CN1131477A

CN1131477A - 电压型自激式电力变流装置的故障检测电路

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Publication number: CN1131477A
Application number: CN95190698.4A
Authority: CN
Inventors: 铃木健一; 川上纪子; 井野口晴久
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2015-06-27
Also published as: DE69534981T2; EP0730340A4; US5675482A; EP0730340A1; WO1996000463A1; JP3321298B2; JPH0819268A; EP0730340B1; DE69534981D1; CN1041677C; CA2170539A1; CA2170539C

Abstract

由在串联连接的自消弧式电力半导体元件11、12上分别串联阳极电抗器13、23构成的电压型自激式电力变流器中，本发明的故障检测电路设有：分别检测从上述各元件11、12的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器13、23上产生的定向电压是否达到规定值以上电压的阳极电抗器电压方向检测电路16、26、分别检测从上述半导体元件11、21的阳极流向阴极的电流的桥臂电流方向检测电路17、27、将各桥臂电流方向检测电路的输出信号分别延迟一定时间的延迟装置18、28及分别将上述各阳极电抗器电压方向检测电路16、26的输出信号和上述各延迟装置18、28的输出信号作为输入信号的输出装置19、29，并将各输出装置19、29的输出信号作为上述变流器的故障检测信号。

Description

电压型自激式电力变流装置的故障检测电路

本发明涉及在抑制受电端交流电压闪变的闪变抑制装置、补偿无功功率的无功功率补偿装置或抑制受电端交流电流高次谐波的有源滤波器等所使用的电压型自激式电力变流器中，用于快速检测因桥臂短路等引起的变流器故障的故障检测电路。

作为现有的三相电压型自激式电力变流器的一例，由6个桥臂电路构成，各桥臂电路包括自消弧式电力半导体元件、与该半导体元件反并联的二极管以及与半导体元件的阳极串联用来抑制电流上升率的阳极电抗器。

现在，在这种结构的电压型自激式电力变流器中，当低压侧桥臂电路的半导体元件导通时，如高压侧桥臂电路的半导体元件因任何异常而造成损坏或导通，则将从直流电路流出直流短路故障电流。同样，当高压侧桥臂电路两端因闪络等故障而短路时，或当在变流器的交流侧发生线间短路故障时，也同样有直流短路电流流入半导体元件。

在现有技术中，为检测这种故障并进行保护，在各桥臂电路中设有电流检测器和电流继电器。用电流检测器检测流过桥臂电路的电流，当该检测电流达到了规定值以上的过流时，由过流继电器检测，并将门极关断信号同时送给构成电力变流器的所有半导体元件，切断短路故障电流，从而保护了电力变流器。

这种保护方式存在如下缺点。即，当给出门极关断信号切断作为半导体元件的额定值的可关断的电流值超过某一可关断电流值的电流时，半导体元件就会损坏。

此外，因输出门极关断信号的电路存在延迟时间，所以为检测故障并向半导体元件输出用于切断故障电流的关断信号，就需要一定的时间。

因此，从检测出这种故障到故障电流达到半导体元件的可关断电流值之前就必须输出门极关断信号。为此，在现有技术中考虑到从检测出过流到输出门极关断信号所需的延迟时间，因而加大阳极电抗，延缓了故障电流的上升。其结果是，导致用于处理正常换向时的阳极电抗能量的电路损失增加，存在着使得电力变流器效率降低的缺点。

或者，还存在着这样的缺点，即为了切断故障电流，必须使用超过切断正常运行电流所需的关断电流额定值的大容量关断电流额定值半导体元件。

本发明是为克服上述缺点而推出的，目的是提供一种电压型自激式电力变流器的故障检测电路，能够在短路故障电流达到过流之前快速检测出电力变流器的故障，而且无须将电抗器、或自消弧式电力半导体元件加大到必要规格以上即能检测电力变流器的故障。

本发明备有电压方向检测装置、桥臂电流方向检测装置及输出装置。电压方向检测装置用于检测当从自消弧式电力半导体元件的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器上产生的定向电压是否达到规定值以上。桥臂电流方向检测装置用于检测从自消弧式电力半导体元件的阳极向阴极方向流动的电流。而输出装置则将桥臂电流方向检测信号延迟一定时间、并且当该信号与阳极电抗器电压方向检测信号同时存在时，输出故障检测信号。因此，能在故障电流达到过流之前快速检测出电力变流器的故障。

另外，本发明备有电压方向检测装置、导通时间控制装置及输出装置。电压方向检测装置用于检测当从自消弧式电力半导体元件的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器上产生的定向电压是否达到规定值以上。导通时间控制装置用于决定自消弧式电力半导体元件换向动作的开始定时，并控制导通时间。而输出装置则将控制导通时间的信号延迟一定时间、且当该信号与阳极电抗器电压方向检测信号同时存在时，输出故障检测信号。其结果是，能检测出电力变流器的故障，而不需要在电力变流器中设置电流检测器。

