DE2333967A1

DE2333967A1 - Thyristorventil mit selbstzuendungsoder wiederherstellungsschutz

Info

Publication number: DE2333967A1
Application number: DE19732333967
Authority: DE
Inventors: Aake Dipl Ing Ekstroem; Lars-Erik Juhlin; Karl-Erik Olsson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1974-01-31
Also published as: FR2237351A1; DE2333967C3; JPS4953385A; SE364826B; CA994856A; CH558610A; GB1430009A; DE2333967B2; FR2237351B1; SU581894A3; US3842337A

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. Helmut M iss I ing 63 Giessen 3.7.1973

Dipl.-lng. Richard Schlee Biemarcketraeee 43

^₁₁, _ , Telefon: C0641) 71019

Dr.-Ing. Joachim Boecker ,

Boe/Fa 11.645

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Jhyristorventil mit Selbstzündung- oder Wiederhers tellungsschutz

Die Erfindung betrifft ein Thyristorventil wie es im Oberbegriff des Hauptanspräches beschrieben ist. Ein Selbstzündungs- oder V/iederherstellungsschutz soll verhindern, daß einzelne Thyristören, die im Anschluß an ein Leitintervall ihre Sperrfähigkeit wieder erlangt haben, von der anwachsenden Spannung in Durchlaßrichtung des Ventils zerstört werden, bevor das ganze Ventil eine ausreichende Sperrfähigkeit wieder erlangt hat.

Dieses Verhalten tritt bei Störungen, in der Regel Netzstörungen, auf, wobei dem Ventil unzureichende Wiederherstellungszeit gelassen wird. Der Schutz gründet sich auf das bereits bekannte Prinzip, daß ein Zündsignal in dem Fall an das ganze Ventil abgegeben wird, in welchem die bereits wiederhergestellten Thyristoren der Gefahr einer Überlastung durch die anwachsende Spannung ausgesetzt sind.

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Die bereits bekannten Wiederherstellungsschutzsehaltun/^en für den eben erläuterten Zweck beruhen auf einem Abtaste:.;. der Spannung über dem ganzen Thyristorventii, wozu kostspielige MeßSpannungsteiler erforderlich sind.

Der IDrfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thyristorventil mit Selbstzündungs- oder V/iederherstei-ungsschutz nach der im Oberbegriff des ZTauptanspruches beschriebenen Art zu entwickeln, bei dem auf einen l'eBspannungsteiler grundsätzlich verzichtet v/erden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Thyristorventil der genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Selbstzündungsschutz einen Speicher und einen Rechner zur Registrierung der Anzeigeimpulse von den Signalgebern der Steuergeräte umfaßt, sowie einen Ausgangskreis für den zwischen dem Rechner und dem Steuerimpulssender eingekuppelten Schutz, welcher Ausgangskreis in Abhängigkeit von einer bestimmten Anzahl IndiklerungsImpulse ein Signal zur Zündung des ganzen Thyristorventils abgibt.

Der Wiederherstellungsschutz gemäß der Erfindung gründet sich auf einer Aufrechnung und Registrierung der Anzeigeimpulse, so daß Impulse einer zu geringen Anzahl von

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Thyristoren zu einer "bestimmten Zeit zur Wiederzündung des Ventils führen.

Far den Wiederherstelungsschutz nach der Erfindung ist ein kostspieliger Meßspannungsteiler nicht erforderlich. Jedoch auch in den Fällen, in denen ein solcher Meßspannungsteiler ohnehin vorhanden ist, kann durch die Srfindung eine einfachere Ausbildung des Yiederherstellungsschutzes erreicht werden.

Anhand der in den !Figuren dargestellten Ausführungsheispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Pig. 1 ein Thyristorventil mit Steuergerät und Steuerkreisen sowie Wiederherstellungsschutz gemäß der Erfindung

Pig. 2 und 3 zeigen andere Ausführungsformen der Schaltung nach Pig. 1.

