DE2303279B2

DE2303279B2 - Thyristorventil fuer hochspannung

Info

Publication number: DE2303279B2
Application number: DE19732303279
Authority: DE
Inventors: Georg; Olsson Karl-Erik; Ludvika Lindblom (Schweden)
Original assignee: Allmänna Svenska Elektriska AB, Västeraas (Schweden)
Priority date: 1972-02-01
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1976-06-16
Also published as: FR2170123B1; JPS4887762A; FR2170123A1; GB1415391A; US3794908A; JPS5631824B2; DE2303279C3; DE2303279A1; CA991264A; SE360227B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Thyristorventil für Hochspannung mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren, von denen jeder mit einem Steuerkreis versehen ist, der durch ein gemeinsames Steuerglied steuerbar ist und bei dem die Steuersignale zum unu die uberwachungssignale von dem Thyristorventi! jeweils über lichtgeber. Lichtleiter und Lichtempfänger zwischen Erdpotential und Hochspannungspotential übertragen werden.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Anordnung zur Überwachung der einzelnen Thyristoren und deren Zustandes sowie auf eine Anordnung zum Schutz des Thyristorventils für den Fall, daß ein Fehler im Thyristorventil auftritt

Es ist bekannt zur Überwachung des Zustandes der Thyristoren lichtoptische Anzeigeglieder, z. B. Glimmlampen, parallel zu den einzelnen Thyristoren anzuordnen, so daß diese lichtoptischen Anzeigeglieder von der an dem zugehörigen Thyristor liegenden Spannung ^₀ gespeist werden. Gefangt Spannung an das Thynstorventil, so leuchten die parallel zu fehlerfreien Thyristoren liegenden Lampen auf, während kurzgeschlossene Thyristoren zugleich die zugehörigen Lampen kurzschließen. Auf diese Weise ist leicht festzustellen, welche und wie viele Thyristoren ersetzt werden müssen. Die Anordnung von elektrisch gespeisten Lichtquellen parallel zu den Thyristoren ist jedoch in Hochspannungsanordnung nicht zweckmäßig, da der zu dem Thyristorventil parallelliegende Lichtquellenkreis eilten sehr hohen ohmschen Widerstand haben muß, damit die durch den Anzeigekreis verursachten Verluste klein bleiben. Das hat zur Folge, daß das von den Lichtquellen ausgesandte Licht nur schwach ist. so daß die Signale für optoelektrische Verarbeitung zu unsicher sind.

Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, daß man mittels Spannungsteilern parallel zu dem Thynstorventil die Spannungsverteilung längs des Thyristorventils erfaßt z. B. mittels Belancerelais verschiedener An. Für den Meßspannungsteiler gilt jedoch wie oben, daß er einen hohen ohmschen Widerstand haben muß. Ferner verlangt dieses Prinzip eine elektrische Signalübertragung von Ventilpotential auf Erdpotential. wodurch erhebliche Isolierungsprobleme geschaffen werden

Aus der ASEA- Zeitschrift 1971, S. 37 bis 40 ist eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage der eingangs genannten Art bekannt, bei der die einzelnen Ventile ebenfalls aus einer Reihenschaltung einer Viel/ahl von Thyristoren bestehen. Die Überwachungsei! ung der Ventile erfaßt jedoch nicht die Spannung jedes einzelnen Thyristors eines Ventils, sondern lediglich die Gesamtspannung eines Ventils. Diese Gesamtspannung wird gemessen, und die Übertragung der Zündimpulse zu den Thyristoren ist von der Größe dieser Spannung abhängig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thyristor ventil der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, bei dem die auf optoelektrischem Wege wirkende Überwachungseinrichtung die einzelnen Thyristoren und Steuerkreise des Ventils erfaßt, wobei kräftige Lichtsignale erzeugt werden, ohne daß der Energiebedarf der Überwachungseinrichtung groß ist

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Thyristorventil der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Steuerkreis für die Überwachung zusätzlich einen Lichtgeber des Halbleitertyps umfaßt, der für den zugehörigen Thyristor ein Signal abgibt, das von der Spannung am Thyristor und der vom Steuerkreis dieses Thyristors erzeugten Spannung abhängig ist. Auf diese Weise wird erreicht daß das Signal des Thyristors sowohl den Zustand des Thyristors als auch des Steuerkreises abbildet die beide von entscheidender Bedeutung für die Funktion des Thyristors sind. Bei jeder Zündung des Thyristorventils kann die Anzahl der Lichtsignale von den Steuerkreisen der verschiedenen Thyristoren gezählt werden, und bei zu niedriger Anzahl können erforderliche mäßnahmen eingeleitet werden.

