DE904567C

DE904567C - Converter system

Info

Publication number: DE904567C
Application number: DEA12022D
Authority: DE
Inventors: Richard Troeger
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1941-10-18
Filing date: 1941-10-18
Publication date: 1954-02-18

Description

Stromrichteranlage Es ist bekannt, zur Erzeugung hochgespannten Gleichstromes eine Reihenschaltung mehrerer ein-oder mehrphasiger Einzelstromrichter zu benutzen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, mehrphasige Stromrichter aus sowohl gleichstrom- als auch wechselstromseitig in Reihe geschalteten Stromrichtern zusammenzusetzen, urr. -durch diese Verkettung Störungen in einem Teilstromrichter zu mildern. Alle diese Anordnungen haben in der Praxis nicht voll befriedigt. Bei den heute zur Verfügung stehenden Entladungsstrecken, beispielsweise solchen mit Dampf-oder Gasfüllung und Gittersteuerung, läßt sich eine Störung, z. B. eine Rückzündung oder eine Durchzündung, nicht dauernd mit Sicherheit vermeiden. Es muß damit gerechnet werden, daß bei einem Quecksilberdampfgleichrichter üblicher Bauart in etwa 2ooo Betriebsstunden eine Rückzündung auftritt; bei ausgesprochenen Hochspannungsgefäßen ist diese Zeit der mittleren Sicherheit noch niedriger. Bei der großen Zahl von Entladungsstrecken in einer Anlage zur Energieübertragung mit hochgespanntem Gleichstrom wird damit die Störanfälligkeit bei Verwendung bekannter bzw. der vorgeschlagenen Anordnungen zu hoch, so daß die für eine Energieübertragung zu fordernde Betriebssicherheit bisher nicht gewährleistet werden konnte.Power converter system It is known to generate high-voltage direct current to use a series connection of several single- or multi-phase individual converters. It has also already been proposed to use multi-phase converters from both direct current as well as converters connected in series on the AC side, urr. -to mitigate disturbances in a partial converter through this chaining. All these arrangements have not been fully satisfactory in practice. At the available today standing discharge paths, for example those with vapor or gas filling and Grid control, can a disturbance such. B. a flashback or a flash through, not always avoid with certainty. It must be expected that with one Mercury vapor rectifier of the usual type in about 2,000 operating hours Flashback occurs; in the case of pronounced high-voltage vessels, this time is the medium security even lower. With the large number of discharge paths in a system for power transmission with high-voltage direct current is thus the susceptibility to failure when using known or proposed arrangements too high, so that the operational reliability required for energy transmission could not be guaranteed so far.

