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Verfahren und Einrichtung zum Inbetriebsetzen einer zwei Wechselstromnetze
miteinander kuppelnden Gleichstrom.;Hochspannungs-Kraftübertragungsanlage Die Erfindung
bezieht sich auf Kraftübertragungsanlagen, die mit hochgespanntem Gleichstrom arbeiten
und zwei Wechselstromnetze unter Verwendung von Schaltstromrichtern miteinander
kuppeln. Sie betrifft insbesondere die Probleme, die sich bei der Inbetriebsetzung
bzw. beim Hochfahren derartiger Anlagen ergeben.
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Eine derartige Anlage besteht aus einem Gleichrichter, der den Wechselstrom
in hochgespannten Gleichstrom umwandelt, der eigentlichen Übertragungsleitung, im
allgemeinen einem Kabel, und dem Wechselrichter, der die übertragene Gleichstromenergie
wieder in Wechselstromleistung zurückformt. Wenn sowohl der Gleich- als auch der
Wechselrichter Ventilcharakter besitzen, also: beispielsweise mit-Gas- oder Dampfentladungsstrecken
arbeiten, so ergeben sich beim Inbetriebsetzen der Anlage keinerlei Schwierigkeiten.
Einfache Verhältnisse, bei welchen insbesondere auf Schaltorgane in dem Gleichstromteil.
verzichtet werden kann, ergeben sich auch dann, wenn auf der einen Seite, d. h.
entweder auf der Gleich- oder auf der Wechselr ichterseite; Umformungseinrichtungen
mit Ventilcharakter verwendet werden und der ändere Umformer als Schaltstromrichter
ausgebildet ist. Es sei dazu erwähnt, daß der Verwendung von Schaltstromrichtern
in diesem Zusammenhang große technische Bedeutung zukommt, da gerade diese Umformerart
in der letzten Zeit so weit entwickelt worden ist, daß sie selbst höchste Spannungen
bei den hier in Betracht kommenden Strömen- zu beherrschen imstande ist.
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Nimmt man beispiels,#veise an, daß in einer Gleichströmhochspannungsanlage
auf der Wechselrichterseite nur Ventilstromrichter vorhanden seien, während der
Gleichrichter als Schaltstrofnrichter ausgeführt ist, so wird man beim Anfahren
der Anlage vorteilhaft in
folgender Weise vorgehen: Man fährt zunächst
den Ventilwecbselrichter hoch und stellt seine Steuerung so ein, wie es für den
normalen Betrieb erforderlich ist. Infolge der Ventilwirkung des Wechselrichters
kann dabei irgendein Strom auf der Gleichstromseite nicht zustande kommen, solange
nicht die von dem Gleichstromkabel gelieferte Gleichspannung die als Gegenspannung
wirkende EMK des Wechselrichters überwiegt. Man kann also den Schaltstromrichter
auf der Gleichrichterseite nunmehr ohne Schwierigkeiten allmählich hochfahren, und
die Stromübertragung setzt in dem Augenblick ein, in dem die EMK des Gleichrichters
höher geworden ist als die EMK des Wechselrichters.
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Die Einstellung der übertragenen Leistung wird dabei im allgemeinen
auf der Gleichrichterseite durchzuführen sein. Es wird sich hierbei Meist um einen
nach einem Fahrplan geregelten Betrieb handeln. Infolgedessen wird es möglich sein,
die Aussteuerung des Wechselrichters unverändert zu lassen. Die Aussteuerung des
Wechselrichters kann dann dazu benutzt werden., die Leistungsstufen, die der Fahrplan
vorschreibt, einzustellen, während eine auf der Gleichrichterseite vorhandene Strom-
oder leistungsabhängige Regelung, die rascher arbeitet als auf der Wecbselrichterseite
geregelt wird, zur Konstanthaltung der Leistung auf jeder Stufe dienen kann.
