11.07.2019

PQ liefert 75 kV Einschaltstrombegrenzungs-widerstand für einen Gleichrichtertransformator


In ländlichen Regionen weit entfernt von den energieerzeugenden Kraftwerken sind die Netzbedingungen mit Blick auf die Netzkurzschlussleistung meistens sehr schwach. Dadurch sind die Netze sehr empfindlich insbesondere für transiente Vorgänge (z.B. Einschaltvorgänge).

Die Herstellung sowie die Weiterverarbeitung von chemischen Produkten ist in der Regel mit dem Betrieb von leistungsstarken Elektrolysesystemen verbunden. Typischerweise arbeiten diese Elektrolysen mit einer Gleichspannung (DC) von <1000V und werden mit Betriebsströmen, welche im Bereich von einigen kA bis zu 3-stelligen kA-Bereich liegen, betrieben. Die daraus resultierende Leistungsaufnahme liegt somit im MW-Bereich. Zum elektrischen Teil der Elektrolyse gehören dann noch die leistungsstarken Gleichrichter sowie die entsprechenden Gleichrichtertransformatoren.

In diesem speziellen Projekt erweiterte unser Kunde sein bestehendes Werk um eine neue Gleichrichtereinheit mit einer Gesamtleistung von 57.2 MVA. Nachdem das gesamte Equipment installiert war, stand die Erstzuschaltung des Gleichrichtertransformators auf dem Programm. Aufgrund der elektrischen Eigenschaften des Transformators sowie des relativ schwachen 75 kV Netzes führte der Einschaltvorgang zu unerwartet hohen Einschaltströmen, die im Bereich von ca. 3000 A lagen. Damit war dieser Wert um ein 5-faches höher als zugelassen. Um den Einschaltvorgang netzfreundlicher zu gestalten, entschied unser Kunde im ersten Schritt den Austausch des Standardleistungsschalters gegen einen so genannten „Point-of-Wave“ Schalter. Leider brachte diese Maßnahme nicht die gewünschten Resultate und schlussendlich wurde Kontakt zur PQ aufgenommen, die für diese speziellen Themen schon einige erfolgreiche Referenzen vorweisen konnte.

Zu Beginn erstellte PQ eine sehr umfangreiche Netzstudie, um die vom Kunden gemessenen Einschaltströme zu reproduzieren. Im Ergebnis dessen wurde vorgeschlagen einen Einschaltstrombegrenzungswiderstand (incl. By-Pass Schalter) in Reihe zu der 75 kV Primärwicklung des Gleichrichtertransformators zu schalten.

Da diese zusätzliche Installation von Beginn an nicht im Yard-Layout vorgesehen war, wurde die Festlegung des mechanischen Designs zu einer echten Herausforderung. Zudem kam die klare Anforderung vom Kunden, dass die bestehende 75 kV Sammelschiene nicht umgebaut/erweitert werden darf.

Nach einer sehr aufwändigen Engineeringphase konnte PQ eine Lösung für das Problem präsentieren, die in das bestehende Yard passt. Der Reserveleistungsschalter wurde nicht benötigt und steht für den Anschluss des zukünftigen Oberschwingungsfilters nach wie vor zur Verfügung.

Da der Kunde die 75 kV Sammelschiene nur 2-3 mal pro Jahr für Wartungszwecke abschaltet, war der Zeitplan zwischen Auftragsvergabe und Inbetriebsetzung sehr anspruchsvoll. PQ erhielt den Auftrag im November 2018 mit der klaren Zielstellung im Mai 2019 in Betrieb zu gehen. Der Lieferumfang umfasste nicht nur die reine Lieferung der Widerstände, sondern auch das komplette Engineering (detaillierte Ansichtszeichnungen, Schaltungsbücher, Koordination der Bauarbeiten vor Ort).

Die jahrelange Erfahrung des PQ-Team´s mit komplexen und aufwändigen Projekten war letztlich der Schlüssel zum Erfolg, so dass das Projekt im geforderten Zeitrahmen geliefert und installiert wurde.

Vor der alles entscheidenden Zuschaltung des Transformators überprüften die Inbetriebsetzungsingenieure von PQ ein letztes Mal die gesamte Installation einschließlich der notwendigen Schutz- und Steuereinrichtungen. Um die Performance der Anlage zu demonstrieren, wurde ein entsprechendes Messgerät installiert. Damit wurde der Eischaltvorgang dokumentiert und die Funktion nachgewiesen. Die Messungen bestätigten die in der Studie berechneten Stromwerte von ca. 500 A. Somit wurde der Einschaltstrom um Faktor 6 reduziert, was ebenso eine signifikante Reduzierung des Spannungseinbruchs zur Folge hatte.

Am Ende konnte sich das Inbetriebsetzungsteam von einem überglücklichen und sehr zufriedenen Kunden vor Ort verabschieden. Die Anlage erhielt im Nachgang die Freigabe für den Betrieb am öffentlichen 75 kV Netz vom lokalen Energieversorger.

R.Rund@reinhausen.com  
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