DE3005950C2 - Einrichtung zur Synchronisierung und Spannungsregelung für Netze, die über eine Kurzschlußschutzeinrichtung gekuppelt sind - Google Patents

Description

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Die Erfindung befaßt sich mit einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Die heutigen Leistungen von Bordnetzen auf Wasserfahrzeugen, insbesondere Offshore-Fahrzeugen, haben in vielen Fällen bereits die Grenzleistung überschritten, die durch das Einschaltvermögen der Schutzschalter im Niederspannungsbereich gegeben ist. Diese Grenzleistung von Bordnetzen von 5—6 MVA muß aber noch niedriger angesetzt werden wegen der kompakten Bauweise mit relativ kurzen Kurzschlußbahnen. Die naheliegende Lösung, zwei getrennte E-Werke für das Bordnetz vorzusehen, scheitert ebenso an der Wirtschaftlichkeit wie der Einsatz eines Mittelspannungsnetzes. Vergl. Jahrbuch der STG 67. Band 1973 »Mittelspannungsbordnetze« von A. Wagerin.

Auch ist eine Kurzschlußstrom-Begrenzung in Niederspannungs-Bordnetzen bekannt, wie aus dem ,Calor-Emag-Mitteilungen 1«, 1965 »Betrachtungen über die Anwendung von Is- Begrenzern in Drehstromanlagen« von C. Böttger hervorgeht Diese zwischen zwei F-Werken angeordneten Schalter haben den Mangel, daß nach Auslösung des Schalters Reserve-Schalteinsätze montiert werden müssen und damit kein Verbundbetrieb der E- Werke möglich ist.

Es ist ferner eine Kupplungsanordnung für zwei elektrische Netze aus der DE-AS 20 14 908 bekannt, die über die Primärwicklung eines Reihentransformators miteinander verbunden sind. An die Sekundärwicklung dieses Transformators ist ein Paralleltransformator gelegt der eine Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklung aufweist Der Primärwicklung des Paralleltransformators ist eine Induktivität der Sekundärwicklung eine Kapazität in Reihe und der Tertiärwicklung eine Schaltvorrichtung parallel zugeordnet Durch Einschalten dieser Schaltvorrichtung wird die Tertiärwicklung kurzgeschlossen, wodurch eine Summierung der Impedanzen und eine Strombegrenzung im Kruzschlußfall bewirkt wird. Im normalen Betriebsfall kann durch diese Anordnung die Impedanz des Reihentransformators verringert werden. Wenn die Netze außer Tritt fallen, werden sie über Kuppelschalter voneinander getrennt Ein erneutes Zusammenschalten ist nur nach einem Synchronisiervorgang möglich. Ein erheblicher Mangel muß allerdings in dein größeren technischen Aufwand gesehen werden.

In der US-PS 32 13 362 wird eine Phasenvergleichsschaltung beschrieben, wie sie bei der Einschaltung größerer Schalteinheiten oder für Synchronisieningsmaßnahmen verwendet wird. Vor und hinter einem offenen Kuppelschalter zwischen zwei Netzen werden gleiche Phasen an die Primärwicklung je eines Transformators gelegt dessen Sekundärwicklung mit je einer Halbleiterbrücke mit einer Zenerdiode in der Brückendiagonalen verbunden ist. Eine weitere VoII-weg-Gleichrichterbrücke, ein Potentiometer in einer Station und ein Strommesser in einer anderen Station vervollkommnen die Anordnung. Insbesondere ist diese Vergleichsschaltung für die Ferneinschaltung eines Netzkuppelschalters gedacht

Schließlich ist aus der DE-AS 27 10 625 eine Kurzschlußschutzeinrichtung für Bordnetze großer Leistung bekannt bei dem mehrere Generatorgruppen auf eine Sammelschiene arbeiten, in die zwischen den Gruppen ein Stromtransformator mit seiner Primärwicklung gelegt ist und in dessen Sekundärkreis ein elektronischer Schnellschalter mit parallelem ohmschen Widerstand angeordnet ist der bei Überschreiten eines Grenzstromes in den Stromkreis geschaltet wird. Mit dieser Einrichtung ist aber ein synchroner Betrieb der Generatorgruppen nach einem Kurzschluß, der die Dauer von ca. 150 ms übersteigt nicht mehr gewährleistet

