DE3005950A1

DE3005950A1 - Einrichtung zur synchronisierung und spannungsregelung fuer netze, die ueber eine kurzschlussschutzeinrichtung gekuppelt sind

Info

Publication number: DE3005950A1
Application number: DE19803005950
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 2000 Hamburg Kranert
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1980-02-16
Filing date: 1980-02-16
Publication date: 1981-08-27
Also published as: DE3005950C2

Description

Einrichtung zur Synchronisierung und Spannungsregelung für Netze, die
über eine Kurzschlußschutzeinrichtung gekuppelt sind" Die Erfindung befaßt sich mit einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Die heutigen Leistungen von Bordnetzen auf Wasserfahrzeugen, insbesondere Offshore-Fahrzeugen, haben in vielen Fällen bereits die Grenzleistung überschritten, die durch das Einschaltsermögen der Schutzschalter i Niederspannungsbereich gegeben ist. Diese Grenzleistung von Bordnetzen von 5 - 6 MYA muß aber noch niedriger angesetzt werden wegen der kompakten Bauweise mit relativ kurzen Kurzschlußbahnen. Die naheliegende Lösung, zwei getrennte E-Werke für das Bordnetz vorzusehen, scheitert ebenso an der Wirtschaftlichkeit wie der Einsatz eines Mittelspannungsnetzes. Yergl.
Jahrbuch der STG 67. Band 1973 "Mittelspannungsbordnetze" von Ä. Wangerin.
Auch ist eine Kurzschlußstroa-Begrenzung in Niederspannungs-Bordnetzen bekannt, wie aus den 'Calor-Eaag-Mitteilungen I", 1965 "Betrachtungen über die Anwendung von IS - Begrenzern in Drehstronanlagen" von C. Böttger hervorgeht. Diese zwischen zwei E-Werken angeordneten Schalter haben den Mangel, daß nach Auslösung des Schalters R»zerve-Schalteingätze montiert werden müssen und damit kein Verbundbetrieb der E-Werke möglich ist.
Es sind schließlich Synchronisiereinrichtungen innerhalb einer sogenannten automatischen Stromversorgungsanlage bekannt, die dazu bestimmt ist, einen Generator zu einem bestehenden Netz zu synchronisieren. Mit Hilfe dieser Stromversorgung wird der zuzuschaltende Generator frequenz- und spannungsmäßig an das Netz angeglichen und bei Phasengleichheit der Spannung unter Berücksichtigung der Schalter-Verzugszeit auf das Netz geschaltet. Frequenz und Wirklast werden üblicherweise durch einen Leitgenerator vorgegeben.
Für zwei zu synchronisierende Netze müßte eine übergeordnete automatische Stromversorgung vorgegeben werden. Das aber würde einen zusätzlichen technischen Aufwand bedeuten.
Hier setzt die Erfindung ein und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisier- und Spannungsregeleinrichtung der eingangs genannten Art für große Niederspannungsnetze zu schaffen, die einen synchronen Weiterlauf des Gesamtnetzes nach einem Kurzschluß gestattet.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale vorgesehen. Damit wird eine wirtschaftliche und technisch weniger aufwendige Einrichtung geschaffen, da bisher nur ein teueres Hochspannungs-Bordnetz zur Lösung dieses Problems für ausreichend gehalten wurde. Die Grenzleistung des Netzes kann mit der Einrichtung nach der Erfindung nahezu verdoppelt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt Von den vier Generatoren G1 bis G4 sind je zwei G1, G2 und G3, G4 zu einer Gruppe vereinigt. Die Generatoren speisen über Generatorschutzschalter S1 bis S4 eine gemeinsame Sammelschiene B. Von der Sammelschiene B führen Leitungen V1 bis V4 zu den angeschlossenen Verbrauchern. In diesen Abgängen sind ebenfalls Selbstschalter vorgesehen.
In der Sammelschiene B sind ein Kuppelschalter K und eine Kurzschlußschutz-Einrichtung E angeordnet. Diese besteht aus einem Stroitransformator Tr, dessen Primärwicklung von dem Saimelschienenstrom durchflossen wird.
Der Sekundärstrom wird über eine Drehstromdiodenbrücke Gl gleichgerichtet und mit eineo Thyristorschalter S5 im Normalfall kurzgeschlossen. Parallel zum Schalter S5 ist ein Widerstand R1 gelegt. Im normalen Betrieb arbeitet der Stromtransformator ohne Last mit minimalen Kurzschaußverlusten. Der Spannungsabfall im Netz, also vor und hinter dem Stromtransformator ist sehr gering, der Wirkwiderstand des Transformators ist klein.
Parallel zur Primärwicklung des Stromtransformators Tr ist ein Widerstandsteiler, bestehend aus den Widerständen R21 und R22 vorgesehen. An einem Mittenabgriff zwischen den beiden Widerständen kann die Spannung Uist abgenommen werden. An die Anschlußklemmen des Widerstandsteilers ist ebenfalls ein Phasenmeßgerät Ph gelegt, dessen Funktion später erläutert wird.
Die Ist-Spannung Uist wird einer Vergleichsstelle 1 zugeführt und mit der Soll-Spannung U5011 verglichen. Eine Spannungsabweichung wird im Block 2 ausgeregelt und als Erregerstrom-Sollwert einem weiteren Vergleichsglied 3 zugeführt. Eine Erregerstromabweichung steht an einem Stromregler 4 an und wird über eine Impulsformerstufe 5 den Erregerwicklungen der Generatoren G3 und G4 zugeführt.
Im folgenden soll die Wirkungsweise der Einrichtung erläutert werden.
Es wird vorausgesetzt, daß in der Ausgangsleitung V1 ein Kurzschluß eingetreten ist und daß jede Generatorgruppe einen Leitgenerator aufweist.
Im Kurzschlußfall wird mit Ereichen des zweifachen Nennstromes in der Sammelschiene B der Thyristorschalter S5 in etwa 50 t s abgeschaltet und der Strom auf den Widerstand Rt kommutiert. Dieser gleichsam in die Sammelschiene eingekoppelte Widerstand begrenzt den zur gestörten Generatorgruppe fließenden Strom. Als ohmscher Anteil des Kurzschlußstromes in der gestörten Generatorgruppe wird er diesen unwesentlich erhöhen, verbessert aber den Kurzschlußstrom-Leistungsfaktor, so daß das Einschaltvermögen der Selbstschalter ansteigt. Durch den eingekoppelten Widerstand R1 werden die Generatorgruppen teilweise gekuppelt, so daß eine Phasenverschiebung stattfindet, weil der Wirkstromausgleich die Lastwinkel der Generatorgruppen gegensinnig laufen läßt. Das Phasenmeßgerät Ph gibt bei Phasengleichheit in gleichen Phasen der Generatorgruppen ein Zündsignal an den Schalter S5. Da die Kupplung der Netze innerhalb weniger t Sekunden erfolgt, ist es nicht erforderlich, Schaltereigenz.itn zu berücksichtigen.
Ein synchroner Weiterlauf im Verbundbetrieb ist selbst dann möglich, wenn ein Kurzschluß längere Zeit, d. h. bis zur Auslösung der Generatorschalter angestanden hat. Bei eingeschaltetem Widerstand R1 wird die Phasenlage einer Phase beider Generatorgruppen überprüft. Durch die Widerstandsentkopplung der Generatorgruppen tritt auch hier ein Wirkstromausgleich auf, der die Lastwinkel der Generatoren gegensinnig verändert und sehr schnell eine Phasengleichheit feststellt. Dann wird der Schnellschalter S5 gezündet und der Widerstand herausgeschaltet. Versuche haben gezeigt, daß sich eine Kurzschlußstrombedämpfung auf etwa 17% einstellt. Eine Überlagerung dieses Stromverlaufes mit dem der ungestörten rechten Generatorgruppe nach der Figur ergibt einen Gesamtstromstoß des E-Werk-Verbundes mit Strombedämpfung von ca. des Stromstoßes ohne Bedämpfung.
Für diese Belastung ist das Einschaltvermögen der Schalter in den Abgängen zu den Verbrauchern ausreichend.
Die Versuche haben ebenfalls ergeben, daß die Momentenbeanspruchung der auf den Kurzschluß direkt speisenden Generatorgruppe und der über die Primärwicklung des Stromtransformators speisenden Generatoren annähernd gleich ist und sich ein Polradwinkelunterschied von nur wenigen °el einstellt, der einen synchronen Betrieb nach der Freischaltung des Kurzschlusses gewährleistet.
Schließlich soll mit der Erfindung eine gemeinsame Spannungsregelung bei gekuppelten Generatorgruppen erfolgen. Hierfür wird der Istwert der Spannung Uist von der Mittenanzapfung an der Primärwicklung des Stromtransformators oder ersatzweise von dem künstlichen Mittelpunkt zwischen den Widerständen R21 und R22 abgenommen. Dieser Spannung wert wird einer Vergleichsstelle 1 zugeführt, an der ein Spannungs-Sollwert U5011 ansteht. Eine bestehende Spannungsabweichung wird in einem Block 2 ausgeregelt und als Sollwert für den Erregerstrom iF soll für die Generatoren ausgegeben. Diesem Wert steht im Vergleichsglied 3 der Erregerstrom-Istwert iF ist gegenüber. Eine Stromabweichung wird im Regler 4 ausgeregelt und über einen Impulsformer 5 an die Erregerwicklungen der Generatoren G3 und G4 weitergeleitet.