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Ähnliche Verhältnisse für das Anfahren, wie sie eben geschildert wurden,
ergeben sich auch, wenn auf der Gleichrichter seife ein Ventilstromrichter, auf
der Wechselrichterseite dagegen ein ventilloser Stromrichter vorhanden ist. Durch
die Ventilwirkung des einen Stromrichters wird stets das Zustandekommen unerwünschter
Ströme auf der Gleichstromseite von vornherein unterbunden.
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Ganz andere Verhältnisse ergeben sich jedoch dann, wenn auf der Gleichrichterseite
und auf der Wechselrichterseite je ein Schaltstromrichter vorhanden ist. Da den
Schaltkontakten der Schaltstromrichter jede stromrichtende Wirkung fehlt, so können,
wenn nicht besondere Maßnahmen ergriffen werden, unerwünschte Ströme über das Gleichstromkabel
in beiden Richtungen auftreten. Würde man beispielsweise bei Nichtvorhandensein
von Schalteinrichtungen auf der Gleichstromseite versuchen, zunächst den Wechselrichter
hochzufahren, so würde dieser einen Rückstrom in das Gleichstromnetz liefern, der
sich über die Kontakte des noch nicht arbeitenden und daher keine Gegenspannung
liefernden Gleichrichters schließen könnte. In gleicher Weise würde auch der stillstehende
Wechselrichter für den Gleichrichter, wenn man diesen zuerst hochfahren wollte,
einen Kurzschluß bedeuten. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wird gemäß der
Erfindung vorgeschlagen, zum Inbetriebsetzen einer zwei Wechselstromnetze miteinander
kuppelnden Gleichstrom-Hochspannungs-KraftÜbertragungsanlage, bei dir sowohl auf
der Gleichrichterseite als auch auf der Wechselrichter seite Schaltstromrichter
benutzt werden, Gleichrichter und Wechselrichter gleichstromseitig voneinander getrennt
hochzufahren und die Gleichstromverbindung zwischen beiden erst dann einzuschalten,
wenn die Steuerungen der beiden Schaltstromrichter so eingestellt sind, daß der
Aussteuerungsgrad des Gleichrichters einer etwas höheren Gleichspannung entspricht
als der Aussteuerungsgrad des Wechselrichters. Man benötigt also bei der erfindungsgemäßen
Anordnung in der Gleichstrom-Leitung eine Schaltvorrichtung, die jedoch nicht imstande
zu sein braucht, Leistung zu schalten und insbesondere lediglich zum Einschalten,
niemals aber zum Unterbrechen von Leistung benutzt zu werden braucht. Die Durchführung
des erfindungsgemäßen Anlaßverfahrens kann dabei entweder von Hand oder auch mittels
entsprechender Überwacbttngseinrichtungen selbsttätig erfolgen.
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Die Erfindung möge an Hand des in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden. Dort ist schematisch eine Kraftübertragungsanlage dargestellt,
die die beiden der Einfachheit halber nur einpolig gezeichneten Drehstromnetze i
und 2 kuppeln soll. Zur Erzeugung des hochgespannten Gleichstroms dient der als
Schaltstromrichter, insbesondere unter Zuhilfenahme von Kommutierungshilfseinrichtungen,
wie Schaltdrosseln, ausgebildete Gleichrichter 3, der über die Hochspannungskabel
d. den ebenfalls als Scbaltstromrichter ausgeführten Wechselrichter 5 speist, der
dann seinerseits die wieder in Drehstrom umgeformte Energie an das Netz 2 weitergibt.
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Wesentlich ist vor allem das Vorhandensein eines Trennschalters 7
in der Gleichstromleitung, der es ermöglicht, den Gleichrichter 3 und den Wechselrichter
5 getrennt voneinander hochzufahren. Die Überwachung der richtigen Aussteuerungsgrade
beider Stromrichter erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einfach dadurch,
däß die Gleichspannungen gemessen werden, die die beiden voneinander getrennten
Stromrichter liefern. Zu diesem Zweck sind zwei Spannungsmesser i i und 12 vorgesehen.