另外，本发明备有电压方向检测装置、电压检测装置及输出装置。电压方向检测装置用于检测当从自消弧式电力半导体元件的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器上产生的定向电压是否达到规定值以上。电压检测装置用于检测自消弧式电力半导体元件的门极—阴极间的门极关断电压。而输出装置则将门极关断电压检测信号延迟一定时间、且当该信号与阳极电抗器电压检测信号同时存在时，输出故障检测信号。其结果是，能检测出电力变流器的故障，进一步还能检测出自消弧式电力半导体元件的损坏。

另外，本发明备有电压方向检测装置及延迟装置。电压方向检测装置用于检测当从自消弧式电力半导体元件的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器上产生的定向电压是否达到规定值以上。延迟装置当检测出阳极电抗器电压检测信号已经过一定时间时，输出故障检测信号。其结果是，无须专门附加电流检测器等即可检测出电力变流器的故障。

按照本发明的电压型自激式电力变流器的故障检测电路，可在短路故障电流达到过流之前快速检测出电力变流器的故障，而且无须将电抗器、或自消弧式电力半导体元件加大到必要规格以上。

图1是表示本发明的电压型自激式电力变流器一例的主电路图。

图2是表示本发明的电压型自激式电力变流器故障检测电路的第1实施例的结构图。

图3是图2中的阳极电抗器电压方向检测电路的详细说明图。

图4是图2中的桥臂电流方向检测电路的详细说明图。

图5是表示用于说明本发明第1实施例动作的导通时间控制信号、门极开通信号、门极关断信号的时间图。

图6是在图2中的自消弧式电力半导体元件中流过电流时的换向动作的说明图。

图7是在图2中的二极管中流过电流时的换向动作的说明图。

图8是在图2中的自消弧式电力半导体元件中流过电流时出现故障时的现象说明图。

图9是在图2中的二极管中流过电流时出现故障时的现象说明图。

图10是表示本发明的电压型自激式电力变流器故障检测电路的第2实施例的结构图。

图11是表示用于说明本发明第2实施例动作的导通时间控制信号、门极开通信号、门极关断信号的时间图。

图12是表示本发明的电压型自激式电力变流器故障检测电路的第3实施例的结构图。

图13是表示本发明的电压型自激式电力变流器故障检测电路的第4实施例的结构图。

以下，参照附图说明本发明的实施例。

首先，参照图1说明作为本发明的对象的电压型自激式电力变流器。图1所示为三相电压型自激式电力变流器，由高压侧的桥臂电路1、3、5、低压侧的桥臂电路2、4、6、及在桥臂电路1～6直流侧连接的用于保持直流电压恒定的直流电容器7构成。

桥臂电路1包括由例如GTO(门极可关断晶闸管)构成的自消弧式电力半导体元件11、与半导体元件11反并联的二极管12、与半导体元件11及二极管12串联用于抑制自消弧式电力半导体元件11的电流上升率的电抗器13。

同样，桥臂电路2～6包括自消弧式电力半导体元件21、31、41、51、61、与半导体元件21、31、41、51、61反并联的二极管22、32、42、52、62、电抗器23、33、43、53、63。

而且，在将桥臂电路1、2串联的桥臂串联电路、将桥臂电路3、4串联的桥臂串联电路、将桥臂电路5、6串联的桥臂串联电路中的各桥臂电路1、2的连接点、桥臂电路3、4的连接点、桥臂电路5、6的连接点上，分别连接着交流侧端子R、S、T，直流端子P、N连接在直流电容器7的两端。

为减小施加在自消弧式电力半导体元件11、21上的电压的上升率dv/dt等，一般在自消弧式电力半导体元件11、21上并联设置浪涌电压防护电路，此外，为处理换向时在阳极电抗器上蓄积的能量，将电抗能量再生电路、或电阻和二极管串联电路并联于阳极电抗器13、23，但因这些电路与本发明没有直接关系，其说明从略。

第1实施例

图2是表示本发明第1实施例的图，在图1的桥臂电路1中，设有作为本发明的电压方向检测装置一例的阳极电抗器电压方向检测电路16、作为本发明的桥臂电流方向检测装置一例的电流检测器14及桥臂电流方向检测电路17、作为本发明延迟装置一例的延迟电路18、作为本发明输出装置一例的″与″电路19，在桥臂电路2中，也设有作为本发明的电压方向检测装置一例的阳极电抗器电压方向检测电路26、作为本发明的桥臂电流方向检测装置一例的电流检测器24及桥臂电流方向检测电路27、作为本发明延迟装置一例的延迟电路28、作为本发明输出装置一例的″与″电路29。

阳极电抗器电压方向检测电路16与阳极电抗器13并联，用于检测在从半导体元件11的阳极流向阴极的电流增加时在阳极电抗器13上产生的定向电压是否达到规定值以上。阳极电抗器电压方向检测电路26与阳极电抗器23并联，用于检测当从半导体元件21的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器23上产生的定向的电压是否达到规定值以上。

桥臂电流方向检测电路17输入由电流检测器14检测的电流，检测从半导体元件11的阳极流向阴极的电流。桥臂电流方向检测电路27输入由电流检测器24检出的电流，检测从半导体元件21的阳极流向阴极的电流。阳极电抗器电压方向检测电路16、26都是与在构成高压他激式变流器的电力半导体元件上加的正向电压的检测器等相同的电路，如图3所示，由发光元件61、光接收元件62、电阻63、光导器件64、放大电路65构成。

