DE2018833C3 - Anordnung zur Überwachung der Sperrfähigkeit von Stromrichteranlagen - Google Patents

Description

Spruchs 1 gelöst.

Auf vorteilhafte Weise kann somit unter geringem Aufwand die Sperrfähigkeit von Gruppen in Serie geschalteter Halbleiterstromrichterelemente festgestellt werden, wobei eine quantitative Erfassung von s defekten Elementen in jeder Gruppe möglich ist Wenn nämlich z. B. eine Reihenschaltung von 100 Thyristoren in 10 Überwachungsabschnitie ä 10 Thyristoren aufgeteilt wird, dann ergeben sich Spannungsverschiebungen zwischen den einzelnen Abschnitten, wenn in einen Überwachungsabschnitt 1 Thyristor oder mehrere Thyristoren ausfallen. Diese Spannungsverschiebungen würden nur dann ausbleiben, wenn die Ausfälle in allen überwachten Abschnitten gleichzeitig und in gleicher Höhe auftreten, was unwahrscheinlich ist Durch Vergleich mit dem vorgegebenen Referenzwert (aber auch durch Messungen in mehreren Abschnitten) ist es mithin möglich, Rückschlüsse auf den Sperrzustand der Thyristoren in einem bestimmten Abschnitt zu ziehen. Eine Überwachungseinrichtung der geschilderten Art ist daher in erster Linie geeignet, massierte Thyristorausfälle zu erfassen, deren Ursache nicht nur 1Ί1 den Thyristoren selbst, sondern auch vorzugsweise in Fehlern der übrigen Ventilkomponenten z. B. Impulsübertragern, Abschnittsdrosseln, Abschnittskondensatoren oder der äußeren Isolation, liegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele sei der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke erläutert

In den Fig. 1 bis 4 ist der Übersicht wegen jeweils nur ein Teil eines Stromrichterzweiges dargestellt der Teil einer größeren Stromrichteranlage. Die F i g. 5,6 und 7 zeigen in schematischer Darstellung Schaltungsanordnungen, die bei der Erfindung eingesetzt werden können.

In F i g. 1 sind die einzelnen Halbleiterstromrichterelemente mit 1 und die Drosselspulen, z. B. Ferritkerndrosseln, mit 2 bezeichnet Im Beispiel wird die Reihenschaltung der Halbleiterstromrichterelemente 1 abschnittsweise überwacht. Über mehrere Haibleiterstromrichterelemente 1 ist jeweils eine Erfassungseinrichtung 3 angeordnet, die in der Lage ist, periodisch Impulse abzugeben, deren zeitlicher Abstand durch die Höhe der erfaßten Sperrspannung beeinflußt wird und somit ein Maß für den Spannungsanteil ist, der an der Überwachungsstrecke liegt. Mit diesen Impulsen werden trägheitsarme Lichterzeuger, z. B. Gallium-Arsenit-Dioden, gespeist, und der entstehende Lichtblitz wird — vorzugsweise über Lichtleiter 10 — auf Erde oder ein beliebiges anderes Potential übertragen, wo ein fotoelektrischer Empfänger 5 den Lichtimpuls in einen elektrischen Impuls riiskverwandelt und einer Auswerteeinrichtung 6 zuführt Im Beispiel sind nur zwei solche Überwachungsstrecken gezeigt.

In Fig. 2 sind Einzelheiten der Erfassungseinrichtung 3 dargestellt. Parallel zur Überwachungsstrecke ist über einen ohmschen Widerstand 31 eine Gleichrichterbrükkenanordnung 32 geschaltet, an deren Gleichstrom- an klemmen ein Kondensator 33 angeschlossen ist, der über einen elektronischen Schalter 34 mit dem trägheitsarmen Lichterzeuger 4 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel ist als elektronischer Schalter ein Thyristor vorgesehen, in dessen Eingangskreis ein μ Schwellwertglied angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, beispielsweise eine Vierschichtdiode als elektronischen Schalter einzusetzen. Die Erfassungseinrichtung 3 ist so einfach ausgeführt, daß keine Hilfsspannungsquellen benötigt und Koppelkapazitäten vermieden werden, so daß eine hohe Betriebssicherheit erreicht wird. Wegen des pulsierenden Verlaufes des gleichgerichteten Stromes, der in den Integrationskondensator 33 der Empfangseinrichtung 3 fließt, muß die Integrationszeit ausreichend groß gewählt werden. Ein Maß für den entsprechenden Fehler ist das Verhältnis der Periodenzeit zur mittleren Integrationszeit Daher sind bei 50 Hz Periodendauer Integrationszeiten von 1 see erforderlich. Weiter muß die Spannung des Integrationsgliedes 33 sehr klein gegenüber der Spannungsamplitude an der Meßstrecke, möglichst kleiner als 1 %, bleiben.