Der Spannungsmesser i i zeigt die von dem Gleichrichter 3 gelieferte Gleichspannung,
der Spannungsmesser 12 die Spannung auf der Gleichstromseite des Wechselrichters
5 an. Der richtige Einschaltzeitpunkt für den Schalter 7 ist dann gegeben, wenn
der Spannun,
smesser i i einen Betrag anzeigt, der zumindest gleich
der Anzeige des Spannungsmessers 1a ist oder zweckmäßig noch etwas höher liegt.
Man hat dann die Gewähr, daß unter keinen Umständen ein Gleichstrom in der verkehrten
Richtung zustande kommen kann, vermeidet aber auch das Auftreten eines starken Belastungsstoßes
beim Einschalten, wenn die Differenz zwischen dem Anzeigen der beiden Spannungsmesser
nur klein ist. Das Auftreten eines Stromes in der vert<ehrten Richtung ist insofern
sehr gefährlich, als die Schaltstromrichter dann nicht mehr imstande sind, bei der
eingestellten Lage der Schaltzeitpunkte einwandfrei zu kommutieren. Es würde ein
erhebliches Feuer an den Schaltkontakten auftreten, das in kurzer,Zeit zu deren
Zerstörung führen müßte.
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Um Fehlanzeigen der Spannungsmesser an den leer laufenden Stromrichtern
auszuschließen, -empfiehlt es sich, wie das ebenfalls in dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. i dargestellt ist, parallel zu der Schaltvorrichtung 7 einenÜberwachungsstr
omkreis vorzusehen, der aus dem Strombegrenzungswider stand8, einem von der Größe
und der Richtung des Stromes abhängigen Relais 9 und einer Hilfsschalteinrichtung
io besteht; damit kann der Einschaltvorgang auch selbsttätig durchgeführt und überwacht
werden. Das Relais 9, gibt dabei einen Einschaltimpuls an die selbsttätige Schalteinrichtung
7, sobald der Strom in dein Überwachungsstromkreis in Richtung von den Gleichstroinsammelschienen
,zum Wechselrichter fließt und einen bestimmten Wert nicht, überschreitet. Das Anlassen
geht nun folgedermaßen vor sich: Zunächst erfolgt eine Grobabgleichung der Aussteuerungsgrade
der beiden Stromrichter gegeneinander durch Vergleich der beiden Spannungsmesser
ii und 1a. Sobald eine gewisse Anzeigendifferenz zwischen beiden im richtigen Sinne
unterschritten ist, wird, wie das in der Zeichnung schematisch angedeutet ist, selbsttätig
die Hilfsschalteinrichtung io geschlossen, und die weitere Überwachung wird nunmehr
von dem Stromrelais q@ übernommen, das in der oben angegebenen Weise schließlich
die endgültige Zusammenschaltung bewirkt. Nachdem der Schalter 7 geschlossen ist,
wird zweckmäßig die Hilfsschalteinrichtung io wieder geöffnet.
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Das Relais 9: kann gleichzeitig auch dazu benutzt werden, um-die Anpassung
des Aussteuerungsgrades des Wechselrichters an die Sammelschienengleichspannung
selbsttätig durchzuführen. Zu diesem Zweck wirkt das Relais 9 über den Umschalter
13 auf die Steuerungseinrichtung6 des Stromrichters 5 ein und verstellt diese in
dein Sinne und in dem Maße so lange, bis schließlich der für das Einschalten des
Schalters 7 erforderliche Stromzustand in dem parallelen Hilfsstromkreis erzielt
wird. Sobald dann die Einschaltung des Schalters 7 erfolgt, wird gleichzeitig die
Steuereinrichtung 6 mit Hilfe des -Umschalters 13 von dem Relais g. getrennt und
nun auf eine Betriebsgröße umgeschaltet, die während des normalen Betriebes für
die Regelung maßgebend sein soll. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die
Steuereinrichtung 6 im normalen Betrieb über den Isolierwandler 1q. an den Stromwandler
15 auf der Drehstromseite des Wechselrichters gelegt.
