-
Anordnung zur Aufrechterhaltung des Parallelbetriebs zweier Energieverteilungsnetze
im Falle des Ansprechens der Leitungsschutzeinrichtung der ICuppeleinrichtung Die
Entwicklung der Selektivschutztechnik ermöglicht die Abschaltung von Leitungsfehlern
in äußerst kurzer Zeit"da Schutzsysteme entwickelt worden sind, bei denen die Selektivität
der Abschaltung entweder in allen oder doch in manchen Fehlerfällen durch praktisch
sofort ansprechende Relais gewährleistet wird.
-
Mit der Abschaltung einer Leitung ist zwar der Fehler beseitigt. Es
entsteht aber durch diese Abschaltung eineLeitungsunterbrechung, die namentlich
dann von besonderer Bedeutung wird, wenn voneinander entfernte Erzeugerstationen
oder Generatoren miteinander in Verbindung standen, die sich selbst in Synchronismushalten.
NachUnterbrechungdieser Verbindung können die nunmehr getrennten Generatoren abweichende
Phasenlage hinsichtlich der von ihnen erzeugten Spannungen und sogar abweichende
Frequenzen erhalten. Die Wiederherstellung derLeitungsverbindung für den Parallelbetrieb
der Stationen ist dann erst nach Abwicklung eines vollständigen Synchronisiervorganges
möglich. Diese Trennung der Kraftwerke ergibt aber unter Umständen eine solche Lastverteilung,
daß die eine Erzeugerstation überlastet wird und infolgedessen vollkommen zum Erliegen
kommt.
-
Um die Notwendigkeit der Wiedersynchronisierung von Generatoren nach
einer durch einen Fehler auf der Kuppelleitung verursachten zweiseitigen Abschaltung
der Kuppelleitung zu vermeiden, kann man eine selbsttätige Wiederherstellung der
Verbindung zwischen den Generatoren oder Kraftwerken von einer nur an dem einen
der beiden Schalter vorgesehenen Synchronisiersperre abhängig machen. Der Zweck
dieser Anordnung ist, nach einer möglichst raschen Abschaltung eines Fehlers und
durch eine selbsttätig und unverzögert erfolgende Wiedereinschaltung den Schalter
in denjenigen Fällen ohne vorherige Synchronisierung der Generatoren wieder zu schließen,
in denen die Wiederherstellung der Leitung eine Selbstsynchronisierung der Generatoren
ermöglicht. Da es sich um solche Leitungen handelt, die von zwei Seiten her gespeist
werden, werden also im Fehlerfall stets 'zwei Leitungsschalter ausgelöst, zwischen
denen die fehlerhafte Strecke liegt. Die Einschaltung eines der beiden Leitungssehalter
kann
auf jeden Fall erfolgen, während der zweite Schalter der Strecke mit einer Synchronisiersperre
ausgerüstet ist; welche die Wiedereinschaltung nur unter den vorhin gekennzeichneten
Bedingungen zuläßt.
-
Gemäß der Erfindung wird die Synchronisiersperre von den Spannungen
der der abgeschalteten Leitungsstrecke benachbarten Leitungsstrecken beeinflußt.
Dadurch erreicht man, daß die Wiedereinschaltung der Leitung außerordentlich schnell
erfolgen kann, wodurch die Gefahr, daß die Generatoren sich bei Wiederschließen
nicht wieder fangen, verringert wird. Dadurch,da ß auf die Synchronisiersperre die
Spannungen der beiden der abgeschalteten Leitungsstrecke benachbarten Strecken einwirken,
kann die Synclironisiersperre sofort feststellen, ob eine Wiedereinschaltung möglich
ist. Würde man wie beider bekannten Einrichtung als Vergleichsspannung die Spannung
der abgeschalteten Strecke verwenden, so könnte ein Wiedereinschaltkoinmando erst
dann erfolgen, wenn durch den anderen Schalter der Strecke diese wieder unter Spannung
gesetzt wird. Durch die Einrichtung nach der Erfindung ist es also möglich; eine
außerordentlich schnelle Wiedereinschaltung zu gewährleisten.
