DE588519C - Verfahren zur Vermeidung des Aussertrittfallens von parallel arbeitenden Synchronmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Stabilität und Betriebssicherheit von elektrischen Kraftübertragungsanlagen, an welche an weit voneinander getrennten Punkten Synchronmaschinen angeschlossen sind, die durch eine Fernleitung, insbesondere unter Zwischenschaltung von Transformatoren, miteinander verbunden sind und bei welchen die zu übertragende Leistung dadurch begrenzt wird, daß beim Überschreiten einer bestimmten Leistung der Synchronismus zwischen den Enden der Leitung nicht mehr aufrechterhalten werden kann.
Man hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte hinsichtlich der Erhöhung der Stabilität .derartiger Anlagen gemacht. Die erste bedeutende Verbesserung bestand in der Einführung der Schnellerregung der wichtigsten Synchronmaschinen an den Enden bzw. an Zwischenpunkten der Leitung. Die nächste wichtigste Verbesserung zur Erhöhung der Stabilität der Leitung besteht in der schnellen Beseitigung von Fehlern. Nach diesem Verfahren ist es möglich, den Synchronismus bei zweiphasigen Fehlern aufrechtzuerhalten, so daß nach Beseitigung der Fehler die Leitung ohne Schwierigkeiten weiterbetrieben werden kann.

Auch bei kleinen dreiphasigen Fehlern kann der Synchronismus aufrechterhalten werden, mit Ausnahme der Fälle, in welchen die Leitung zur Zeit des Fehlers sehr schwach belastet ist.

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß bei der Energieübertragung meist dann Schwierigkeiten auftreten, wenn die in den umlaufenden Massen einer Erzeugerstation, die im folgenden als Sendestation oder Sendeseite bezeichnet wird, aufgespeicherte Energie im Vergleich zu der in den umlaufenden Massen des an sie angeschlossenen Energieverteilungsnetzes aufgespeicherten Energie gering ist. Bei Anlagen, bei welchen über eine längere Leitung Energie übertragen wird, sinkt diese sehr stark ab, wenn ein Fehler in der Übertragungsleitung auftritt. So wird beispielsweise bei einem dreiphasigen Fehler die Spannung der Leitung praktisch bis auf Null vermindert, so daß keine Leistung über die Leitung übertragen werden kann. Auch ist die Belastung der speisenden Generatoren wegen des kleinen Leistungsfaktors gering. Unter diesen Umständen beginnen die Generatoren, in deren umlaufenden Massen nur wenig Energie aufgespeichert ist, d. h. die ein vergleichsweise geringes Schwungmoment

besitzen, ihre Anker zu beschleunigen, da es nicht möglich ist, die von der Antriebsmaschine zugeführte Leistung genügend rasch zu vermindern. Die Phase der von den Maschinen der Empfangsseite erzeugten Spannung wird aber nur wenig zurückbleiben, weil die in den großen Massen ihrer Polräder aufgespeicherte Energie zur Deckung der bisher von außen zugeführten Energie zunächst ίο ausreicht. Aufgabe der Erfindung ist die Verhütung dieses schnellen Außertrittfallens, das auf die Ungleichheit der zugeführten und abgegebenen Leistung der Synchronmaschinen während des Fehlers zurückzuführen ist. ig Gemäß der Erfindung werden beim Auftreten eines Leitungsfehlers in dem die Leitung speisenden Kraftwerk (Sendeseite) Widerstände in Reihe mit der Fernleitung eingeschaltet, welche die Belastung der Strotnerzeuger erhöhen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf der Zeichnung dargestellt.

Fig. ι zeigt ein Energieverteilungsnetz, in dem mit ι ein Kraftwerk oder Maschinensatz bezeichnet ist, der durch Wasserturbinen angetrieben wird. Die Energie wird von dem Maschinensatz ι (Sendeseite) nach dem Kraftwerk 2 (Empfangsseite) mit Hilfe - zweier Drehstromleitungen 3 übertragen. An das an die Leitung 3 angeschlossene Übertragungssystem werden meist eine große zur Lieferung kapazitiver Blindleistung dienende Synchronmaschine 4 oder eine Mehrzahl solcher Maschinen, ferner ein oder mehrere durch Dampfturbinen angetriebene Generatoren 5 und mehrere zu Verbrauchern führende Leitungen 6 angeschlossen sein, von welchen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind. Im allgemeinen wird die in den Läufern der Maschinen an der Empfangsseite aufgespeicherte Energie wesentlich größer sein als die Energie, die in den Läufern der Sendeseite aufgespeichert ist. Ferner ist wegen der niedrigen Drehzahl von Wasserturbinen die bei Wasserkraftwerken aufgespeicherte kinetische Energie geringer als bei Dampfturbinen, so daß die Erfindung besonders für Wasserkraftstationen geeignet ist, obgleich sie auch für solche Dampfkraftanlagen anwendbar ist, in welchen die kinetische Energie der Maschinen der Sendeseite wesentlich geringer ist als diejenige der Maschinen der Empfangsseite.