延迟电路18用于将桥臂电流方向检测电路17的输出信号延迟一定的时间，而延迟电路28用于将桥臂电流方向检测电路27的输出信号延迟一定的时间。

″与″电路19输入阳极电抗器电压方向检测电路16的输出信号及延迟电路18的输出信号，当该两个输出信号同时存在时输出其输出信号即故障检测信号。″与″电路29输入阳极电抗器电压方向检测电路26的输出信号及延迟电路28的输出信号，当该两个输出信号同时存在时输出其输出信号即故障检出信号。

桥臂电流方向检测电路17、27是与图14的过流继电器15、25相同的电路，如图4所示，都由发光元件71、光接收元件72、电阻73、光导器件74、放大电路75及电阻76构成，其结构是使电流检测器14、24检测的电流流过发光元件71，并由光接收元件72检测。

桥臂电流方向检测电路17、27也可与图4不同，而由判断图2的电流检测器14检测的电流的正负用的电平判断电路构成。

以下，参照图5～图9说明如上构成的第1实施例的动用效果，但为理解故障检测方式，先以R相为例说明电压型自激式电力变流器的运行方式及有故障时的现象。

电压型自激式电力变流器按PWM(脉宽调制)控制等众所周知的技术运行。作为PWM控制方式在换向时的现象之一例，在电气学会发行(1987年3月31日第1版)的″半导体电力变流电路″的108页、31页中已有叙述，所以其详细说明从略。

如图5所示，为使高压侧的桥臂电路1和低压侧的桥臂电路2同时通电而不至发生直流短路故障，交替地向构成桥臂电路1、2的自消弧式电力半导体元件11、21传递门极开通、关断信号。而且，在电压型自激式电力变流器中，决定换向动作的开始定时，并根据控制低压侧、高压侧桥臂电路1、2的导通时间的信号运行。

即，例如在使电流从低压侧的桥臂电路2换向到高压侧的桥臂电路1的情况下，要在桥臂电路2的自消弧式电力半导体元件21上加门极关断信号，然后在构成桥臂电路1的自消弧式电力半导体元件11上加开通门极信号，使电压型自激式电力变流器运行。其结果是众所周知的事实，即电力变流器交流侧的电压波形变为以直流电压为峰值的矩形波电压波形的组合。

如图6所示，在正常换向情况下，当电流流过低压侧桥臂电路2的自消弧式电力半导体元件21时，如在自消弧式电力半导体元件21上施加门极关断信号，则流过自消弧式电力半导体元件21的电流被切断。其结果是流过低压侧阳极电抗器23的电流也衰减，并在阳极电抗器23上产生极性如图6所示的电压、即当从自消弧式电力半导体元件21的阳极流向阴极的电流减小时产生的定向电压。交流侧的电流则如图6中的虚线所示，因低压侧自消弧式电力半导体元件21被关断而流向高压侧的桥臂电路1，所以在高压侧的阳极电抗器13上瞬态地产生极性如图6所示的电压。

但是，如图7所示，当低压侧桥臂电路2的二极管22导通、电流通过二极管22流动时，为了进行换向动作，即使在低压侧自消弧式电力半导体元件21上施加门极关断信号，也不能进行换向动作。但接着在高压侧自消弧式电力半导体元件11上施加门极开通信号时，换向动作即开始。当在自消弧式电力半导体元件11上施加开通信号时，如图6中的虚线所示，从二极管22流向交流侧的电流在变成通过自消弧式电力半导体元件11流向交流侧之前的换向期间，在阳极电抗器23上施加当从自消弧式电力半导体元件21的阳极流向阴极的电流增加时产生的定向电压。同样，这时电压也施加在高压侧的阳极电抗器13上，其值约为直流电压值的1/2。

为简化第1实施例的说明，现考虑在构成桥臂电路2的自消弧式电力半导体元件21导通期间，高压侧的桥臂电路1的自消弧式电力半导体元件11因某种不正常而损坏或导通，或者因高压侧桥臂电路1的两端发生闪络等而短路的情况。

当电流流过低压侧自消弧式电力半导体元件21时，如高压侧的自消弧式电力半导体元件11因任何异常而损坏或导通，则如图7所示，短路电流从直流电路的P侧通过阳极电抗器13、自消弧式电力半导体元件11、自消弧式电力半导体元件21、阳极电抗器23的电路流向直流电路的N侧。因此，直流电容器7上的电压由高压侧的阳极电抗器13和低压侧的阳极电抗器23各分担1/2左右，施加在阳极电抗器13、23上的电压方向为从自消弧式电力半导体元件11、21的阳极流向阴极的电流增加方向的定向电压的方向，即为图8所示极性的电压方向。

当电流流过低压侧二极管22时，如高压侧的自消弧式电力半导体元件11因某种不正常而损坏或导通，则流过如图9所示的短路电流。在故障初期与图7所示的正常换向相同，但由于施加门极开通信号使低压侧的自消弧式电力半导体元件21处在导通期间，所以短路电流倒流回二极管22，接着又持续不断地通过低压侧的自消弧式电力半导体元件21流动。除来自交流侧的电流是在流入的情况外，与说明电流流过低压侧自消弧式电力半导体元件21时的图8的情况完全相同。极性如图9所示的电压加在低压侧的阳极电抗器上，即，从自消弧式电力半导体元件21的阳极流向阴极的电流增加时产生的定向电压加在阳极电抗器23上。

