DE2064052B2

DE2064052B2 - Stromrichterstation für Gleichstromnetze mit sehr hohen Spannungen

Info

Publication number: DE2064052B2
Application number: DE2064052A
Authority: DE
Inventors: Petter Dipl.-Ing. Ludvika Hessen (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1970-01-05
Filing date: 1970-12-28
Publication date: 1979-01-04
Also published as: JPS494245B1; GB1325421A; SE340841B; DE2064052A1; US3629687A

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromrichterstation gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I. Eine solche Stromrichterstation ist in der DE-PS 5 34 702 beschrieben.

Bei Stromrichtertransformatoren müssen die Ventilwicklungen, d. h. die Wicklungen, die an den Stromrichterbrücken angeschlossen sind, im Prinzip mit voller Isolation ausgeführt werden. Für eine Anlage mit beispielsweise 750 kV Gleichspannung bedeutet dies volle Isolation in den Isolationsklassen, die in den Transformatoren für die Ventilbrücken mit höchstem Potential erforderlich sind. Wicklungen in Starkstromtransformatoren mit so hohen Isolationsniveaus werden normalerweise mit abgestufter Isolation ausgeführt, wobei die Hochspannungsklemme auf halber Schenkelhöhe angeordnet ist Die Isolation zu den Jochen liegt dabei auf einem wesentlich niedrigeren Potential. Oft kommt außerdem eine hohe Spannung, z. B. 500 kV Isolationsklasse 1550 kV. der Netzwicklung hinzu. Die Transformatoren für die auf höherem Potential liegenden Stromrichterbrücken in dem genannten Fall mit 750 kV Gleichspannung erfordern bedeutend höhere Isolationsniveaus bei einstufiger Umwandlung.

Aus der deutschen Patentschrift 5 34 702 ist eine Stromrichterschaltung bekannt, bei der aus einer Wechselspannung eine hohe Gleichspannung gewonnen wird durch Reihenschaltung einer Anzahl von zweiphasigen Gleichrichterschaltungen oder Brückenschaltungen. Zwischen dem Gleichrichtertransformator und dem Netz sind dabei Isoliertransformaloren vorhanden. Der Mittelpunkt der Primärwicklung und der Kern des Stromrichtertransformators sind dabei in jeder Gleichrichterschaltung mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Stromrichtertransformators verbunden. Auf diese Weise liegt die eine Wicklung des Isoliertransformalors gleichspannungsmäßig auf dem Potential des Mittelpunktes der zugehörigen Gleichrichterschaltung der Reihenschaltung. Das bedeutet, daß für die Gleichrichterschaltung am Ende der Reihenschaltung das Gleichspannungspotential, das vom Isoliertransformator bewältigt werden muß, gleich der vollen Summengleichspannung abzüglich der halben von einer Gleichrichterschaltung erzeugten Gleichspannung ist. Bei sehr hohen Gleichspannungen müßte also auch der Isoliertransforniatcr für «.,ohr hohe Spannungen isoliert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Stromrichterstation der eingangs genannten Art in der Weise weiterzucntwicklen, daß die für Stationen niedrigere Spannungen ausgelegten Geräte auch in Netzen mit sehr viel höheren Spannungen verwendet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Stromrichterstation der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches I genannten Merkmale aufweist. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Gemäß der Erfindung wird bei den im oberen Bereich der Reihenschaltung liegenden Gleichrichterschaltungen die gegen Erde abzubauende Gleichspannung auf zwei Transformatoren, den Stromrichtertransformator und den Isoliertransformator verteilt. Bei einer 750-kV-Gleichstromleitung kann somit das Glcichspannungspotcntial der auf höchster Spannung liegenden Glcichrichterbrücke zu je 375 kV auf die beiden in Reihe geschalteten Transformatoren verteilt werden. Somit können auch bei diesen hohen Spannungen Transformatoren verwendet werden, die für erheblich niedrigere Spannungen isoliert sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 und 2 zwei alternative Schaltschemen für eine

Stromrichtersiation mit sehr hohen Spannungen,

F i if. 3 ein Schaltschema für eine Stromrichterbrücke mit Transformatoren gemäß einer dritten Alternative und

Fig.4 schematisch das Zusammenschalten von Wicklungen in zwei kaskadengeschalteten Transformatoren sowie Klemmen für Hilfskraft.