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Der Schalter 7 soll, wie schon oben erwähnt, nur zum Zuschalten und
keinesfalls zum Abschalten von Last dienen. Er darf also@nur in annähernd stromlosem
Zustand geöffnet werden bzw. nur dann, wenn die Drehstromschalter auf beiden Seiten
der Über tragungsanlage geöffnet sind. Um volle Be triebssicherheit zu erzielen,
wird man de» Gleichstromschalter 7 infolgedessen zweckmäßig mit einer entsprechenden
Verriegelung ausrüsten.
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Die Leistungsregelung wird bei Fahrplanbetrieb zweckmäßig in der Weise
durchgeführt, daß bei steigender Last der Aussteuergrad auf der Wechselrichterseite
herabgesetzt wird. Dabei ist allerdings vorausgesetzt, daß die Spannung im Gleichstromkabel
konstant bleibt, da ja von ihr die übertragene Leistung ebenfalls abhängt. Infolgedessen
muß die Regeleinrichtung,-die auf den Wechselrichter einwirkt, rascher arbeiten,
als die Spannungsschwankungen in dem Gleichstromkabel verlaufen. Könnte nämlich
die Regeleinrichtung des Wechselrichters diesen Spannungsschwankungen nicht mehr
folgen, so wäre es möglich, daß eine Umkehr des Stromes eintritt, wobei dann die
Schaltstro-mrichter auf beiden Seiten nicht mehr kommutieren könnten. Diese würden
dann durch ihre Schutzeinrichtungen mit allen ihren Kontakten kurzgeschlossen werden,
was wiederum ein Auslösen der Selbstschalter auf den Drehstroinseiten zur Folge
hätte.
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Es ist nun unter Umständen mit Rücksicht auf eine einwandfreie Kommutierung
nicht möglich, einen Schaltstroinrichter, insbesondere als Wechselrichter, hochzufahren,
wenn er drehstromseitig an Spannung liegt. In diesem Fallist eine Ermittlung des
richtigen Aussteuerungsgrades des Schaltstromrichters durch Messung der von ihm
abgegebenen Gleichspannung nicht mehr möglich; es müssen dann andere Mittel für
diesen Zweck vorgesehen werden. Ist auf Grund dieser Überwachung die richtige Abgleichüng
der Steuerung entsprechend der Spannung in der Übertragungsleitung festgestellt,
so muß nicht nur
der Schalter auf der Gleichstromseite, sondern
gleichzeitig auch der Schalter auf der Wechselstromseite eingeschaltet werden. Die
beiden sich das Gleichgewicht haltenden Spannungen müssen also im Wechselrichter
gleichzeitig erscheinen.
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Um dieses synchrone Einschalten auf der Gleich- und der Wechselstromseite
zu erreichen, kann man eine Anordnung verwenden, wie sie in der Fig. 2 dargestellt
ist. Auf der Gleichstromseite des Schaltwechselrichters 5 liegt wiederum- der Trennschalter
17, der hier aber durch ein gittergesteuertes Gas- oder Dampfentladungsgefäß ig
überbrückt ist. Der Schalter 16 in der Verbindungsleitung zwischen dem Drehstromnetz
:2 und dem Schaltwechselrichter besitzt einen Hilfskontakt, der über die Hilfsgleichrichteranordnung
18 der Steuerelektrode des Entladungsgefäßes ig einen Zündimpuls zuführt, sobald
der Hauptkontakt des Schalters 16 geschlossen wird.
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Auf diese Weise wird also praktisch ohne Zeitverzögerung die Gleichspannung
in demselben Augenblick an den Wechselrichter angelegt, in dem auch die Spannung
auf der Drehstromseite erscheint. Das Entladungsgefäß i9 braucht nur für verhältnismäßig
geringe Ströme bemessen zu sein, da es, nachdem die Zuschaltung erfolgt ist, ohne
weiteres durch die parallel dazu angeordnete Schaltvorrichtung 17 überbrückt und
damit ausgeschaltet werden kann.