在因高压侧桥臂电路1的两端发生闪络等而短路的情况下，在低压侧阳极电抗器23上显然也将产生极性如图8、图9所示的与直流电压相当的电压。此外，在交流侧发生线间短路的情况下，例如当R相的低压侧桥臂电路2与S相的高压侧桥臂电路3导通时，如果R—S相间发生线间短路，则显然在高压侧桥臂电路3所具有的阳极电抗器3上也将施加从桥臂电路3的自消弧式电力半导体元件31的阳极流向阴极的电流增加时产生的定向电压。当然，R相的低压侧的阳极电抗器23上也施加方向相同的电压。

如上所述，在发生图8、图9所示故障时在低压侧阳极电抗器23上施加的电压的方向与图5所示低压侧自消弧式电力半导体元件21通电时在高压侧桥臂电路1中的电流换向情况下在低压侧阳极电抗器23上产生的电压方向极性相反。因此，如果在阳极电抗器23上产生的电压是使从自消弧式电力半导体元件21的阳极流向阴极的电流增加的定向电压时，在电力变流器中有可能发生了故障。

但是，如在图7中说明过的使电流从二极管22处在导通着的状态换向流到高压侧桥臂电路1中的动作那样，在低压侧的二极管22流过电流时，与发生故障时的情况相同，从自消弧式电力半导体元件21的阳极流向阴极的电流增加时产生的定向电压加在低压侧的阳极电抗器23上。但在正常换向过程中，当在低压侧阳极电抗器23上施加使从自消弧式电力半导体元件21的阳极流向阴极的电流增加方向的电压时，在桥臂电路2中流过的电流是通过二极管22流动的电流，即从自消弧式电力半导体元件21的阴极流向阳极的电流。

因此，当在桥臂电路2中流过的电流从自消弧式电力半导体元件21的阳极流向阴极时，如果在阳极电抗器23上施加了从自消弧式电力半导体元件21的阳极流向阴极的电流增加时在低压侧的阳极电抗器23上产生的定向电压，这不是正常的换向操作，而意味着发生了故障。

另外，在以上的说明中为简单起见，说明了低压侧的桥臂电路2处在导通状态下的情况，但在高压侧的桥臂电路1的情况下，如果将上述的低压侧换成高压侧，而将高压侧换成低压侧时，同样能检测电压型自激式电力变流器的故障。

因此，换句话说，在以上说明中，将高压侧换成非导通侧，则在非导通侧的桥臂电路发生导通故障、在非导通侧的桥臂电路1的两端发生闪络故障或发生线间短路故障的情况下，当桥臂电路2中电流从自消弧式电力半导体元件的阳极流向阴极时，如能检测出从自消弧式电力半导体元件的阳极流向阴极的电流增加时在阳极电抗器上产生的定向电压超过规定值，则可快速地检测出故障的发生，显然能象现有例一样在故障电流达到过流区域之前将故障检测出来。

检测阳极电抗器13、23的电压超过规定值的原因是由于自激式电力变流器在交流侧流动着交流电流，伴随着交流电流的变化，在阳极电抗器13、23上出现交流电压、即双向极性的电压。因此，为了使检测出的电压不是因正常运行中的电流变化而在阳极电抗器13、23上产生的电压，就必须检测在规定值以上的电压。但因阳极电抗器13、23的电感值小，所以因正常电流变化而在阳极电抗器13、23上产生的电压与直流电压相比只是极小的值，因而交流电压波形的峰值大约与直流电压值相等。

另一方面，有故障时在阳极电抗器13、23上产生的电压与因正常电流变化而产生的电压相比是非常大的值，如上所述，是大约为直流电压的1/2的值或1/2以上的值。即，有故障时的电流增加率是正常电流增加率以上的极大的值。

因此，按照第1实施例，在阳极电抗器13、23上并联设置检测加在阳极电抗器13、23上的电压方向用的阳极电抗器电压方向检测电路16、26，用于检测当从自消弧式电力半导体元件11、21的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器13、23上产生的定向电压是否达到规定值以上。即，当电流在自消弧式电力半导体元件11、21中从阳极流向阴极时，利用在阳极电抗器13、23上产生的电压检测出在自消弧式电力半导体元件11、21中从阳极流向阴极的电流以比正常运行时的电流增加率高的电流增加率增长的情况。

但是，在正常换向时在阳极电抗器13、23上也会产生与有故障时极性相同的电压，所以为了判别正常换向时的现象与有故障时的现象，在桥臂电路1、2中设置检测在桥臂电路1、2流过的电流方向的电流方向检测电路17、27，用于检测从自消弧式电力半导体元件11、21的阳极流向阴极的电流的流动情况。