Si;'. 1 zeigt eine Anzahl in Reihe geschalteter Thyristoren 13-1n, die zusammen ein Thyristorventil für Hochspannung "bilden, das z. B. in Stromrichtern verwendet wird, "beispielsweise in Stromrichtern für eine Hochspannungsgleiehstromübertragunrrsanlage.

Der eine Endanschluß des Ventils ist dabei normalerweise an die Gleichstromseite des Stromrichters und der andere an die

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Wechselstromseite angeschlossen.

Jeder Thyristor ist mit einem Steuergerät 1 versehen, das beispielsweise gemäß der DT-PA 23 03 279.3 aufgebaut ist. Ferner ist jedem Thyristor ein Detektor in Form einer Fotodiode 11, die von einem Steuerimpulssender 9 beaufschlagt wird, und ein Signalgeber in Form einer Leuchtdiode 12 zugeordnet, die einen Anzeigeimpuls abgibt, wenn die Spannung in Durchlaßrichtung des betreffenden Thyristors auf einen bestimmten Wert angestiegen ist.

Die Anzeigeimpulse der Signalgeber 12 gelangen über den Lichtleiter 20 zu den beispielsweise aus Fotodiode bestehenden Detektoren 2 an den Eingang eines ODER-Gliedes, das für die eingehenden Signale von den Detektoren 2 Signale an ein Zeitglied 4 abgibt. Dieses Zeitglied besteht aus einer monostabilen Kippstufe, die beim Eintreffen eines Signals von dem ODER-Glied anspricht und beim Rückkippen nach der Zeit t nach dem Eintreffen des Signals vom ODER-Glied 3 ein Ausgangssignal an das UND-Glied 7 gibt. Das bedeutet, daß die Kippstufe 4 lein Ausgangssignal abgeben kann, solange von dem ODER-Glied 3 fortlaufend Signale eintreffen, deren zeitlicher Abstand kleiner als die Zeit t_Q ist. Diese Zeit, d.h. die Rückstellzeit der Kippstufe 4, ist so groß gewählt, daß sie die Zoitabstände zwischen den Signalen vom ODER-Glied

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übersteigt, solange die Thyristoren 13 "bis 1n sich in normalerweise im Takt mit der anwachsenden Spannung an dem Thyristorventil wiederherstellen. Gleichzeitig darf t nicht größer sein als es einem angemessenen Anwachsen der Spannung über dem Thyristorventil entspricht, d.h. das Signal am Ende der Zeit t muß abgegeben werden, bevor die Spannung über dem Thyristorventil für die sperrenden Thyristoren gefährliche Werte erreicht hat (siehe auch weiter unten).

Die Signale von den Detektoren 2 werden ferner einem Speichergl^ied 10 zugeführt, das an einen Absucher 5angeschlossen ist, der den Charakter eines Schv/ellwertgliedes hat. Entsprechend der Anzahl η Thyristoren des Ventils ist zumindest eine Anzahl η erforderlich, um die zu sperrende Spannung in Durchlaßrichtung des Thyristorventils mit Sicherheit sperren zu können. Das Schwellwertglied 5 arbeitet in der Weise, daß ein Ausgangssignal vom Schwellwertglied 5 auf einen negierten Eingang des UND-Gliedes 7 gegeben wird, wenn die vom Speicher registrierte Signalanzahl η die Anzahl n_Q übersteigt. Der Speicher 10 registriert die Signale von den-Detektoren 2 iiriabhängiglse-i4-von Folge und Takt, so daß das gchwellwertgl'iJed 5 die Anzahl gesperrter Thyristoren errechnen kann.

Zwischen dem Schwellwertgleid 5 und dem UND-Glied 7 ist ferner eine Kippstufe 6 vorhanden, deren Punktion später erläutert

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wird und von der zunächst angenommen werden kann, daß sie ein Signal an das UND-Glied 7 liefert.