Der Ausdruck Übertragungsleitungen, wie er im folgenden verwendet wird, umfaßt entweder ein einzelnes Leitungssystem oder eine Mehrzahl solcher Leitungssysteme. Jedes Leitungssystem wird im allgemeinen aus den drei Leitungen einer Drehstromleitung bestehen.

Die Leitung 3 ist mit den paarweise angeordneten Schaltern 7 bis 14 versehen. Diese Schalter sind mit selektiv arbeitenden, auf Fehler schnell ansprechenden Relais irgendeiner geeigneten Bauart ausgerüstet. Derartige Anordnungen sind genügend bekannt, so daß keine weitere Erläuterung notwendig erscheint. Es sei jedoch hervorgehoben, daß die in den Leitungsstrecken angeordneten Schalter 7 bis 14 mit Freiauslösung arbeiten, welche sehr schnell wirkt und auf einen Fehler innerhalb von 12, manchmal auch innerhalb von 8 Perioden und weniger nach dem Auftreten des Fehlers anspricht. Die Relais benötigen im Vergleich zu dem Schalter selbst eine wesentlich geringere Zeit, um auf den Fehler anzusprechen und die Schaltspulen des auszulösenden Schalters zu speisen, um den Fehler zu beheben. " Es wird im allgemeinen nicht notwendig sein, dafür zu sorgen, daß beide Enden der Leitung gleichzeitig abgeschaltet werden, es kommt nur darauf an, daß die Abschaltung schnell genug geschieht.

Die Erfindung ist besonders anwendbar für Hochspannungsübertragungssysteme, welche an beiden Enden der Leitung Transformatoren besitzen, welche die erzeugte Spannung auf die zur Übertragung dienende Spannung erhöhen bzw. am Leitungsende auf eine für die Maschinen geeignete Spannung herabsetzen.

Bei dem dargestellten Beispiel enthält die Station 1 drei Generatoren 17, 18 und 19, die von Wasserkraftmaschinen angetrieben werden. Jeder der Generatoren sowie die Synchronmaschine 4 und der Generator 5 am rechten Ende der Leitung 3 sind mit einem Schnellerregungssystem ausgerüstet.

Gemäß der Erfindung wird jeder der Generatoren 17 bis 19 mit in Stern geschalteten Widerständen 21 ausgerüstet, welche an die zum Sternpunkt führenden Leitungen des Generators angeschlossen sind. Diese Schaltweise hat den Vorteil, daß bei Unterbrechung der zum Sternpunkt führenden Leitungen jeder Generator durch die an ihn angeschlossenen Widerstände belastet wird. Dadurch, daß man jeden Generator mit in Stern geschalteten Widerständen ausrüstet, wird der Vorteil erzielt, daß, sofern einige dieser Generatoren ein- oder ausgeschaltet werden, die eingeschalteten Widerstände stets im gleichen Verhältnis zu der in den umlaufenden Massen aufgespeicherten Energie stehen, unabhängig davon, wieviel Maschinen gleichzeitig laufen. Die Widerstände können natürlich auch in anderer Weise geschaltet werden. Sie können beispielsweise in Reihenschaltung mit den zum Nullpunkt führenden Leitungen der Hochspannungstransformatoren der Station 1 oder in den Zuleitungen zu