设置将桥臂电流方向检测电路17、27的输出信号延迟一定时间的延迟电路18、28，并设置将阳极电抗器电压方向检测电路16、26的输出信号和延迟电路18、28的输出信号作为输入信号的″与″电路19、29，在桥臂电流方向检测电路17、27的动作经过一定时间时，使阳极电抗器电压方向检测电路16、26动作，可以高速地识别正常运行时的现象并能检测出变流器的故障。

这里，说明将桥臂电流方向检测信号延迟一定时间的原因。与图7所示的换向动作的说明相同，更为详细地说明在电流流过低压侧二极管22的状态下，高压侧桥臂电路1中的电流换向动作。在电流流过低压侧二极管22的状态下，在高压侧自消弧式电力半导体元件11上施加门极开通信号，使高压侧的电流换向时，电流在高压侧自消弧式电力半导体元件11中从阳极向阴极的方向流过，而在高压侧的阳极电抗器13上施加了从自消弧式电力半导体元件11的阳极流向阴极的电流增加时产生的定向电压。因此，如果在低压侧二极管22进入导通状态时进行向高压侧的换向动作，高压侧的故障检测电路将发生动作异常。为解决这种异常，在换向结束到阳极电抗器13、23上产生的电压消失的这段时间，必须延迟从阳极流向阴极的电流检测信号。

但是，因在高压侧及低压侧的桥臂电路1、2内都设有用于检测故障的电路，所以从以上说明可知，当在低压侧二极管22导通时在进行向高压侧换向动作的同时发生故障的情况下，在由故障延迟电路的延迟时间决定的时间后进行检测。然而，为将该延迟时间与进行正常换向动作时间协调，由于在检测出故障的时刻的故障电流比进行正常换向动作的电流大，所以在故障电流达到过流之前，可满足″与″电路的输入信号条件并将故障检测出来。

与到现在为止的说明相同，当低压侧的桥臂电路2处在导通状态时，作为高压侧的桥臂电路1因任何异常而损坏或导通，或者在高压侧的桥臂电路1的两端发生闪络故障，说明第1实施例的作用。现在就来说明当低压的桥臂电路2处在导通状态时，高压侧的桥臂电路1因任何异常而损坏或导通，或者在高压侧的桥臂电路1的两端发生了闪络故障的情况。

当故障发生时，或在电流流过低压侧二极管22的情况下将门极开通信号加在自消弧式电力半导体元件11上时，在阳极电抗器13、23上从半导体元件11、21的阳极流向阴极的电流增加，电压极性如图7所示，即，在从自消弧式电力半导体元件11、21的阳极流向阴极的电流增加时产生的定向电压加在阳极电抗器上。

因此，在构成图3示出的阳极电抗器电压方向检测电路16、26的发光元件61上流过电流并发光。发出的光由光导器件64传导到光接收元件62，通过与放大电路的相互作用可以检测出加在阳极电抗器上的电压。这时，通过适当选定与发光元件61串联的电阻值可任意设定可检测的电压值，所以若将用正常运行时的电压增加率不能检测的阳极电抗器电压方向检测电路16、26的电压检测值设定在一定值上，则在故障发生时，或在电流流过低压侧二极管22的情况下将门极开通信号加在自消弧式电力半导体元件11上时，阳极电抗器电压方向检测电路16将动作，而在正常运行中就不会动作。

当在阳极电抗器13、23上产生的是使从自消弧式电力半导体元件11、21的阳极流向阴极的电流减小的电压时，因该电压的方向与上述的方向相反，所以电流不流过发光元件61，因而阳极电抗器电压方向检测电路16、26不动作。

其次，如果换向时的门极开通信号加在高压侧的自消弧式电力半导体元件11上，则由于在桥臂电路1中电流从自消弧式电力半导体元件11的阳极流向阴极，所以电流流过构成图4所示的桥臂电流方向检测电路17、27的发光元件71，并发光，该光通过光导器件74导入光接收元件72，这时获得的电信号被放大电路75放大。另一方面，当桥臂电路1、2中的电流是从电力半导体元件11的阴极流向阳极时，桥臂电流方向检测电路17、27不动作，从而不进行检测动作。

如果是低压侧二极管22正在导通时的换向动作，则高压侧桥臂电流方向检测电路17动作，但由于延迟电路18的作用，信号没有输入到″与″电路19。因此，若将延迟电路18的延迟时间设定为相当于正常电流换向时间的时间延迟，则在经过该换向时间后，在阳极电抗器13上不产生电压，所以阳极电抗器电压方向检测电路16不动作。因此，不满足″与″电路19的输入条件，所以本实施例的故障检测电路不会动作。

但是，在电流流过低压侧二极管22的状态下，当发生使高压侧的桥臂电路1导通的故障时，在故障发生并经过一定时间后，从以上说明可知，高压侧的故障检测电路动作。

显然在低压侧桥臂电路2中从自消弧式电力半导体元件21的阳极到阴极的方向开始流过电流并经一定时间后，低压侧的故障检测电路也动作。

此外，在电流流过低压侧自消弧式电力半导体元件21的过程中，如发生故障时，从桥臂电流方向检测电路27通过延迟电路28输入到″与″电路29的条件已经成立，所以在故障发生时刻阳极电抗器电压方向检测电路26动作，显然本检测电路将立即动作。

