DE607745C

DE607745C - Arrangement to compensate for the inductive voltage drop caused by the load current in high-voltage transmission lines

Info

Publication number: DE607745C
Application number: DE1930607745D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1930-06-03
Filing date: 1930-06-03
Publication date: 1935-01-07

Description

Anordnung zur Kompensation des durch den Belastungsstrom in Hochspannungsfernleitungen auftretenden induktiven Spannungsabfalles Die Übertragung großer Leistungen mittels Hochspannungsfernleitungen auf weite Entfernung ist im allgemeinen durch den induktiven Spannungsabfall der Fernleitung begrenzt. Mit zunehmender Leistung wird nämlich der Phasenwinkel zwischen den Spannungen am Anfang und am Ende der Leitung immer größer und erreicht hierbei schließlich den kritischen Wert von 9o°, bei dessen Überschreitung die Kraftwerke außer Tritt fallen und keine stabile Leistungsübertragung mehr möglich ist (Stabilitätsgrenze). Zur Erreichung einer stabilen Leistungsübertragung kann man in bestimmten Abständen längs der Leitung Synchronkraftwerke bzw. Synchronphasenschieber verteilen, deren Abstand sich nach den Stabilitätsgesetzen richtet. Noch besser wird eine Übertragung großer Leistungen auf der Fernleitung dadurch ermöglicht, daß man den induktiven Spannungsabfall in der Fernleitung durch Einführung von Gegenspannungen aufhebt. Es ist hierfür bekannt, Reihensynchronmaschinen vorzusehen, bei denen also die Ständerwicklung von dem Strom der Fernleitung immittelbar oder über einen Transformator durchflossen wird. Das Feld der Erregerpole der Synchronmaschine muß zur Erzeugung der Kompensationsspannung dem Stromfeld des Ständers entgegengesetzt gerichtet sein. Die Synchronmaschine arbeitet daher im Gebiete ihres labilen Gleichgewichts. Damit nun ihr Polrad nicht in die stabile Lage um ieo elektrische Grade zurückfällt, muß die Maschine von einem besonderen Synchronmotor angetrieben werden, dessen Polachse im allgemeinen um r8o° gegenüber derjenigen der Reihensynchronmaschine versetzt ist. Um ein stabiles Arbeiten der Reihensynchronmaschine zu erreichen, muß 'der Motor eine größere synchronisierende Leistung besitzen als die Reihensynchronmaschine, und da der Motor die Leerlaufverluste :des Aggregats zu decken hat, muß .die Leistung des Motors einen gewissen Bruchteil der Leistung der Hauptmaschine betragen.Arrangement for the compensation of the load current in high-voltage transmission lines occurring inductive voltage drop The transmission of large powers by means of Long distance high voltage transmission lines are generally inductive Line voltage drop is limited. Namely, with increasing performance the phase angle between the voltages at the beginning and at the end of the line larger and finally reaches the critical value of 90 ° at which Exceeding the power plants fall out of step and no stable power transmission more is possible (stability limit). To achieve stable power transmission you can at certain intervals along the line synchronous power plants or synchronous phase shifters distribute, the distance of which is based on the laws of stability. Even better a transmission of large powers on the long-distance line is made possible by that one can reduce the inductive voltage drop in the long-distance line by introducing counter voltages cancels. It is known for this purpose to provide series synchronous machines, that is to say in which the stator winding directly from the current of the long-distance line or via a transformer is traversed. The field of the exciter poles of the synchronous machine must be used for generation the compensation voltage must be directed in the opposite direction to the current field of the stator. The synchronous machine therefore works in the area of its unstable equilibrium. In order to Now your pole wheel does not fall back into the stable position by ieo electrical degrees the machine is driven by a special synchronous motor, whose pole axis generally offset by r80 ° compared to that of the in-line synchronous machine is. In order to achieve stable operation of the series synchronous machine, must 'the Motor have a greater synchronizing power than the series synchronous machine, and since the engine has to cover the idling losses of the unit, the power must of the engine can be a certain fraction of the power of the main engine.