Die Erfindung ermöglicht verschiedene Formen der Überwachung und des Schutzes des Ventils. Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Thyristorventil der hier behandelten Art

F i g. 2 und 3 zwei Beispiele für Steuerkreise gemäß der Erfindung für die einzelnen Thyristoren des Ventils.

F i g. I zeigt ein Thyristorventil für Hochspannung mh mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren 1, von denen jeder mit einem Steuerkreis 2 versehen ist, auf dessen Eingangsseite ein Detektor in Form einer Fotodiode 3 angeordnet ist. Alle Thyristoren werden von einem gemeinsamen Steuerglied 4 gesteuert, an dessen Ausgangsseite eine oder mehere Leuchtdioden 5 angeordnet sind, deren Strahlung die Fotodioden 3 beaufschlagt. Solche Thyristorventile werden in Brük-

kensehaltungen in Stromrieht rn zur Übertragung von hochgespanntem Gleichstrom verwendet, wobei der eine PgI des Ventils an eine Gleichstromschiene 6 und der andere Pol an eine Wechselstromschiene 7 angeschlossen ist

Ein Beispiet für einen Steuerkreis 2 gemäß der ErfinduTg wird in F i g. 2 gezeigt. Der Steuerkreis ist zwischen der Fotodiode 3 sowie Steuerelektrode und Kathode des Thyristors I eingeschaltet. Parallel zu dem Thyristor 1 liegt einerseits ein Widerstand 7 in Reihe mit to einem Kondensator 8, die Teii des Haupt'-pannungsteilers des Ttynsturventils sind und liegen andererseits zwei Milfsspannungsteile- 9, 10 und 11, 12, 13. Diese verschiedenen Spannungsteiler können zu einem einzigen zusamme.igefaßt werden, wobei die verschiedenen Spannungen an verschiedenen Anzapfpunkten abgenommen werden.

Der erste Hilfsspannungs'eiler besteht aus einen. Widerstand 9 in Reihe mit einer Zenerdiode (O und ist dafür vorgesehen, einen Energiespeicher für den Steuerkreis in Form eines relativ großen Kr- ^nsators 14 zu speisen. Um /y vermeiden, daü <"■ '^c* relativ große Kondensator die Wechselsp?·. jn^en an dem Thyristor 1 kurzschließt, erfolgt die Aufladung des Kondensators über e>nen relativ Kroßen Widerstand 15. ₂>

Der zweite Hilfsspannungsteiler besteht aus einem Kondensator 11. einem ohmschen Widerstand 12 und einem spannungsabhär.giger Widerstand 13. Dieser Spannungsteiler ist dafür vorgesehen, die übrigen Komponenten des Steuerkreises zu speisen, die durchgehend hochohmig sind und wenig Leistung verbrauchen, während der Kondensator 14. der dafür vorgesehen ist. die eigentliche Steuerleistung des Thyristors /u speichern, einen größeren Leistungsbedari hat Aus diese.71 Grund empfehlen sich zwei getrennte Speisekreise. Um ein Entladen des Steuerkreises bei negativer Spannung am Thyristor 1 zu vermeiden, erfolgt die Speisung über Dioden 16,17.

Der Steuerkreis ist. wie bereits genannt mit einem Detektor in Form einer Fotodiode 3 versehen, die, wenn sie von der Strahlung der Leuchtdiode 5 des Steuerorgans 4 beaufschlagt wird, über einen Verstärker 18 ein Signal an ein UND-Glied 19 gibt An zwei weitere Eingänge des UND-Gliedes sind zwei Indikatoren 20,21 angeschlossen, von denen der eine, 20, anzeigt, ob eine ausreichende Speisespannung am Kondensator 22 vorhanden is*. ^u/ähr?n<ä d?^r and?r?. 21. überwacht, ob die Thyristorspannung die richtige Polarität hat. d. h. ob die Anode gegenüber dτ Kathode positiv ist, ev 1. auch, ob die Thyristorspannung eine gewisse Mindestgröße hat. Der Indikator 21 ist zu diesem Zweck an den Spannungsteiler 9,10 angeschlossen.