以上说明了假定高压侧桥臂电路1发生导通故障的情况，但即使是高压侧桥臂电路1的两端发生闪络故障、或R—S相间发生线间短路，因低压侧桥臂电流方向检测电路27后面的延迟电路28已经动作或故障发生并经一定时间后动作，而发生故障时阳极电抗器电压方向检测电路26也立即动作，所以本实施例的故障检测电路动作。

在以上说明中即使将低压侧换成高压侧、将高压侧换成低压侧，也是同样的，所以本实施例的故障检测电路能够快速地检测出电力变流器的故障，而与故障是在变流器的高压侧、还是在低压侧无关。

另外，以上的说明是假定高压侧桥臂电路发生导通故障，但在高压侧桥臂电路1的两端发生闪络故障时，虽然本发明的高压侧故障检测电路不动作，但低压侧故障检测电路照样动作，显然可检测出故障。而发生线间短路故障时也一样。

因此，当发生故障时，阳极电抗器电压方向检测电路16、26立即动作，如故障电流在桥臂电路中从自消弧式电力半导体元件的阳极到阴极的方向流过，则桥臂电流方向检测电路17、27动作，可以由″与″电路19、29的输出信号检测故障。

另一方面，在正常换向时借助于延迟电路18、28的作用使″与″电路19、29没有输出信号，所以利用故障检测电路能够快速地检测出电力变流器的故障。

第2实施例

图10所示为本发明的第2实施例，与图2相同的部分标以相同符号且将其说明省略，这里说明不同之处，即说明导通时间控制电路171、271、延迟电路181、281、″与″电路191、291。

导通时间控制电路171用于控制高压侧自消弧式电力半导体元件11的导通时间，导通时间控制电路271用于控制低压侧自消弧式电力半导体元件21的导通时间。延迟电路181用于将导通时间控制电路171的输出信号延迟规定时间，延迟电路281用于将导通时间控制电路271的输出信号延迟规定时间。″与″电路191用于输入延迟电路181的输出信号和阳极电抗器电压方向检测电路16的输出信号，当两个输出信号同时输入时，输出故障检测信号，″与″电路291用于输入延迟电路281的输出信号和阳极电抗器电压方向检测电路26的输出信号，当两个输出信号同时输入时，输出故障检测信号。

如上所述，自激式电力变流器决定自消弧式电力半导体元件11开始换向动作的定时，并按照控制导通时间的信号运行。

此外，当进行与有故障时同样的换向动作时，从自消弧式电力半导体元件11、21的阳极流向阴极的电流增加时产生的定向电压之所以加在阳极电抗器13、23上，是因为如图11所示二极管12、22流过电流时，是在门极开通信号加在自消弧式电力半导体元件11、21上之后的A期间。

因此，如图11所示，若用延迟电路181、281延迟导通时间控制电路171、271的输出信号，检测出从自消弧式电力半导体元件11、21换向后经过了一定时间的导通时间，就能断定不是刚换向后的现象的时间，并可根据与阳极电抗器电压方向检测电路16、26的检测信号的″与″运算，检测故障。即，设有将阳极电抗器电压方向检测电路16、26的输出信号和延迟电路181、281的输出信号作为输入信号的″与″电路191、291，当控制自消弧式电力半导体元件11、21的导通时间的信号经过一定时间以上时，阳极电抗器电压方向检测电路16、26便动作，可以与正常换向时的现象相区别，能快速地检测出电力变流器的故障。

按照如上所述第2实施例的故障检测电路，除了前述第1实施例的效果之外，还能获得如下效果。由于不用象图2的实施例那样检测桥臂电路1、2的电流，所以可获得无须在桥臂电路1、2内设置电流检测器14、24的效果。

第3实施例

图12所示为本发明的第3实施例，与图2相同的部分标以相同符号且将其说明省略，这里说明不同之处，即说明G—K间电压检测电路172、272、反相电路173、273、延迟电路182、282、″与″电路192、292。

G—K间电压检测电路172检测自消弧式电力半导体元件11的G(门极)—K(阴极)间的门极关断电压，G—K间电压检测电路272检测自消弧式电力半导体元件12的G(门极)—K(阴极)间的门极关断电压。

反相电路173使G—K间电压检测电路172的输出信号反相，反相电路273使G—K间电压检测电路272的输出信号反相。延迟电路182将反相电路173的输出信号延迟规定时间，延迟电路282将反相电路273的输出信号延迟规定时间。″与″电路192输入延迟电路182的输出信号和阳极电抗器电压方向检测电路16的输出信号，当两个输出信号同时输入时，输出故障信号，″与″电路292输入延迟电路282的输出信号和阳极电抗器电压方向检测电路26的输出信号，当两个输出信号同时输入时，输出故障信号。

按照如上所述的第3实施例的故障检测电路，除前述的第1实施例的效果外，还能获得如下效果。将检测施加在阳极电抗器13、23上的电压的阳极电抗器电压方向检测电路16、26与阳极电抗器13、23并联设置，用来检测当从自消弧式电力半导体元件11、21的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器13、23上产生的定向电压是否在规定值以上。但即使是在正常换向时在阳极电抗器13、23上也会产生与有故障时极性相同的电压，所以必须对正常运行时的现象和有故障时的现象进行判别。