In Fig. 1 ist beispielsweise ein Gleichstromnetz mit einer Spannung von 750 kV gegen Erde gezeigt. Die Stationüausrüstung zeigt zwei parallele Ketten A und B, to von denen jede aus vier reihengeschalteten Stromrichterbrücken I₁ II, Ul. und IV besteht, die über Transformatoren am Wechselstromnetz C angeschlossen sind Es soll jedoch von Anfang an betont werden, daß die Erfindung weder an die angegebene Spannung, is Anzahl Ketten oderStromrichterbrücken in den Ketten gebunden ist. Die Anzahl der Brücken kann kleiner oder größer als vier sein. Die Stromrichterbrücken sind auf bekannte Weise aus Ventileinheiten aufgebaut, und die drei parallelen Einheiten in jeder Brücke sind an den beiden Enden der Brücke zusarnrnengeschaitet. Dies ist bekannt und braucht nicht weiter erklärt zu wurden.

Die beiden unteren Brücken I und II in Fig. 1 und 2 sind auf bekannte Weise über Transformatoren T am Wechselstromnetz C angeschlossen, wobei die Transformatoren Thier als Dreiwicklungstranformatoren mit einer arn Wechselstromnetz Cangeschlossenen Primärwicklung I und zwei Sekundärwicklungen 2 und 3 gezeigt sind. Die Wicklung 2 ist an der Kette A angeschlossen, während die Wicklung 3 an der Kette B jo angeschlossen ist. Alternativ kann man natürlich zwei Zweiwicklungstransformaloren anstelle von einem Drei Wicklungstransformator verwenden.

Das Anordnen der Ventile innerhalb der beiden unleren Brücken sowie die Schaltung der Brücken s^r> untereinander und deren Anschluß an das Wechselstromnetz ist bekannt. Die Erfindung bezieht sich nur auf die oberen Stromrichterbrücken.

Die beiden oberen Stromrichterbrücken III und IV sind über ein<_ Reihenschaltung von zwei Transformato- -»o rcn an das Wechselstromnetz C angeschlossen. Der erste Transformator, der in F i g. 1 mit T bezeichnete Haupttransformator, ist ein normaler Transformator, dessen Primärwicklung und dessen Eisenkern in üblicher Weise mit dem Transformatorgehäuse und r> damit auch mit der Erde verbunden sind. Der zweite Transformator, der mit IT bezeichnet ist, ist ein Isoliertransformator, dessen Primärwicklung 4 und dessen Eisenkern an das Gehäuse 5 angeschlossen sind, das seinerseits an einen Punkt 6 in der Mitte der ''< > Gleichspannungskelte angeschlossen ist, der im dargestellten Fall ein Potential von 375 kV hat. Die Sekundärwicklung 3 des Haupttransformators 7"und die mit ihr verbundene Primärwicklung 4 des Isoliertransformators IT bilden einen Zwischenkreis, der mit dem ">"> Kern und dem Gehäuse 5 des Isoliertransformators IT und damit auch mit dem Punkt 6 in der Mitte der Gleichspannungskette verbunden ist. Das bedeutet, daß im dargestellten Fall Kern und Gehäuse des Isoliertransfonmaiors /Tnur einer Glcichspannungsbeanspruchung von 375 kV gegenüber der Erde ausgesetzt sind, weil die Wicklungen des Zwischenkreises die ebengenannte Glcichspannungsbeanspruchung und eine überlagerte Wechselspannung zur Erde haben. Da das Gehäuse des Isolieriransformators isoliert aufgestellt ■ > ist, tritt eine Gleichspannungsbeanspruchung zwischen Wicklung und Kern bzw. Wicklung und Gehäuse nur in dem HauDtlransformator Tauf.

Bei der Stromrichterbrücke III tritt zwischen der Sekundärwicklung des Isoliertransformators IT und dem Kern bzw. dem Gehäuse eine Gleichspannungsbeanspruchung von 187,5 kV auf. In den Isoliertransformatoren, die die Stromrichterbrücke IV speisen, hat die entsprechende Gleichspannungsbeanspruchung einen Wert von 375 kV. Die in den Isoliertransformatoren auftretenden Gleichspannungsbeanspruchungen übersteigen also in keinem Falle die halbe Gleichspannung des Gleichspannungsnetzes.

