DE2303279C3 - Überwachungsanordnung für ein Thyristorventil für Hochspannung - Google Patents

Überwachungsanordnung für ein Thyristorventil für Hochspannung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsanordnung für ein Thyristorventil für Hochspannung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der DE-OS 20 18 833.
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 gespeist werden. Gelangt Spannung an das Thyristorventil, 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 Hochspannungsanordnungen nicht zweckmäßig, da der zu dem Thyristorventil parallelliegende Lichtquellenkreis einen 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 optoelektrisch^ Verarbeitung zu unsicher sind.
Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, daß man mittels Spannungsteilern parallel zu dem Thyristorventil die Spannungsverteilung iängs des Thyristorventils erfaßt, z. B. mittels Belancerelais verschiedener Art 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 Vielzahl von Thyristoren bestehen. Die Überwachungseinrichtung der Ventile erfaßt jedoch nicht die Spannung jedes einzelnen Thyristors eines Ventils, sondern lediglich die Gesarntspannung eines Ventils.
Diese Gesamtspannung wird gemessen, und die Übertragung der Zündimpulse zu den Thyristoren ist von der Größe dieser Spannung abhängig.
Bei der aus der DE-OS 20 18 833 bekannten Überwachungsanordnung ist an den zu überwachenden Thyristor ein gesonderter Aufladekreis mit einem Brückengleichrichter angeschlossen, der einen Kondensator auflädt. Erst wenn die Spannung am Kondensator einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Kondensator über den zugehörigen Lichtgeber entladen. Bei dieser Anordnung ist zwar die Energieaufnahme des Überwachungskreises relativ gering, die Überwachung macht jedoch nur eine Aussage darüber, daß in einem gerade zu Ende gegangenen Zeitintervall in der Größenordnung von einer Sekunde eine in Gegendurchlaßrichtung des Thyristorventils wirkende Sperrspannung vorhanden gewesen ist. Die Frequenz der vom Lichtgeber gelieferten Impulsfolge ist dabei ein Maß für die Größe der Sperrspannung. Eine sichere Aussage darüber, ob der Thyristor im Augenblick imstande ist, eine Sperrspannung in Durchlaßrichtung aufzunehmen, kann dem Lichtgebersignal nicht entnommen werden. Ebensowenig enthält das Lichtgebersignal eine Aussage über die Funktionsbereitschaft des Steuerkreises zur Zündung des Thyristors.
Aus der DE-OS 14 88 996 ist eine Betätigungsanordnung für die Betätigung eines in einer wechselstromgespeisten Starkstromleitung liegenden Schalters bekannt, wobei die öffnung des Schalters durch Einschaltung eines Hilfsstromkreises über eine Magnetspule erfolgt. Als Schaltglied in diesem Hilfskreis dient ein Thyristor, und die Energie für diesen Hilfskreis wird einem Kondensator entnommen, der über einen Stromwandler aus der Starkstromleitung aufgeladen wird.
Parallel zur Anoden-Kathodenstrecke des Thyristors liegt eine Glimmlampe, durch welche das Vorhandensein der Anoden-Kathodenspannung angezeigt wird. Die Zündung des Thyristors erfolgt durch direkten Anschluß der Zündelektrode über einen Schalter, der durch ein Lichtsignal betätigbar ist, an den Kondensator, der die Arbeitsenergie für den Arbeitskreis des Thyristors liefert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die in einfacher Weise die augenblickliche Sperrfähigkeit des Thyristors in Durchlaßrichtung und zugleich die Funktionsbereitschaft des Steuerkreises zur Zündung des Thyristors überwacht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Überwachungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfincu..g sind in den Unteransprüchen genannt
Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Signal des Thyristors sowohl den augenblicklichen 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 Maßnahmen 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. 1 zeigt ein Thyristorventil für Hochspannung mit 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 Brükkenschaltungen in Stromrichtern zur Übertragung von hochgespanntem Gleichstrom verwendet, wobei der eine Pol des Ventils an eine Gleichstromschiene 6 und der andere Pol an eine Wechselstromschiene 7 angeschlossen ist.
Ein Beispiel für einen Steuerkreis 2 gemäß der Erfindung wird in Fig.2 gezeigt. Der Steuerkreis ist zwischen der Fotodiode 3 sowie Steuerelektrode und Kathode des Thyristors 1 eingeschaltet. Parallel zu dem Thyristor 1 liegt einerseits ein Widerstand 7 in Reihe mit einem Kondensator 8, die Teil des Hauptspannungsteilers des Thyristorventils sind und liegen andererseits zwei HilfsSpannungsteiler 9, 10 und 11, 12, 13. Diese verschiedenen Spannungsteiler können zu einem einzigen zusammengefaßt werden, wobei die verschiedenen Spannungen an verschiedenen Anzapfpunkten abgenommen werden.