Es ist ferner bekannt, mehrere einanodige Entladungsgefäße je Phase in Reihe zu schalten, um die gesamte Sperrspannung gleichmäßig zu unterteilen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung dieser bekannten Anordnung und ist dadurch gekennzeichnet, daß Entladungsstrecken zur Verwendung kommen, deren jede eine Spannungsfestigkeit besitzt (U = Gesamtsperrspannung j e Phase, x = Zahl der je Phase in Reihe geschalteten Entladungsstrecken). Nach der Erfindung ist also in jeder Reihe mindestens eine Entladungsstrecke mehr vorgesehen, als es nach der Spannungsbeanspruchung erforderlich wäre. Diese überzähligen Entladungsstrecken können gewissermaßen als Reservegefäße aufgefaßt werden, die aber nicht, wie bisher, nicht angeschlossen oder parallel betrieben werden, sondern die mit den übrigen Gefäßen in Reihe geschaltet und vom vollen Belastungsstrom durchflossen sind.It is also known to connect several single-anode discharge vessels in series for each phase in order to divide the entire reverse voltage evenly. The invention relates to an improvement of this known arrangement and is characterized in that discharge paths are used, each of which has a dielectric strength (U = total blocking voltage per phase, x = number of discharge paths connected in series for each phase). According to the invention, at least one more discharge path is provided in each row than would be required after the voltage stress. These surplus discharge paths can be regarded as reserve vessels, which, however, are not connected or operated in parallel, as was previously the case, but are connected in series with the other vessels and carry the full load current through them.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei nur die Stromrichteranlage einer Umformerstation dargestellt ist. Dem Beispiel ist die Brückenschaltung zugrunde gelegt worden, weil hierbei die Beanspruchung der Entladungsstrecken auf Sperrspannung im Verhältnis zur Höhe der Gleichspannung besonders niedrig ist und die Gleichspannung eine besonders günstige Welligkeit aufweist. Es bedeuten z das speisende bzw. gespeiste Wechselstromnetz, 2 die Gleichstromleitung, 3 und q. Stromrichtertransformatoren, die je eine Hälfte der in ihrer Mitte bei 5 geerdeten Anlage speisen. 6 und 7 sind Glättungsdrosseln, die anstatt in die geerdete Mittelleitung auch in die Zuleitungen zum Gleichstromnetz 2 eingeschaltet werden können. An jede der stromrichterseitigen Transformatorphasenwicklungen sind nun in ledern Brückenzweig drei in Reihe geschaltete Entladungsstrecken 8, 9 und zo angeschlossen, die so bemessen sind, daß zwei dieser Entladungsstrecken die volle im Betrieb an dieser Reihenschaltung aus drei Gefäßen auftretende Sperrspannung betriebsmäßig dauernd aushalten können. Durch Kondensatoren 1r, 12 und 13 wird eine gleichmäßige Spannungsverteilung auf die einzelnen Entladungsstrecken jeder Reihe sichergestellt.The figure shows an exemplary embodiment of the invention, only the converter system of a converter station being shown. The example is based on the bridge circuit because here the stress on the discharge paths for reverse voltage is particularly low in relation to the level of the DC voltage and the DC voltage has a particularly favorable ripple. Z denotes the feeding or supplied alternating current network, 2 the direct current line, 3 and q. Converter transformers that each feed one half of the system that is earthed at 5 in the middle. 6 and 7 are smoothing chokes which can also be switched into the feed lines to the direct current network 2 instead of the earthed central line. To each of the transformer phase windings on the converter side, three discharge paths 8, 9 and zo connected in series are now connected in leather bridge arms, which are dimensioned so that two of these discharge paths can continuously withstand the full reverse voltage that occurs during operation on this series connection of three vessels. Capacitors 1r, 12 and 13 ensure that the voltage is evenly distributed over the individual discharge paths in each row.

An Stelle eines einanodigen Gefäßes wird also je Phase eine aus z Gefäßen oder x Gliedern bestehende Gefäßkette verwendet. Dabei ist die Gliederzahl z so bemessen, daß bei Ausfall (z: B. Rückzündung) eines Gliedes in der Sperrperiode die normale Sperrspannung der restlichen (x - r) Glieder nicht überschritten wird.Instead of a single-anodic vessel, one of z Vessels or x links existing vascular chain used. Here is the number of links z dimensioned so that in the event of failure (e.g. reignition) of a link in the blocking period the normal reverse voltage of the remaining (x - r) links is not exceeded.

Bedeutet Ul, Scheitelwert der Kettenspannung in der Sperrperiode, ats Nennwert der Sperrspannung eines Gefäßes, z Anzahl der Glieder je Kette, so gilt für die Sicherheitsschaltung die Beziehung: Bei Rückzündung eines Gefäßes genügt die Sperrfähigkeit der restlichen Glieder, um einen Kurzschluß zu verhindern; infolgedessen wird die Rückzündungsursache im allgemeinen schon bei der Spannungsumkehr, also innerhalb einer Periode oder jedenfalls nach wenigen Perioden, beseitigt werden.If Ul, the peak value of the chain voltage in the blocking period, ats the nominal value of the blocking voltage of a vessel, z number of links per chain, then the following applies to the safety circuit: If a vessel is re-ignited, the blocking capability of the remaining links is sufficient to prevent a short circuit; As a result, the cause of reignition will generally be eliminated as soon as the voltage is reversed, i.e. within one period or at least after a few periods.

