Ein Beitrag zur sicheren Stromversorgung Kaliforniens

Siemens rüstet HGÜ-Gleichrichterstation mit direkt lichtgezündeten Thyristoren aus

Der Siemens-Bereich Power Transmission and Distribution (PTD) hat von der Bonneville Power Administration (BPA) in Portland, Oregon, USA, den Auftrag erhalten, 36 neuartige Thyristorventile für die bestehende Gleichrichterstation Celilo der Hochspannungsgleichstrom-Übertragungsstrecke (HGÜ) Pacific Intertie zu liefern. Der Auftrag – mit einem Wert von 20 Mio. Euro – repräsentiert eine Stromrichterleistung von insgesamt 1600 Megawatt. Die Thyristorventile arbeiten mit direkt lichtgezündeten Thyristoren, die die bisherige Gleichrichtertechnik auf Basis von Quecksilberdampfventilen ablösen. Der Einbau der neuen Thyristortechnik ermöglicht es dem amerikanischen Stromversorger BPA, seine inzwischen dreißig Jahre alte Gleichrichterstation wirtschaftlich und sicher weiterzubetreiben. Die HGÜ-Verbindung Pacific Intertie leistet einen wesentlichen Beitrag zur Energieversorgung Kaliforniens.

Die Hochspannungsgleichstrom-Übertragungsstrecke Pacific Intertie führt vom Columbia River in Oregon über rund 1200 Kilometer nach Los Angeles. Sie wurde 1970 mit einer Übertragungsspannung von 400 Kilovolt und einer Leistung von 1440 Megawatt in Betrieb genommen. Die beiden Stromrichterstationen wurden ursprünglich mit Quecksilberdampfventilen ausgestattet. Spätere Erweiterungen erhöhten die Leistung der Übertragung auf 3100 Megawatt bei einer Nennspannung von 500 Kilovolt. Die kritischen Elemente der dreißig Jahre alten Stationen sind die Quecksilberdampfventile. Ihre ursprüngliche Lebenserwartung betrug zwanzig Jahre. Die Ventile sind sehr störungsanfällig und erfordern einen sehr hohen Wartungsaufwand – schon aus Umweltschutzgründen. Außerdem hat der Hersteller die Ersatzteilversorgung vor Jahren eingestellt.

Siemens stellte der Bonneville Power Administration bereits 1997 ein Thyristorventil mit der neu entwickelten Technik der direkt lichtgezündeten Thyristoren zur kommerziellen Erprobung über eine Dauer von zwei Jahren zur Verfügung. Das Thyristorventil bauten die Siemens-Techniker anstelle eines Quecksilberdampfventils ein. Aufgrund des ausgezeichneten Betriebsverhaltens des Halbleiterelements übernahm Bonneville Power das Ventil schon nach elf Monaten. Seitdem versieht es störungsfrei seinen Dienst.

Hintergrundinformation
Bei der von Siemens entwickelten Technik der direkten Lichtzündung werden die Thyristoren durch einen Lichtimpuls von 10 Mikrosekunden Dauer und einer Spitzenleistung von 40 Milliwatt eingeschaltet. Zusätzlich ist in das Bauelement ein Überspannungsschutz integriert. Damit schützt es sich durch Einschalten selbst, wenn die anliegende Spannung in Vorwärtsrichtung den zulässigen Grenzwert überschreitet. Der Lichtimpuls wird über Glasfaserleiter von der Ansteuerung auf Erdpotenzial direkt bis zum Gate des Thyristors gebracht.

Bei der konventionellen Technik der Hochspannungs-Thyristorventile dagegen werden elektrisch gezündete Thyristoren verwendet, die einen Impuls mit einer Spitzenleistung von einigen Watt benötigen. Dieser Impuls wird durch eine aufwendige Elektronik am Einbauplatz jedes Thyristors erzeugt. Die Elektronik, die mit Hilfsenergie versorgt werden muss, wird ihrerseits durch optische Signale von der Ansteuerung auf Erdpotenzial aktiviert. Der Wegfall dieser Elektronik bei der direkten Lichtzündung reduziert die Anzahl der elektrischen und elektronischen Komponenten im Thyristorventil um etwa 80 Prozent. Dadurch steigt die Zuverlässigkeit, und Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit gehören der Vergangenheit an. Auch die Frage der Langzeitverfügbarkeit von elektronischen Bauelementen als Ersatzteile über mindestens 30 Jahre stellt sich bei der neuen Thyristortechnik nicht mehr.

Der Siemens-Bereich Power Transmission and Distribution (PTD), Erlangen, ermöglicht als Produktlieferant, Systemintegrator und Dienstleister den Transport elektrischer Energie vom Kraftwerk zum Verbraucher. Klassische Produkte wie Schaltanlagen und Transformatoren machen bei Siemens PTD heute nur noch knapp die Hälfte des Umsatzes aus. Mehr als 30 Prozent erwirtschaftet der Bereich mit Produkten und Systemen, die von Elektronik, Informations- und Kommunikationstechnik sowie Software bestimmt sind, und bereits 20 Prozent mit Dienstleistungen. Siemens PTD hat im Geschäftsjahr 2000 (30. September) mit rund 19.800 Mitarbeitern und weltweit 50 Fertigungsstandorten einen Umsatz von 3,3 Mrd. Euro und einen Gewinn vor Zinsen und Ertragssteuern (EBIT) von 149 Mio. Euro erzielt.