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Mit hochgespanntem, Gleichstrom arbeitende Kraftübertragungsanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Übertragung elektrischer Energie
über sehr große Entfernungen, welche mit hochgespanntem Gleichstrom arbeitet. Dabei
sei vorausgesetzt, daß die Erzeugung des hochgespannten Gleichstromes aus Drehstrom
sowie seine Rückumformung in Drehstrom durch Stromrichter erfolgt. Bei den für solche
Anlagen in Betracht kommenden Spannungen wird es meist notwendig sein, die Stromrichter
aus mehreren gleichstromseitig in Reihe geschalteten Teilstromrichtern aufzubauen.
Die Erfindung setzt voraus, daß die Stromrichter in dieser Weise ausgebildet und
ihre Spannungsmittelpunkte im normalen Betrieb geerdet sind. Die Erdung der Spannungsmittelpunkte
hat den Vorteil, daß jeder Außenleiter nur die halbe Betriebsspannung als Potentialdifferenz
gegen Erde aufweist und demgemäß die Isolation der Gleichstromleitung wesentlich
erleichtert wird.
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In den Stromrichtern muß mit dem Auftreten von Störungen gerechnet
werden. Dabei wird eine Störung aber im allgemeinen nur eine Stromrichterstufe befallen,
während die übrigen Teilstromrichter bzw. eine Stromrichterhälfte zwischen einem
Außenleiter und dem erwähnten Spannungsmittelpunkt gesund bleiben. Um den Einfluß
einer Störung auf das gespeiste Drehstromnetz möglichst gering zu halten, wird gemäß
der Erfindung vorgeschlagen, bei Störungen im Stromrichter nur den kranken Teilstromrichter
bzw. die gestörte Stromrichterhälfte
zu sperren und den Betrieb
mit den gesunden Teilstromrichtern weiterzuführen. Es fließt dann zunächst der Strom
über die Entladungsgefäße des gestörten Teilstromrichters weiter, nur kommutieren
diese nicht mehr. Als nächste Schalthandlung wird man dann zweckmäßig den gestörten
Teilstromrichter überbrücken. Dabei fließt der gesamte oder zumindest ein Teil des
Stromes über die Endverbindung. Dies ist für kurze Zeit zulässig; dauert die Störung
jedoch länger, so kann dies zu Korrosionserscheinungen, insbesondere an den Erdern
und an Rohrleitungen führen. Es wird deshalb vorgeschlagen, den Betrieb mit der
Rückleitung über Erde nur als Momentanreserve zu verwenden. Für länger andauernde
Störungen werden die beiden Stränge der Fernleitung derart umschaltbar gemacht,
daß auch bei Betrieb mit nur einem Teil der Teilstromrichter bzw. mit nur einerStromrichterhälfte
wieder beideLeitungsstränge als Hin- und Rückleitung dienen. In dem Stromrichter
am anderen Ende der Übertragung wird zweckmäßig der dein gestörten Teilstromrichter
entsprechende Teilstromrichter ebenfalls überbrückt. Ist den Stromrichtern noch
ein gleichstromseitiger Schalter vorgeschaltet, so wird man auch diesen mit überbrücken.
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Man wird die Umschaltung im allgemeinen nach Abschaltung der Übertragungsanlage
vornehmen, da in der Zwischenzeit während des unsymmetrischen Betriebes bzw. des
Betriebes über Erde indem gespeisten Drehstromnetz die fehlende Energie durch Reservemaschinen
übernommen werden kann. Da die Spannungsabfälle in den Übertragungskabeln oder Leitungen
bei vollem Strom in den meisten Fällen nicht sehr hoch sind, ist es auch möglich,
den Übergang auf einseitigen Betrieb ohne Unterbrechung der Energielieferung durchzuführen,
wenn man außer den für die Umschaltung erforderlichen Trennschaltern noch Schalter
für eine entsprechende Spannungsfestigkeit einbaut. Um vagabundierende Ströme zu
vermeiden, ist es ratsam, an einem der beiden Stromrichter bei einseitigem Betrieb
die Erdung aufzuheben. Der Erdungsschalter, der dabei geöffnet werden muß, sowie
gegebenenfalls die Überbrückungsschalter für die beiden Hälften der Strom.richteranlagen
müssen dann Gleichstromschalter entsprechender Spannungsfestigkeit sein.
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Die Erfindung möge an Hand des in- der Zeichnung dargestellten Schaltungsbeispieles
näher erläutert werden. i möge das speisende Drehstromnetz sein, während mit 2 und
3 die beiden einadrigen Kabel der Gleichstromfernleitung bezeichnet sind. Der Gleichrichter
ist hier zweistufig, und zwar aus zwei Graetzschaltungen mit den Ventilen q., q.'
und 5, 5' bestehend gezeichnet, obwohl selbstverständlich die Stufenzahl ein Mehrfaches
von 2 betragen kann. Jeder Graetzschaltung ist ein Transformator 6 bzw. 7 zugeordnet,
die beide zwecks Erzielung einer höheren Phasenzahl der Gleichrichtung über einen
Schwenktransformator 8 gespeist werden. Der Verbindungspunkt zwischen den Ventilgruppen
q.' und 5, das ist also im normalen Betrieb der Spannungsmittelpunkt, ist geerdet,
und zwar unter Zwischenschaltung einer sogenannten Symmetrierdrossel 12, welche
dafür sorgt, daß die Oberwellenpotentiale der Außenleiter 2 und 3 im normalen Betrieb
in bezug auf die Erde symmetrisch bleiben. .