diesen Transformatoren liegen. Die Widerstände 21 sind normalerweise durch die Hilfsschalter 22 kurzgeschlossen. Der Übersichtlichkeit halber ist nur der eine zum Generator 19 gehörige Hilfsschalter mit seiner Antriebsvorrichtung und der zugehörigen Schaltung dargestellt. Diese Hilfsschalter arbeiten sehr' rasch, da sie eine kleinere Schaltleistung besitzen als die Schalter 7 bis 14 und da deshalb· die beim Schaltvorgang zu bewegenden Massen geringer sind. Sie werden durch eine Relaisanordnung ausgelöst, welche auf irgendeinen Fehler im Leitungssystem oder in. einem vorherbestimmten Teile desselben ansprechen. Sie werden z. B. mit Hilfe eines Spannungsabfallrelais oder Überstromrelais, eines Unsymmetriestromrelais oder irgendeines anderen Relais, ausgelöst, welches sicher auf Fehler in einer oder mehreren der Übertragungsleitungen unabhängig von der Zahl der Abschnitte der Übertragungsleitung anspricht.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung wird die Auslösespule 23 des Hilfsschalters 22, durch den die Widerstände 21 normaler·- weise kurzgeschlossen werden, mit Hilfe des Unsymmetriestromrelais 24 gespeist, welches auf den Unsymmetriestrom anspricht, der zwischen dem Nullpunkt der Hochspannungswicklung des Transformators 16 und Erde fließt. Die Auslösespule 23 wird ferner gespeist über die Kontakte der drei Spannungsabfallrelais 25, die von dem Spannungswandler 26 gespeist werden und welche ihre Kontakte schließen, sobald die Spannung in irgendeiner Phase unter einen vorbestimmten Wert fällt. Dadurch wird eine sichere Anzeige irgendwelcher Kurzschlüsse' im Leitungssystem erzielt. Die Energie zur Erregung der. Auslösespule 23 wird von einer geeigneten Stromquelle, z. B. der Batterie 27, geliefert. Der Erregerstromkreis wird nach der Auslösung des Hilfsschalters 22 durch den Kontakt 28 unterbrochen. Es empfiehlt sich, Mittel vorzusehen, durch die der Hilfsschalter 22 selbsttätig nach Ablauf einer bestimmten Zeit, z. B. ¹I₂ bis 5 Sekunden, nach seiner Auslösung wieder eingelegt wird. Zu diesem Zweck besitzt der Hilfsschalter 22 einen Kontakt 30. Dieser Kontakt schließt sich, wenn der Hilfsschalter geöffnet wird, und führt dann dem Zeitwerk 31 Strom zu. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit schließt das Zeitwerk 31 den Kontakt 32, wodurch das Relais 33 über den Kontakt 35 des Hilfsschalters 22 und den Widerstand 34 erregt wird. Der Kontakt 35 ist geschlossen, wenn der Hilfsschalter geöffnet ist. Dadurch wird eine weitere Sicherheit für die einwandfreie Arbeitsweise des Relais 33 geschaffen. Sobald das Relais 33 seinen Anker anzieht, wird durch den Kontakt 36 der Kontakt 35 überbrückt und dadurch der Spule 33 auch dann Strom zugeführt, wenn der Kontakt 35 unterbrochen wird. Durch den Kontakt 37 wird der Kontakt 32 überbrückt. Durch den Kontakt 38 wird der Einschaltspule 39 des Hilfsschalters 22 Strom zugeführt.

Wenn der Hilfsschalter 22 wieder geschlossen ist, wird über den Kontakt 41 dem Relais 42 Strom zugeführt. Dadurch wird die Magnetwicklung des Relais 33 kurzgeschlossen. Dieses Relais läßt daher seinen Anker fallen. Dadurch wird die Anordnung in die Ausgangslage zurückgeführt. Der Widerstand 34 verhindert, daß beim Kurzschließen der Wicklung 33 der Batterie 27 ein zu starker Strom entnommen wird.

Es können auch andere Vorrichtungen benutzt werden, um den Hilfsschalter 22 wieder zu schließen. Im allgemeinen dürfte es sich empfehlen, jeden der Generatoren mit einem besonderen Hilfsschalter für die Widerstände 21 auszurüsten, damit die Generatoren als Einheiten ausgeschaltet werden können, ohne daß umständliche Relaisanordnungen erforderlich sind.

