andere Isolierfluide beispielsweise natürliche oder synthetische Esteröle eingesetzt werden. In dem Transformatorkessel 5 ist jeweils ein Aktivteil 6 angeordnet, wobei jedes Aktivteil 6 eine Ventilwicklung 7 sowie eine Netzwicklung 8 aufweist. Die Netzwicklung 8 und die Ventilwicklung 7 sind über einen magnetisierbaren Kern 9 induktiv miteinander gekoppelt, so dass eine Eingangsspannung in eine gewünschte Ausgangsspannung umgewandelt werden kann. Das Verhältnis zur Ausgangsspannung ist abhängig von dem Verhältnis der Windungszahlen von Netz- und Ventilwicklung 7 und 8.
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Jede Ventilwicklung 7 ist mit ihrem Ventilende 10 mit dem Hochspannungsleiter einer Ventildurchführung 11 verbunden, die an dem Transformatorkessel 5 befestigt ist und sich in einer Längsrichtung zu einem freien Ende erstreckt und dort einen Freiluftanschluss 12 ausbildet. Der Freiluftanschluss 12 ist über luftisolierte Verbindungsleiter 13 mit einem Wechselspannungsanschluss 14 eines Umrichters 15 verbunden, der den drei Phasen der Anordnung 1 entsprechend drei Umrichterventile 16, 17 und 18 aufweist. Die Topologie des Umrichters und der Aufbau der Ventile 16, 17 und 18 sind grundsätzlich bekannt, so dass auf eine genauere Ausführung hier verzichtet werden kann. Es sei an dieser Stelle jedoch angemerkt, dass jedes Ventil 16, 17 und 18 neben dem besagten Wechselanspannungsanschluss 14 zwei figürlich nicht weiter dargestellte Gleichspannungsanschlüsse aufweist. Der Umrichter 15 dient zur Umrichtung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom oder umgekehrt. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel soll Leistung in ein Wechselstrom führendes Hochspannungsnetz überführt werden. Der Umrichter wird daher als Wechselrichter betrieben. Das Wechselspannungsnetz ist figürlich nicht dargestellt. Zum Anschluss der Transformatoren 2, 3, 4 an das Wechselspannungsnetz dienen jeweils zwei Netzanschlüsse 19, die jeweils mit einem Ende der Netzwicklung verbunden sind.
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Der Aufbau und die Ausgestaltung der Wechselspannungsnetzanschlüsse 19 ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. Es handelt sich beispielsweise um zweckmäßige Durchführungen, die wie die Ventildurchführung 11 einen Freiluftanschluss aufweisen und sich zu diesem in einer Längsrichtung vom Kessel 5 weg erstrecken, um so die notwendige Spannungsfestigkeit zwischen dem Freiluftanschluss und dem auf Erdpotential liegenden Kessel 5 bereitzustellen.
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Im Gegensatz zur vorbekannten Anordnungen weist die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Anordnung 1 einphasige Transformatoren 2, 3 und 4 auf, deren Ventilwicklung 7 ein Verschaltungsende 20 aufweist, das über eine Verbindungseinheit 21 mit dem Verschaltungsende 20 eines weiteren einphasigen Transformators 2, 3 und 4 verbunden ist. So ist beispielsweise das Verschaltungsende 20 des einphasigen Transformators 2 mit dem Verschaltungsende 20 des einphasigen Transformators 3 und gleichzeitig mit dem Verschaltungsende 20 des einphasigen Transformators 4 verbunden.
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Mit anderen Worten bilden die Verschaltungsenden 20 der jeweiligen Ventilwicklungen 7 einen Sternpunkt aus. Zur Verbindung der Verschaltungsenden 20 zu einem Sternpunkt dient im Rahmen der Erfindung die Verbindungseiheit 21, die ein äußeres ebenfalls auf einem Erdpotential liegendes Verbindungsgehäuse 22 aufweist, in dem sich ein Verbindungsleiter 23 erstreckt. Das Verbindungsgehäuse 22 ist mit einem mineralischen Öl als Isolierfluid befüllt. An dieser Stelle sei nochmals darauf hin gewiesen, dass im Rahmen der Erfindung beliebige Isolierfluide beispielsweise Esteröle eingesetzt werden können.
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2 zeigt die Anordnung gemäß 1 in einer perspektivischen Darstellung, in welcher die netzseitigen Anschlüsse 19 aus Gründen der Übersicht nicht gezeigt sind. Insbesondere ist erkennbar, dass die Ventildurchführungen 11 sich in einer Längsrichtung von dem Transformatorkessel 5 der jeweiligen einphasigen Transformatoren 2, 3, 4 erstrecken und an ihrem von dem Transformatorkessel 5 abgewandten Ende einen Freiluftanschluss 12 ausbilden. Insbesondere ist jedoch die Lage der Verbindungseinheit 21 genauer dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Verbindungseinheiten 21 jeweils ein hier rohrförmiges Verbindungsgehäuse 22 aufweisen, das sich von einem Verschaltungsanschluss 24, beispielsweise des einphasigen Transformators 2, zu dem Verschaltungsanschluss 24 des einphasigen Transformators 3 und von dort aus zum Verschaltungsanschluss 24 des Transformators 4 erstreckt.