Dss UND-^""!isd 19 hat einer, rts^ü/tsn AuS¹¹Sn⁰ was bedeutet daß ein Ausgangssignal stets vorhanden ist, außer wenn alle drei Eingangssignale 18, 20 und 21 gleichzeitig vorhanden sind. Wenn dies geschieht, verschwindet das Ausgangssignal von 19.

Uie Steuerenergie 'ur den 1 nyristcr 1 wird von dem Kondensator 14 geliefert und zwar über den Kondensator 22 und die Transistoren 23, 24, die von dem UND-Glied 19 gesteuert werden. Solange der Detektor 3 kein Signs! bekommt, gibt das UND-Glied J9 Ausgangssignal, wodurch der Transistor 23 leitend gehalten wird, während der Transistor 24 über das Invertierungsglied 25 gesperrt wird. Erhält der Detektor 3 Signal und liegt gleichzeitig genügend Speisespannung am Kondensator 22 und stimr.it die Spannung über dem Thyristor, so daß 20 und 21 Signa! geben, so verschwindet das Signal von 19, wobei der Transistor 23 gesperrt wird, während das Gli°d 25 ein Steuersignal an den Transistor 24 gibt, wodurch die im Kondensator 22 gespeicherte Energie über die Diode 26 und den Widerstand 27 zur Steuerelektrode des Thyris'ors 1 entladen wird. Dabei wird der Kondensator 14 daran gehindert, sich zu entladen, da der Transistor 23 gesperrt ist. Der Kondensator 22. der kleiner ist als der Kondensator 14, kann deshalb schnell aufgeladen werden, wenn das Signal an 3 verschwindet und der Transistor 23 leitend wird.

Der bisher beschriebene Steuerkreis stellt ein Beispiel dar, und kann durch andere Steuerkreise ersetzt werden. Um kontrollieren /u können, daß sowohl der Thyristor 1 als auch der Steuerkreis keinen Fehler haben, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, einen Indikator einzubauen, der in Fig. 2 aus einer Leuchtdiode 28 besteht, die über einen W-derstand 29 parallel mit der Steuerelektrode des Thyristors gespeist wird. Die Leistungsverteilung auf die Leuchtdiode 28 und die Steuerelektrode des Thyristors geschieht mit Hilfe der Wi<Jer->iände 27,29.

Voraussetzung dafür, daß die Leuchtdiode 28 ein Signal geben kann, ist, daß die Thyrisiorspannung richtige Polarität hat, wenn das Steuerorgan4 >..:i Signal an den Detektor 3 gibt. Eine weitere Voraussetzung ist, daß der Thyristor 1 fehlerfrei ist. da bei einem Kurzschluß infolge Schadhaftigkeit des Thyristors die Speisespannung über den Spannungsteilern 9,10 und 11 bis 13 verschwindet.

Das Signal von 28 ist deshalb ein Kriterium für den Zustand des gesamten in F i g. 2 gezeigten Kreises. Die Signale von den Dioden 28 der verschiedenen Thyristoren können dann auf bekannte Art addiert und als Anzeige für den Zustand des ganzen Thyristorventils gemäß F i g. 1 verwendet werden, so daß bei zu wenigen Signalen nach einer Zündung des Thyristorventils Maßnahmen ergriffen werden können. Als bekannte Maßnahme kann das Austauschen von schadhaften Thyristoren und Kreisen oder in erster Linie die Wiederzündung des Ventils am Ende des Leitinter ^allegenannt werden, um zu vermeiden, daß die restlich, gesperrten Thyristoren überlastet werden.

F i g. 3 zeigt eine andere Anordnung der Leuchtdiode 28 in einem Steuerkreis, der im übrigen dem in F i g. 2 gezeigten gleich ist. Die Bezugsziffern haben die gle'"he Bedeutung wie in Fig. 2. Der Thyristor 1 und aie Spannungsteiler sind fortgelassen, da diese für beide Figuren gleich sind.