Fig. 2 zeigt die einpolige Darstellung der wichtigen Widerstände und Reaktanzen einer Wasserkraftzentrale nach der Erfindung. An Hand dieses Schaltbildes wird im folgenden die Wirkung der eingeschalteten Widerstände während und nach dem Auftreten des Fehlers erklärt. Der mit der Wasserkraftstation 19 in Reihe geschaltete Widerstand 21, der den Widerständen 21 nach Fig. 1 entspricht, möge 30 °/₀ des Gesamtwiderstandes betragen. Unter Gesamtwiderstand ist derjenige Widerstand zu verstellen, der, mit dem Vollaststrom multipliziert, die bei Vollast in den Generatoren erzeugte EMK ergibt. Der Gesamt- ■ widerstand entspricht also dem Widerstand des Generatorstromkreises'bei Vollast. Der Wert dieses Widerstandes ist aber nur als Beispiel zu betrachten. Werte in der Höhe von 50 bis 60 °/o wurden in vielen Fällen den gleichen Zweck erfüllen und gegebenenfalls sogar besser wirken. Die Werte für die Widerstände und Reaktanzen werden im folgenden in Prozenten angegeben. Dies bedeutet, daß diese Widerstände oder Reaktanzen, mit dem Vollaststrom multipliziert, den entsprechenden Betrag des Spannungsabfalles ergeben, ausgedrückt in Prozenten der von den Generatoren gelieferten EMK. Es sei angenommen, daß die Reaktanz der Generatoren 19 zusammen mit der Reaktanz der Aufwärtstransformatoren 16 40 ^tt/o betrage, wie in Fig. 2 angegeben ist. Diese Figur enthält die Angaben über die im Fehlerfall wirksamen Reaktanzen. Die im Fehlerfall maßgebende Reaktanz entspricht dem Ver-

hältnis des Spannungsabfalles zu dem Strom zu Beginn des Fehlers.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Verhältnisse, die bei einem dreiphasigen Fehler in der Nähe des rechten Endes der Fernleitung 3 entstehen, und zwar für die Fälle, daß die Widerstände eingeschaltet bzw. nicht eingeschaltet sind und daß der Fehler innerhalb von 8 bis 16 Perioden abgeschaltet wird. In den dort dargestellten Diagrammen machen sich Schaltvorgänge durch plötzliche Änderungen der Leistungsabgabe bemerkbar. Die Zeitpunkte, zu welchen diese Schaltvorgänge bzw. Leistungsänderungen eintreten, sind aus den nebenstehenden, mit dem Periodenzeichen versehenen Zahlen erkennbar. Ein dreiphasiger Fehler ist zur Erläuterung der Erfindung gewählt worden, weil er der schwerste Fehlerfall ist und weil ein System, welches nach einem schweren dreiphasigen Fehler einwandfrei arbeitet, auch nach dem Auftreten anderer Fehler noch betriebsfähig ist. Die Winkelverschiebung für 100 °/₀ der Last, wenn beide Leitungen eingeschaltet sind, möge 31⁰ betragen. Wenn ein Kurzschluß entsteht, sinkt die Energieabgabe des Generators etwa von 100 °/₀ auf 12 °/₀ mit Rücksicht auf den kleinen Leistungsfaktor des Fehlerstromkreises. Die Antriebsmaschine übt jedoch noch das der Vollast entsprechende Drehmoment aus, so daß 88 °/₀ des Drehmomentes den Läufer des Generators zu beschleunigen versuchen.

Fig. 3 zeigt die Verhältnisse für den Fall, daß kein Reihenwiderstand benutzt wird. In dem Augenblick, in welchem der Kurzschluß entsteht (t = o), arbeitet das System mit einem Polradwinkel, dessen Abhängigkeit von der Leistung durch das Kurvenstück 50 dargestellt ist. Die gelieferte Leistung vermindert sich sofort auf etwa 12 % und bleibt so lange aufrechterhalten, bis der zunächst liegende Schalter öffnet. Dies ist nach acht Perioden der Fall. Die bis dahin abgegebene Leistung wird durch die Linie 51 dargestellt. Während dieser Zeit ist die Winkelverschiebung des Generators von 31⁰ auf 69° gewachsen. Die Spannung des Systems steigt nun wieder an, und es wird eine gewisse Leistung abgegeben. Die Generatoren arbeiten dann mit einer viel niedrigeren Polradwinkelkurve 52, die wesentlich unter der Normalkurve liegt. Die von der Antriebsmaschine geleistete Arbeit, welche zur Beschleunigung des Generators verwendet wird, kann aus Fig. 3 abgelesen werden. Während der ersten acht Perioden nach dem Auftreten des Kurzschlusses, d.h. bevor der zunächst liegende Schalter öffnet, entspricht diese Arbeit der Differenz zwischen den Ordinaten der Linien und 51. Nach dem Öffnen des Schalters wird diese Arbeit durch die Differenz der Ordinaten zwischen der Linie 53 und der Kurve 52 dargestellt. Nach 16 Perioden, wenn der zweite Schalter öffnet und der Fehler vollständig beseitigt wird, beträgt die Winkelabweichung 156°, und der Synchronismus ist verlorengegangen.

