-
Kraftübertragungssystem mit hochgespanntem Gleichstrom Die Erfindung
bezieht sich auf ein welches mit hochgespanntem Gleichstrom arbeitet. Die Kraftübertragung
mit hochgespanntem Gleichstrom gewinnt ihre Überlegenheit gegenüber der mit hochgespanntem
Drehstrom erst bei Spannungen, die in .der Größenordnung von roo oder sogar mehreren
roo kV liegen. Derartige Kraftübertragungssysteme sind bereits mehrfach vorgeschlagen
und zum Gegenstand von Veröffentlichungen gemacht worden. Bei den bekannten Anordnungen
dieser Art übernahm man bezüglich -der die übertragungsleitung speisenden Anlageteile
die von der Gleichrichtertechnik her gewohnte Methode, den Gleichrichter mit einem
dazugehörigen Transformator als feste Einheit zu behandeln, die dann beliebig an
irgendwelche Drehstromquellen oder an ein zur Verfügung stehendes Drehstromnetz
angeschaltet werden konnte. Dabei kam dem Gleichrichtertransformator außer der Spannungserhöhung
noch eine weitere Aufgabe zu. Mit Rücksicht auf eine möglichst geringe Welligkeit
in der Gleichstromleitung muß nämlich die Gleichrichtung mit möglichst hoher Phasenzahl
durchgeführt werden. Das erfordert aber die Verwendung mehrerer in der Phase gegeneinander
versetzt arbeitender Gleichrichtersysteme, und zu dieser Spannungsverdrehung bedurfte
es wiederum einer besonderen Ausgestaltung der Transformatoren.
-
Die Erfindung verläßt diesen Aufbau der Energieerzeugungsseite und
verwendet- zur Erzeugung des übertragungsgleichstromes Einheiten, die je aus einer
Gruppe von Ventilen und einer umlaufenden Maschine bestehen, deren Arbeitswicklung
mit den Ventilen unmittelbar verbunden ist und sie mit einer Wechselspannung speist,
die die Kommutierung
innerhalb der einzelnen Ventile der Gruppe
bewirkt. Es ist an sich bereits bekannt, Ventile ohne Zwischenschaltung von Transformatoren
unmittelbar an Maschinenwicklungen anzuschließen. Diese Maßnahme hat bei den bekannten
Anordnungen jedoch den Zweck, den für das Arbeiten der Maschine sonst erforderlichen
mechanischen Kommutator durch die Ventile zu ersetzen. Dabei wird bei einem bekannten
ventilgesteuerten Motor dieser Art die Kominutierung innerhalb der einzelnen Ventile
einer Gruppe nicht durch die von der Maschinenwicklung erzeugte `'Wechselspannung,
sondern durch eine Spannung bewirkt, die einer eigens für diesen Zweck vorgesehenen
Stromduelle entnommen wird. Die Erfindung geht im Gegensatz hierzu nicht von Kommutatormaschinen
aus; sie stellt vielmehr eine Weiterentwicklung der Stroinerzeugungseinheiten in
Gleichstrom -Hochspannungs -Kraftiibertragungsanlagen dar, die bisher, wie schon
eingangs erwähnt, ausschließlich so aufgebaut waren, daß die Hochspannung und gegebenenfalls
auch die für die Gleichrichtung erforderliche erhöhte Phasenzahl durch einen Transformator
erzeugt wird. Der Weg, den die Erfindung beschreitet, wurde gangbar, seit es in
jüngster Zeit gelungen ist, Drehstromgeneratoren zu entwickeln, die eine Spannung
von etwa ioo kV unmittelbar erzeugen. Für die Erzeugung höherer Phasenzahlen, als
sie der einzelne Generator liefert, bzw. zur weiteren Spannungserhöhung benutzt
die Erfindung mehrere Generatoren, die mit entsprechender gegenseitiger Winkelversetzung
arbeiten. Die Aufteilung der Gesamtleistung in mindestens zwei Einheiten, wie sie
soeben beschrieben wurden, ist auch aus dem Grunde zweckmäßig, weil es aus isolationstechnischen
Gründen häufig notwendig sein wird, den Spannungsinittelpunkt der Anlage zu erden.