Der erste Hilisspannungsteiler besteht aus einem Widerstand 9 in Reihe mit einer Zenerdiode 10 und ist dafür vorgesehen, einen Energiespeicher für den Steuerkreis in Form eines relativ großen Kondensators 14 zu speisen. Um zu vermeiden, daß dieser relativ große Kondensator die Wechselspannungen an dem Thyristor 1 kurzschließt, erfolgt die Aufladung des Kondensators über einen relativ großen Widerstand 15.
Der zweite Hilfsspannungsteiler besteht aus einem Kondensator 11, einem ohmschen Widerstand 12 und einem spannungsabhängigen 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 zu speichern, einen größeren Leistungsbedarf hat. Aus diesem 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
ίο 22 vorhanden ist, während der andere, 21, überwacht, ob die Thyristorspannung die richtige Polarität hat, d. h. ob die Anode gegenüber der Kathode positiv ist, evtl. auch, ob die Thyristorspannung eine gewisse Mindestgröße hat. Der Indikator 21 ist zu diesem Zweck an den Spannungsteiler 9,10 angeschlossen.
Das UND-Glied 19 hat einen negierten Ausgang, 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.
Die Steuerenergie für den Thyristor 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 Signal bekommt, gibt das UND-Glied 19 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 stimmt die Spannung über dem Thyristor, so daß 20 und 21 Signal geben, so verschwindet das Signal von 19, wobei der Transistor 23 gesperrt wird, während das Glied 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 Thyristors 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 zu 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 Widerstand 29 parallel mit der Steuerelektrode des Thyristors gespeist wird. Die Leistungsverteilung auf die Leuchtdiode 28 und die Steuerelektrode des Thyristors geschieht mit Hilfe der Widerstände 27,29.
Voraussetzung dafür, daß die Leuchtdiode 28 ein Signal geben kann, ist, daß die Thyristorspannung richtige Polarität hat, wenn das Steuerorgan 4 ein 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 Leitintervalles genannt werden, um zu vermeiden, daß die restlichen 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 gleiche Bedeutung wie in Fig. 2. Der Thyristor 1 und die Spannungsteiler sind fortgelassen, da diese für beide Figuren gleich sind.
Gemäß F i g. 3 ist die Leuchidiode 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 UND-Gliedes 19 parallel liegen.
Die Leuchtdiode 28 hat hier ihren eigenen Kondensator 31, der parallel mit den. Kondensator 22 über einen Transistor 32 gespeist und an die Leuchtdiode 28 über einen weiteren Transistor 33 angeschlossen ist. Solange die Indikatoren 20 und 21 nicht gleichzeitig Signal geben, wird Transistor 32 von dem negativen Ausgangssignal des UND-Gliedes 30 leitend gehalten. Wenn dagegen das UND-Glied 30 doppeltes Eingangssignal erhält, wird der Transistor 32 gesperrt und der Transistor 33 von dem Signal des invertierenden Gliedes 34 geöffnet, wobei die Leuchtdiode 28 durch die Ladung des Kondensators 31 zündet.
Solange der Kondensator 22 nicht eine vom Indikator 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 F 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 Leuchtdioden 28 sind auf demselben Potential angeordnet wie die entsprechenden Thyristoren, während die Signale von dort ohne besondere Maßnahmen auf Erdpotential entgegengenommen und verarbeitet werden können, was ein großer Vorteil ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Überwachungsanordnung für ein Thyristorventil für Hochspannung mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren (1), von denen jedem zur Überwachung seiner Sperrfähigkeit ein zündbarer Lichtgeber (28) zugeordnet ist, dem aus einem durch die Spannung am Thyristor über Gleichrichterelemente aufladbaren Kondensator (22,31) über einen elektronischen Schalter von der Spannung am Thyristor abhängige Stromimpulse zugeführt werden, vorausgesetzt, daß die Spannung am Kondensator einen bestimmten Wert erreicht hat, wobei die Lichtimpulse des Lichtgebers über einen Lichtleiter auf Erdpotential übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Thyristor (1) einen eigenen Steuerkreis (2) hat, welcher die von der Spannung am Thyristor über Gleichrichterelemente abgeleitete Zündenergie in einem Kondensator (22) bereitsteilt und welcher von einem für alle Thyristoren gemeinsamen Steuerglied (4) über ein Lichtsignal steuerbar ist, daß der im Oberbegriff genannte Kondensator (22, 31) durch den Steuerkreis (2) aufladbar ist und daß der genannte Lichtgeber (28) mittels eines Steuergliedes (25, 34) durch einen Fntladestromstoß pro Periode der Wechselspannung am Thyristor gezündet wird, wenn mindestens erstens eine ausreichende Speisespannung am Kondensator (22) vorhanden ist und zweitens am Thyristor eine positive Spannung in Durchlaßrichtung vorhanden ist.
2. Überwachungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtgeber (28) nur gezündet wird, wenn zusätzlich ein Lichtimpuls zur Zündung des Thyristors (1) empfangen wird.
3. Überwachungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Energie für den Lichtgeber (28) speicharnde Kondensator (22) zugleich die Zündenergie für den Thyristor (1) bereitstellt (F i g. 2).
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