Es ist auch bekannt,. in ein Wechselstromnetz eine als Blindleistungsmaschine arbeitende Reihenasynchronmaschine einzuschalten. Diese Blindleistungsmaschine in der bekannten Anordnung wird aber über ihre Kommutatorhintermaschine nicht vom Strom, sondern von der Spannung des Netzes erregt und dient nicht zur Kompensation des induktiven Spannungsabfalls in der Leitung.It is also known. in an alternating current network as a reactive power machine to switch on working series asynchronous machine. This reactive power machine in the known arrangement is not powered by its commutator rear machine, but excited by the voltage of the network and does not serve to compensate for the inductive voltage drop in the line.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kompensierung des durch den Belastungsstrom in Hochspannungsfernleitungen auftretenden induktiven Spannungsabfalls mittels in die Leitung eingeschalteter Reihenasynchronmaschinen, die den Nachteil der oben geschilderten Reihensynchronmaschine vermeidet. Erfindungsgemäß ist die Reihenasynchronmaschine an eine in Abhängigkeit von der Größe und der Phase des Stroms in der Fernleitung erregte Kommutatorhintermaschine angeschlossen. Diese Reihenasynchron.maschine hat vor der Synchronmaschine den Vorzug, daß die Phasenlage des vom Läufer aus erzeugten Erregerfeldes von der räumlichen Stellung des Läufers unabhängig ist. Die Phasenlage des Läuferfeldes wird ausschließlich durch die Phase der der Kommutatorhintermaschine zugeführten Erregerspannung bestimmt, die ihrerseits wieder in Phase mit dem Strom in der Hochspannungsfernleitung ist. Ein besonderer Antriebsmotor für die Reihenmaschine ist also zur Erhaltung der richtigen Phasenlage nicht erforderlich. Die Erregung der Kommutatorhintermaschine der Reihenasynchronmaschine in Abhängigkeit von der Größe und der Phase des Stroms in der Fernleitung kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Man könnte etwa einen von dem Strom der Fernleitung gesteuerten Regler (z. B. leinen Thoma-Regler) vorsehen, der den im übrigen von der Spannung der Fernleitung gelieferten Erregerstrom in Abhängigkeit von der Größe des Stromes in der Fernleitung bringt. Durch Einbau von Regelvorrichtungen (z. B. eines Drehtransformators), die auf die Phasenlage des Erregerstroms der Kommutatorhinterimaschine einwirken und die ihrerseits von der Phasenlage des Stroms in der Fernleitung gesteuert werden, kann man auch die notwendige Phasenlage zwischen dem Strom in der Fernleitung und dem Erregerstrom der Kommutatorhintermaschine herbeiführen. Am zweckmäßigsten erweist es sich aber, die Erregung der Kommutatorhintermaschine von einem in die Fernleitung eingeschalteten Stromtransformator aus zu speisen. Besondere Regler sind dann nicht erforderlich. Auch in dieser Hinsicht unterscheidet sich die Reihenasynchronmaschine vorteilhaft von der Reihensynchronmaschine, da bei dieser die Gleichstromerregung nur verhältnismäßig umständlich (z. B. mittels Gleichrichter) in Abhängigkeit von dem Strom der Fernleitung gebracht werden kann.The invention relates to an arrangement for compensating for by the inductive voltage drop occurring in high-voltage transmission lines by means of series asynchronous machines connected to the line, which has the disadvantage the above-described series synchronous machine avoids. According to the invention is the Series asynchronous machine to one in dependence on the size and connected to the phase of the current in the long-distance line excited commutator. This series asynchronous machine has the advantage over the synchronous machine that the Phasing of the exciter field generated by the runner from the spatial position of the runner is independent. The phase position of the rotor field is exclusively determined by the phase of the excitation voltage supplied to the commutator rear machine, which in turn is again in phase with the current in the high-voltage transmission line. A special drive motor for the row machine is therefore necessary to maintain the correct one Phasing not required. The excitation of the commutator back machine of the series asynchronous machine depending on the size and phase of the current in the pipeline can be on can be achieved in different ways. One could say one of the power of the long-distance line Provide controlled regulator (z. B. Linen Thoma regulator), which is the rest of the excitation current supplied by the voltage of the long-distance line as a function of the magnitude of the current in the pipeline. By installing control devices (e.g. a rotary transformer), which is based on the phase position of the excitation current of the commutator rear machine act and which in turn are controlled by the phase position of the current in the long-distance line one can also determine the necessary phase position between the current in the long-distance line and bring about the excitation current of the commutator rear machine. Most convenient If it turns out, however, the excitation of the commutator rear machine from one to the Long-distance line to feed the switched-on current transformer off. Special regulators are then not required. The series asynchronous machine also differs in this respect advantageous from the in-line synchronous machine, since it uses direct current excitation only relatively cumbersome (e.g. using a rectifier) depending on can be brought to the power of the pipeline.