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Durch die Trennschalter 15 und 16 kann jede Gleichrichterhälfte einzeln
für sich von der Erdverbindung getrennt werden. Die Trenner 13 bzw. 1q. ermöglichen
es, eine unmittelbare Verbindung des Spannungsmittelpunktes mit den Kabeln 2 oder
3 unter Überbrückung .der betreffenden Stromrichterhälfte herzustellen. Ist also
beispielsweise die linke Stromrichterhälfte gestört, so wird der Trenner 13 geschlossen
und damit unter Fortführung des Betriebes mit der gesunden rechten Hälfte die gestörte
Hälfte überbrückt. In der Erdleitung liegt außerdem ein Schalter i9. Ganz analog
ist die Schaltung auf der Seite des anderen Stromrichters ausgebildet. Beim einseitigen
Betrieb wird, wie schon erwähnt, der Erdschalter i9 bei einer der beiden Stromrichterstationen
geöffnet.
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Im normalen Betrieb werden die beiden Stromrichterhälften .auf gleichen
Strom geregelt. Zu diesem Zweck ist das Differentialrelais 2o vorgesehen, welches
die Ströme in den Widerständen 17 und 18 miteinander vergleicht und bei unsymmetrischer
Belastung die den Gittersteuereinrichtungen 26 und 27 vorgeschalteten Drehtransformatoren
28 und 29 so lange in Bewegung setzt, bis die Symmetrie wiederhergestellt ist. Anstatt
jeweils nur einen Drehregler zu verstellen, kann man auch den von einer Belastungsunsymmetrie
herrührenden Steuerimpuls beidenDrehreglernzugleich zuführen, und zwar in der Weise,
daß diese gegenläufig erstellt werden. Diese Regelung auf symmetrische Belastung
muß beim Ausfall einer Stromrichterhälfte unwirksam gemacht werden. Zu diesem Zweck
sind die den Stromrichtertransformatoren 6 und 7 vorgeschalteten Drehstromschalter
9 und io mit Hilfskontakten ausgerüstet, welche die Öffnungsspule eines Schalters
2i in der Weise steuern, daß beim Öffnen eines der Schalter 9 oder io der Schalter
21 ebenfalls geöffnet wird. Damit wird der Speisestromkreis für die Verstellmotoren
der Drehregler 28 und 29 unterbrochen.
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Für die Regelung des Stromrichters ist den beiden Drehreglern 28 und
29 zunächst noch ein weiterer Drehregler 25 vorgeschaltet, der es gestattet, die
Phasenlage der Gitterspannung auf beliebige Werte einzustellen. Außerdem wird über
ein von dem Stromwandler ii oder von den Widerständen 17, 18 auf der Gleichstromseite
gespeistes, nicht näher dargestelltes Stromregelglied 24 ein zusätzlicher Regeleinfluß
auf die Gittersteuerungseinrichtungen 26 und 27 ausgeübt, der mit möglichst geringer
Trägheit behaftet ist und den Stromrichter auf konstanten Strom regelt. Ein mit
dem Drehregler 25 gekuppelter Sollwerteinsteller 25 verhütet, daß diese letztgenannte
rasche Regelung und die durch Verstellen des Drehreglers 25 mögliche langsame Regelung
einander entgegenwirken. Wenn eine Stromrichterhälfte abgeschaltet wird, so
wird
der Sollwert, auf welchen die rasche Regelung erfolgt, auf die Hälfte heruntergesetzt.
Dies ist im Ausführungsbeispiel dadurch angedeutet, daß dem Stromregelglied 24 noch
ein Widerstand 22 vorgeschaltet ist, der beim Öffnen eines der Drehstromschalter
9 oder io mittels eines Hilfsschalters 23 kurzgeschlossen ist.
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Ebenso müssen beim Übergang von normalem auf einseitigen Betrieb die
vorhandenen Überstrom-und Rückstromschutzeinrichtungen auf niedrigere Ansprechwerte
umgeschaltet werden, sofern diese, was meist der Fall sein wird, von dem Gesamtstrom
auf der Drehstromseite beeinflußt werden. Schließlich ist es noch zweckmäßig, eine
Schutzvorrichtung vorzusehen, die beim Ansteigen des Potentials des geerdeten Punktes
des Stromrichters über einen bestimmten Wert den Stromrichter abschaltet bzw. sperrt,
denn sobald diese Spannung über einen bestimmten Festwert ansteigt, so ist dies
ein Zeichen dafür, daß die Erdungseinrichtung nicht in Ordnung ist und unerwünschte
Spannungs- und Potentialverteilungen vorhanden sind. Die Abschaltung erfolgt in
diesem Fall durch Öffnen des gemeinsamen Drehstromschalters. Die Potentialfestlegung
des Gleichrichters erfolgt bei einseitigem Betrieb zweckmäßig über die Kabelleitung
von der Erdung auf der Wechselrichterseite. Besteht in dieser Kabelleitung eine
Unterbrechung, so sind die Potentiale am Gleichrichter nicht mehr bestimmt, und
die Anlage muß abgeschaltet werden.
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Wie schon erwähnt, können diese Maßnahmen sowohl auf der Gleichrichter-
als auch auf der Wechselrichterseite getroffen werden. Sofern sie nur auf einer
Seite notwendig ist, muß von Fall zu Fall entschieden werden, ob die Gleich- oder
die Wechselrichterseite hierfür geeigneter ist. Die Abschaltung und Überbrückung
bei Störungen muß nicht auf die Hälfte ausgedehnt werden. Es ist auch möglich, einen
geringeren Teil, z. B. ein Viertel der Anlage, zu überbrücken und den Betrieb mit
drei Viertel weiterzuführen. Die Spannungen auf beiden Seiten des Nullpunktes werden
dann meist verschieden hoch sein.