Fig. 4 zeigt die Verhältnisse für den gleichen Fehlerfall, aber mit dem Unterschied, daß 30 °/₀ Widerstand in Reihe mit dem Generator, und zwar sechs Perioden nach. Auftreten des Fehlers, eingeschaltet werden. Dieser in Reihe geschaltete Widerstand erhöht die vom Generator abgegebene Leistung von 12 °/₀ auf HO⁰J₀, wie dies durch die Linie 54 dargestellt ist, und zwar so lange, als keine Leistung an die Energieverbraucher von der Wasserkraftstation 19 abgegeben wird. Mit größeren Widerständen kann natürlieh eine noch größere Leistung vom Generator abgenommen werden. Die Öffnung des dem Fehler nächstliegenden Schalters am Ende von acht Perioden nach Auftreten des Fehlers bringt das System auf die mit 55 bezeichnete Polradwinkelkurve, welche viel höher liegt als die Kurve 52 (Fig. 3) und die ihr Maximum bei 152 °/o der Vollast im Vergleich zu 80 °/₀ der Vollast ohne Widerstand (Fig. 3) besitzt. Am Ende von 16 Perioden wird der zweite Schalter geöffnet, und die Generatorleistung steigt entsprechend der mit 56 bezeichneten Polradwinkelkurve, die ein Maximum von 190 °/o im Vergleich zu 150 % der entsprechenden Kurve 57 (Fig. 3) besitzt. Die schraffierte Fläche unter der 100 % entsprechenden Linie S3 in Fig. 3 stellt Arbeit dar, welche die Antriebsmaschine liefert und die zur Beschleunigung des Läufers dient, wogegen die gleiche schraffierte Fläche über der Linie 53 in Fig. 4 der vom Generator abgegebenen Arbeit entspricht.

Solange die die Stationen verbindende Leitung fehlerfrei arbeitet, ist der Unterschied zwischen den Polradwinkelkurven der beiden Stationen gering wegen des geringen Widerstandes der Leitung. Wird dagegen ein Widerstand in die Leitung eingeschaltet, so werden die Verluste in diesem erheblich, so daß die Energielieferung nach der rechts dargestellten Station (Fig. 1) beträchtlich vermindert wird. Diese Verminderung der zugeführten Energie ruft jedoch in der rechts dargestellten Station keine erheblichen Winkelabweichungen hervor, weil die umlauf enden Massen dieser Station voraussetzungsgemäß sehr träge sind.

Fig. 5 zeigt den Einfluß der Reihenwiderstände auf die Winkellage der Generatorspannung und der Spannung des an die Leitun- iao gen 3 rechts angeschlossenen Netzes (Empfangsstation) während der Zeit, die notwen-

dig ist, um die Fehler zu beseitigen. Wenn beide Leitungen im Betrieb sind, möge zu einer bestimmten Zeit t — ο der Winkel zwischen der Generatorspannung E_s der Sendestation und der Spannung E% der Empfangsstation 31 ° betragen. Ohne Reihenwiderstände bewegt sich während 18 Perioden die Generatorspannung Bg an der Sendestation nach B_s'. Wenn Reihenwiderstände verwendet werden, so beginnt, nach sechs Perioden die Verzögerung des Ankers. Die Generatorspannung E₃ bewegt sich dann nur bis in die Stellung E₃" und benötigt hierzu 18 Perioden. Die Reihenwiderstände vermindem deshalb die Winkelverschiebung um den beträchtlichen Winkel O₁. Betrachtet man die Empfangsstation, so sieht man, daß sich deren ,Spannung während 18 Perioden von E_r nach E₁.' bewegt, wenn keine Reihenwiderstände eingeschaltet sind. Dies ist ein verhältnismäßig kleiner Betrag wegen der großen aufgespeicherten kinetischen Energie an der Empfangsstation. Wenn Reihenwiderstände eingeschaltet sind, bewegt sich die Spannung an der Empfangsstation um einen größeren Betrag und erreicht nach.18 Perioden die Phasenlage E_r". Der Gewinn % an der Sendestation ist viel größer als der Verlust a₂ an der Empfangsstation, und deshalb wird durch die Verwendung von Reihenwiderständen die Phasenabweichung zwischen den Spannungen an der Sende- und Empfangsstation vermindert.

