2. Mitwirken
3. Normenausschüsse
4. DKE

DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Einführungsbeitrag

Stromrichterstationen für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, im Folgenden kurz HGÜ-Stationen genannt, sind recht komplexe Anlagen der Übertragungstechnik. Ihre Bestandteile werden üblicherweise kategorisiert in die Gruppen Thyristorstromrichter, Transformatoren und Glättungsdrosseln, Drehstromschaltanlagen, Drehstromfilter und Blindleistungskompensation, Hilfsbetriebe, Gleichstromfilter, Gleichstromschaltanlage, Erdelektrode und Steuerung, Regelung, Schutz (Bild). Zur letzteren Gruppe gehören auch die Einrichtungen zur Kommunikation mit der Gegenstation. Schließlich muss bei Fernübertragungen noch die Übertragungsleitung (Kabel) betrachtet werden.
Alle Anlagenteile werden im Zuge der Gesamtauslegung entsprechend den Systemanforderungen bemessen, wobei für Einzelkomponenten in der Regel die jeweils anwendbaren IEC-Normen zugrunde gelegt werden. Nach der Montage vor Ort muss dann sichergestellt werden, dass alle Anlagenteile in den Stromrichterstationen ordnungsgemäß zusammenarbeiten und die Funktionalität des Gesamtsystems der Spezifikation entspricht. Dazu sind während der Bauphase und im Laufe der Inbetriebnahme umfangreiche Prüfungen erforderlich. Um hinsichtlich der notwendigen Prüfungen Transparenz zu schaffen und ein strukturiertes Vorgehen zu ermöglichen, hatte das CIGRE-Studienkomitee B4 "HGÜ und Leistungselektronik" im Jahre 1995 eine Broschüre veröffentlicht, in der die Prüfungen im Einzelnen aufgelistet und beschrieben werden. Das IEC/SC 22F "Leistungselektronik für elektrische Übertragungs- und Verteilungssysteme" hatte auf seiner Sitzung in Montreal (Kanada) im Jahr 2003 beschlossen, diese Broschüre als Vornorm in Form einer PAS (Publicly Available Specification) mit doppeltem Logo (CIGRE und IEC) in das Arbeitsprogramm aufzunehmen. Die Publikation IEC/PAS 61975 "Systemprüfungen für Hochspannungs-Gleichstrom-(HGÜ-)Anlagen" mit 150 Seiten wurde im August 2004 veröffentlicht. Derzeit läuft das Umfrageverfahren bei den Nationalen Komitees zu der Frage, ob auf Basis dieser PAS eine Internationale Norm erarbeitet werden soll. Dies müsste innerhalb sechs Jahre geschehen, weil die PAS ansonsten zurückgezogen wird.
Die Systemprüfungen werden gegliedert in Prüfungen beim Hersteller, Prüfungen der Stromrichter, Übertragungsprüfungen, Prüfung des stationären Verhaltens und der Beeinflussungen, Betriebs- und Integrationsprüfungen und den Probebetrieb. IEC/PAS 61975 enthält zusätzlich Hinweise zum Gestalten der notwendigen Prüfpläne und der gesamten Prüfdokumentation.
Gemäß IEC/PAS 61975 sollen die Systemprüfungen bereits vor der Montage und Inbetriebnahme der HGÜ-Stationen beginnen, und zwar mit den so genannten "off-site tests" für das Regelungs-, Überwachungs- und Schutzsystem. Dies erfolgt beim Hersteller mittels eines Systemsimulators. Es soll das stationäre und dynamische Verhalten der Regelkreise eingestellt werden; dabei werden die Ergebnisse der vorher durchgeführten Studien zum Gesamtsystem, zur Auslegung der Regelung und zur Schutzkoordination zugrunde gelegt. Anschließend wird, ebenfalls am Simulator, eine Funktionsprüfung des Gesamtsystems durchgeführt; dabei sollen sowohl normale Betriebsabläufe, wie z. B. Sollwertänderungen und Schalthandlungen, als auch Störungen wie Redundanzausfall, Ausfall der Hilfsenergie oder verschiedene Fehler im Leistungsteil und in den angeschlossenen Netzen simuliert und das korrekte Verhalten der Regel- und Schutzeinrichtungen nachgewiesen werden. In diesem Zusammenhang kann auch ein Teil der Typprüfungen an den Regel- und Schutzeinrichtungen vorgenommen werden, um nachzuweisen, dass die Geräte immun sind gegen elektromagnetische Beeinflussungen und bei Änderungen der Umgebungsbedingungen und der Versorgungsspannung im vorgegebenen Rahmen korrekt funktionieren.