Die Kommutatorhintermaschine der Reihenasynchronmaschine kann in bekannter Weise ausgebildet sein. Sie kann im Läufer über Schleifringe mit Netzfrequenz erregt werden (man erspart dann besondere Frequenzumformer für die Speisung der Erregung). Eine solche Anordnung zeigt die Zeichnung, in der i die mit der Ständerwicklung in die Fernleitung z eingeschaltete Reihenasynchronmaschine darstellt. 3 ist die mit ihr gekuppelte Kommutatorhintermaschine. Diese besitzt im Ständer eine Kompensationswicklung 4 und wird im Läufer über Schleifringe von der Sekundärwicklung des in die Fernleitung eingeschalteten Stromtransformators 5 aus erregt. Bei größeren Leistungen kann man aber auch eine im Ständer mit Schlupffrequenz erregte Kommutatorhintermaschine mit ausgeprägten Erregerpolen verwenden. Für die Speisung der Erregerwicklung von der Fernleitung ist dann die Zwischenschaltung eines Kommutatorfrequenzwandlers erforderlich. Die Kommutatorhintermaschine kann mit der Asynchronmaschine mechanisch gekuppelt sein; man kann sie aber auch mit einem besondreren Antriebsmotor kuppeln.The commutator back machine of the series asynchronous machine can be known in Way to be trained. It can be excited in the rotor via slip rings with mains frequency (one then saves special frequency converters for supplying the excitation). Such an arrangement is shown in the drawing, in which the one with the stator winding represents a series asynchronous machine switched into the long-distance line z. 3 is the commutator rear machine coupled to it. This has a compensation winding in the stator 4 and is in the rotor via slip rings from the secondary winding of the into the long-distance line switched on current transformer 5 energized. With greater performance you can but also a commutator rear machine excited with slip frequency in the stator Use pronounced exciter poles. For supplying the excitation winding from the Long-distance line, the interconnection of a commutator frequency converter is then required. The commutator rear machine can be mechanically coupled to the asynchronous machine be; but you can also couple it with a special drive motor.

Zur Begrenzung der Überströme bei Kurzschlüssen im Netz bzw. auf der Fernleitung empfiehlt es sich, bei hohen Strömen die Kompensationswirkung der Reihenasynchronmaschine durch entsprechende Sättigung z. B. an der Kommutatorhintermaschine oder an einem Transformator für die Speisung der Erregung der Kommutatorhintermaschine aufzuheben, so daß der Kurzschlußstrom über einen bestimmten höchstzulässigen Wert nicht mehr weiter ansteigen kann. Bei der Reihensynchronmaschine ist dieser Überstromschutz weit schwieriger durchzuführen, da er sich meist nur durch entsprechend hohe Sättigung der Maschine selbst erreichen läßt.To limit overcurrents in the event of short circuits in the network or on the Long-distance line, it is advisable to use the compensation effect of the series asynchronous machine for high currents by appropriate saturation z. B. on the commutator back machine or on one To lift the transformer for the excitation of the commutator rear machine, so that the short-circuit current no longer exceeds a certain maximum permissible value can continue to increase. In the case of the series synchronous machine, this is overcurrent protection far more difficult to carry out, since it can usually only be achieved through a correspondingly high level of saturation the machine can achieve itself.

