DE3213793A1 - Einrichtung zum schutz gegen kurzschluesse in bordnetzen grosser leistung - Google Patents

Description

• "Einrichtung zum Schutz gegen Surzschlüsse in Bordnetzen
• großer Leistung" Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz gegen Kurzschlüsse in Bordnetzen großer Leistung gemaß dem Oberbegriff des Hauptanapruches.
• Es ist eine Kurzschlußschutzeinrichtung für Bordnetz großer Leistung aus der DE-AS 27 10 625 bekannt, bei denen mehrere zu Gruppen zusammengefasste Generatoren auf eine Sammelschiene arbeiten, an der die Verbraucher angeschlossen sind. Zwischen den Generatorgruppen ist in die Sammelachiene ein Stromtransformator mit seiner Primärwicklung eingefügt, in dessen Sekundärkreis ein elektronischer Leistungsschalter mit einem parallelen ohmschen Widerstand angeordnet ist. Bei Überschreiten eines Grenzatromes wird dieser Widerstand in den Kreis einige schaltet. Der Leistungsschalter überbrückt zeitgesteuert nach Abklingen des subtransienten Ausgleichsvorganges den aus mehreren Teilwiderständen bestehenden ohmschen Widerstand ganz oder teilweise. Die Zünd- und Löschsignale für den Leistungs schalter liefert eine Überwachungseinrichtung. Ein Vorteil dieser Kurzschlußschutzeinrichtung ist darin zu sehen, daß nach der Kurzschlußabschaltung die geatörte Generatorgruppe sofort wieder synchronen Betrieb mit der ungestdrten Gruppe aufnehmen kann. Ein wesentlicher Nachteil besteht in dem größeren Platzbedarf und hdherem Gewicht für den Stromtransfcrmator und den Gleichrichter.
• Es Verbesserung dieser Kurzschlußschutzeinrichtung ist in DE-OS 30 05 950 vorgeschlagen worden, dadurch, daß eine Einrichtung zum Synchronisieren und Einregeln einer konstanten Spannung für eine solche Stromerzeugungsanlage vorgesehen wurde. Dafür wurde die Primärwicklung des Stromtransformators mit einem Mittenabgriff versehen, an dem im ungestdrten Bestreb ein Spannungs-Istwert für eine Spannungsregelung abgreifber ist. Eine Phasenmeßeinrichtung ermittelt nach der Kurzschlußfortschaltung die Phasenlage der Phasenspannungen der Generatorgruppen und führt bei Phasengleichheit durch Ausschalten eines Parallelwiderstandes eine Synchronisation herbei. Zwar kann hierdurch die Grenzleistung des Netzes wesentlich erhöht werden, der technische Aufwand für Stramtransformator und Gleichrichter ist nach wie vor notwendig.
• Schließlich ist ein Verfahren bekannt, Kurzschlußströme über @@@@@drosseln zu bedämpfen. Durch die dauernd eingeschalteten inseln wird das Netz jedoch weich und führt zu ständigen Verlusten. Kurzschlußspannung und Verluste steigen mit dem Grad der Dämpfung an. Auch ist ein grdßerer Spannungsunterschied zIr:-ch en den Generatorgruppen bei einem Strom in der Überleitung vorhanden. Dadurch kann es zu ungleicher Blindlestverteilutg kommen.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Stromerzeugungsannge der eingangs beschriebenen Art eine Kurzschlußschutzeinrichtung zu schaffen, die ein schnelles Entkoppeln der parallel enden Generatoren im Störungsfall und einen anschließenden Parallellauf bei minimalem Spannungsabfall über den Leistung schalter im Normalbetrieb gewährleistet.
• Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die im Hennzeichen des Hauptanspruches erwehnten Merkmale eingesetzt Weiterbildungen dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Gegenüber den bekannten Längsdrosseln führt die Einrichtung nach der Erfindung zu einem steifen Netz und geringen Verlusten Die Spannungsunterschiede zwischen den Teilnetzen sind auch unter Last vernachlässigbar klein. Eine gute Blindlastverteilung und eine Bedämpfung im St6rungsfall auf etwa den Nennstrom sind möglich.