Eine Betriebsstörung kann erst dann eintreten, wenn die ganze Kette rückzündet. Dieser Fall ist erst möglich, wenn die zulässige Sperrspannung u3 der Einzelgefäße überschritten wird, also wenn zwei oder mehr Glieder einer Kette gleichzeitig rückzünden. Dieser Fall ist unter den gegebenen Verhältnissen nach der Wahrscheinlichkeitsrechnung praktisch ausgeschlossen, wie nachstehend gezeigt wird. Die Rechnung erfaßt nur den Fall des gleichzeitigen Auftretens von zwei Rückzündungen innerhalb einer oder mehrerer Ketten und setzt demgemäß voraus, daß damit in jedem Fall ein Kurzschlüß des Stromrichters verbunden ist. Genaugenommen trifft dies nur für den Fall zu, daß die Kette aus zwei Gliedern besteht. Bei drei Gliedern und insbesondere bei einer höheren Gliederzahl kann man in vielen Fällen damit '-rechnen, daß auch bei Ausfall von zwei Gefäßen die restlichen während der kurzen Dauer der Rückzündung (einige Perioden) die kurzzeitige Überbeanspruchung ohne Rückzündung aushalten, mithin bei gleichzeitiger Rückzündung von zwei Gefäßen noch keine Betriebsstörung auftritt. Daraus folgt, daß die Rechnung eine um so größere Sicherheit einschließt, je größer die Gliederzahl einer Kette ist.A malfunction can only occur when the whole chain re-ignites. This case is only possible if the permissible reverse voltage u3 der Individual vessels are exceeded, i.e. when two or more links in a chain are simultaneously re-ignite. This case is under the given conditions according to the probability calculation practically excluded, as shown below. The bill only records the case of the simultaneous occurrence of two backfires within one or several chains and accordingly assumes that there is a short circuit in each case of the converter is connected. Strictly speaking, this only applies to the case that the chain consists of two links. With three links and especially with With a higher number of members, one can in many cases calculate that also with Failure of two vessels, the remaining ones during the short duration of the flashback withstand brief overuse without reignition (for a few periods), therefore, if two vessels are reignited at the same time, there is still no malfunction occurs. From this it follows that the calculation includes an all the greater security, the greater the number of links in a chain.