Da die Auswerteeinrichtung 6 größeren Umfang erreichen kann, wird in Weiterbildung der Erfindung nicht jeder Erfassungs- und Signaleinrichtung eine eigene Auswerteeinrichtung zugeordnet. Statt dessen werden, wie in F i g. 3 beispielsweise dargestellt die Empfangskanäle durch einen elektron^;.;>.hen Meßstelienumsehalter 7 nacheinander auf die gsmeinsame Auswerteeinrichtung 6 geschaltet Dargestellt sind wiederum nur zwei Überwachungsstrecken, am Meßstellenumschalter 7 sind jedoch weitere Eingänge angedeutet. In Hochspannungsanlagen sind große Isolationsstrecken und damit auch große Lichtsignalstrecken erforderlich. Zur Verkürzung der Lichtsignalstrecken kann der elektronische Meßstellenumschalter 7 auch schon auf einem geeigneten Zwischenpotential angeordnet sein.

In F i g. 4 ist solche Anordnung gezeigt. Abweichend von der in F i g. 3 gezeigten Anordnung ist der Ausgang des elektronischen Meßstellenumschalters 7 nicht unmittelbar, sondern über einen mit einem fotoelektrischen Empfänger 9 gekuppelten trägheitsarmen Lichterzeuger 8 mit der Auswerteeinrichtung 6 vzrbunden. Erforderlichenfalls können die dem Meßstellenumschalter 7 entnommenen Signale vor der Umwandlung in Lichtimpulse verstärkt werden.

Durch Berücksichtigung verschiedener Störgrößen wird cie Auswertgenauigkeit weiter verbessert. Im wesentlichen sind drei Störgrößen zu berücksichtigen: der Steuerwinkel Λ, die relative Belastung (gegeben durch das Verhältnis des Gleichstromes U zum Nenngleichstrom lon) und die bezogene Wechselspannung (gegeben durch das Verhältnis der tatsächlichen Wechselspannung U~ zur Nennwechselspannung i/~„Jl Der Einfluß dieser Störgrößen kann auf verhältnismäßig einfache Weise beseitigt werden, indem man bei der Auswertung der Signalabstände — gemeint sind die von den Erfassungseinrichtungen 3 kommenden Impulse — den Referenzv/ert dem augenblicklichen Betriebsr-.iSiand der Anlage, gegeben durch die Werte von ix, Id/ldn und ί/~/ί/~_π, anpaßt. Mit einer derartigen Einrichtung lassen sich dann ohne Schwierigkeiten sehr hohe Auswertgenauigkeiten erreichen.

In Fig. 5 sind diese Verhältnisse schematisch dargestellt. Die Auswerteeinrichtung 6 enthält einen Digital-Analog-Umsetzer 61, der die digitalen Eingangssignale in ein entsprechendes analoges Ausgangssignal umformt Dieses wird zusammen mit einem durch einen einstellbaren Referenzwertgeber 62 vorgegebenen Referenzwert einem Verstärker 63 o. ä. zugeführt, der abhängig von der Größe der Signalabweichung Signale zur Registrierung, Meldung oder Abschaltung abgibt. Die Einstellung des Referenzwertgebers 62 kann in einfacher Weise in Abhängigkeit von den oben bereits erwähnten Betriebsdaten der Anlage verändert werden.

In Fig.6 ist ein mögliches Beispiel für einen fotoelektrischen Empfänger 5 bzw. 9 angedeutet. Im Eingangskreis einer monostabilen Transistorkippstufe mit den Transistoren 52 und 53 ist eine Fotodiode 51 angeordnet, so daß am Ausgang 54 ein Signal ansteht, wenn die Fotodiode 51 durch einen Lichtimpuls leitend wird.