Bei kleiner Spannung der Leitung kann die Reihenasynchronmaschine in der in der Zeichnung dargestellten Weise unmittelbar ohne Transformator in die Leitung eingeschaltet werden. Bei Hochspannung ist die Zwischenschaltung eines Transformators erforderlich. Zur Kompensation längerer Fernleitungen werden zweckmäßig mehrereReihenasynchronmaschinen in Reihe geschaltet bzw. auf die Fernleitung verteilt. Es ergibt sich dann eine abschnittsweise Regelung der Kompensierun;g des induktiven Spannungsahfalls; was bei über die Leitung verteilten Verbraucheranschlüssen von Vorteil sein kann. Ebenso kann man dann die Leitung abschnittsweise zwecks Inbetriebnahme unter Spannung setzen.If the line voltage is low, the series asynchronous machine in the manner shown in the drawing directly without a transformer in the Line can be switched on. In the case of high voltage, a transformer is interposed necessary. Several series asynchronous machines are expediently used to compensate for longer long-distance lines connected in series or distributed over the long-distance line. Then there is one section-by-section regulation of the compensation; g of the inductive voltage drop; What can be an advantage in the case of consumer connections distributed over the line. as well the line can then be energized in sections for commissioning.

Die Kompensierung des induktiven Spannungsabfalls der Leitung durch die Reihenasynchronmaschinen bei. beliebigem cos cp ergibt sich bei der gezeichneten Anordnung bereits von selbst, da die Phasenlage der Spannung des Stromtransformators 5 nur von der Phasenlage des Leitungsstromes abhängig ist.Compensation for the inductive voltage drop in the line the series asynchronous machines. arbitrary cos cp results from the one shown Arrangement already by itself, since the phase position of the voltage of the current transformer 5 is only dependent on the phase position of the line current.

Um ein Stehenbleiben der Asynchronmaschine zu verhindern, wenn die Belastung der Leitung zu gering ist, so daß die dann sehr kleine Magnetisierung nicht mehr genügt, um die Leerlaufverluste der Asynchronmaschine aus dem Netz zu entnehmen, empfiehlt es sich, mit der Asynchronmaschine eine kleine, von der Spannung der Fernleitung gespeiste Hilf sasynchromnaschine zu kuppeln. Auch die Kommutatorhintermaschine kann man für diesen Zweck benutzen, indem man bei geringer Belastung der Leitung entweder von Hand oder selbsttätig den Bürstensatz der Kommutatorhintermaschine in eine Stellung bringt, in der diese als vom Netz gespeister Motor läuft. Die Hilfsasynchronmaschine kann man auch zum Anlassen der Reihenasynchronmaschine benutzen.To prevent the asynchronous machine from stopping when the Load on the line is too low, so that the magnetization is then very small is no longer sufficient to remove the no-load losses of the asynchronous machine from the network it is advisable to use the asynchronous machine a small amount of the voltage to couple the auxiliary sasynchromnaschine fed by the long-distance line. Also the commutator back machine can you can use it for this purpose by going under low stress the line either by hand or automatically, the brush set of the commutator rear machine brings it into a position in which it runs as a mains-powered motor. The auxiliary asynchronous machine can also be used to start the series asynchronous machine.

Die Reihenasynchronmaschine wird zweckmäßig für geringen Kippschlupf ausgeführt, damit sie bei Frequenzänderungen im Netz mit der kinetischen Energie ihrer rotierenden Massen gut puffernd wirken kann.The series asynchronous machine is useful for low tilting slip carried out so that they use the kinetic energy in the event of frequency changes in the network their rotating masses can have a good buffering effect.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement to compensate for the load current Inductive voltage drop occurring in high-voltage transmission lines by means of in the line of switched on series asynchronous machines, characterized in that the series asynchronous machine to one depending on the size and phase of the Current in the long-distance line excited commutator rear machine is connected.

2. Arrangement according to Claim i, characterized by one connected to the long-distance line Current transformer for exciting the commutator rear machine.

3. Arrangement according to Claim i, characterized in that for covering the idle losses Series asynchronous machine with low load on the long-distance line one of the voltage the auxiliary asynchronous machine fed by the long-distance line with the series asynchronous machine is coupled.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the auxiliary asynchronous machine serves as a starting motor for the series asynchronous machine.