Gemäß F i g. 3 ist die Leuchtdiode 28 unabhängig von dem eigentlichen Steuersignal über der Fotodiode 3 und wird nur von den Signalen von den Indikatoren 20 und 21 über ein UND-Glied 30 beeinflußt, dessen Eingänge zu den entsprechenden des JND-Gliedes 19 parallel liegen.

Die Leuchtdiode 28 hat hier ihren eigenen Kondensator 31, der parallel mit dem Kondensator 22 über einen Transistor 52 gespeist und an die Leuuhiüiuüc 25 übet einen weiteren Transistor 33 angeschlossen ist Solange die Indikatoren 20 und 21 nicht gleichzeitig Signal geben, wird Transistor 32 *on dem negativen Ausgangssigna! des UND-Güedes 30 leitend gehalten Wenn dagegen das UND-Glied 30 doppeltes Fmgangs,ign..^! erhält, wird der Transistor 32 g_".[>iτ >jr■' der Transistor 33 von dem Signal des η'-rm-i .·..(ie^ Gliedes 34 geöffnet, wobei die Leuchtdiode 28dur h r Ladung des Kondensators 31 zündet.
Soiange der Kondensator 22 nicht er ■· ..-·.·"·

20 bestimmte Spannung erreicht hat, gibt das UND-Glied 30 Steuersignal an den Transistor 32. Auf diese Weise geschieht das Aufladen des Kondensators 31 parallel mit dem Aufladen des Kondensators 22, und die Leuchtdiode 28 gibt kein Signal, bevor diese beiden Kondensatoren voll aufgeladen sind und der Steuerkreis damit volle Zündbereitschaft erreicht hat.
\ Auf der anderen Seite kann das Wiederaufladen des -Kondensators 31, wenn er sich über-28 entladen hat, nicht geschehen, bevor die Thyristorspannung unter das von dem Indikator 21 bestimmte Spannungsniveau gesunken ist oder die Ladungsspannung für die Kondensatoren 22 und-31 unter das von dem Indikator 20 bestimmte Niveau gesunken ist. Diese beiden Kriterien werden jedoch in der Regel erfüllt, wenn der Thyristor gezündet wird, wobei die Spannung an dem Thyristor auf Leitspannungsniveau fällt

In dem Beispiel gemäß IK i g, 3 wird der Zündkreis 22, 24, 26, 27 nicht durch die Leuchtdiode 28 belastet. Dadurch kann der Kreis 30 bis 34 allein mit Rücksicht auf die Energie bemessen werden, die man für das Signal von 28 benötigt.

Die Leuchtdiodc-n 28 sind auf demselben Potential angeordnet wie die entsprechenden Thyristoren, wäh-/ rend die Signale von dort ohne besondere Maßnahmen auf Erdpotential entgegengenommen und verarbeitet werden können, was ein großer Vorteil ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thyristorventil für Hochspannung mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren, von denen s jeder mit einem Steuerkreis versehen ist, der durch ein gemeinsames Steuerglied steuerbar ist und bei dem die Steuersignale zum und die Überwachungssignal von dem Thyristorventil jeweils über Lichtgeber. Lichtleiter und Lichtempfänger zwi- .^ sehen Erdpotential und Hochspannungspotential übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerkreis (2) für die Überwachung zusätzlich einen Lichtgeber (28) des Halbleitertyps umfaßt, der für den zugehörigen Thyristor ein Signal abgibt, das von der Spannung am Thyristor und der vom Steuerkreis dieses Thyristors erzeugten Spannung abhängig ist.

2. Thyristorventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Lichtgeber (28) von einem Energiespeicher (31) gespeist wird, der von dem Steuerkreis (2) des zugehörigen Thyristors (l)aufgeladenwird.

3. Thyristorventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtgeber (28) von einem Kontrollglied (30, 34) gezündet wird, das von der Spannung zwischen Anode und Kathode des zugehörigen Thyristors (1) auf solche Weise gesteuert wird, daß der Lichtgeber zündet, w^nn die genannte Spannung positiv wird.

4. Thynstorventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtgeber (28) von dem Steuerglied (2) des zugehörigen Thyristors (1) gleichzeitig mit dem Thyristor gezündet wird.

5. Thyristorventil nach Anspruch 4, .,adurch gekennzeichnet, daß das Thyristorsieu^r fied (2) gesperrt ist, wenn die Spannung am Thyristor (1) Null oder negativ ist.