HGÜ-Station

Eine Stromrichterstation ist die Anlage bei einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), in der die Umwandlung von Drehstrom in Gleichstrom (und umgekehrt) erfolgt. Somit kann je nach Bedarf aus Gleichstrom Drehstrom und aus Drehstrom Gleichstrom gemacht werden. Eine Stromrichterstation beinhaltet neben dem Stromrichter stets auch

• eine Drehstromschaltanlage,
• Stromrichtertransformatoren,
• Oberschwingungsfilter und
• eine Gleichstromschaltanlage

Ansicht der Stromrichterstation der HGÜ Baltic-Cable in Kruseberg, Schweden

Bestandteile

Stromrichterhalle

Die Stromrichterhalle, auch Ventilhalle' (engl. valve hall) genannt, ist das Gebäude, in dem die Stromrichterventile (Thyristoren, bei älteren Anlagen auch Quecksilberdampfgleichrichter) untergebracht sind. Quecksilberdampfgleichrichter werden hierbei in der Stromrichterhalle auf Isolatoren aufgestellt, während Thyristorventile entweder auf Isolatoren aufgestellt oder an der Decke aufgehängt werden. Letzteres erfordert zwar eine stabilere Deckenkonstruktion, die Ventilkonstruktion kann aber ggf. Erdbeben besser überstehen als bei einem stehenden Aufbau. Häufig werden hierbei mehrere Ventilfunktionen in einem Element vereint (Thyristorturm). Neben der Stromrichterhalle befindet sich oft ein zusätzliches Gebäude, in dem die Ansteuerelektronik, Geräte für die Ventilkühlung und Ventilüberwachung, Einrichtungen für die Stromversorgung der Hilfseinrichtungen sowie Sozialräume untergebracht sind.

Da die Stromrichter im Betrieb eine hohe elektrische Spannung gegen Erde führen, darf die Stromrichterhalle während des Betriebs der Anlage nicht betreten werden. Im Regelfall ist daher, um einen Blick auf die Anlage werfen zu können, in dem Nebengebäude, von dem die Steuerung erfolgt ein Fenster vorgesehen. Da zahlreiche Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlagen ferngesteuert werden, sind auch häufig Fernüberwachungsgeräte installiert.

Bei manchen Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlagen, wie der HGÜ Cabora-Bassa wurden Stromrichterventile verwendet, die in ölgefüllten Behältern im Freien aufgestellt werden. Bei solchen Anlagen, die aber die Ausnahme darstellen, gibt es keine Stromrichterhalle.

Gleichstromschaltanlage

Die Gleichstromschaltanlage verfügt fast immer über eine Glättungsdrossel zur Glättung des Gleichstroms. Ihre Induktivität beträgt zwischen 0,1 H und 1 H. Die Glättungsdrossel kann als Luftspule oder als Spule mit Eisenkern ausgeführt sein. In letzteren Fall sieht sie ähnlich aus wie ein Hochspannungstransformator und wird wie ein solcher meist mit Öl gekühlt. Als Luftspulen ausgeführte Glättungsdrosseln ähneln in ihrer Bauart meist Trägerfrequenzsperrspulen in Hochspannungsleitungen, besitzen aber wesentlich größere Abmessungen. Sie sind wie diese meist auf Isolatoren montiert. Zur Gleichstromschaltanlage gehören auch stets Gleichstrom- und Gleichspannungsmesswandler. Luftdrosseln haben den Vorteil weniger Lärm zu erzeugen als Eisendrosseln. Hierfür kommen zum Gleichstromausgang in Reihe und parallel zu diesen liegende Transduktoren zum Einsatz. Gelegentlich werden auch noch spezielle Gleichstromfilter zur Elimination hochfrequenter Störsignale eingesetzt. Solche Filter sind insbesondere dann vonnöten, wenn auf der Gleichstromleitung eine Nachrichtenübermittlung nach dem Trägerfrequenzverfahren im Bereich zwischen 30 kHz und 500 kHz erfolgen soll oder wenn die Gleichstromleitung als Freileitung ausgeführt ist, die in unmittelbarer Nähe von Wohnhäusern vorbeiführt. Diese können passiver Natur, bestehend aus LC- oder aktiver Natur, bestehend aus einen über Übertrager und Schutzkondensatoren angekoppelten Verstärker sein, der ein zum Störsignal um 180 Grad phasenverschobenes Signal auf die Leitung gibt und somit die Störung wegregelt. Ein solches System wird auf der HGÜ-"Baltic-Cable" verwendet.

Stromrichter

Der Stromrichter ist bei allen seit Mitte der 70er Jahre in Thyristortechnik ausgeführt, wobei man, um den Aufwand für die Oberschwingungsfilter zu verringern, fast immer die 12pulsige Drehstrombrückenschaltung verwendet. Bei älteren Anlagen sind gelegentlich noch Quecksilberdampfgleichrichter im Einsatz. Während bei diesen jeder Gleichrichter einzeln aufgestellt ist, werden bei Thyristorstromrichtern 4 Stromrichterventile zu einem Modul, dem Thyristorturm zusammengefasst. Zur Realisierung eines kompletten Stromrichters sind also 3 Thyristortürme nötig. Die Thyristortürme können - je nach Bauart - in der Stromrichterhalle aufgestellt oder an der Decke aufgehängt werden.

Bei Anlagen die nicht mit Stromzwischenkreis sondern mit Spannungszwischenkreis betrieben werden, kommen anstatt Thyristoren zumeist IGBTs zum Einsatz. Bei diesen Anlagen unterscheidet sich der Aufbau des Stromrichters grundlegend von denen mit Thyristoren.