Claims

Patentansprüche Einrichtung zum Synchronisieren und Einregeln einer konstanten Spannung von mehreren in Gruppen zusammengefaßten Generatoren, die auf eine gemeinsame Sammelschiene arbeiten, wobei die Gruppen über einen Kuppelschalter und eine Kurzschlußschutzeinrichtung miteinander verbunden sind, die aus einem Stromtransformator mit zur Sekundärwicklung parallelliegenden Gleichrichter, Widerstand und Thyristorschalter besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Stromtransformators einen Mittenabgriff aufweist, an dem im ungestörten Betrieb ein Spannungsistwert für eine Spannungsregelung abgreifbar ist, und daß eine Phasenmeßeinrichtung vorgesehen ist, die nach Kurzschlußfortschaltung die Phasenlage einer Phasenspannung der Generatorgruppen ermittelt, und daß bei Phasengleichheit durch Ausschalten des Parallelwiderstandes eine Synchronisation der Generatorgruppen erfolgt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Synchronisierung der Generatorgruppen nach Schließen dds-Kuppelschalters durch Überwachung einer Phasenspannung der Generatorgruppen und Zündung des Thyrietorschalters vorgenomxen wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabgriff an der Primärwicklung des Stromtransformators durch einen Widerstandsteiler gebildet wird.