-
Eine zwischen den Streckenenden bestehende Hilfsverbindung, welche
beispielsweise für Schutz- oder Fernsprech-, Telegraphier-, Fernsteuer-, Fernmeßzwecke
o. dgl. bereits vorhanden ist, kann benutzt werden, um der Synchronisiersperre die
entsprechende Meßgröße vom anderen Leitungsende her zuzuführen.
-
ZurFeststellung, ob dieWiedereinschaltung erfolgen darf, wird man
sich auf den Vergleich der Spannungen der zu kuppelnden Netzteile stützen. Man will
durch diesen Vergleich nach Möglichkeit nicht nur die Gewißlleit erhalten, däß die
beiden Generatoren noch nahezu die gleiche Frequenz liefern, sondern will nach Möglichkeit
sogar Phasenabweichungen der Generatoren erfassen. An sich sind hierzu Synchronisiersperren
bekannt, welche wattmetrische Systeme benutzen, deren Spulen Ströme zugeleitet werden,die
in ihrerPhasenlage den zu vergleichenden Spannungen entsprechen. Man kann aber auch
durch,die Spannungen der beiden zu kuppelnden Netzteile beispielsweise mittels Synchronmotoren
Kontakteinrichtungen antreiben und über eine Hilfsverbindung einen Stromkreis steuern,
der beispielsweise nur so lange Strom führt, wie die Phasenlagen der Spannungen
der zu kuppelnden Generatoren nicht über ein zulässiges Maß hinaus voneinander abweichen.
An Stelle der synchronen mechanischen Kontakte können auch kontaktlose Schalter,
z. B.. gittergesteuerte Röhren, verwendet werden. Statt einer solchen Schaltung,
bei der die Hilfsleitung Strom führt, wenn die Wiedereinschaltung der Schalter zulässig
ist, kann man auch eine Ruhestromschaltung verwenden, bei der die Hilfsleitung stromlos
wird; wenn dieEinschaltung derLeitüngsschalter zulässig ist. Man läuft aber in diesem
Falle Gefahr, daß bei einer Unterbrechung der Hilfsleitung die Wiedereinschaltung
der Leitungsschalter nicht verhindert werden kann.
-
Durch Hintereinanderschaltungiweier Spannungen, die man von den Anschlußenden
der Nachbarleitungen einer abgeschalteten Strecke entnimmt, erhält man außer der
halben Summenfrequenz die halbe Differenzfrequenz, welche man in irgendeiner geeigneten
Weise zur Erregung eines Sperrelais für die Einschalturig verwendet. Richtet man
die durch die obengenannte Reilh enschaltüng erhaltene Spannung gleich und speist
finit dein so gewonnenen Gleichstrom einen Zwischenwandler, so entsteht auf dessen
Sekundärseite die Schwebungsspannung, deren Frequenz der F requenzdifferenz der
beiden Generatoren entspricht. Man kann diese Schwebüngsspannüng wiederum gleichrichten
und zur Aufladung eines Kondensators benutzen, zu dem ein Entladungswiderstand passender
Größe parallel liegt. Die Höhe der Spannung an diesem Kondensator steigt dann mit
der Schyvebüngsfrequenz, so däß man also, wenn man durch die Kondensatorspannung
ein Sperrelais steuert, die Möglichkeit hat, die Sperrung der Wiedereinschaltung
dann abhängig zu machen, ob die Frequenzdifferenz der Generatoren ein bestimmtes
Maß übersteigt.
-
Da die Wiedereinschaltung, um die es sich bei der Erfindung handelt,
nur dann Bedeutung hat, wenn die Nachbarleitung einer abgeschalteten Strecke unter
Spannung steht, kann man die Energie zur Erregung der Einschaltspule der Sehalter
auch aus Transformatoren oder Spannungswandlern, die an den Nachbarleitungen liegen,
entnehmen. Weitere Einzelheiten ,der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.
-
In Figg. i ist ein Ausschnitt i aus einer Kuppelleitung dargestellt,
und es sind an den Enden der Strecke i liegende Schalter :2 und 3
eingezeichnet.