Ein mögliches Beispiel für einen elektronischen Meßstellenumschalter 7 ist in F i g. 7 schematisch dargestellt. Je nach Anzahl der Überwachungsstrecken sind mehrere, hier drei. Transistoren 71, 72, 73 vorgesehen, die mit Hilfe an sich bekannter Ringzähler, Schieberegister o. ä. über die .Steueranschlüsse 712, 722, 7J2 nacheinander durchlässig gesteuert werden. Die Anschlüsse 711, 721, 731 sind mit den Ausgängen 54 der zugeordneten foioeleklrischen Empfänger 5 zu verbinden. Am Ausgang 74 des Meßstellenumschaltrrs 7 können somit nacheinander die von den Empfängern 5 apliofprtpn irnniiUr ahppnnmmpn wpnlpn F-'s vprstpht sich, daß der Umschalttakt des Ringzählers auf die Impulsfolgefrequenz, die Zahl der F.mpfänger 5. di< Netzfrequenz etc. abgestimmt sein muß.

Die beanspruchten Maßnahmen sind besonders fü solche Stromrichteranlagen geeignet, bei denen es nich möglich ist, die Überwachung in den Betriebspausei durch Freischaltcn des Stromrichterzweiges vorzuneh men. wie z. B. bei Hochspannungsanlagen, die unter Ö arbeiten und somit einer unmittelbaren Kontrolle nich zugänglich sind. Die beanspruchte Vorrichtung hat dei

ίο Vorteil, daß Halbleitersiromrichterelementenausfälk die durch elektrische Überbeanspruchung (z. B. Über spannung) massiert auftreten, mit Sicherheit rechtzeili| bemerkt werden, so daß die Gefahr, daß das gesaml· Stromrichterventil zerstört wird, rechtzeitig beseitig

π werden kann. Die beanspruchte Vorrichtung hat dei Vorteil, daß sie eine kontinuierliche Überwachuni während des Betriebes gewährleistet und eine völlig! elektrische Entkopplung zwischen Erfassung um ÄMsu/rrlppinrirhtiing vnrsirht Daher sind hrlirhtPi Potentialdifferenzen zu überbrücken

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Überwachung der Sperrfähigkeit von in Reihe geschalteten Halbieiterstromrichterelementen einer Stromrichteranlage, bei der jeweils parallel zu den Halbleiterstromrichterelementen eine Gleichrichterbrücke mit ihren Wechselspannungsklemmen angeschlossen ist, die von der Sperrspannung an den Halbleiterstromrichterelementen gespeist wird, vermittels welcher unter Zwischenschaltung eines ohmschen Widerstands ein mit ihren Gleichspannungsklemmen verbundener Kondensator aufgeladen wird, dem ein Schwellwertschalter nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit einer Auswerteeinrichtung zur Registrierung, Signalabgabe und/oder Abschaltung der Halbleiterstromrichterelemente verbunden ist, wenn die Ladung des Kondensators ein vorgegebenes Maß übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichriehterbrücke (32) über eine Gruppe von in Reihe geschalteten Halbleiterstromrichterelementen (1) geschaltet ist, daß die Integrationszeit des Kondensators (33) ein Vielfaches der Periodendauer in der Stromrichteranlage beträgt, daß seine Ladespannung um etwa zwei Größenordnungen kleiner bemessen ist, als die Spannungsamplitude am Eingang der Gleichrichterbrücke (32), daß der Schwellwertschalter in an sich bekannter Weise als elektronischer Schalter ausgeführt ist, daß die Signalübertragung :u der Auswerteeinrichtung (6) in an sich bekannter Weise optisch erfolgt und daß in der Auswerteeinnchtung (6) der vom Schwellwertschalter erfaßte Wert mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertschalter (34) eine Vierschichtdiode vorgesehen ist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge mehrerer fotoelektrischer Empfänger (5) in an sich bekannter Weise mit einem elektronischen Meßstellenumschalter (7) verbunden sind, über den die fotoelektrischen Empfänger (5) nacheinander auf die ihnen gemeinsame Auswerteeinrichtung (6) schaltbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des elektronischen Meßstellenumschalters (7) unmittelbar mit der Auswerteeinrichtung (6) verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des elektronischen Meßstellenumschalters (7) über einen mit einem fotoelektrischen Empfänger (9) gekuppelten trägheitsarmen weiteren Lichterzeuger (8) mit der Auswerteeinrichtung (6) verbunden ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (6) einen Digital-Analog-Umsetzer (61) enthält, dessen Ausgangswert mit einem einstellbaren Referenzwert (62) verglichen wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert (62) in Abhängigkeit von Betriebsdaten der Stromrichteranlage veränderbarist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1,