Unter den eben gekennzeichneten Voraussetzungen bestimmt sich die mittlere Sicherheit gegen Störungen bei Anwendung der Sicherheitsschaltung, und zwar sowohl absolut wie relativ zu der Sicherheit des Einzelgefäßes wie folgt: Bedeuten cp Dauer einer Rückzündung der Einzelgefäße in Perioden für f = 50, d t = 5,6 - Zo-g - (p Dauer einer Rückzündung der Einzelgefäße in Stunden, TI mittlere Sicherheit des Einzelgefäßes in 1a = mittlere Zeitdauer, in der das Einzelgefäß eine Rückzündung ausführt, TI[, mittlere Sicherheit bei Reihenschaltung von zwei Gefäßen = mittlere Zeitdauer, in der beide Gefäße gleichzeitig rückzünden, TIIz mittlere Sicherheit bei Reihenschaltung von z Gefäßen -- mittlere Zeitdauer, in der von den z Gefäßen zwei Gefäße gleichzeitig rückzünden, WI absoluteWahrßcheinlichkeit derRückzündung eines Einzelgefäßes, WI[, absolute Wahrscheinlichkeit der gleichzeitigen Rückzündung von zwei Gefäßen bei z = 2, W ]I., absolute Wahrscheinlichkeit der gleichzeitigen Rückzündung von zwei Gefäßen beiz = z, TI, z relative Sicherheit bei Reihenschaltung von z Gefäßen = TII, : TI, so ergibt x. sich für ein Einzelgefäß 2. für zwei Gefäße in Reihe 3. Für z Gefäße in Reihe erhöht sich gegenüber ,: die absolute Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Rückzündens von zwei Gefäßen, und zwar sovielmal, als Kombinationen von z Elementen zur zweiten Klasse möglich sind, da die Gleichzeitigkeit nicht mehr auf ein Paar beschränkt ist, sondern sich auf so viele Paare erstreckt, als kombinationsmäßig möglich ist. Demnach: Zahlenbeispiele Unter der Voraussetzung, daß die Rückzündung eines Gliedes nicht in einen Kurzschluß übergeht, beträgt die Dauer der Rückzündung (d t) nur eine oder wenige Perioden. Der Sicherheit halber sei allgemein Ebenso sei die Sicherheit (TI) der Hochspannungsgefäße sehr vorsichtig nur mit TI = 5o bzw. iooh angenommen. Unter dieser Voraussetzung erhält man aus (4) und (5) folgende Werte: Anzahl Sicherheit mit TI=Soh Sicherheit mit TI=rooh Glieder absolut (TnZ) relativ absolut (Tjjz) relativ je Kette Jahre (Tjjz) Jahre (TIIz) z = 21 1o25 118o 1o3 4100 36o - 1o3 z = 3 343 6o 1o3 1370 120. 1o3 z = 4 171 30 1o3 685 6o 1o3 z = 5 1o3 18 1o3 410 36 1o3 z = 6 69 12 1o3 274 24-103 Man ersieht hieraus: selbst bei einer Sicherheit des Einzelgefäßes von nur 5oh tritt bei Reihenschaltung der Fall, daß zwei Gefäße gleichzeitig zünden und dadurch die Gefahr eines Kurzschlusses hervorgerufen wird, sogar bei Ketten von sechs Gliedern rechnungsmäßig nur einmal in 69 Jahren, d. h. praktisch überhaupt nicht ein.Under the conditions just described, the mean security against malfunctions when using the safety circuit is determined, both absolutely and relative to the security of the individual vessel as follows: cp mean the duration of a re-ignition of the individual vessels in periods for f = 50, dt = 5.6 - Zo-g - (p duration of a reignition of the individual vessels in hours, TI mean safety of the individual vessel in 1a = mean time in which the individual vessel carries out a reignition, TI [, mean safety when two vessels are connected in series = mean time in which re-ignite both vessels at the same time, TIIz medium safety when z vessels are connected in series - mean time in which two vessels of the z vessels re-ignite at the same time, WI absolute probability of re-ignition of a single vessel, WI [, absolute probability of simultaneous re-ignition of two vessels at z = 2 , W] I., Absolute probability of simultaneous flashback of two Vessels at z = z, TI, z Relative safety when z vessels are connected in series = TII,: TI, then x results. for a single vessel 2. for two vessels in series 3. For z vessels in a row,: the absolute probability of the simultaneous reignition of two vessels increases as many times as combinations of z elements to the second class are possible, since the simultaneity is no longer restricted to a pair, but rather to each other extends to as many pairs as is possible in combination. Therefore: Numerical examples Assuming that the flashback of a member does not turn into a short circuit, the duration of the flashback (d t) is only one or a few periods. To be on the safe side, be general Likewise, the safety (TI) of the high-voltage vessels is assumed very carefully only with TI = 50 or iooh. Under this condition, the following values are obtained from (4) and (5): Number Security with TI = Soh Security with TI = rooh Terms absolute (TnZ) relatively absolute (Tjjz) relative per chain years (Tjjz) years (TIIz) z = 21 1o25 118o 1o3 4100 36o - 1o3 z = 3 343 6o 1o3 1370 120.1o3 z = 4 171 30 1o3 685 6o 1o3 z = 5 1o3 18 1o3 410 36 1o3 z = 6 6 9 12 1o3 274 24-103 It can be seen from this: even with a safety of the individual vessel of only 50 ohms, when connected in series the case occurs that two vessels ignite at the same time and thus the danger of a short circuit is created, even with chains of six links only once every 69 years, i.e. practically not at all a.