Die Schalter :2 und 3 besitzen je eine Ausschaltspule q. und 5, deren Verbindungen
fortgelassen sind, da es für die Erfindung unwesentlich ist, mittels welcher Schutzschaltung
die Leitungsschalter ausgelöst: werden, wenn nur die Abschaltung der Sehalter sehr
rasch erfolgt. Die Einschaltspulen der Schalter z und 3 sind mit 6 und 7 bezeichnet.
Diese Spulen sind zu ihrer Speisung all die Sekundärkreise je eines an der Nächbarleitung
oder
an der Sammelschiene liegenden Spannungswandlers 8 bzw. 9 angeschlossen. Normalerweise
sind die Stromkreise zur Erregung der Einschaltspulen 6 und 7_ durch Hilfskontakte
io und ii unterbrochen. Diese Hilfskontakte schließen sich, sobald die Schalter
geöffnet werden. Die Erregung der Einschaltspule 6 ist aber weiterhin noch von einer
sogenannten Synchronisiersperre 12 abhängig. Die dargestellte Synchronisiersperre
dient nur zur Erläuterung der Erfindung, welche selbstverständlich auch mit anderen
Synchronisiersperren durchführbar ist.
-
Die Sekundärkreise der Spamnungswandler 8 und 9 sind so in Reihe geschaltet,
daß über eine Hilfsverbindung 14 kein Strom fließt, solange die Leitung r eingeschaltet
ist, d. h. solange zwischen diesen beiden Spannungen kein Unterschied besteht. Wenn
nun die Schaltere und 3 gefallen sind oder nur einer von beiden gefallen ist, dann
können sich diePrimärspannungen der Wandler 8 und 9 unabhängig voneinander entwickeln.
Es fließt dann über die Hilfsleitung 14 ein Strom, wenn die beiden Sekundärspannungen
in der Phasenlage, der Höhe oder der Frequenz voneinander abweichen. Solange die
Spannungen nur in der Höhe und der Phasenlage, aber nicht auch in der Frequenz voneinander
abweichen, hat der über die Hilfsleitung 14 fließende Strom die gleiche Frequenz
wie die beiden Spannungen der Wandler 8 und 9. Der Strom ruft in einem Widerstand
15 einen Spannungsabfall hervor. Dieser wird durch nicht näher bezeichnete Gleichrichter
gleichgerichtet und sodann der Primärwicklung eines Zwischenwandlers 16 zugeführt.
Unter den obigen Voraussetzungen fließt nun in der Primärwicklung des Wandlers 16
ein Gleichstrom konstanter Größe, welcher also auf der Sekundärseite dieses Wandlers
keine EMK erzeugt. Die Folge davon ist, daß ein auf der Sekundärseite dieses Wandlers
16liegender Kondensator 17, welcher unter Zwischenschaltung einer ebenfalls nicht
näher bezeichneten Gleichrichteranordnung an die Sekundärwicklung des Zwischenwandlers
16 angeschlossen ist, keine Aufladung erfährt, so daß also dieser Kondensator spannungslos
bleibt. Infolgedessen bleibt das Sperrelais 18, welches von der Spannung des Kondensators
17 erregt wird, stromlos und läßt daher seinen Kontakt i9 in der gezeichneten geschlossenen
Stellung liegen. Über diesen geschlossenen Kontakt i9 erhält die Einschaltspule
6 Strom und schließt den Schalter 2 sofort.
-
Wenn aber., die Sekundärspannungen der Wandler 8 und 9 in der Frequenz
voneinander abweichen, dann zeigt der in der Hilfsleitung 14 fließende Strom periodische
Schwankungen seiner Amplitude entsprechend der Frequenzdifferenz der beiden Wandlerspannungen.
