Transientes Verhalten des rotierenden Erregersystems von Kraftwerksgeneratoren bei elektrischen Störfällen

Abstract

Zur Spannungsversorgung der Synchrongeneratoren in Kraftwerken werden je nach Leistungsanforderung und Baukonzept unterschiedliche Erregereinrichtungen verwendet. Das Erregersystem des Generators, das in der Regel aus Erregersynchronmaschinen und Gleichrichtern besteht, wurde bis jetzt in konventionellen Modellen durch regelungstechnische Blöcke mit nichtlinearen Kennlinien nachgebildet, die das Klemmenverhalten des Generators gut, aber die dynamischen Vorgänge innerhalb der Erregermaschinen nur zum Teil und mit groben Näherungen nachbilden können. Deshalb war es bisher nicht möglich, die Belastung der einzelnen Komponenten der Erregereinrichtungen und physikalische Kenngrößen innerhalb des Erregersystems zu bestimmen. In dieser Arbeit wurde eine bürstenlose Erregerausführung für den Synchrongenerator am Netz untersucht, bei der die Erregereinrichtung aus zwei Synchronmaschinen als Haupt- und Hilfserreger und zwei Gleichrichterbrücken besteht. Zur Durchführung dieser Untersuchung wurde ein dynamisches Simulationsmodell entwickelt, mit dem die Wechselwirkungen zwischen Netz, Generator und Erregereinrichtung unter Berücksichtigung elektromagnetischer und galvanischer Kopplung berechnet werden können. Hierzu werden die oben genannten regelungstechnischen Blöcke durch physikalische Komponenten des Erregersystems, wie elektrische Erregermaschinen und Gleichrichter, ersetzt. Die Studie wurde mithilfe des Siemens-Programms NETOMAC durchgeführt, in dem tief gehende Erweiterungen vorgenommen wurden, um Maschinen und Netz mit unterschiedlichen Frequenzen miteinander zu verbinden. Mit diesem Simulationsmodell konnten Erkenntnisse über die Beanspruchung einzelner Bauelemente der Erregereinrichtung bei inneren und äußeren Fehlern gewonnen werden. Insbesondere wurden die Beanspruchungen in Wicklungen und Gleichrichtern bestimmt, wobei es sich hier vorwiegend um messtechnisch unzugängliche Ströme und Spannungen handelte. Dank dieses erreichten Resultats kann die Erregereinrichtung im Hinblick auf ihre Ausfallsicherheit wesentlich genauer dimensioniert, und die eingesetzten Schutzeinrichtungen können besser eingestellt werden. Ein wichtiges Ergebnis dieser Dissertation ist die Erfassung sämtlicher dynamischer Vorgänge zwischen Erregermaschinen, Gleichrichtern, Generator und Netz, die sowohl durch äußere als auch innere Störfälle angeregt werden.