DE3342210A1

DE3342210A1 - Hgue-kraftwerkstation mit maschinentransformator

Info

Publication number: DE3342210A1
Application number: DE19833342210
Authority: DE
Inventors: Karl-Werner 6806 Viernheim Kanngießer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1983-11-23
Filing date: 1983-11-23
Publication date: 1985-05-30
Also published as: CH664853A5; US4625269A; SE8405894L; DE3342210C2; CA1222284A; SE457040B; SE8405894D0

Description

BBC Aktiengesellschaft
BROWN,BOVERI & CIE.

Baden/Schweiz 21. Nov. 1983

Mp.-Nr. 659/83 ZPT/P3-Pn/Bt

HGÜ-Kraftwerkstation mit Maschinentransformator

Die Erfindung bezieht sich auf eine HGÜ-Kraftwerkstation mit Maschinentransformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche HGÜ-Kraftwerkstation ist aus F. Hölters, K.W, Kanngießer und W. Ziegler: "Technik und Einsatzmöglichkeiten der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung";

etz-A 89 (1968), Heft 8 bekannt. Im bekannten Fall sind 25

mehrere Generatoren über Stromrichtertransformatoren mit in Serie liegenden Gleichrichtern einer HGÜ zu einer Einheit verbunden.

Gegenüber einer konventionellen HGÜ-Stations-Anordnung hat dies den Vorteil, daß eine Drehstromschaltanlage sowie Filterkreise in Wegfall kommen. Aus wirtschaftlichen Gründen kommt vorzugsweise eine Doppelblockschaltung, d.h. eine Anordnung mit 12-pulsiger Rückwirkung in „ Frage, weil nur dann der Generator in seiner Leistung

annähernd voll ausgenutzt werden kann.

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Bei der Verbindung eines Generators mit einer HGÜ werden normalerweise Gleichrichter- und Wechselrichterstation getrennt aufgestellt, um die technischen und wirtschaft_g liehen Vorteile einer Gleichstromleitung im Vergleich zu einer Drehstromleitung ausnützen zu können. Es ist aber durchaus sinnvoll, einen Generator mit einer HGÜ-Kurzkupplung, bei der Gleich- und Wechselrichter in einer Station vereinigt sind, zu kuppeln, weil auch bei dieser Anordnung die technischen Vorteile der HGÜ, nämlich die asynchrone Kupplung, die NichtÜbertragung von Kurzschlußleistung und die schnelle und genaue Regelbarkeit voll genutzt werden können.

._ Ein Vorteil der Kurzkupplung ist auch, daß die Daten des Gleichstromkreises frei von den Gesetzmäßigkeiten einer Freileitung nach technisch-wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimiert werden können. Im allgemeinen wird man den Nenngleichstrom so wählen, daß die größtverfügbaren Leistungsthyristoren strommäßig gerade voll ausgenutzt sind und wird sich in der Gleichspannung dann entsprechend der Nennleistung anpassen.

Als Nachteil eines Einsatzes einer HGÜ-Kurzkupplung ist

jedoch der erhebliche, insbesondere auch durch den Ein-25

satz eines Voll-Transformators bedingte Kostenaufwand zu nennen.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine für 12-Puls-Betrieb geeignete HGÜ-Kraftwerkstation mit Maschinentransformator der eingangs genannten Art anzugeben, bei der der Kostenaufwand erheblich reduziert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich-35

neten Merkmale gelöst.

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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß durch den Ersatz des üblicherweise zwischen Generator und Stromrichter angeordneten Voll-Transformators durch einen einfachen Schwenktransformator neben der erheblichen Einsparung an Kosten auch der Raumbedarf der HGÜ-Kraftwerkstation reduziert und infolge geringer Verluste der Wirkungsgrad verbessert wird. Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeich-

ö _#

nungen dargestellten Ausführungsformen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Wechselstrom-Übertragungssystem mit einer Blockschaltung von Generator und HGÜ-Kurzkupplung mit zwischengeschaltetem Schwenktransformator,

Fig. 2 einen Schwenktransformator,

Fig. 3 ein Zeigerdiagramm, welches die durch den

Schwenktransformator erzielten Phasen-25

Schwenkungen erkennen läßt,

Fig. 4 eine ^-Puls-Blockschaltung mit mehreren parallelen elektrisch getrennten Gleichstromkreisen.

In Fig. 1 ist ein Wechselstrom-Übertragungssystem mit einer Blockschaltung von Generator und HGÜ-Kurzkupplung mit zwischengeschaltetem Schwenktransformator dargestellt. Eine Dampf-, Gas- oder Wasserturbine 1 treibt

über eine Welle einen Drehstromgenerator 2 an. Der Gene-35

rator 2 speist über einen Schwenktransformator 3

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(Booster-Transformator) eine HGÜ-Kurzkupplung 4 (bestehend aus Gleichrichter 5 und Wechselrichter 6), einen Netztransformator 7 und eine Drehstromleitung 8 in ein Verteilungsnetz 9 ein. Die dem Schwenktransformator 3 g eingangsseitig anliegende Generatorspannung ist mit Uq und die ihm ausgangsseitig entnehmbaren beiden Spannungssysteme sind mit U-|, U2 bezeichnet.

An 'die Drehstromleitung 8 sind Filterkreise 10 zur Kompensation der von der HGÜ-Kurzkupplung 4 verursachten Oberwellen angeschlossen.

Gleichrichter 5 und Wechselrichter 6 der HGÜ-Kurzkupplung 4 sind über einen Gleichstromzwischenkreis, miteinander verbunden und jeweils aus zwei Drehstrombrücken aufgebaut. Da die beiden vom Schwenktransformator 3 gebildeten'Spännungssysteme U-], U2 ihren Ursprung gemeinsam im Generator-Sternpunkt haben, können die beiden an sie angeschlossenen Drehstrombrückenschal-

tungen auf der Gleichstromseite nicht in Reihe, sondern 20

nur parallel geschaltet werden. Zwischen den Parallelschaltuhgspunkten sind Drosseln vorgesehen, .die die Ausgleichströme der charakteristischen Sechspuls-Harmonischen begrenzen.

Durch den Einsatz der HGÜ-Kurzkupplung 4 ist es möglich,

die Generatordrehzahl und damit auch die Turbinendrehzahl unabhängig von der Frequenz des Wechsel- bzw. Drehstromnetzes 9 nach optimalen Gesichtspunkten unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades, der Kosten und der 30

Raumerfordernisse auszuwählen. Bei einem Pumpspeicherwerk sind z.B. somit in einfacher Weise zwei verschiedene Drehzahlen für Pump- und Turbinenbetrieb möglich. Bei Wasserkraftwerken kann die Drehzahl in Abhängigkeit

des Wasserstandes stufenlos ausgewählt werden. 35

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In Fig. 2 ist der Schwenktransformator 3 dargestellt, der aus der eingangsseitig anliegenden Generatorspannung Uq zwei um * 15° zu Uq phasenverschobene Drehspannungssysteme U-j, U2 bildet. Der Schwenktransformator 3 weist drei im Dreieck geschaltete Primärwicklungen (Unterspannungswicklungen) 11, 12, 13 auf. Dabei liegen die Klemmen u bzw. χ der Primärwicklung 11 an den Klemmen S bzw. T des Generators 2, die Klemmen ν bzw. y der Primärwicklung 12 an den Klemmen T bzw. R des Generators 2 sowie die Klemmen w bzw. ζ der Primärwicklung 13 an den Klemmen R bzw. S des Generators 2.

Der Schwenktransformator 3 weist ferner drei Sekundärwicklungen (Oberspannungswicklungen) 14,15,16 mit Mit-._ telanzapfungen auf. An den äußeren Klemmen U der Sekun-

därwicklung 14, V der Sekundärwicklung 15 und W der Sekundärwicklung 16 ist dabei das erste um + 15° zu Uq phasenverschobene Spannungssystem mit der Spannung Ui abgreifbar. Das zweite, um - 15° zu Uq phasenverschobene - Spannungssystem mit der Spannung Ü2 ist an den äußeren Klemmen Z der Sekundärwicklung 16, Y der Sekundärwicklung 15 und X der Sekundärwicklung 14 abgreifbar. Die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen 14 bzw. 15 bzw. 16 sind dabei direkt mit den Klemmen R bzw. S bzw. T des Generators 2 verbunden.

In Fig. 3 sind die durch den Schwenktransformator 3 erzielten Phasenschwenkungen * 15° der Spannungssysteme U-| und U2 gegenüber der Generatorspannung Uq im Zeigerdiagramm dargestellt.