Hier setzt die Erfindung ein, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisier- und Spannungsregeleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei geringem technischen Aufwand den Einsatzbereich der vorerwähnten Kurzschlußschutzeinrichtung wesentlich erweitert und ihre Funktion verbessert

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale vorgesehen. Damit wird eine wirtschaftliche und technisch weniger aufwendige Einrichtung geschaffen, da bisher nur ein teueres Hochspannungs-Bordnetz zur Lösung dieses Problems für ausreichend gehalten wurde. Die Grenzleistung des Netzes kann mit der Einrichtung nach der Erfindung nahezu verdoppelt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. Von den vier Generatoren G1 bis G 4 sind je zwei G1, G 2 und G 3, G 4 zu einer Gruppe vereinigt Die Generatoren speisen über Generatorschutzschalter Sl bis 54 eine gemeinsame Sammelschiene B. Von der Sammelschiene B führen Leitungen Vl bis V4 zu den angeschlossenen Verbrauchern. In

diesen Abgängen sind ebenfalls Selbstschalter vorgesehen.

In der Sammelschiene B sind ein Kuppelschalter K und eine Kurzschlußsehutz- Einrichtung E angeordnet Diese besteht aus einem Stromtransformatcr Tr, dessen Primärwicklung von dem Sammelschienenstrom durchflossen wird. Der Sekundärstrom wird über eine Drehstromdiodenbrücke GX gleichgerichtet und mit einem Thyristorschalter 55 im Normalfall kurzgeschlossen. Parallel zum Schalter S 5 ist ein Widerstand R1 gelegt Im normalen Betrieb arbeitet der Stromtransformator ohne Last mit minimalen Kurzschlußverlusten. Der Spannungsabfall im Netz, also vor und hinter dem Stromtransformator ist sehr gering, der Wirkwiderstand des Transformators ist klein.

Parallel zur Primärwicklung des Stromtransformators Tr ist ein Widerstandsteiler, bestehend aus den Widerständen R2\ und Λ22 vorgesehen. An einem Mittenabgriff zwischen den beiden Widerständen kann die Spannung Um abgenommen werden. An die Anschlußklemmen des Widerstandteilers ist ebenfalls ein Phasenmeßgerät Ph gelegt, dessen Funktion später erläutert wird.

Die Ist-Spannung U_Kl wird einer Vergleichsstelle 1 zugeführt und mit der Soll-Spannung U₅₀Ii verglichen. Eine Spannungsabweichung wird im Block 2 ausgeregelt und als Erregerstrom-Sollwer* einem weiteren Vergleichsglied 3 zugeführt. Eine Erregerstromabweichung steht an einem Stromregler 4 an und wird über eine Impulsformerstufe 5 den Erregerwicklungen der Generatoren G 3 und G 4 zugeführt.

Im folgenden soll die Wirkungsweise der Einrichtung erläutert werden. Es wird vorausgesetzt, daß in der Ausgangsleitung Vl ein Kurzschluß eingetreten ist und daß jede Generatorgruppe einen Leitgenerator aufweist Im Kurzschlußfall wird mit Erreichen des zweifachen Nennstromes in der Sammelschiene B der Thyristorschalter 55 in etwa 50 μ s abgeschaltet und der Strom auf den Widerstand R 1 kommutiert Dieser gleichsam in die Sammelschiene eingekoppelte Widerstand begrenzt den zur gestörten Generatorgruppe fließenden Strom. Als ohmscher Anteil des Kurzschlußstromes in der gestörten Generatorgruppe wird er diesen unwesentlich erhöhen, verbessert aber den Kurzschlußstrom-Leistungsfaktor, so daß das Einschaltvermögen der Selbstschalter ansteigt Durch den eingekoppelten Widerstand R 1 werden die Generatorgruppen teilweise gekuppelt, so daß eine Phasenverschiebung stattfindet, weil der Wirkstromausgleich die Lastwinkel der Generatorgruppen gegensinnig laufen läßt Das Phasenmeßgerät Ph gibt bei Phasengleichheit in gleichen Phasen der Generatorgruppen ein Zündsignal an den Schalter 55. Da die Kupplung der Netze innerhalb weniger μ Sekunden erfolgt ist es nicht erforderlich, Schaltereigenzeiten zu berücksichtigen.