• Gegenüber dem bekannten Stromtransformator mit Gleichrichter zeichnet sich der Anmeldungsgegenstand durch geringere Kosten, kleineren Platzbedarf und einen geringeren Spannungsabfall aus. Bei einer Bedämpfung des Üherstromes mittels einer Induktivität ist auch eine Grobsynchronisierung möglich.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen Figur 1 einen elektronischen Leistungsschalter mit Parallel-Induktivität zwischen den Generatorgruppen, Figur 2 den elektronischen Leistungsschalter mit einem parallelen ohmschen Widerstand, Figur 3 eine verbesserte Löschkreisversorgung für den elektronischen Leistungaschalter, Figuren 4 - 7 den Einsatz von elektronischen Leistungsschaltern in sternpunktfreien und in Netzen mit herausgeführtem Sternpunkt.
• Nach Figur 1 speist eine erste Gruppe von Generatoren G1.1 und G1.2 über Generatorschalter S1.1 und 51.2 eine Sammelschiene 81 Eine zweite Gruppe von Generatoren E2.1 und G2.2 speist über Generatorschalter S2.1 und S2.2 einen weiteren Sammelschienenabschnitt 82. Die Sammelschienenabschnitte 81 und 82 sind über einen Kuppelachalter K miteinander verbindbar. Von den Sammelschienenabschnitten zweigen Verbraucherleitungen V1 und V2 ab.
• In Reihe mit dem Kuppeischalter K lieqt ein elektronischer Leistungsschalter ELS, der die antiparallel geschalteten Hauptthyristoren TH1 und TH2 mit in Reihe liegenden Gleichstromwandlern f1 und f2 sowie Vordrosseln LH1 und LH2 aufweist. Parallel hierzu liegt eine Induktivität I mit einer Anzapfung, in der eine parallele Thyristoranordnung T1 und T2 liegt. Unmittelbar über den Hauptthyristoren sind Löschkreise angeordnet, die aus den Löschthyristoren TL1, TL2, den Ldschdrosseln LL1, LL2 und Loschkondensatoren CLI und CL2 bestehen. Aufgeladen werden die Löschkondensatoren aus Trenntransformatoren ml und m2 über die Widerstände R1, R2 und Dioden D1 und D2.
• Die Sekundärwicklungen der Gleichstromwandler f1 und f2 sowie die Steueranschlüsse der Thyristoren sind an eine Überwachungseinrichtung Ü angeschlossen. Eine Phasenmeßeinrichtung EP erfasst die Phasen lage der Spannungen der Generatorgruppen und gibt bei Phasengleichheit ein entsprechendes Signal an die iberwachungseinheit U.
• Die Wirkungsweise des elektronischen Leistungsschalters ist folgende: Im ungestärten Parallel lauf der Generatorgruppen ist der Kupoelschalter K geschlossen und die Hauptthyristoren TH1 und TH2 erhalten ein Dauerzündsignal. Die Gleichstromwandler f1 und f2 erfassen den Gleichstrom in den jeweiligen Hauptzweigen und geben bei Auftreten eines Überstromes ein Signal an die Überwachungseinrichtung Ü. Diese veranlasst daraufhin die Sperrung des Zündstromea der Hauptthyristoren und gibt an den jeweils zugeordneten Löschthyristor ein Zündsignal. Dadurch wird der Hauptstrom auf die Paralleldrossel I kommutiert und auf Nennstrom begrenzt. Durch Zünden der antiparallel liegenden Thyristoren Tl und T2 kann auch nur ein Teil der induktivität I zur Strombedämpfung in den Stromkreis eingeschaltet werden.
• Nach Abklingen des subtransienten- und/oder transienten Ausgleichsvorgenges oder nach Wiederkehr der Spannung auf der gestörten Generatorseite wird die Induktivität I durch Zündsignale an die Thyristoren des Schalters ganz oder teilweise überbrückt. Diese Signale werden von der Überwachungseinheit Ü ausgegeben.
• Alternativ ist eine Phasenmeßeinrichtung als Einphasungs- und Synchronisiergerät vorgesehen, die nach der Fortschaltung des Kurzschlusses und Spannungswiederkehr die Phasenlage der Spannungen in den Generatorgruppen ermittelt und bei Phasengleichheit ein Ausgangssignal an die Überwachungseinrichtung Ü liefert, die ZündsignaLe an die Hauptthyristoren TH gibt.