Bei Stromrichtern mit hoher Betriebsspannung, bei denen sehr viele einzelne Halbleiterstromrichterelemente in Reihe geschaltet werden müssen, ist man daran interessiert, nicht jedes Element einzeln überwachen zu müssen, sondern größere Abschnitte der Reihenschaltung überwachen zu können. Dafür benötigt man eine Überwachungseinrichtung mit quantitativer Aussage über die Zahl der funktionsfähigen Halbleiterstromrichterelemente im überwachten Abschnitt Beispielsweise benötigt man bei der Überwachung einer Gruppe von 10 in Reihe geschalteten Halbleiterstromrichterele-

is menu η (aus einer Reihenschaltung von z.B. 200 Elementen insgesamt), eine Überwachungseinrichtung, die eine Änderung der Spannung des überwachten Abschnitts um ca. 10%, was dem völligen Ausfall eines Halbleiterstromrichterelements entspricht, zu erkennen gestattet.

Die eingangs genannte Anordnung ist durch die DE-OS 15 13 066 bekannt Die Anordnung ist für den angegebenen Einsatz in Stromrichteranlagen mit hoher Betriebsspannung wenig geeignet, da die Überwachung der Vielzahl der in Reihe geschalteten Halbleiterelemente und die hochspannungsmäßige Auslegung der gesamten Überwachungseinrichtung zu aufwendig sind. In der DE-AS 1151311 ist eine Anordnung zur Überwachung der Sperrfähigkeit einzelner rotierender HalbleiterstromrichtereJemente beschrieben, bei der das Fehlersignal fotoelektrisch übertragen wird. Die Überwachung einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Halbleiterstromrichterelementen mit dieser Anordnung läßt keine quantitative Erfassung der defekten Elemente ZU.

Aus der DE-AS 1175 270 ist eine Anordnung bekannt, bei der parallel zu jedem Halbleiterstromrichterelement eine Glimmentladelampe geschaltet ist, die bei der Gegenspannung des Haibleitei 3tromrichterelements gezündet wird. Bei jeder Glimmlichtlampe ist ein Fotowiderstand angebracht der ausschließlich Licht von der zugeordneten Glimmlichtlampe empfängt. Dabei sind sämtliche Fotowiderstände in Reihe in einem mit Alarm-und/oder-Sicherungsmitteln gekoppelten Relaiskreis aufgenommen. Diese Anordnung ist für die in Rede stehenden Anlagen sehr hoher Spannung, bei denen die von den Lichterzeugern abgegebenen Signale über hohe Potentialunterschiede hinweg übertragen werden müssen, wenig geeignet Darüber hinaus ist es bei der Anordnung nicht möglich, eine Aussage über die Höhe der Sperrspannung an den einzelnen Halbleiterstromrichterelementen oder an einer Gruppe dieser Elemente zu machen. Es ist lediglich eine Ja-/Nein-Aussage möglich. Insbesondere dann, wenn mehrere Halbleiterstromrichterelemente gemeinsam überwacht werden, z. B. jeweils 3 von 6 Elementen ist es nicht möglich, zu erkennen, ob noch alle 3 in Reihe geschalteten Halbleiterstromrichterelemente voll funktionstüchtig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Überwachung der Sperrfähigkeit von Stromrichteranlagen anzugeben, die für den Einsatz in Anlagen hoher Betriebsspannung geeignet ist und die unmittelbare Rückschlüsse auf die Höhe der Sperrspan-

h^r> nung an der jeweiligen Übertragungsstrecke zuläßt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine Anordnung der eingangs angegebenen Art entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan-