DE3627189A1 - Wechselstromnetz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wechselstromnetz mit einer induktivitätsbehafteten Übertragungsleitung, einem Reihenkondensator zur Kompensation, einem Generator mit einer Antriebswelle und mit elektrischen Mitteln zur Dämpfung von Torsionsschwingungen der Antriebswelle.

Wie in der Zeitschrift "IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems", April 1981, S. 1852-1855 ange­ geben ist, sind für ein Wechselstromnetz der oben ge­ nannten Art verschiedene Maßnahmen zur Bekämpfung von untersynchronen Schwingungen erwähnt, die zu Torsions­ beanspruchungen der Antriebswelle führen. Dazu zählen eine Regelung der Generatorerregung, die Zuschaltung von statischen Parallelfiltern für alle untersynchronen Frequenzen und eine Überbrückung der Reihenkondensatoren im Ganzen oder teilweise mit Hilfe niedrig eingestellter Funkenstrecken, um den Aufbau von Torsionen im Übergangs­ verhalten zu begrenzen. Ferner soll als sogenanntes dyna­ misches Filter mit einer Thysistor-Brückenschaltung oder dgl. eine Gegenspannung in die Übergangsleitung einge­ spart werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß keine der bekannten Maßnahmen voll befriedigt, zumal schon in der genannten Literaturstelle Unzulänglichkeiten angespro­ chen sind.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, Torsionsschwin­ gungen der Antriebswelle bei einem Wechselstromnetz der oben genannten Art durch andere, besser steuerbare und schneller wirksame Mittel zu bekämpfen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zur Erzeugung von torsionsdämpfenden Drehmomenten eine gleichstromdurch­ flossene supraleitende Spule mit der Übertragungsleitung zwischen dem Reihenkondensator und dem Generator über einen Stromrichter verbunden ist, der von einer Einrich­ tung zur Erfassung der Torsionsschwingungen gesteuert wird.

Mit der Erfindung wird eine zusätzliche Dämpfung ge­ schaffen, die der Entdämpfung des aus Übertragungslei­ tung und Reihenkondensator bestehenden Schwingkreises entgegenwirkt. Es wird nämlich mit der Frequenz der ungewollten Schwingung in dämpfender Phasenlage eine wechselnde Leistung angepaßter Größe wechselstromseitig eingespeist. Dabei ist die Dämpfung unabhängig von variablen Netzkonfigurationen und von den Dämpfungs­ zuständen im Netz selbst.

Die Spule kann vorteilhaft die Erregerspule des Genera­ tors sein. Dazu wird bemerkt, daß supraleitende Erreger­ spulen bei Generatoren bekannt sind. Als Stromrichter kann der Ladestromrichter der Erregerspule verwendet werden. Damit wird der zusätzliche Aufwand bei der Realisierung besonders gering gehalten.

Für ein Wechselstromnetz mit einer Eigenbedarfsanlage für Hilfsbetriebe des Generators und seines Antriebs kann es vorteilhaft sein, daß die Spule mit der Eigen­ bedarfsanlage verbunden ist. Sie kann dann bei Ausfall des Generators und des Wechselstromnetzes zur Versor­ gung dieser Hilfsbetriebe dienen, weil der Energieinhalt der supraleitenden Spule beträchtlich ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Wechselstrom­ netzes nach der Erfindung ist der Einrichtung zur Er­ fassung der Torsionsschwingungen ein Schalter zugeord­ net, der den Generator von der Übertragungsleitung trennt, wenn die Torsionen einen vorzugsweise einstell­ baren Grenzwert erreichen. Bei dieser Ausführungsform wird das Torsionsschwingungs-Erfassungsgerät gleich­ zeitig zum Schutz des Generators verwendet, weil bei einem Versagen der erfindungsgemäßen Dämpfung der Generatorsatz abgeschaltet werden kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den Fig. 1 und 2 jeweils in einem Schaltbild darge­ stellt sind.

Das als Ganzes mit 1 bezeichnete Wechselstromnetz ist trotz der einpoligen Darstellung ein dreiphasiges Dreh­ stromnetz mit einer Frequenz von z.B. 50 Hz. Es umfaßt einen Generator 2, der mit einer Nennleistung von z.B. 1500 MVA der Generator eines Kernkraftwerks mit einem Druckwasserreaktor ist. Der Generator 2 ist mit seiner Antriebswelle 3 mit einer dreiteiligen Turbine 4 für 1500 Umdrehungen/s verbunden. Ihr Teil 5 ist ein erster Hochdruckteil, der Teil 6 ein zweiter Hochdruckteil. An den letzten schließt sich ein Niederdruckteil 7 an. Zwi­ schen dem Generator 2 und den Turbinenteilen 5, 6 und 7 sind Kupplungen 8 vorgesehen.

Die elektrische Leistung des Generators 2 wird bei einer Spannung von z.B. 20 kV über eine Generatorableitung 10 mit einem Generatorschalter 11 auf einen Blocktransfor­ mator 12 gegeben. Dieser speist mit einer Spannung von z.B. 110 kV über einen Leistungsschalter 13 eine Sammel­ schiene 14, von der mehrere Übertragungsleitungen ausgehen. Beim Ausführungsbeispiel ist eine Übertra­ gungsleitung 15 angedeutet, deren Verbraucher nicht gezeichnet sind.

Die Übertragungsleitung 15 besitzt bekanntlich eine Induktivität, die in der Fig. 1 durch die Spule 18 angedeutet ist. Zur Kompensation der Induktivität 18 sind in der Leitung 15 Reihenkondensatoren 19 vorge­ sehen. Obwohl nur ein Kondensator 19 gezeichnet ist, handelt es sich üblicherweise um eine Kondensator­ batterie mit mehreren, einzeln einschaltbaren Konden­ satoren oder Kondensatorgruppen.

Zwischen dem Kondensator 19 und der Sammelschiene 14 sitzt der Abgangsleistungsschalter 20.

Mit 25 ist ein Modell bezeichnet, das in Form eines Digitalrechners, der von einem Mikroprozessor gebildet wird, ausgestaltet ist und das Torsionsschwingungsver­ halten des Turbosatzes nachbildet. Das Modell wird über eine Leitung 26 mit einem Signal entsprechend der Wirk­ leistungsänderung P _w beaufschlagt, die von der Gene­ ratorableitung 10 abgenommen wird. Ferner wird das Modell über die Leitung 27 mit einem Signal für die Drehzahl­ änderungen n des Generatorsatzes gespeist.

Das Modell 25 ist Teil einer Einrichtung 24 zur Erfas­ sung von Torsionsschwingungen an der Antriebswelle 3. Es steuert über Leitungen 28 einen Regler 30, der zu­ sätzlich mit den Werten der Drehmomente in den Kupplun­ gen 8 zwischen den Komponenten 2, 5, 6, 7 des Generator­ satzes versorgt wird. Der Regler 30 dient als Zündein­ richtung für einen Stromrichter 33 mit antiparallelen Ventilen 34 und 35, die eine supraleitende Spule 36 über einen Leistungsschalter 37 und einen Transformator 38 mit der Leitung 10 verbinden. Die Spule 36 hat z.B. eine Induktivität von 4 Hy. Sie wird von einem Gleichstrom von 4 kA durchflossen. Damit enthält die supraleitende Spule eine maximale Energie von 64 MWs, von der ein kleiner Teil zur Dämpfung eingesetzt wird. Die angegebene Energie bezieht sich auf die Erregerwicklung eines supraleitenden Generators.

Für den Fall, daß der Reihenschwingkreis aus der Induk­ tivität 18 und dem Reihenkondensator 19 der Übertragungs­ leitung 15 mit einem asynchronen Moment des Generators 2 in Resonanz gerät, so daß in der Antriebswelle 3 Torsi­ onsschwingungen angefacht werden, wird durch den Strom­ richter 33 die Leistung der Spule 36 gesteuert so wirk­ sam gemacht, daß in dämpfender Phasenlage ein Gegen­ moment entsteht. Auf diese Weise wird unabhängig von der momentanen Konfiguration des Drehstromnetzes 1 insgesamt und den Dämpfungszuständen in diesem Netz das Torsions­ moment der Antriebswelle 3 erheblich verringert. Diese "Dämpfungsregelung" ist für Frequenzen mindestens bis in den Bereich der Netzfrequenz geeignet. Damit können also auch Wirkleistungspendelungen ausgeglichen werden, die mit normalen Leistungsreglern nicht mehr gedämpft werden können.

Dem Leistungsschalter 11 ist ein Schutzrelais 40 zuge­ ordnet, wie durch die Wirkungslinie 41 angedeutet ist. Damit kann der Generator 2 von der Übertragungsleitung 15 abgetrennt werden, wenn die Torsionsschwingungen nicht genügend gedämpft werden können, so daß die Tor­ sionen einen hohen Grenzwert erreichen. Der Grenzwert kann einstellbar sein.

Zwischen dem Blocktransformator 12 und dem Leistungs­ schalter 11 ist an die Generatorableitung 10 eine Leitung 45 angeschlossen, die über einen Transformator 46 und einen Leistungsschalter 47 mit der Eigenbedarfsanlage 48 des nicht weiter dargestellten Kernkraftwerks verbunden ist. Diese Leitung 45 kann nach dem Öffnen des Schalters 13 auch von der Spule 36 gespeist werden, so daß für eine gewisse Zeit der Eigenbedarf des Kernkraftwerkes auch bei Ausfall des Netzes 1 mit dem Generator 2 noch aus der Energie der supraleitenden Spule 36 befriedigt werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besitzt der Generator 2′ eine supraleitende Erregerwicklung 50. Sie wird über Betriebsstromrichter 51 mit den antiparallelen Dioden 52 und 53 mit Gleichstrom gespeist, der über einen Transformator 55 von der Generatorableitung 10 abgenommen wird. Parallel zu den Gleichrichtern 51 liegt der Lade­ stromrichter 57 mit antiparallelen Dioden 58 und 59. Mit diesen kann die supraleitende Erregerspule 50 über den Schalter 37 und den Transformator 38 zur Dämpfung von Torsionsschwingungen wirksam gemacht werden, wie dies bereits anhand der Fig. 1 beschrieben worden ist.

Die Leistung der Spule 50 kann auch über den Schalter 47 auf die Eigenbedarfsanlage 48 geschaltet werden. Die Einrichtung zur Steuerung der Stromrichter 57 bei der Torsionsdämpfung ist in Fig. 2 nicht dargestellt.

Sie kann aber entsprechend der Fig. 1 über ein Modell oder direkt in Abhängigkeit von den Signalen des Generators 2 und der Turbine durchgeführt werden.

Claims (5)

1. Wechselstromnetz mit einer induktivitätsbehafteten Übertragungsleitung, einem Reihenkondensator zur Kompen­ sation, einem Generator mit einer Antriebswelle und mit elektrischen Mitteln zur Dämpfung von Torsionsschwingun­ gen der Antriebswelle, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung von torsionsdämpfen­ den Drehmomenten eine gleichstromdurchflossene supralei­ tende Spule (36, 50) mit der Übertragungsleitung (15) zwischen dem Reihenkondensator (19) und dem Generator (2) über einen Stromrichter (33) verbunden ist, der von einer Einrichtung (24) zur Erfassung der Torsionsschwin­ gungen gesteuert wird.

2. Wechselstromnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (50) die Erregerspule des Generators (2′) ist.

3. Wechselstromnetz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter der Ladestromrichter (57) der Erregerspule (50) ist.

4. Wechselstromnetz mit einer Eigenbedarfsanlage für Hilfsbetriebe des Generators und seines Antriebs nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spule (36, 50) mit der Eigenbedarfsanlage (48) verbunden ist.

5. Wechselstromnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung (24) zur Erfassung der Torsionsschwingungen ein Schalter (11) zugeordnet ist, der den Generator (2) von der Übertragungsleitung trennt, wenn die Torsionen einen vorzugsweise einstellbaren Grenzwert erreichen.