• Der in die Sammelschiene eingeschaltete induktive Widerstand begrenzt den zur Strunk in einer Generatorgruppe fließenden Strom. Durch den induktiven Widerstand werden die Generatorgruppen teilweise gekuppelt, so daß eine Phasenverschiebung stattfindet, weil der Stromausgleich die Laatwinkel der Generatorgruppen gegensinnig laufen lässt. Die Phasenmeßeinrichtung gibt bei Phasengleichheit in gleichen Phasen der Generatorgruppen ein Signal an die Überwachungseinrichtung zur Abgabe eines Zündsignals. Da die Kupplung der Netze innerhalb weniger P sec erfolgt, ist es nicht erforderlich, Schaltereigenzeiten zu berücksichtigen.
• Mit dieser Anordnung ist auch eine Grobsvnchronisierung der Generatorgruppen möglich, wenn nach Schließen des Kuppelschalters K die Spannung in einer Phase der Generatorgruppen über- wacht und durch ein entsprechendes Signal an die Überwachungseinrichtung die Thyristorschalter gezündet werden.
• Anstelle der in Figur 1 dargestellten Induktivität kann auch nech Figur 2 ein ohmscher Widerstand R parallel zu den Hauptthyristorkreisen gelegt werden. Dieser Widerstand R ist dann so zu bemessen, daß die Momentbelastung der direkt vom Kurzschluß betroffenen Generatoren annähernd gleich der Momentbelastung der Generatoren ist, die über den ohmschen Widerstand den Kurzschluß speisen. Die gleichmässige Beaufschlagung der Generatoren gewährleistet, daß die Lastwinkel der am Kurzschluß ablauf beteiligten Stromerzeuger während der Ausgleichsvorgänge nicht auseinanderlaufen und damit den synchronen Weiterlauf gefährden.
• Da es durch größere relative Abweichungen der Lastwinkel voneinander auch zu gröberen Ausgleichsvorgängen zwischen den Generatorgruppen kommen kann, ist während dieser Vorgänge bis zum Intrittfallen der Generatoren ein Abschaltsignal vom Stromgrenzwertgeber her nicht erwünscht. Nach Überbrücken des ohmschen Widerstandes R bzw. induktivität 1 durch Zünden des Leistungsschalters werden zeitabhängig der Stromgrenzwert vorübergehend erhöht oder der Stromgrenzwertgeber gesperrt. Zeitabhängig wird der Stromgrenzwert wieder freigegeben. Sind zu diesem Zeitpunkt die Generatoren nicht in Tritt gefallen, weil durch etwaige unvorhergesehene Einflüsse die relative Lage der Laatwinkel zueinander einen synchronen Weiterlauf nicht zulässt, werden die anstehenden Strompendelungen vom Grenzwertgeber erfasst, und bei Erreichen des Stromgrenzwertes der elektronische Leistungaschalter geld acht. Der Widerstand R bzw. induktivität I bedämpfen dann so lange die Ausgleichsvorgänge, bis die Überwachungseinrichtung Ü ein dem abgeklungenen Stromwert proportionales Signal zur Abtrennung der pendelnden Generatorgruppe ausgibt.
• Um für die Aufladung der Ldschkondensatoren CL in den Löschkreisen des elektronischen Leistungsschalters unabhängig von fremden Spannungsquellen zu sein und trotzdem eine gesicherte Aufladung zu gewährleisten, können nach Fig. 3 Trenntransformatoren m3, m4 bzw. m5, m6 vorgesehen werden, die von beiden Generatorgruppen gespeist werden und denen jeweils ein Einweggleichrichter D3, D4 bzw. D5, D6 zugeordnet sind.
• Der vorbeschriebene elektronische Leistungsschalter ELS mit antiparallelen Hauptthyristoren braucht bei sternpunktfreien Netzen nur in (n-l) Phasen eingesetzt zu werden. Nach Figur 4 sind Leistungsschalter nur in den Phasen R und T angeordnet während die Phase S schalterfrei bleibt.
• Liegen dagegen Netze mit herausgeführtem Sternpunkt Mp vor, so ist gemäß Figur 5 in jeder Phase R, S und T je ein Schalter ELS vorzusehen. Der Sternpunktleiter Mp bleibt schalterfrei.