Die Funktionsweise besteht darin, daß das Zeitglied 4 nach der Zeit t_Q nach dem letzten Signal vom ODER-Glied 3 ein Signal an das UND-Glied 7 gibt. Ein Signal von Zeitglied gedeutet also, daß alle Thyristoren, von denen man annimmt, daß sie ihre Sperrfähigkeit in angemessener Zeit zurückgewinnen, dieses auch gemacht©« haben. Man kann es auch so ausdrucken, daß die Zeit t im Verhältnis zur Anstiegszeit für die Spannung in Durchlaßrichtung des Thyristorventils so gewählt ist, daß die Anzahl gesperrte Thyristoren ausreichend ist um die anwachsende Spannung aufzunehmen, solange die Thyristoren in kürzeren Intervallen als der Zeit t frei werden.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist dieser Vorgang beendet, d.h. von den Gliedern 1, 2 und 3 kommen keine Signale mehr, und die Zeit t vergeht, während die Spannung über dem Ventil anwächst und seinen Maximalwert erreicht. Ob das Thyristorventil danach im Stande ist, diese Spannung zu sperren, hängt davon ab, ob die Anzahl η sperrender Thyristoren die erforderliehe Mindestanzahl η übersteigt, was von dem Schwellwertglied 5 ermittelt wird.

Ist dies der Fall, so gibt das Schwellwertglied 5 ein Signal auf den negierten Eingang des MD-Gliedes 7 und wenn dieses

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Signal vor dem Signal vom Zeitgliea 4 eintrifft, so ist alles in Ordnung und nichts geschieht, da das UND-Glied 7 nur ein Signal vom Zeitglied 4 erhält.

"Wenn die Thyristoren dagegen zu spät wiederhergestellt werden, d.h., wenn su wenig Thyristoren wiederhergestellt sind, wenn das Zeitglied 4 ein Signal abgibt, dann erhält das UND-Glied ein Signal auf alle drei Eingänge, so daß das UND-Glied 7 ein Signal an das Eingangsglied 8 für den Steuerimpulssender ¹J liefert, der über die Leuchtdioden 21 und durch den Lichtleiter 22 Zündimpulse an alle Thyristoren 13-1n liefert.

Dabei erhält man eine Wiederzündung des Thyristorventils, was vereinzelte Eommutierungsfehler und damit eine geringe Störung im Stromrichterbetrieb bedeutet. Verglichen mit der Überlastung einzelner Thyristoren, was in der Regel zu einer völligen Zerstörung der gesamten Thyristorreihenschlaltung des Ventils und damit zu einer Betriebsunterbrechung führt, isteine solche Störung bedeutungslos.

Die Kippstufe 6 wird von den Ausgangssignalen des Eingangsgliedes 8 in die Stellung "Ausgangssignal vorhanden" gestellt, wahrend die Kippstufe vom Signal vom Schwellwertglied 5 auf 0 gestellt wird, wodurch man eine unbefugte Funktion des UND-Gliedes 7 verhindert, die auf neuen Impulsfolgen vom ODER-Glied 3 aufgrund von Spannungstransienten am Thyristor-

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ventil herrühren könnte.

Der Eingangskreis 8 hat den Charakter eines ODER-G-liedes, an welches auch die Steuerimpulse von dem dem Stromrichter übergeordneten Steuersystem 23 angeschlossen sind.

Der Speicher 10 muß während jedes Leitintervalls des Ventils nullgestellt werden, was beispielsweise durch die Steuerimpulse von 8 geschehen kann, wie in Fig. 1 angedeutet.

Der in Fig. 1 gezeigte Schutz kann in verschiedener Art variiert werden.

Das Zeitglied 4 kann so geändert werden, daß es, statt die Folge der Signale vom ODER-Glied 3 zu registrieren, nur das erste dieser Signale registriert und nach einer bestimmten Zeit t₁ ein Signal an das UFD-Glied 7 gibt. Diese Zeit t.. wird so gewählt, daß man damit rechnen kann, daß eine ausreichende Anzahl η Thyristoren während dieser Zeit wiederhergestellt wird, wenn sie fehlerfrei sind. Der Zeitkreis wird auf diese Weise etwas einfacher; er ist jedoch etwas unzuverlässiger, wenn mit einem ungewöhnlichen Anwachsen der Thyristorspannung zu rechnen ist. Die Zeit t₁ kann auch abhängig gemacht werden von den Arbeitsparametern, vor allem von der Belastung des Thyristorventils.