Der Wert der Reihenwiderstände kann innerhalb eines weiten Bereiches verändert werden, ohne daß eine wesentliche Veränderung der Wirkung eintritt. Aus dem Vorhergehenden wird klar geworden sein, daß der Hauptzweck des Widerstandes nicht die Vermeidung der Scheinleistung (kVA) in dem Stromkreis der Schalter 7 bis 14 in Fig. ι ist. Im allgemeinen vermindern die Reihenwiderstände auch den Kurzschlußstrom, der durch die Schalter 7 bis 14 abgeschaltet werden muß, manchmal sogar um 20 bis 30 °/₀. Der wirksamste Widerstand entspricht der Kurzschlußreaktanz des Generators, und es ist wünschenswert, daß der Widerstand etwa diesen Wert besitzt. Im allgemeinen wird es jedoch aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßiger sein, den Widerstand etwas kleiner zu machen.

Die Reihenwiderstände sollen sobald als möglich nach Auftreten des Fehlers eingeschaltet werden. Keinesfalls sollte dies erst nach neun Perioden in einem 60-Perioden-System geschehen. Es ist vorteilhaft, die Widerstände bereits nach vier oder sechs Perioden einzuschalten.

Die Länge der Zeit, während der die Reihenwiderstände eingeschaltet sind, hängt von den jeweils vorhandenen Bedingungen ab. Es ist möglich, die Widerstände kurzzuschließen, sobald oder kurze Zeit nachdem die Phasenabweichung ihren Höchstwert überschritten hat. Im allgemeinen jedoch und mit Rücksicht auf den augenblicklichen Stand der Technik ist es zweckmäßiger, den Widerstand so lange eingeschaltet zu lassen, bis mehrere Pendelungen stattgefunden haben, was nach 2 bis 3 Sekunden, manchmal auch erst nach längerer Zeit der Fall ist. Ein Vorteil, der dadurch entsteht, daß die Reihenwiderstände erst kurzgeschlossen werden, wenn die Pendelungen im wesentliehen abgeklungen sind, besteht darin, daß die Schnellerregungsanordnung in dieser Zeit die EMK der wichtigsten Synchronmaschine so weit erhöht, daß das System auf einer sehr hohen Polradwinkelkurve arbeitet, d. h. mit anderen Worten, daß das System sehr starr wird und die Stabilitätsgrenzen sehr hoch liegen, so daß das System leicht in Synchronismus gehalten werden kann.

Es ist wünschenswert, die Widerstand« 21 stufenweise kurzzuschließen, um die gesamte Anordnung allmählich in den Normalzustand zurückzuführen (Zeitstaffelung). Der Grund hierfür liegt darin, daß beim plötzlichen Kurzschließen der Widerstände erhebliche Laststöße auftreten, die die Maschinen zum Pendeln anregen können. Durch stufenweises Kurzschließen der Widerstände lassen sich die Laststöße sofort abschwächen, daß sie sich nicht störend bemerkbar machen. Da meist eine Anzahl von Maschinen in einer Kraftstation vorhanden ist, so kann man die verschiedenen Widerstände, die beispielsweise in den Zuleitungen zum Nullpunkt eingeschaltet sind, dadurch nacheinander kurzschließen, daß man die Schalter so ausbaut, daß sie nacheinander ihre Kontakte schließen. Die Anwendung dieses Verfahrens ist besonders zweckmäßig, wenn in Reihe geschaltete Widerstände während weniger Pendelschwingungen oder so lange eingeschaltet bleiben, bis die Amplitude der Pendelschwingungen stark gedämpft ist, wobei unter Pendelschwingungen die nach Abschaltung des Fehlers entstehenden Pendelungen zu verstehen sind. Wo eine sehr rasche Einschaltung der Reihenwiderstände, z. B. innerhalb von vier Perioden, nach Auftreten des Fehlers möglich ist, kann es wünschenswert sein, die Widerstände so rasch als möglich ein- und auszuschalten, wobei höhere Widerstände verwendet werden können und keine Zeitstaffelung notwendig ist.