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In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verfügt die Anordnung 1 über drei Ventildurchführungen 11. Jede Ventildurchführung 11 ist mechanisch am Kessel 5 eines der drei einphasigen Transformatoren 2, 3, 4 gehalten, der hierzu eine nicht figürlich gezeigte Flanschverbindung ausbildet.
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3 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht den einphasigen Transformator 2 der Anordnung 1 gemäß 1 oder 2, wobei die anderen einphasigen Transformatoren 3 und 4 nahezu identisch zu dem gezeigten einphasigen Transformator 2 ausgeführt sind. Der einphasige Transformator 2 weist, wie bereits ausgeführt, den Transformatorkessel 5 auf, der mit Isolierfluid befüllt ist. Es ist erkennbar, dass das Ventilende 10 der Ventilwicklung 7 über eine Verbindungsleitung 26 mit einem Hochspannungsleiter 31 verbunden ist. Die Verbindungsleitung 26 erstreckt sich zu einer Anschlusselektrode 27, die in einem domartigen Fortsatz 29 des Transformatorkessels 5 angeordnet und von einem Barrierensystem 34 umgeben ist. Die Ventildurchführung 11 ist säulenartig ausgeführt und erstreckt sich in einer Längsrichtung von einem Kontaktende 30, das die Anschlusselektrode 27 kontaktiert, zu dem in 3 nicht figürlich gezeigten Freiluftanschluss 12. Im Inneren der Ventildurchführung 11 ist ein Hochspannungsleiter 31 vorgesehen, der die elektrische Verbindung zwischen der Elektrode 27 und dem Freiluftanschluss 12 bereitstellt. Dabei erstreckt sich der Hochspannungsleiter 31 innerhalb eines Isolators 32, der beispielsweise mit Harz oder einem flüssigen Isolieröl ausgestattet ist. Zur Vergrößerung des Kriechweges ist der Isolator der Ventildurchführung 11 außen mit Schirmprofilen 33 versehen.
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Im domartigen Fortsatz 29 kommt am Übergang vom konischen Isolator auf die feststoffisolierte Verbindungsleitung 26 ein figürlich nicht genauer dargestelltes Barrierensystem 34 zum Einsatz, das zur Absteuerung der dort auftretenden hohen Feldstärken dient.
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Die Verbindungsleitung 26 ist mit einer Feststoffisolierung 37 umgeben, beispielsweise umgautscht. Das Material der Feststoffisolierung ist von der herrschenden maximalen Betriebstemperatur im Transformatorkessel 5 abhängig. Bei kleineren Gleichspannungen kann eine Papierisolation ausreichend sein.
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Das Verschaltungsende 20 ist über eine ebenfalls umgautschte Anschlussleitung 35 mit der Verbindungseinheit 21 verbunden. Es ist ferner erkennbar, dass auch der Verbindungsleiter 23 mit einer Feststoffisolierung 34 ausgerüstet sind, um den Gleich- und Wechselspannungsbeanspruchungen Stand zu halten. Der Verbindungsleiter 23 kann bei abweichenden Ausgestaltungen der Erfindung mit einem Barrierensystem ausgerüstet sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Transformator 2 außerhalb einer Ventilhalle angeordnet, wobei sich die Ventildurchführung 11 durch eine Außenwand 36 der Ventilhalle erstreckt.
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4 zeigt eine 1 entsprechende schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung 1, das sich darin von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheidet, dass die einphasigen Transformatoren 2, 3 und 4 nicht mehr zu einem Sternpunkt miteinander verschaltet sind, sondern eine sogenannte Dreiecksschaltung ausbilden. Daher ist das Verschaltungsende 20 des Transformators 2 mit dem Ventilende 10 der Ventilwicklung 7 des einphasigen Transformators 4 verbunden. Das Verschaltungsende 20 der Ventilwicklung 7 des einphasigen Transformators 4 ist hingegen mit dem Ventilende 10 des einphasigen Transformators 3 und deren Verschaltungsende 20 wiederum mit dem Ventilende 10 des einphasigen Transformators 2 verbunden.
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5 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 4 in einer perspektivischen Darstellung. Es ist erkennbar, dass bei der gewählten Dreiecksschaltung eine Verbindungsleitung 21 zwischend dem einphasigen Transformator 2 und 3 und eine weitere Verbindungsleitung 21 zwischen dem Einphasigen Transformator 3 und 4 vorgesehen ist. Darüber hinaus ist eine längere Verbindungsleitung 21 zwischen den Transformatoren 2 und 4 vorgesehen. Jeder einphasige Transformator 2, 3 oder 4 weist somit mehrere Verschaltungsanschlüsse 24, also jeweils zwei Verschaltungsausgänge 24 auf. Im Übrigen entspricht der Aufbau im Inneren der einphasigen Transformatoren dem Aufbau gemäß 3.