F i g. 1 zeigt, daß man drei einphasige Dreiwicklungstransformatoren zum Speisen der Isoliertransformatoren der beiden Stromrichterbrücken benutzt, die auf demselben Potential liegen. Der Unterschied zwischen den Ausrüstungen für die beiden oberen und die beiden unteren Brücken ist also der, daß in den erstgenannten ein Isoliertransformator zwischen di·» Sekundärwicklungen der Transformatoren T und die Stromrichterbrükken eingefügt ist. In dem gezeigten Beispiel sind auch die zu den beiden obersten Brück.η IV gehörenden !soiiertransiorrnaiorcn an die Mittelpunkte 6 der Ketten A bzw. B angeschlossen. Dabei sind natürlich Gehäuse und Speisewicklung der Isoliertransformatoren, die die Kette A speisen, am Mittelpunkt dieser Kette angeschlossen; dasselbe gilt für Kette B. Dies ist notwendig für den Fall, daß in einer der Ketten ein solcher Fehler auftritt, daß diese aus dem Betrieb genommen und abgeschaltet werden muß. Der übrige Teil der Stromrichterausrüstung muP dann ungestört weiter arbeiten können.

Jede Stromrichterkeüe A bzw. B ist über eine Glättungsdrossel 23 bzw. 24 an der Leitung L angeschlossen. Die Drosseln sind in Gehäuse 25 bzw. 26 eingeschlossen, die isoliert aufgestellt und mittels Leiter 27 bzw. 28 am nächstniedrigeren Gleichspannungspotential angeschlossen sind, das in dem gezeigten Fall 562,5 kV beträgt. Der Spannungsfall zwischen Wicklung und Gehäuse beträgt dadurch nur 187,5 kV. Dun h diese Aufteilung der Isolationsstrecke zwischen der Drosselwicklung und der Erde auf zwei Teilstrecken, nämlich Drc sselwicklung- Drosselgehäuse einerseits und Drosselgehäuse — Erde andererseits ist weniger Isolationsaufwand erforderlich, als wenn eine der beiden genannten Isolationsstrecken für die volle Spannung ausgelegt werden müßte. Außerdem ist eine gewisse Isolationsfestigkeit zwischen Drosselspule und Gehäuse mit Rücksicht auf Wanderwellen auch dann erforderlich, wenn betriebsmäßig keine nennenswerte Spannungsbeanspruchung zwischen Drosselspule und Gehäuse stattfinden würde.

F i g. 2 zeigt eine Alternative, bei der die obere Hälfte der beiden Ketten von drei einphasigen Dreiwicklungstrans^fo-matoren 10, II, 12 mit je zwei Sekundärwicklungen 13 und 14 gespeist wird. Die Isoliertransformatoren sind ebenfalls v. ie Dreiwicklungstransforrnatorcn 15 mit zwei Sekundärwicklungen 16, 17 ausgeführt, und zwar je einer für jede Kette A bzw. B. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, speisen die Sekundärwicklungen 13 die untere Brücke III und die Sekundärwicklungen 14 die obere Brücke IV. In den Isoliertransformatoren ist die Sekundärwicklung 16 an der Kette B ν.ηά die Sekundärwicklung 17 an der Kette A angeschlossen. Dasselbe gilt für die Sekundärwicklungen 14. Da die Isoliertransformatoren an beiden Ketten angeschlossen sind, muß der Anschluß der Speisewicklungen und Gehäuse an die Gleichstromkette so ausgeführt sein, daß ein wahlweiser Anschluß erfolgen kann. Der an den Gehäusen 5 aneeschlossene Leiter 18 ist mit einem

Leiter 19 mit der Kette A und mit einem Leiter 20 mit der Kette B verbunden. Die Leiter 19 bzw. 20 haben zweckmäßigerweise je einen Schalter 21 bzw. 22.

Ein Vorteil der Alternative gemäß F i g. 2 ist. daß die Transformatoreinheiten 10, 11 und 12 doppelt so groß sind wie die sechs Transformatoren T, die gemäß Fig. I dir oberen Brücken speisen. Größere Einheiten ergeben einen besseren Wirkungsgrad.

Gemäß einer dritten Alternative die in F i g. 3 gezeigt wird, werden durchgehend Zweiwicklungstransformatorcn verwendet. Die F i g. 3 zeigt eine der beiden oberen Stufen in der Stroinrichterausrüstung, z. B. die dritte. Die sechs Transformatoren 30, 31, 32, 33, 34 und 35. die am Wechselstromnetz angeschlossen sind, sind übliche Zweiwicklungstransformatoren, die Isoliertransformatoren sind dieselben wie in Fig. I. Die drei unteren Transformatoren speisen die Kette A, deshalb ist das Gehäuse der entsprechenden Isoliertransforniatüren an dieser Kette angeschlossen. Entsprechendes gilt für die Transformatoren, die an der Kette B angeschlossen sind. Diese Alternative erfordert mehr Transformatoren; sie ermöglicht aber ein leichtes Verlegen der Leitungen innerhalb der Station und eine bessere Übersichtlichkeit.