• Wird dagegen ein elektronischer Leistungsschalter verwendet, dessen antiparalleler Thyristor durch eine antiparallele Diode D ersetzt ist, so ist bei jeder Netzkonfiguration ein solcher Schalter in jeder Phase und im Sternpunktleiter vorzusehen.
• Die Figuren 6 und 7 zeigen entsprechende Beispiele.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Einrichtung zum Schutz gegen KurzschlUsse in Bordnetzen großer Leistung, bei dem mehrere zu Gruppen zusammengefesste Generatoren auf eine Sammelschiene arbeiten, an der die Verrauscher angeschlossen sind, wobei in die Sammelschiene zwischen den Generatorengruppen ein elektronischer Leistungsschalter angeordnet ist, der bei Überschreiten eines zuläso @igen Überleitungsstromes anspricht und den Strom auf einen Parallelwiderstand oder eine Parallelinduktivität kommutiertp dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter stromder zeitoesteuert nach Abklingen des subtransienten Ausleichsvorganges und/oder nach Spannungswiederkehr einen induktiven Parallelwiderstand, der eine Anzapfung mit einer @ntiparallelen Thyristoranordnung aufweist durch Zünd- und Löschsignale von einer Überwachungseinrichtung ganz oder teilweise überbrückt oder einen ohmschen Parallelwiderstand ganz herallsschaltet, und daß eine Phasenmeßeinrichtung vorgesehen ist, die nach Kurzschlußfortschaltung und Spannungswiederkehr die Phasenlage der Spannungen der Generatorgruppen ermittelt zur hei Phasengleichheit über die Überwachungseinrichtung die @@@@tthyristoren des Leistungsschalter zündet.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abklingen des subtransienten Ausgleichsvorganges der Leistungaschalter gelöscht bleibt und nur die Thyristoren gezündet werden, die mit einem Teil der Parallelinduktivix;at in Reihe geschaltet sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Zünden des Leistungsschalters und nach Überbrückung des Paralleiwiderstandes oder der Parallelinduktivität der Strom grenzwert vorübergehend in Abhängigkeit von einem Zeitsignal erhöht wird.
4. 4. Einrichtung nach Anapruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Zünden des Leistungsschalters und Überbrückung des Parallelwiderstandes oder der Parallelinduktivität der Stromgrenzwert vorübergehend, abhängig von einem Zeitsignal, gesperrt wird.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung nach der Kurzschlußfortschaltung und Zünden des Leistungsschalters auftretende Strompendelungen erfasst, bei Erreichen des Stromgrenzwertes und nach Ablauf des Zeitsignals ein Löschsignsl für den Leistungsschalter freigibt, wodurch der Parallelwiderstand oder die Paralleldrossel zur Strombedämpfung eingekoppelt wird
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung nach der Strombedämpfung ein dem Stromwert proportionales Signal zur Abschaltung der pendelnden Generatorgruppe ausgibt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Schließung eines Kuppelschalters durch Überwachung der Phasenspannungen der Generatorgruppen und Zündung des Thyristorschaltere eine Synchronisierung erfolgt.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung des parallelen ohmschen Widerstandes, daß die Drehmomentenbelastung der den Kurzschluß direkt speisenden Generatoren annähernd qleich ist derjenigen der den Kurzschluß über den Widerstand speisenden Generatoren.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Generatorgruppen, denen ein Leistungsschalter zugeordnet ist, den Ldschkondenaator im Löschkreis des Leistungsschalters über Trenntransformatoren aufladen, in deren Sekundärkreis jeweils eine Einweggleichrichtung vorgesehen ist.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsschalter mit antiperallelen Haupt thyristoren nur in (n-1) Phasen eines sternpunktfreien Netzes angeordnet ist.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsschalter mit antiparallelen Hauptthyristoren bei Netzen mit herausgeführtem Sternpunkt in jeder Phase vorgesehen ist.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsschalter mit Hauptthyristor und antiparalleler Diode in jeder Phase eines sternpunktfreien Netzes eingesetzt ist.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsschalter mit Hauptthyristor und antiparalleler Diode in Netzen mit herausgeführtem Sternpunkt in jeder Phase und im Sternpunktleiter angeordnet ist.