Der Spannungsabfall am Widerstand i5 besitzt dann nach seiner Gleichrichtung keine
konstante, sondern eine periodisch schwankende Höhe. Infolgedessen. entsteht auf
der Sekundärseite des Zwischenwandlers 16 eine periodisch schwankende Spannung,
die eine wiederholte Aufladung des Kondensators 17 bewirkt. Wenn diese Aufladungen
rasch genug aufeinander folgen, lädt sich der Kondensator, der durch den Nebenschluß
Tiber dieRelaisspule 18 auch ständig einen Entladestrom abgibt, auf eine solche
Spannung auf, daß der Entladestrom in der Relaisspule 18 ausreicht, um den Kontakt
i9 zu öffnen. Von diesem Augenblick an ist eine Wiederschließung des Schalters 2
nicht mehr möglich. Es wird also -durch die dargestellte Synchronisiersperre eine
Schließung des Schalters 2 nur so lange zugelassen, wie die Frequenzdifferenz der
beiden Zentralen oder Generatoren nicht zu hoch ist, so daß eine Wiedersynchronisierung
der Maschinen durch die Herstellung der Leitungsverbindung i möglich erscheint.
-
Eine Empfindlichkeitssteigerung dieser Synchronisiersperre kann man
dadurch erreichen, daß man aus der Sekundärspannung der Wandler 8 und 9 eine höhere
Harmonische heraussieht oder mittels synchronen Antriebs zweier Hilfsgeneratoren
oder mittels zweier ruhenden Frequenzvervielfacher je eine höhere Harmonische erzeugt,
welche statt der Grundwellen auf die Verbindungsleitung 14. geleitet werden. Die
Wirkungsweise der Synchronisiersperre 12 wird dadurch nicht beeinflußt. Die Empfindlichkeit
der Anordnung jedoch wird dadurch gesteigert, indem nämlich bei völligem Synchronismus
derbeiden Maschinenspannungen auch die Frequenzdifferenz der benutzten Oberwellen
gleich Null ist. Wenn nämlich beispielsweise die Grundfrequenzen um eine Periode
je Sekunde voneinander abweichen und wenn iofache Frequenz benutzt wird, so entsteht
bereits eine Schwebungsfrequenz von io Perioden je Sekunde. Es ist aber leichter,
die Anordnung 17, 18, i9 so abzustimmen, daß der Kontakt i9 angezogen wird, wenn
eine Schwebungsfrequenz von 5 oder io Perioden je Sekunde besteht statt einer Schwebungsfrequenz
von o,5 oder 1 Periode je Sekunde. Durch Anwendung der höheren Frequenz wird also
die Anordnung wesentlich empfindlicher und betriebssicherer, und man kann vor allem
auch eine geringere sonst kaum zu erfassende Frequenzdifferenz der Grundwelle erfassen.
-
In Fig. 2 ist eine Anordnung beschrieben, welche die gegenseitige
Phasenlage der beiden Spannungen auf der Sekundärseite der Wandler 8 und 9 zu erfassen
gestattet. Über eine Hilfsleitung 2o fließt ein Gleichstrom nur dann, wenn zwei
von je einem Synchronmotor
angetriebene Kontakteinrichtungen 2i
und 22 in gleichen Zeitabständen gleiche oder jedenfalls nicht unzulässig voneinander
abweichende, Winkellagen einnehmen. Beispielsweise bedeuten die schwarz gezeichneten
Sektoren der Kontakteinrichtungen leitende Teile. Dann fließt in der gezeichneten
Augenblicksstellung der beiden Kontakteinrichtungen aus einer Hilfsstromquelle 23
ein Gleichstrom, durch den ein in der Leitung 2o liegendes Hilfsrelais 24 erregt
wird. Dieses Relais steuert einen Kontakt und läßt die Einschaltung des nicht dargestelltenLeitungsschalters
beispielsweise durch Öffnung des Kontaktes 26 zu. Sobald aber die Kontakteinrichtungen
2 1 und 22 gegeneinander eine solche Winkelabweichung erfahren, daß sich der Schleifring
bei der einen Kontakteinrichtung auf dem isolierenden Teil befindet, wenn sich der
Kontakt der anderen Kontakteinrichtung auf dem leitenden Teil befindet, so erhält
das Relais 24 keinen Strom und verhindert dadurch die Einschaltung des nicht dargestellten
Leitungsschalters. Bei Frequenzabweichungen der beiden Generatoren ändert sich nun
die gegenseitige räumliche Lage der synchronen Kontakteinrichtungen 2i und 22 periodisch.