Die in Bild 2 gezeigte Schaltung ist nicht die einzige Möglichkeit, durch Schwenktransformatoren zwei Dhasenverschobene Systeme herzustellen; bei primärseitiger _3g Sternschaltung läßt sich beispielsweise eine Art Gabelschaltung verwirklichen. Das hier gezeigte System ist

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jedoch das vom Aufwand her optimale; die Typenleistung des Schwenktransformators beträgt lediglich 25,9% der Durchgangsleistung.

_ Die Blockschaltung mit Schwenktransformator bedingt wegen der aus Isolationsgründen auf etwa 25 kV begrenzten Generatorspannung Uq bei großen Generatorleistungen sehr hohe Gleichströme. Diese können nicht mehr durch einen einzelnen Thyristor je Ventilzweig bewältigt wer-

^q den, es müßten vielmehr eine größere Anzahl Thyristoren parallel geschaltet werden. Die direkte Parallelschaltung von Thyristoren hat eine gleichmäßige Stromaufteilung in allen Betriebs- und Störungsfällen zur Bedingung. Dies setzt geringe Toleranzen in den Thyristorparametern sowie einen konstruktiven Ventilaufbau mit

gleichen Streuinduktivitäten der Leitungsführung voraus. Diese Bedingungen und Einschränkungen kann man umgehen, wenn mehrere getrennte, aus Gleich- und Wechselrichter bestehende, Gleichstromkreise mit jeweils eigener Stromregelung vorgesehen werden.

In Fig. 4 ist als Beispiel hierzu eine 12-Puls-Blockschaltung mit mehreren parallelen elektrisch getrennten Gleichstromkreisen dargestellt. An die Klemmen R,S,T des

Drehstromgenerators 2 sind die Primärwicklungen 25

11,12,13····11n,12n,13n von η (n = ganze Zahl) Schwenktransformatoren 3···3η in der unter Fig. 2 beschriebenen Weise angeschlossen. Die dem ersten Spannungssystem U-j zugeordneten Klemmen U,V,W der Sekundärwicklungen 14,15,16...I4n,15n,i6n sind mit Gleichrichterbrücken 17...17n verbunden, während die dem zweiten Spannungssystem Ü2 zugeordneten Klemmen Z,Y,X der Sekundärwicklungen 14,15,16...I4n,15n,I6n an Gleichrichterbrücken I8...i8n angeschlossen sind.

Jeweils zwei Gleichrichterbrücken 17,18...17n,I8n sind

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parallel geschaltet und speisen einen Gleichstromkreis, an den jeweils zwei Wechselrichterbrücken 19,20...19n,20n angeschlossen sind. Am ersten Pol der Gleichstromkreise liegen die Pluspole der Gleichrichterbrücken 17...17n direkt und die Pluspole der Gleichrichterbrücken I8...i8n über Drosseln 21...21n. Am zweiten Pol der Gleichstromkreise liegen die Minuspole der Gleichrichterbrücken I8...i8n direkt und die Minuspole der Gleichrichterbrücken 17...17n über Drosseln 22...22n.

An jeden der sich auf diese Weise ergebenden η elektrisch getrennten Gleichstromkreise sind jeweils zwei in Serie liegende und als Wechselrichter gesteuerte Drehstrombrücken 19,20....19n,2On angeschlossen. Die Dreh-15

strombrücken 19...19n sind ausgangsseitig mit einer ersten Drehstromschiene 23 und die Drehstrombrücken 20...2On sind mit einer zweiten Drehstromschiene 2Ά verbunden. Die Drehstromschienen 23 bzw. 2Ά sind an die

erste bzw. zweite Primärwicklung 25 bzw. 26 eines Drei-20

wickler-Drehstromtransformators 27 (entspricht dem Netztransformator 7 gemäß Fig. 1) angeschlossen. Über die Sekundärwicklung 28 des Transformators 27 wird in die Drehstromleitung (entspricht 8 der Fig. 1) eingespeist.

Durch den Einsatz mehrerer elektrisch getrennter Gleichstromkreise mit jeweils eigener Stromregelung wird eine genaue Stromaufteilung unter allen Betriebsbedingungen und unabhängig vom mechanischen Aufbau erreicht. Jeder Gleichstromkreis ist mit eigenen Regel- und Schutzeinrichtungen ausgerüstet, dadurch wird ein hoher Grad an Sicherheit und Redundanz erzielt.

Da jedem Gleichstromkreis ein eigener Schwenktransforma-

_ tor zugeordnet ist, erhält damit jeder Stromrichter 35

einen gewissen Eigenanteil an der Kommutierungs-Reak-

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tanz. Hierdurch wird die bei ausschließlich gemeinsamer Kommutierungs-Reaktanz schwierig zu bewerkstelligende unabhängige Zündung der Stromrichter bedeutend erleichtert.

Die Gleichrichterbrücken 17...17n, I8...i8n können wahlweise mit Thyristoren oder mit Dioden ausgerüstet sein. Im zweiten Fall erfolgt die Regelung nur durch den Generator und die Wechselrichterbrücken 19...19n, 20...2On, während im ersten Fall auch die Thyristoren der Gleichrichterbrücken bestimmte Regelfunktionen erfüllen können. Die Vorteile eines Thyristor-Gleichrichters sind die sehr schnelle Generatorstromregelung sowie der wirksame Schutz durch Strombegrenzung durch eine Stromunterbrechung innerhalb einer Periode und durch eine schnelle

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Wiedereinschaltung. Ferner kann auf einen Generatorschalter und einen Gleichstromleistungsschalter verzichtet werden. Die Vorteile eines Dioden-Gleichrichters sind die reduzierten Kosten der Ventile, die niedrigeren

Verluste und der Fortfall der Ventilregelkreise. Bei 20

einer Bestückung der Gleichrichterbrücken 17...17n, I8...i8n mit Dioden ist allerdings zur Abschaltung von Fehlerströmen ein Gleichstromleistungsschalter oder ein Generatorschalter notwendig.

Bei einer Bestückung der Gleichbrücken mit Thyristoren kann jeder Fehlerstrom auf der Leitung (z.B. Kurzschlußstrom) vom Generator 2 ferngehalten werden. Der Stromanstieg wird dabei von den Drosseln 21...21n, 22...22n des Gleichstromzwischenkreises begrenzt. In Verbindung mit

der Stromregelung des Gleichrichters kann der Fehlerstrom im nichtkritischen Bereich des Generators gehalten werden.

Bei Auftreten eines internen Stromrichterfehlers (z.B. 35

Überschlag über ein Stromrichterventil) wirkt eine thy-

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ristorbestückte Gleichrichterbrücke wie ein innerhalb einer Periode schaltender Leistungsschalter und reduziert die Anzahl der Drehmomentstöße im Generator auf Bei einer diodenbestückten Gleichrichterbrücke muß bei einem solchen Fehlerfall der Generatorschalter eingreifen, unterstützt durch die Generator-Schnellentregung.

Claims

659/83 Vt _ Ansprüche ο ■ ————

1. HGÜ-Kraftwerkstation in Blockschaltung mit mindestens einem Drehstromgenerator, mindestens einem Maschinentransformator und mindestens einem aus Drehstrombrückenschaltungen bestehenden 12-Puls-Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausführung des Maschinentransformators als Schwenktransformator (3) die Mittenanzapfungen der Sekundärwicklungen (14,15,16) mit der Generatorspannung (Ü_G) beaufschlagt werden und zur

₄_ Speisung der als HGÜ-Kurzkupplung (4) ausgebildeten

Stromrichter (17,18,19,20) zwei um 30° elektrisch gegeneinander phasenverschobene Drehstrom-Spannungssysteme (U₁,Ü2) an den äußeren Klemmen (U₅V,W,X,Y,Z) der Sekundärwicklungen (14,15,16) abgreifbar sind.

2. HGU-Kraftwerkstation nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die beiden phasenverschobenen Drehstrom-Spannungssysteme (U-],U2) zwei gleichstromseitig über Drosseln (21,22) parallel geschaltete Gleichrichterbrücken (17,18) beaufschlagen.

3· HGÜ-Kraftwerkstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die HGÜ-Kurzkupplung (4) aus einer Vielzahl paralleler, elektrisch getrennter, jeweils durch eigene Schwenktransformatoren (3··.3η) speisbare Gleichstromkreise besteht.

4. HGÜ-Kraftwerkstation nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter-

brücken (17,18) der HGÜ-Kurzkupplung m it Dioden ausge- «so

rüstet sind und ein Generatorschalter zum Überstrom-

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schutz des Drehstromgenerators vorgesehen ist.

5. HGÜ-Kraftwerkstation nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter-

brücken (17,18) der HGÜ-Kurzkupplung mit Thyristoren ο

ausgerüstet sind.