Wenn parallel zum Thyristorventil ein Meßspannungsteiler - welcher teuer ist - liegt, kann auf das Zeitglied 4 ver-

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ziehtet werden, wobei die Schaltung den in Fig. 2 dargestellten Aufbau annimmt.

Parallel zu dem Ventil liegt ein Ohmscher Messpannungsteiler 113» der mit einer Anzapfung an das Vergleichsglied 25 angeschlossen ist. Dem Vergleichsglied 25 wird ferner ein Signal vom Glied 5 zugeführt, welches als ein Rechner ausgebildet ist, dessen Ausgangssignal proportional der Anzahl η Thyristoren ist, die wieder hergestellt sind. Das Ausgangssignal vom Glied 5 gibt somit ein Maß für das augenblickliche Sperrvermögen des Thyristorventils, welches mit der augennblickliehen Spannung am Thyristorventil verglichen wird. Wenn dabei der erforderliche Sicherheitsbereich fehlt, gibt das Vergleichsglied 25 ein Signal an das Eingangsglied 8^ zwecks Wiederzündung des Ventils.

Der Erfindungsgedanke kann auch im Zusammenhang mit bereits bekannten Wiederherstellungsschutzschaltungen verwendet werden, deren Funktion dadurch verbessert wird. Beispielsweise können die Glieder 2, 3, 10 und 5 in den in Fig. 3 der DAS 2 005 724 gezeigten Schutz eingeschaltet werden, der dadurch den in Fig. gezeigten Aufbau erhält. Die Bezugszeichnungen entsprechen den in Fig. 3 der ebengenannten Auslegeschrift und den in der vorliegenden Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen.

Der Meßspannungsteiler 113 ist über den Verstärker 114 und die Diode 116 an den Diskriminator 118 angeschlossen, der ein Signi an die monostabile Kippstufe 120 gibt, wenn die Ventilspannung nach einem Leitintervall negativ wird. Während einer ^gewissen

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Zeit wird daher die Kippstufe 120 ein Signal an das UND-Glied geben, das dem UND-Glied 7 in Fig. 1 entspricht. Das Schwellwertglied 5 gibt ein Signal an das UlfD-Glied 105, wenn die Anzahl η

sperrender Thyristoren eine bestimmte Mindestanzahl n.. erreicht hat, wodurch angezeigt wird, daß das Ventil positive Spannung erhält. Die Glieder 5 und 120 sind an das UJFD-Glied angeschlossen, was bedeutet, daß nichts geschieht, wenn das Signal vom Glied 5 erscheint, nachdem das Ausgangssignal der Kippstufe 120 verschwunden ist. Trifft das Signal vom Glied 5 dagegen ein, bevor das Ausgangssignal der Kippstufe 120 verschwindet, so ist die Sperrfahigkeit des Thyristors zweifelhaft, und das UHD-Slied 105 gibt ein Signal an das Eingangsglied 8 zwecks Wiederzündung des Thyristor ventils.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Zustand des Ventils ständig übGrwacht wird und in irgendeiner Weise vom Speichergiied 10 abgelesen wird, wodurch der Stromrichter im Wechselrichterbetrieb mit einem sehr kleinen Respektabstand und daher mit einer sehr kleinen Uindleistungbedarf arbeiten kann.

Bei Schwingungen in dem Ventil können unter gewissen Umständen einzelne Signale von den Dioden 12 am ODER-Glied 3 eintreffen, wenn die Spannung über dem ganzen Ventil noch negativ ist. Das bedeutet, daß die Spannung Anode-Kathode an einzelnen Ventilen positiv werden kann, wenn die ganze Ventilspannung noch negativ ist. Dabei kann die Zeit t des Zeitgliedes 4 zu. Ende gehei), ehe

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die Ventilspannung positiv geworden ist oder nur einen kleinen positiven Wert erreicht hat, so daß ein Zündsignal über 7, 8 ohne Grund abgegeben wird.