Es könnte dadurch die Wiedereinschaltung der nicht dargestellten Leitungsschalter
nochmals möglich werden, sobald die beiden Spannungen infolge derverschiedenen Umlaufgeschwindigkeit
ihrer Vektoren von neuem phasengleich werden. Durch eine besondere Sperrvorrichtung
28 kann das erste Ansprechen des Relais 24 benutzt werden für eine Dauerfreigabe
der Einschaltung. Damit der Einschaltbefehl aber nicht gegeben wird, wenn die Frequenzabweichung
der zu vergleichenden Spannungen sehr schnell zu hoch wird, kann man Vorrichtungen
vorsehen, welche ein Ansprechen dieses Relais 24 verhindern, wenn die Kontakteinrichtungen
21 und 22 nicht wenigstens für die Dauer einer bestimmten Zahl von Umläufen so weit
in angenähertem Synchronismus bleiben, daß bei jedem Umlauf ein Stromstoß über die
Hilfsleitung geht.
-
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben;
bei welchem für die Auslösung der Schalter Hilfsleiter vorhanden sind. Unter Fortlassung
aller für die Erfindung unwesentlichen Einzelheiten ist eine solche Schaltung dargestellt,
bei der die Auslösung der Leitungsschalter von der Stellung zweier Energierichtungsreläis
5ö und 51 abhängt. Wenn dieEnerggierichtungsrelais gleichzeitig ihre Vorwärtskontakte
52 und 53 schließen, fließt aus einer Hilfsstromquelle 54 ein Gleichstrom über die
Auslösespulen 4 und 5 der beiden Schalter 2 und 3. Dadurch werden diese gleichzeitig
ausgelöst. Mit jedem Schalter sind Hilfskontakte 55 bzw. 56 verbunden, welche bei
geschlossener Stellung der Schalter in der gezeichneten Weise den Stromkreis für
die Auslösespulen vorbereiten. Sobald die Schalter :2 und 3 aber geöffnet sind,
bereiten diese Hilfskontakte 55 und 56 einen Stromkreis für die Einschaltspulen
6 und 7 vor. Dieser Stromkreis benutzt die gleiche Hilfsleitung 57; welche auch
zur Auslösung der Schalter 2 und 3 dient. Die Einschaltspule 7 ist mit dem einen
Wicklungsende unmittelbar und mit dem anderen Wicklungsende über den Hilfskontakt
56 an die Hilfsleitung 57 angeschlossen. Bei der Einschaltspule 6 dagegen wird riur
das eine Wicklungsende über den Hilfskontakt 55 mit der einen Ader der Hilfsleitung
57 verbunden, während die Verbindung des zweiten Wicklungsendes der Einschaltspule
6 über einen Kontakt 58 der Synchronisiersperre 59 verläuft. Nur wenn dieser geschlossen
ist, ist auch die Einschaltspule 6 beiderseits an die Hilfsleitung 57 angeschlossen,
so daß dann ein Strom aus der Batterie 54 über die Hilfsleitung 57 und die beiden
Einschaltspulen 6 und 7 fließt, wodurch die Schalter 2 und 3 gleichzeitig geschlossen
werden.
-
Die Hilfsleitung 57 wird bei diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig
für die Fernübertragung der Spannung des Spannungswandlers 9 zur Synchronisiersperre
59 benützt. Um den Widerstand der Hilfsleitung 57 für den Meßstrom klein zu machen
und vor allem, um diesen Stromweg rein ohmisch zu machen, ist eine Reihenschaltung
eines Kondensators 6o und einer Drosselspule6i benutzt, welche unter Berücksichtigung
des Blindwiderstandes der Hilfsleitung 57 auf Resonanz abgestimmt sind. Auf diese
Weise wird der Vektor der Sekundärspannung des Wandlers 9 phasengetreu zur Synchronisiersperre
59 übertragen. Der Kondensator 6o verhindert gleichzeitig den Übertritt des Gleichstromes
auf die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 9.