Stromrichtertransformatoren

Die Stromrichtertransformatoren dienen nicht nur zur Anpassung der Spannung des Drehstromnetzes an die der HGÜ, sondern auch durch die besondere Schaltung (Stern-Stern-Dreieck Schaltung) zur Elimination zahlreicher Oberschwingungen, sofern der Stromrichter in 12puls-Schaltung ausgeführt ist und nur in dieser Schaltung betrieben wird. Da die Windungen der Stromrichtertransformatoren ein Gleichspannungspotential gegen Erde führen, muss die Isolation der Windungen dieser Transformatoren besonders bemessen werden. Stromrichtertransformatoren können für Leistungen bis ca. 300 MVA als komplette Einheit realisiert werden. Für größere Leistungen sind aus transporttechnischen Gründen mehrere Einheiten möglich. Hierbei können entweder zwei dreiphasige Einheiten (mit 2 Windungen) oder drei einphasige Einheiten (mit 3 Windungen) verwendet werden. Letztere Variante hat den Vorteil, dass nur ein Transformatorentyp benötigt wird, was die Bereitstellung eines Ersatztransformators wirtschaftlicher macht. Da Stromrichtertransformatoren von einem stark oberschwingungshaltigen Strom durchflossen werden, erzeugen sie mehr Lärm als vergleichbare Transformatoren in normalen Umspannwerken, was bei ihrer Aufstellung zu beachten ist. Ein in Betrieb befindlicher Stromrichtertransformator erzeugt ein wesentlich "kernigeres" Geräusch als ein normaler Drehstromtransformator. Stromrichtertransformatoren werden in unmittelbarer Nähe des Stromrichters aufgestellt. Bei manchen modernen Anlagen sind diese in Anbauten der Stromrichterhalle untergebracht, was auch einen besseren Lärmschutz gibt.

Oberschwingungsfilter

Bei Anlagen mit sechspulsigen Betrieb entstehen ungeradzahlige Oberschwingungen ab der 5. Ordnung. Zu deren Eliminierung werden Oberschwingungsfilter eingesetzt. Für die reine Blindleistungserzeugung werden parallel zum Oberschwingungsfilter Kondensatorbatterien oder Drosseln geschaltet.

Sonstige Filter

Bei 12pulsigen Stromrichteranlagen genügen häufig ein oder zwei auf die 12. und 24. Harmonische abgestimmte Bandpassfilter, da nur Oberschwingungen der Ordnung 12*n + 1 und 12*n - 1 (n = natürliche Zahl) anfallen. Daneben können auch abgestimmte Serienresonanzkreise verwendet werden.

Neben den Oberschwingungsfiltern sind auch häufig noch Filter zur Eliminierung von Störsignalen im Frequenzbereich von PLC-Anlagen (30 kHz bis 500 kHz) vorhanden. Diese Filter befinden sich meist in unmittelbarer Nähe des Drehstromausgangs des Stromrichtertransformators. Sie bestehen aus einer vom Laststrom durchflossenen Spule zu der parallel ein Kondensator gelegt ist. Daneben werden auch Synchronphasenschieber verwendet.

Drehstromschaltanlage

Die eigentliche Drehstromschaltanlage einer Stromrichterstation unterscheidet sich prinzipiell nicht von der eines normalen Umspannwerks. Sie kann über Transformatorenfelder für weitere Spannungsebenen verfügen.

Stromrichterstationen für HGÜ-Kurzkopplungen

Stromrichterstationen für HGÜ-Kurzkopplungen unterscheiden sich prinzipiell nicht von denen für Fernübertragungen. Allerdings beinhaltet bei solchen Anlagen die Stromrichterhalle meist beide Stromrichter. Da die Länge der Gleichstromleitung sehr kurz ist, sind keine aufwendigen Gleichstromfilter nötig.

Sonstiges

Flächenbedarf

Der Flächenbedarf für eine Stromrichterstation mit 600 Megawatt Übertragungsleistung und einer Übertragungsspannung von 400 kV beträgt etwa 300*300 Meter.

Standortfaktoren

Da von Stromrichterstationen Lärm und hochfrequente Störsignale ausgehen können, sollte eine derartige Anlage nicht unbedingt in der Nähe von Wohngebieten liegen. Sie ist ggf. von einen Lärmschutzwall zu umgeben. Wie bei normalen Umspannwerken ist darauf zu achten, dass im Havariefall kein Öl aus Transformatoren oder anderen Komponenten ins Grundwasser gelangen kann.

Stromrichterstationen in Deutschland

• GKK Etzenricht (HGÜ-Kurzkopplung, 160 kV, 600 MW, 1993 in Betrieb gegangen, seit 1995 stillgelegt)
• Stromrichterstation Lübeck-Herrenwyk der HGÜ-Baltic-Cable (450 kV, 600 MW, Betriebsaufnahme 1994)
• Stromrichterstation Bentwisch der HGÜ-Kontek (400 kV, 600 MW, Betriebsaufnahme 1996)

ehemalige Stromrichterstationen in Österreich

• GK Dürnrohr (HGÜ-Kurzkopplung, 145 kV, 550 MW, 1983 in Betrieb gegangen, seit 1996 stillgelegt)
• GK Wien-Südost (HGÜ-Kurzkopplung, 160 kV, 600 MW, 1993 in Betrieb gegangen, seit 1996 stillgelegt)

Siehe auch

• Schaltanlage