Dann kann für jede Anlagehälfte eine besondere Stromerzeugungseinheit der beschriebenen
Art vorgesehen «-erden. Die gegenseitige Winkelversetzung, mit der die Generatoren
arbeiten, läßt sich ohne weiteres innehalten, wenn die Läufer der Generatoren starr
miteinander gekuppelt sind. Das wird jedoch meist aus anderen Gründen nicht erwünscht
sein. Man wird vielmehr für jeden Generator eine besondere Kraftmaschine, also beispielsweise
eine Turbine, vorsehen, wenn nicht eine Ljungströmturbine Verwendung findet. deren
beide Generatoren dann je eine Anlagehälfte speisen. In allen diesen Fällen maß
eine zusätzliche Maßnahme ergriffen werden, um die gegenseitige Relativlage der
Läufer aufrechtzuerhalten.
-
:Ulan muß sich vor Augen halten, daß hier ganz andere Verhältnisse
vorliegen als beim Parallelbetrieb von Generatoren, die auf ein ."eineinsames Drehstromnetz
arbeiten. Der geneinsame Stromkreis der zusammen arbeitenden Generatoren ist im
vorliegenden Fall der Gleichstromkreis. Infolgedessen fehlt bei auftretenden Winkelabweichungen
der I.,otoren wegen der dazwischenliegenden Ventile jede synchronisierende Irraft,
die die Abweichungen wieder rückgängig machen könnte. Diese svuchronisierende Irraft
kann man nun künstlich dadurch erzeugen, daß man die Drehstrom"Nicklungen der Generatoren
über einen Zwischentransformator unmittelbar initeinander kuppelt. Der Zwischentransformator
muß dabei so gewickelt sein, daß er die gegenseitige Winkelversetzung der von den
beiden Generatoren erzeugten Spannungssysteme ausgleicht. Die Leistung des Transformators
ist im Vergleich zur Gesamtleistung des Scstems außerordentlich klein, da er im
Normalzustand, wenn beide Generatorläufer in .der richtigen Stellung zueinander
stehen, keinerlei Wirkleistung zwischen den Generatoren überträgt. Er nimmt dann
lediglich aus jedem der beiden Generatoren seine halbe Magnetisierungsblindleistung
auf. Wirkleistung wird erst in dein Augenblick übertragen, in dem etwa durch eine
Ungenauigkeit der Turbinenregler der eine Generator gegenüber dem anderen vorzueilen
versucht. Da ständige Übertragung von Wirkleistung in einer und derselben Richtung
darauf hindeutet, daß die Turbinenregler in ihrer Einstellung nicht genau zueinander
stimmen, so ist es zweckmäßig, in Abhängigkeit von der durch den Zwischentransformator
übertragenen Wirkleistung den Turbinenregler mindestens eines Satzes entsprechend
zu verstellen. Der Zwischentransformator braucht dann mit der von ihm bewirkten
Svnclironisierungleistung nur noch bei solchen stoßartig auftretenden _Ungleichmäßigkeiten
regelnd einzugreifen, denen die Turbinenregler wegen ihrer Trägheit nicht zu folgen
vermögen.
-
Auch ein einseitiger Blindleistungstransport durch den genannten Verbindungstransformator
ist ein Zeichen für eine Ungleichheit, und zwar für eine Ungleichheit in den Erregungen.
Es ist infolgedessen vorteilhaft, auch in diesem Fall mit Hilfe eines blindleistungsabhängigen
Reglers einzugreifen und die Erregerströme der beiden :1Iaschinen gegeneinander
zu ändern.
-
Die Spannungsregelung wird zur Erzielung eines guten Leistungsfaktors
zweckmäßig zumindest teilweise mit Hilfe der Generatorerregung vorgenommen. Kurzschlüsse,
die auf der Gleichstromseite auftreten, kann I man durch Schnellentregung der Generatoren
bekämpfen, wobei zweckmäßig dafür gesorgt
wird, daß die Entregung
kurzzeitig erfolgt, die Spannung also nach der Entregung sofort wieder hochgeregelt
wird. Erst wenn beire Wiedererregen der Generatoren der Kurzschlußstrom erneut einsetzt,
werden dann die Generatoren endgültig entregt.