Dieses Beispiel zeigt die großen Vorteile, die die Anordnung nach der Erfindung bei Stromrichteranlagen für sehr hohe Spannungen gegenüber den bisher bekannten Anordnungen aufweist. Diese Vorteile sind so bedeutend, daß die bewußte Vergrößerung und damit Verteuerung der Anlage um je mindestens eine Entladungsstrecke in jeder Reihe gerechtfertigt ist, ebenso wie die Inkaufnahme der erhöhten Verluste, die durch die Einschaltung je mindestens einer überzähligen Entladungsstrecke in jeder Reihe entstehen. Damit wird es zum erstenmal möglich, eine Energieübertragung mit hochgespanntem Gleichstrom praktisch zu verwirklichen.This example shows the great advantages of the arrangement after the invention in converter systems for very high voltages compared to the previous Has known arrangements. These advantages are so significant that the conscious Enlargement and thus the cost of the system by at least one discharge section each is justified in every row, as is the acceptance of the increased losses, by switching on at least one surplus discharge path in each row arise. This makes it possible for the first time to transfer energy to be realized in practice with high voltage direct current.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, um eine Entladungsstrecke bei Andauern einer Störung von Hand oder selbsttätig zu überbrücken. Dieses gestörte Entladungsgefäß kann dann, insbesondere wenn es mit seinen Hilfseinrichtungen, wie Vakuumpumpe; Erregung usw., unter genügender Isolation zu einer fahrbaren Einheit zusammengebaut ist, während des Betriebes gegen eine andere gleiche Einheit ausgetauscht werden. Hierbei kann beim Herausfahren der Gefäßeinheit zunächst die Überbrückung der Hauptanschlüsse und sodann durch weiteres Herausfahren eine Abtrennung der Einheit von diesen Hauptanschlüssen bewirkt werden. Die ganze Auswechselung kann hierbei in kürzester Zeit vorgenommen werden, so daß auch bei einer derartigen, sehr seltenen schweren Störung die Wahrscheinlichkeit, daß in dieser kurzen Zeit noch ein weiteres Gefäß der gleichen Reihe rückzündet, sehr gering ist.According to a further development of the invention, a device is provided, to manually or automatically close a discharge path if a fault persists bridge. This disturbed discharge vessel can then, especially if it is with its auxiliary equipment, such as vacuum pump; Excitation, etc., with sufficient isolation is assembled into a mobile unit, during operation against a other same unit can be exchanged. When moving out the vessel unit first by bridging the main connections and then by moving them out further the unit can be disconnected from these main connections. The whole Replacement can be made here in the shortest possible time, so that even with such a very rare severe disorder increases the likelihood that in During this short time another vessel in the same row re-ignites, very slightly is.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for increasing the operational safety of a converter system, in particular for energy transmission with high voltage direct current, in which several single-anode discharge paths are connected in series for each phase, characterized in that discharge paths are used, each of which has a dielectric strength (U = total reverse voltage per phase, z = number of discharge paths connected in series for each phase).

2. Arrangement according to claim i, characterized in that in in a manner known per se, a uniform voltage distribution on the series-connected Discharge paths through parallel connection of apparent resistors, especially capacitors, to the discharge paths is achieved.

3. Arrangement according to claim i or 2, characterized characterized in that a bridge circuit is provided.

4. Arrangement according to claim i or following, characterized in that in the event of disturbances of longer duration disturbed discharge path, in particular automatically, bridged and possibly also is replaced during operation.

5. Arrangement according to claim 4, characterized characterized in that each discharge vessel is assembled with its auxiliary devices and is arranged to be movable and that when such a unit is moved out first their main leads (anode and cathode) are bridged and then the vessel is disconnected from these feed lines.