为此，在图12的实施例中设置检测自消弧式电力半导体元件11、12的G(门极)—K(阴极)间的门极关断电压用的G—K间电压检测电路172、272，所以能检测出自消弧式电力半导体元件11、12所存在的损坏、及元件11、12的导通状态。

因此，将G—K间电压检测电路172、272的输出信号分别通过反相电路173、273反相，并用延迟电路182、282将该反相信号延迟一定时间，判断自消弧式电力半导体元件11、21换向后是否经过了一定时间的导通时间。将阳极电抗器电压方向检测电路16、26的输出信号和延迟电路182、282的输出信号输入到″与″电路192、292。因此，自消弧式电力半导体元件11、21导通并经过一定时间以上时，阳极电抗器电压方向检测电路16、26便动作，能快速地与正常换向时的现象相区别，检测出电力变流器的故障，进一步还能检测出自消弧式电力半导体元件11、21的损坏。

第4实施例

图13所示为本发明的第4实施例，与图2相同的部分标以相同符号且将其说明省略，这里以不同之处为主加以说明。即，在阳极电抗器电压方向检测电路16的输出侧设置延迟电路183，用于将阳极电抗器电压方向检测电路16的输出信号延迟一定时间，将从延迟电路183得到的输出信号作为故障检测信号使用。而在阳极电抗器电压方向检测电路26的输出侧设置延迟电路283，用于将阳极电抗器电压方向检测电路26的输出信号延迟一定时间，将从延迟电路283得到的输出信号作为故障检测信号使用。

按照如上构成的第4实施例，可获得如下作用效果。当阳极电抗器13、23上施加的电压在换向时的瞬态现象结束、变为在阳极电抗器13、23上流过正常运行电流的状态时，产生的电压与有故障时的电压相比较，前面已说明过这是极小的值，即，在正常的电流换向中经过必要的时间后，在阳极电抗器13、23上几乎不产生电压。因此，由于设有将阳极电抗器检测信号延迟一定时间的延迟电路183、283，所以阳极电抗器电压方向检测电路16、26在一定时间以后动作，能够与正常换向时的现象相区别检测出电力变流器的故障。

在以上讲述的实施例中，作为电压型自激式电力变流器，列举的是由图1所示的与桥臂电路1、2串联的桥臂串联电路、与桥臂电路3、4串联的桥臂串联电路、与桥臂电路5、6串联的桥臂串联电路构成的三相电路，但不限于此，即使是采用2个桥臂串联电路的单相电路、桥臂串联电路在4个以上，均可获得同样的效果。此外，桥臂串联电路的桥臂电路的个数也不限于2个，可以在3个以上。

Claims

1.一种电压型自激式电力变流器的故障检测电路，备有多个桥臂电路串联的桥臂串联电路，上述各桥臂串联电路具有自消弧式电力半导体元件及与该半导体元件的阳极串联用于抑制电流上升率的阳极电抗器，其特征在于，它备有：

电压方向检测装置，用于检测当从上述各桥臂电路的每个半导体元件的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器上产生的定向电压是否达到规定值以上；

桥臂电流方向检测装置，用于检测从上述各桥臂电路的每个半导体元件的阳极向阴极方向流动的电流；

延迟装置，用于将上述各桥臂电路的每个上述桥臂电流方向检测装置的输出信号分别延迟一定时间；

输出装置，用于在上述各桥臂电路中当上述电压方向检测装置的输出信号和上述延迟装置的输出信号同时存在时产生上述变流器的故障检测信号。

2.一种电压型自激式电力变流器的故障检测电路，备有多个桥臂电路串联的桥臂串联电路，上述桥臂串联电路具有自消弧式电力半导体元件、与该半导体元件反并联的二极管、及与该半导体元件的阳极串联用于抑制电流上升率的阳极电抗器，其特征在于，它备有：

电压方向检测装置，与上述各桥臂电路的阳极电抗器并联，用于检测当从上述各半导体元件的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器上产生的定向电压是否达到规定值以上；

桥臂电流方向检测装置，设在上述每个桥臂电路内，用于检测从上述各半导体元件的阳极向阴极方向流动的电流；

延迟装置，设在上述每个桥臂电路内，用于将上述各桥臂电流方向检测装置的输出信号分别延迟一定时间；

输出装置，设在上述每个桥臂电路内，用于输入上述各电压方向检测装置和上述各延迟装置的输出信号，并在该两个信号同时存在时产生上述变流器的故障检测信号。

3.根据权利要求1或2所述的电压型自激式电力变流器的故障检测电路，其特征在于：多个上述桥臂串联电路并联，在上述桥臂串联电路之一的桥臂串联电路的每个桥臂电路中，设有上述电压方向检测装置、上述各桥臂电流方向检测装置、及上述输出装置。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的电压型自激式电力变流器的故障检测电路，其特征在于：桥臂电流方向检测装置由以下各部件构成，即电流流过时发光的发光元件、与该发光元件串联用于设定电压的第1电阻、与该第1电阻及上述发光元件并联的第2电阻、接收到发光元件发出的光时将其变换为电信号的光接收元件、将发光元件发出的光传送到上述光接收元件的光导器件、及将从上述光接收元件得到的电信号放大的放大电路。