Nach der Montage der HGÜ-Station sollen im Rahmen der Prüfungen der Stromrichter zunächst die einzelnen Anlagenteile jedes für sich an Spannung gelegt und ihre Schutzeinrichtungen überprüft werden. Anschließend soll die gesamte Station bei abgetrennter Übertragungsleitung betrieben und Gleichspannung im Leerlauf erzeugt werden, um die Isolation der Gleichspannungsseite zu überprüfen. Diese Prüfung dient auch dem Nachweis, dass die Fußpunktelektronik der Stromrichterventile ordnungsgemäß funktioniert und diese selbst zuverlässig einschalten. Danach ist eine Belastungsprüfung der Station durchzuführen; dazu werden die beiden Pole der Station (im Falle eines bipolaren Systems) im Kreisbetrieb gefahren - ein Pol als Gleichrichter, der andere als Wechselrichter. Alternativ kann die Prüfung auch mit nur einem Pol im Kurzschlussbetrieb stattfinden (z. B. bei monopolaren Systemen). Schließlich soll noch eine Leerlaufprüfung mit angeschlossener Übertragungsleitung (Kabel), aber abgetrennter Gegenstation durchgeführt werden, und das an jedem Ende der Übertragung.
Im Anschluss an die Prüfungen der Stromrichter sollen die Übertragungsprüfungen (end-to-end tests) vorgenommen werden. Dabei sind alle Konfigurationen, Schalt- und Betriebszustände zu erproben. Um mögliche negative Auswirkungen auf die Geräte und die angeschlossenen Netze bei Fehlern einzuschränken, sollen die Prüfungen bei niedriger Leistung gefahren werden. Außerdem sollen komplexe oder kritische Vorgänge (z. B. mit Schutzauslösen) vorher im Trockenlauf getestet werden. IEC/PAS 61975 enthält ein detailliertes Flussdiagramm für alle durchzuführenden Übertragungsprüfungen.
Die nächste Stufe der Systemprüfungen ist die Überprüfung des stationären Betriebs und der Beeinflussungen. Die Prüfungen sollen im gesamten Betriebsbereich bis zu Überlast durchgeführt werden und aufzeigen, dass die folgenden Parameter innerhalb der festgelegten Grenzen liegen: Oberschwingungen auf der Drehstrom- und Gleichstromseite, Geräuschentwicklung, Erwärmung der Komponenten, elektromagnetische Beeinflussung und Funktion der Erdelektrode, falls vorhanden. Diese Prüfungen müssen neben den Betreibern der verbundenen Drehstromnetze mit all jenen koordiniert werden, die durch den Betrieb des HGÜ-Systems beeinflusst werden können, z. B. Telefongesellschaften, Betreiber von Rohrleitungssystemen, Eisenbahngesellschaften.
Als letzte Stufe vor dem Probebetrieb sollen Betriebs- und Integrationsprüfungen durchgeführt werden. Zweck dieser Prüfungen ist, die Auswirkung von Änderungen in der Konfiguration des HGÜ-Systems, von Aktionen der Regelung, von Telekommunikationsverlust, von Schalthandlungen an drehstromseitigen Komponenten und von provozierten drehstrom- und gleichstromseitigen Fehlern (z. B. Kurzschlüssen) zu demonstrieren. Ziel ist vor allem ein Feinabstimmen aller Systemparameter und Systemfunktionen im verbundenen Betrieb von HGÜ-System und Drehstromnetzen.
Am Schluss der Systemprüfungen soll eine Periode des Probebetriebs von zwei bis vier Wochen stehen, in der das System vom Personal des Eigentümers bestimmungsgemäß betrieben wird. Während dieser Zeit sollen keine erzwungenen Abschaltungen durch Fehlverhalten der HGÜ-Komponenten vorkommen. Ist diese Phase erfolgreich abgeschlossen, ist das System bereit für den kommerziellen Betrieb.
In IEC/PAS 61975 wird detailliert aufgelistet, welche Dokumentation über das HGÜ-System, die durchgeführten Systemstudien, das Prüfprogramm und die Prüfergebnisse erstellt werden soll. Diese Liste, wie überhaupt die gesamte PAS konsolidiert die Erfahrungen vieler namhafter HGÜ-Anwender und -Hersteller, die ihr Wissen in die ursprüngliche CIGRE-Arbeitsgruppe eingebracht haben. ((Bild))