Die Erfindung ist auch geeignet für Ausrüstungen zur Übertragung einer Hilfsspannung zu den Stromrichterbrücken auf hohem Potential. Dieses ist schematisch in Fig.4 gezeigt. Der am Wechselstromnetz angeschlossene Transformator 40 hat eine Netzwicklung 41 und ι eine Kaskadenwicklung 42, die an der Kaskadenwicklung 43 eines Isoliertransformators 44 angeschlossen ist. Dieser ist, wie bereits erwähnt, isoliert aufgestellt, z. B. mit Hilfe von Isolatoren 45. Eine am Stromrichter angeschlossene Ventilwicklung ist mit 46 bezeichnet.

ίο Der Isoliertransformator ist außerdem mit einer Hilfswicklung 47 versehen, der eine Hilfsspannung entnommen wird, die für die Apparate der Stromrichterbriicke erforderlich ist. Auch diese Wicklung kann dadurch für ein bedeutend niedrigeres Isolations-

I) nivcau ausgeführt sein.

Die Reaktanzen der Isoliertransformatoren und der Transformatoren, die am Wechselstromnetz angeschlossen sind, nämlich der Systemtransformatoren, werden einander so angepaUt, daß sie zusammen die

2(i gewünschten Werte erhalten.

Alle Isoliertransformatoreinheiten müssen durch Ventilableiter zwischen Gehäuse und Wicklung geschützt werden die an den Stromrichtern angeschlossen sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungri

Claims

Patentansprüche:

1. Stromrichterstation für Gleichstromnetze mit sehr hohen Spannungen mit mindestens einer Kette von Stromrichterbrücken, wobei die Stromrichterbrücken jeder Kette gleichstromseitig in Reihe geschaltet sind und wechselstromseitig über Transformatoren an ein Wechselstromnetz angeschlossen sind, und zumindest die zur oberen Hälfte der Stromrichterkette gehörenden Stromrichterbrücken über je zwei in Reihe geschaltete Transformatoren, von denen einer als Isoliertransformator ausgeführt ist, vom Wechselstromnetz gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliertransformatoren (IT) zwischen den direkt am Wechsel-Stromnetz (C) angeschlossenen Haupttransformatoren (TlO, 11, 12, 30 bis 35) und den Stromrichterbrücken (III, IV) liegen, daß jeder Isoliertransformator (IT) gegen Erde isoliert aufgestellt ist und daß sein Gehäuse (5), sein Kern und seine Primärwicklung (4) gemeinsam an einem Punkt (6) der Gleichstromseite der Stromrichterkette (A, B) angeschlossen sind, dessen Potential gegenüber Erde dem einer der vorhergehenden Stromrichterbrücken (II) entspricht

2. Stromrichterstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliertransformatoren (IT) Einphasentransformatoren sind, während die Haupttransformatoren Dreiphasen- oder Einphasentransformatoren sind.

3. Stromric'-terstation nach Anspruch I oder 2 mit zwei parallelen Ketten von Stromrichterbrücken, dadurch gekennzeichnet, dall die beiden Stromrichterbrücken, die auf derr.-selbe". Gleichspannungspotential liegen, über Dreiwickiungstransformato- ren (T) ans Wechselstromnetz (C) angeschlossen sind, wobei jede Stromrichterbriicke an einer eigenen Wicklung (2, 3) des Haupttransformators angeschlossen ist.

4. Stromrichterstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zwei parallelen Ketten mit je vier reihengeschalteten Stromrichterbrücken, dzdurch gekennzeichnet, daß die beiden obersten Stromrichterbrücken (III, IV) in beiden Ketten über Dreiwicklungstransformatoren mit einer Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen am Wechselstromnetz angeschlossen sind, wobei die beiden obersten Stromrichterbrücken an der zweiten Sekundärwicklung und die nächsten beiden Stromrichterbrücken an der ersten Sekundärwicklung angeschlossen sind.

5. Stromrichterstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stromrichterkette über Glättungsdrosseln (23, 24) mit dem Gleichstromnetz f/^ verbunden ist, die 5ϊ isoliert auf Plattformen aufgestellt und an einem geeigneten Gleichspannungspotential der oberen Hälfte der Stromrichterkette angeschlossen sind.