Um dies zu verhindern, kann die Spannung über dem Ventil abgetastet werden, und eine negative Spannung kann zum Beispiel das UliD-Glied 7 blockieren. Diese Blockierung kann ferner zeitabhängig gemacht werden, so daß, wenn die Ventilspannung eine bestimmte Zeitlang negativ ist, die Blockierung permanent wird und erst bei der nächsten Kommutierung aufhört.

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Claims

Patentansprüche ι

( 1. JThyristorventil für Hochspannung mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren, von denen jeder mit einem Steuergerät versehen ist, mit einem Steuerkreis für das ganze Yentil, wobei das Steuergerät von einem Steuerimpulssender im Steuerkreis gesteuert und mit einem Signalgeber versehen ist, der einen Anzeigeimpuls abgibt, wenn die Spannung über dem betreffenden Thyristor in Durchlaßrichtung einen bestimmten Wert erreicht hat, und mit einem Selbstzündungsund Wiederherstellungsschutz für die Thyristoren des Ventils, der durch den Steuerimpulssender ein Signal zur Zündung des ganzen Ventils gibt, wenn die Spannung in Durchlaßrichtung des Ventils zu einem Zeitpunkt anwächst, zu dem nur eine unzureichende Anzahl Thyristoren ihre Sperrfähigkeit wiedererlangt haben, dadurch gekennzeichnet, daß der Selbstzündungsschutz einen Speicher (10) und einen Rechner (5) zur Registrierung der Anzeigeimpulse von den Signalgebern (12) der Steuergeräte (1) umfaßt, sowie einen Ausgangskreis (7 oder 25 oder 105) für den zwischen dem Rechner (5) und dem Steuerimpulssender (8, 9) eingekuppelten Schutz, welcher Ausgangskreis in Abhängigkeit von einer bestimmten Anzahl Indikierungsimpulse ein Signal zur Zündung des ganzen Thyristorventils abgibt.

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2. Thyristorventil gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (5) ein Signal gibt, wenn die Anzahl der Indikierungssignale einen bestimmten Wert erreicht hat, welches Signal im Ausgangskreis (7) mit dem Signal vom Zeitsignalgeber derart verglbhen wird, daß der Ausgangskreis ein Signal an den Steuerimpulssender (8, 9) zur Zündung des Thyristorventils gibt, wenn das Signal vom Rechner (5) später als das Signal vom Zeitsignalgeber erscheint.
3. Thyristorventil gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsignalgeber (120) sein Signal während einer gewissen Zeit an den Ausgangskreis (105) gibt, nachdem die Spannung über dem Ventil in dessen Sperrichtung auf einen bestimmten Wert angewachsen ist, undfaaß ein Aussignal vom Ausgangskreis (105) geliefert wird, wenn das Signal vom Rechner (5) während der Signalzeit des Zeitsignalgebers erscheint.
4. Thyristorventil gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsignalgeber (4) an den Ausgangskreis (7) ein Signal mit einer bestimmten Verzögerung in Bezug auf einen Anzeigeimpuls vom Steuergerät (1) gibt.
5. Thyristorventil gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verzögerung von dem ersten der genannten Anzeigeimpulse ab gerechnet wird.

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6. Thyristorventil gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verzögerung von dem letzten der genannten Anzeigeimpulse ab gerechnet wird.
7. Thyristorventil gemäß Patentanspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der genannten Verzögerung in Abhängigkeit vom Anstieg der Spannung über dem Thyristorventil In Durchlaßrichtung bestimmt ist.
8. Thyristorventil gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Anzeigeimpulse, während der der Ausgangskreis (25) ein Signal abgeben soll, in Abhängigkeit vom Anstieg der Spannung über dem Thyristorventil in Durchlaßrichtung bestimmt ist.
9. Thyristorventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiederherstellungsschutz von einer negativen Spannung* über Anode-Kathode des Ventils blockiert wird.
10. Thyristorventil nach Patentanspruch 9»dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Ventilspannung langer als eine bestimmte Zeit negativ ist, die Blockierung des Wiederherstellungsschutzes bis zur nächsten Kommutierung aufrechterhalten wird.

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