Ein synchroner Weiterlauf im Verbundbetrieb ist selbst dann möglich, wenn ein Kurzschluß längere Zeit, d h. bis zur Auslösung der Generatorschalter angestanden hat Bei eingeschaltetem Widerstand R1 wird die Phasenlage einer Phase beider Generatorgruppen überprüft Durch die Widerstandsentkopplung der Generatorgruppen tritt auch hier ein Wirkstromausgleich auf, der die Lastwinkel der Generatoren gegensinnig verändert und sehr schnell eine Phasengleichheit feststellt Dann wird der Schnellschalter 55 gezündet und der Widerstand herausgeschaltet. Versuche iiaben gezeigt daß sich eine Kurzschlußstrombedämpfung auf etwa 17% einstellt Eine Oberlagerung dieses Stromverlaufes mit dem der ungestörten rechten Generatorgruppe nach der Figur ergibt einen Gesamtstromstoß des E-Werk-Verbundes mit Strombedämpfung von ca. 58% des Stromstoßes ohne Bedämpfung.
Für diese Belastung ist das Einschaltvermögen der Schalter in den Abgängen zu den Verbrauchern ausreichend.

Die Versuche haben ebenfalls ergeben, daß die Momentenbeanspruchung der auf den Kurzschluß direkt speisenden Generatorgruppe und der über die Primärwicklung des Stromtransformators speisenden Generatoren annähernd gleich ist und sich ein Polradwinkelunterschied von nur wenigen °el einstellt, der einen synchronen Betrieb nach der Freischaltung des Kurzschlusses gewährleistet.

Schließlich soll mit der Erfindung eine gemeinsame Spannungsregelung bei gekuppelten Generatorgruppen erfolgen. Hierfür wird der Istwert der Spannung Ui₅₁ von der Mittenanzapfung an der Primärwicklung des Stromtransformators oder ersatzweise von dem künstlichen Mittelpunkt zwischen den Widerständen R 21 und R22 abgenommen. Dieser Spannungsweri wird einer Vergleichsstelle 1 zugeführt, an der ein Spannungs-Sollwert Usoii ansteht. Eine bestehende Spannungsabweichung wird in einem Block 2 ausgeregelt und als Sollwert für den Erregerstrom ;>«,« für die Generatoren ausgegeben. Diesem Wert steht im Vergleichsglied 3 der Erregerstrom-Istwert /> ,« gegenüber. Eine Stromabweichung wird im Regler 4 ausgeregelt und über einen Impulsformer 5 an die Erregerwicklungen der Generatoren G 3 und G 4 weitergeleitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Synchronisier- und Spannungsregelungseinrichtung für ein elektrisches Netz großer Leistung, die einen synchronen Weiterlauf des Netzes nach einem s Kurzschluß gestattet, wobei mehrere in Gruppen zusammengefaßte Generatoren auf eine gemeinsame Sammelschiene mit Verbraucheranschlüssen arbeiten, wobei in die Sammelschiene zwischen den Gruppen ein Kuppelschalter und eine Kurzschluß-Schutzeinrichtung eingebaut sind, die einen Stromtransformator mit einer Primärwicklung aufweist, in dessen Sekundärkreis ein Thyristorschalter mit parallelem ohmschem Widerstand angeordnet ist, der bei Oberschreiten eines Grenzstromes in den is Sekundärkreis einschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Stromtransformators (Tr) einen Mittenabgriff aufweist, an dem im ungestörten Betrieb ein Spannungs-Istwert (Um) für eine Spannungsregelung abgreifbar ist, und daß eine Phasenmeßeinrichtung (Ph) vorgesehen ist, die nach einer Kurzschlußfortschaltung die Phasenlage einer Phasenspannung der Generatorgruppen Gl, G 2; G 3, G 4 ermittelt und daß bei Phasengleichheit durch Ausschalten des Parallelwiderstandes (R 1) eine Synchronisation der Generatorgruppen erfolgt

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Synchronisierung der Generatorgruppen nach dem Schließen des Kuppelschalters K durch Überwachung einer Phasenspannung der Generatorgruppen G1, G 2; G 3, G 4 und Zündung des Thyristorschalters 55 vornehmbar ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabgriff an der Primärwick- lung des Stromtransformators Tr durch einen Widerstandsteiler R2i,R22 gebildet ist