Wenn die Widerstände in den Zuleitungen zum Nullpunkt des Generators oder des Transformators eingeschaltet sind, können sie

zur Nullpunktserdung benutzt werden, wobei die drei Zweige parallel geschaltet sind. Die Erdung kann mit den in Fig. ι mit 66 bezeichneten Schaltern vorgenommen werden. Die bisherigen Betrachtungen bezogen sich im besonderen auf Synchrongeneratoren. In dem Fall, daß Synchronmotoren am Ende der Fernleitung angeschlossen sind, ruft ein Kurzschluß in der Leitung eine Verminderung der Klemmenspannung hervor, so daß die Energiezufuhr sinkt, während die Last natürlich konstant bleibt. Die Differenz zwischen der zugeführten Leistung und der Belastung verursacht ein sehr schnelles Zurückbleiben des Läufers, so daß man, um das Außertrittfallen zu verhindern, möglichst rasch die Belastung beseitigen muß. Das kann leicht geschehen, wenn es sieh um einen Motorgeneratorsatz handelt, bei welchem die elektrisch abgegebene Leistung rasch vermindert werden kann, wie dies aus der Fig. 6 ersichtlich ist.

Fig. 6 zeigt eine Frequenzumformeranlage, die den Motor generator 70, 71 enthält, wobei der Synchronmotor mit 70 und der Generator mit 71 bezeichnet ist. Der Generator 71 liefert Energie an das große 25-Perioden-System, welches mit 72 bezeichnet ist. Die Energie wird einem 60-Perioden-System 73 entnommen, in welchem die Energie über die Fernleitungen 74 zwischen der Wasserkraftstation 75 oder einer anderen Erzeugerstation übertragen wird, die eine verhältnismäßig geringe in den Läufern aufgespeicherte kinetische Energie besitzt im Vergleich zu der entsprechenden Energie an der Empfangsseite der Leitung.

Die Erzeugerstation besitzt einen oder mehrere Generatoren 76, die mit den Widerständen 76 in Reihe geschaltet sind. Diese Widerstände können, wie vorher beschrieben, durch die Hilfsschalter 78 kurzgeschlossen werden.

An der Empfangsseite wird beim Auftreten eines Fehlers in der Leitung 74 durch Einschalten der Reaktanzen 81 der Synchronmotor entlastet. Die Reaktanzen 81 werden ebenso wie die Widerstände 21 (Fig. i) eingeschaltet und normalerweise durch den Kurzschließer 82 überbrückt. Dieser Kurzschließer kann in der gleichen Weise gesteuert werden wie der Hilfsschalter 22 nach Fig. 1. Die Wirkung der mit dem Generator 71 in Reihe geschalteten Reaktanzen besteht darin, daß bei der Einschaltung dieser Reaktanzen der Frequenzumformersatz augenblicklich entlastet wird, wodurch ein starkes Zurückbleiben des Läufers an der Empfangsstation gegenüber der Sendestation vermieden wird. Bei einer Frequenzumformeranlage, bei welcher Energie von einer hohen Frequenz,

z. B. 60 Perioden, in eine niedrige Frequenz, z. B. 25 Perioden, umgeformt wird, ist das beschriebene Verfahren besonders wirkungsvoll, weil ein elektrischer Grad des 25-Berioden-Systems 2,4 «elektrischen Graden des 60-Perioden-Systems entspricht. Durch Einschalten von Reihenreaktanzen in den Stromkreis des 2 5-Perioden-Generators kann die Leistungsabgabe dieses Generators entsprechend dem durch das Einschalten der Reaktanzen hervorgerufenen Absinken der Polradwinkelkurve vermindert werden. Diese Verminderung wirkt sich in einem großen Winkelbereich des 60-Perioden-Systems ,aus, weil die Phasenabweichung das 2,4fache derjenigen des 2 5-Perioden-Systems beträgt. Wenn der Fehler 80 im 60-Perioden-System beseitigt ist, kann der Kurzschließer 82 die Reaktanzen 81 im 25-Perioden-System selbsttätig kurzschließen, und zwar nach einer Zeit, die dem Kurzschließen der Widerstände bei der Anordnung nach Fig. 1 entspricht.

Die beschriebenen Anordnungen stellen nur Ausführungsformen der Erfindung dar. Die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt.