-
Die Gleichrichter werden vorzugsweise in Graetzscher Schaltung angeordnet.
Verwendet man Nullpunktssehaltungen; so müssen die Generatoren mit einer belastbaren
Nullpunktausführung ausgerüstet sein.. U.m völlig symmetrische Verhältnisse zu erhalten,
empfiehlt es sich, die Erregerwicklungen der Generatoren hintereinanderzuschalten,
so daß sie zwangsweise von dem gleichen Gleichstrom durchflossen werden.
-
Einen ähnlichen Aufbau wie auf der Gleichrichterseite kann man auch
auf der Wechselrichterseite vorsehen. Auch hier kann man die die Wechselrichtung
bewirkenden Ventile zusammen mit einer zugehörigen Synchronmaschine zu einer Einheit
verbinden. Die Synchronmaschine dient dann als takthaltende Maschine für den Wechselrichter,
kann aber überdies auch noch zur Lieferung von Blindleistung an die an das Drehstromnetz
angeschldssenen Verbraucher herangezogen werden.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Übertragungsleitung ist als Dreileiteranlage mit geerdetem Nulleiter durchgeführt
und besteht somit aus den beiden in Reihe geschateten Hälften i und 2. Die Anlagehälfte
i'-wird von dem Gleichrichter 3, die Anlagehälfte :2 von dem Gleichrichter 4 gespeist.
Jeder der beiden Gleichrichter 3 und 4 besteht aus je sechs Ventilen die eine dreiphasige
Graetz-Schaltung bilden, welche bekanntlich sechsphasige Welligkeit hat. Die zu
:den beiden Ventilgruppen 3 und 4 gehörigen Generatoren sind mit 5 und 6 bezeichnet.
Sie werden von den Turbinen g bzw. io angetrieben. Der Läufer 8 des Generators 6
muß gegenüber dem Läufer 7 des Generators 5 um -einen Winkel von 30° versetzt laufen,
damit sich die von den beiden-Gleichrichtern 3 und 4 gleichgerichteten Spannungen
zu einer zwölfphasigen Welligkeit ergänzen.
-
Durch den Antrieb der beiden Generatoren über gesonderte Turbinen
ist der relative Gleichlauf der beiden Generatorläufer nicht ohne weiteres gewährleistet.
Es ist deshalb noch der Transformator i i vorgesehen, dessen eine S eite irnDreieck,
die andere dageg en inSterngeschaltetist. DieWicklungsspannungen auf der Primär-
und Sekundärseite dieses Transformators befinden sich dann in Phase, wenn die Spannungssysteme,
an die die Wicklungen angeschlossen sind, gegeneinander um 30° verdreht sind, wie
es zur Erzielung einer zwölfphasigen Gleichrichtung auch nötig ist. Sobald sich
der Winkel von 30° zwischen den Generatorläufern ändert, überträgt der Transformator
i i Wirkleistung in der einen oder anderen Richtung und stellt somit durch ein zusätzliches
Drehmoment den relativen Gleichlauf wieder her.
-
Damit dem Transformator i i nicht auch die Aufgabe der Ausregelung
von dauernden Ungleichheiten, etwa infolge verschieden großer Dampfzufuhr, zufällt,
ist ein. Wirkleistungsrelais 12 vorgesehen, welches je nach Größe und Richtung der
auftretenden Wirkleistung über` einen Regler 13 das Dampfventil 14 der einen Turbine
beeinflußt. Dieser Regeleinfluß wird zweckmäßig nur mit Verzögerung zur Wirkung
gebracht um rasch vorübergehende Unstimmigkeiten ausschließlich mit dem Transformator
rasch ausgleichen zu können. Außerdem ist ein Blindleistungsrichtungsrelais 15 vorgesehen,
welches über einen Regler 16 auf die Erregung eines der Generatoren einwirkt und:
somit das Verhältnis :der Erregungen beider Generatoren zueinander verändert. Zu
diesem Zweck ist der Regler 17 vorgesehen, der zu der Erregerwicklung.der Erregermaschine
i9 parallel geschaltet ist, während im übrigen die Erregerwicklungen der beiden
Erregermaschinen 18 und i9 in Reihe miteinander an die Stromquelle 2o angeschlossen
sind.