5.根据权利要求1至3中任何一项所述的电压型自激式电力变流器的故障检测电路，其特征在于：桥臂电流方向检测装置由检测流过阳极电抗器的电流并判断该检测出的电流正负的电平判断电路构成。

6.一种电压型自激式电力变流器的故障检测电路，备有多个桥臂电路串联的桥臂串联电路，上述桥臂串联电路具有自消弧式电力半导体元件及与该半导体元件的阳极串联用于抑制电流上升率的阳极电抗器，其特征在于，它备有：

电压方向检测装置，用于检测当从上述各桥臂电路的半导体元件的阳极流向阴极方向的电流增加时在阳极电抗器上产生的定向电压是否达到规定值以上；

导通时间控制装置，用于分别控制上述各桥臂电路的半导体元件的导通时间；

延迟装置，用于将上述各导通时间控制装置的输出信号分别延迟一定时间；

7.一种电压型自激式电力变流器的故障检测电路，备有多个桥臂电路串联的桥臂串联电路，上述桥臂串联电路具有自消弧式电力半导体元件、与该半导体元件反并联的二极管、及与该半导体元件的阳极串联用于抑制电流上升率的阳极电抗器，其特征在于，它备有：

电压方向检测装置，与上述各桥臂电路的阳极电抗器并联，用于检测当从上述各半导体元件的阳极流向阴极方向的电流增加时在上述各桥臂电路的阳极电抗器上产生的定向电压是否达到规定值以上；

导通时间控制装置，设在上述每个桥臂电路内，用于分别控制上述半导体元件的导通时间；

延迟装置，设在上述每个桥臂电路内，用于将上述各导通时间控制装置的输出信号分别延迟一定时间；

输出装置，设在上述每个桥臂电路内，用于在上述电压方向检测装置的输出信号和上述延迟装置的输出信号同时存在时产生上述变流器的故障检测信号。

8.根据权利要求6或7所述的电压型自激式电力变流器的故障检测电路，其特征在于：多个上述桥臂串联电路并联，在上述桥臂串联电路之一的桥臂串联电路的每个桥臂电路中，设有上述电压方向检测装置、上述导通时间控制装置、上述延迟装置、及上述输出装置。

9.一种电压型自激式电力变流器的故障检测电路，备有多个桥臂电路串联的桥臂串联电路，上述桥臂串联电路具有自消弧式电力半导体元件及与该半导体元件的阳极串联用于抑制电流上升率的阳极电抗器，其特征在于，它备有：

电压检测装置，用于分别检测上述各桥臂电路的每个半导体元件的门极与阴极间的门极关断电压；

延迟装置，用于将上述各电压检测装置的输出信号分别反相并延迟一定时间；

10.一种电压型自激式电力变流器的故障检测电路，备有多个桥臂电路串联的桥臂串联电路，上述桥臂串联电路具有自消弧式电力半导体元件、与该半导体元件反并联连接的二极管、及与该半导体元件的阳极串联用于抑制电流上升率的阳极电抗器，其特征在于，它备有：

电压检测装置，设在上述每个桥臂电路内，用于分别检测上述各桥臂电路的每个半导体元件的门极与阴极间的门极关断电压；

延迟装置，设在上述每个桥臂电路内，用于将上述各电压检测装置的输出信号分别反相并延迟一定时间；

11.根据权利要求9或10所述的电压型自激式电力变流器的故障检测电路，其特征在于：多个上述桥臂串联电路并联，在上述桥臂串联电路之一的桥臂串联电路的每个桥臂电路中，设有上述电压方向检测装置、上述电压检测装置、上述延迟装置、及上述输出装置。

12.一种电压型自激式电力变流器的故障检测电路，备有多个桥臂电路串联的桥臂串联电路，上述桥臂串联电路具有自消弧式电力半导体元件及与该半导体元件的阳极串联用于抑制电流上升率的阳极电抗器，其特征在于，它备有：

延迟装置，用于将该电压检测装置的输出信号分别延迟一定时间并以其输出信号作为上述变流器的故障检测信号。

13.一种电压型自激式电力变流器的故障检测电路，备有多个桥臂电路串联的桥臂串联电路，上述桥臂串联电路具有自消弧式电力半导体元件、与该半导体元件反并联连接的二极管、及与该半导体元件的阳极串联用于抑制电流上升率的阳极电抗器，其特征在于，它备有：

14.根据权利要求12或13所述的电压型自激式电力变流器的故障检测电路，其特征在于：多个上述桥臂串联电路并联，在上述桥臂串联电路之一的桥臂串联电路的每个桥臂电路中，设有上述电压方向检测装置、上述电压检测装置、上述延迟装置。

15.根据权利要求1至3、6至14中任何一项所述的电压型自激式电力变流器的故障检测电路，其特征在于：电压检测装置由以下各部件构成，即电流流过时发光的发光元件、与该发光元件串联用于设定电压的电阻、接收到发光元件发出的光时将其变换为电信号的光接收元件、将发光元件发出的光传送到上述光接收元件的光导器件、及将从上述光接收元件得到的电信号放大的放大电路。