Der Reihenwiderstand wurde bisher bei den Kraftübertragungssystemen als nachteilig angesehen, weil er die nach der Empfangsseite übertragbare Energie verringert. Eine wesentliche Erhöhung des effektiven Leitungswiderstandes in einem kritischen Moment, und zwar, wenn ein Fehler eintritt, wenn also die Höchstforderungen an die Stabilität des Systems gestellt werden müssen, würde gemäß den üblichen Grundlehren über Kraftübertragungssysteme unerwünscht sein, weil sie die zu übertragende Energie des Systems während des Fehlers verringert. Der Reihenwiderstand erhöht jedoch die Leistungsabgabe der Generatoren und verringert dadurch die Vorwärtsverschiebung des Generatorläufers wesentlich, so daß ein Durcheinanderlaufen der Maschinen verhindert und die Stabilität des Systems zur Zeit eines Fehlers vergrößert wird. Bei einem dreiphasigen Kurzschluß trägt irgendein Widerstand, der in Reihe mit dem Generator geschaltet werden kann, bevor der Fehler beseitigt wird, dazu bei, das Problem der Stabilität zu lösen, no dadurch, daß Generatorpendelungen verringert werden. Es sind viele Vorschläge gemacht worden, um die Schwierigkeiten der Aufrechterhaltung der Stabilität zu beseitigen. So glaubte man z. B., daß normalerweise große Schwungmassen bei den Generatoren von Wasserkraftwerken angewendet werden müssen. Hierdurch würden die Kosten der Generatoren aber wesentlich erhöht. Man hat auch unter großem Kostenaufwand die Reaktanzen der Generatoren und Transformatoren vermindert. Auch wurden Dämpferwicklun-

gen angewendet, um die augenblickliche Stabilitätsgrenze zu erhöhen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sie keine besonderen Hochfrequenzauslösesysteme erfordert, um ein gleichzeitiges Auslösen von Schaltern an beiden Enden einer fehlerhaften Strecke zu erzielen. Das soll aber nicht besagen, daß die alten, langsam arbeitenden Auslösesysteme, welche -vor der Einführung

ίο von schnellwirkenden Systemen zur Beseitigung von Fehlern üblich waren, nicht verwendet werden können. Aber für den Fall, daß Schnellschalter mit geeigneten Schnellrelais verwendet werden, ist es nicht notwendig, Steuerdrähte oder Hochfrequenzrelaissysteme zu verwenden, um das aufeinanderfolgende Auslösen der beiden Enden eines fehlerhaften Abschnittes zu vermeiden, und zwar in solchen Fällen, in denen der Fehler dicht an einem der Enden der Leitungsstrecke eintritt. Die Einrichtung gemäß der Erfindung gibt genügende Sicherheit, so daß aufeinanderfolgendes Auslösen der Schalter im allgemeinen geduldet werden kann und es -manchmal sogar möglich ist, ohne die sehr hohen Geschwindigkeiten für den Ausschaltbetrieb zwecks Abtrennung der fehlerhaften Strecke auszukommen. Auf diese Weise ist es oft möglich, Schalter zu benutzen, die statt nach acht Perioden erst nach zwölf Perioden auslösen. Der Fehler kann in jedem Falle von der Übertragungsleitung in weniger als ¹Z₂ Sekunde gänzlich, beseitigt werden. Dadurch, daß man eine aufeinanderfolgende Fehlerbeseitigung für einige Fehler zuläßt, ergibt sich eine Ersparnis an den Anschaffungskosten eines Hochfrequenzrelaissystems für gleichzeitige Auslösung.
Die mit den Generatoren in Reihe geschalteten Widerstände machen eine Erdung der Nullpunkte der Transformatoren über Impedanzvorrichtungen ganz oder teilweise entbehrlich. Bei der Anwendung der Erfindung ist es möglich, die Nullpunkte der Transformatoren zu erden, wodurch Vorteile für die Isolation bei Hochspannungsanlagen erzielt und Kosten erspart werden.

Ein weiterer Vorteil des Gegenstandes der Erfindung besteht darin, daß eine vorhandene Anlage leicht so ergänzt werden kann, daß eine Erhöhung der Stabilität eintritt.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Vermeidung des Außer tr ittf aliens von parallel arbeitenden Synchronmaschinen, insbesondere parallel arbeitenden, vorzugsweise über zwei Fernleitungen gekuppelten Kraftwerken, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten eines Leitungsfehlers vor dessen selektiver Abschaltung in dem die Leitung speisenden Kraftwerk Widerstände in Reihe mit der Fernleitung eingeschaltet werden, welche die Belastung der Stromerzeuger erhöhen.

   * 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Beseitigung des Fehlers die Widerstände gegebenenfalls stufenweise aus dem: Zuge der Fernleitung wieder entfernt werden.

   3. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Generator besondere Widerstände vorgesehen sind.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 für Energieverteilungsnetze, die Motorgeneratoren enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von Leitungs fehlern vor dem Umformer die Leistungsabgabe des Umformers durch Einschaltung von Blindwiderständen in den Generatorstromkreis herabgesetzt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen