DE2333967B2

DE2333967B2 - Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz für ein Thyristorventil

Info

Publication number: DE2333967B2
Application number: DE2333967A
Authority: DE
Inventors: Aake Dipl.-Ing. Ekstroem; Lars-Erik Juhlin; Karl-Erik Olsson
Original assignee: Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1975-07-10
Also published as: CH558610A; CA994856A; SU581894A3; JPS4953385A; SE364826B; DE2333967C3; FR2237351B1; FR2237351A1; DE2333967A1; GB1430009A; US3842337A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen für Thyristorventile bestimmten Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Art. Ein solcher Schutz ist aus der DT-AS 20 05 724 bekannt.

Ein Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschui/ soll verhindern, daß einzelne Thyristoren, die im Anschluß an ein Leitintervall ihre Sperrfähigkeit wiedererlangt haben, von der anwachsenden Spannung in Durchlaßrichtung des Ventils zerstö-t werden, bevor das ganze Ventil eine ausreichende Sperrfähigkeit wiedererlangt 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.

Bei dem aus der DT-AS 20 05 724 bekannten Wiederherstellungsschutz wird im Anschluß an eine Kommutierung zunächst der Zeitpunkt ermittelt, in dem die Spannung von der Anode zur Kathode des Ventils negativ wird, und dann der Zeitpunkt, in dem diese Spannung positiv wird. Wenn die Zeitspanne zwischen diesen Zeitpunkten kleiner als die für die Thyristoren notwendige Wiederherstellungszeit ist, werden sämtliche Thyristoren des Ventils neu gezündet. Diese bekannte Wiederherstellungsschaltung basiert also auf der Messung der Spannung am gesamten Thyristorventil, wozu kostspielige Meßspannungsteile zwingend notwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thyristorventil mit Selbstzündungs- oder Wiederher-

Stellungsschutz nach der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Art zu entwickeln, bei dem auf einen Meßspannungsteiler grundsätzlich verzichtet werden kann, bzw. der bei Weiteroenutzung eines bereits vorhandenen Meßspann :ngsteilers einfacher ausgebildet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Selbstzündungsund Wiederherstellungsschutz der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Der Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz gemäß der Erfindung basiert auf einer Zählung und Registrierung von Anzeigeimpulsen der Thyristoren, an denen die Spannung in Durchlaßrichtung auf einen vorbestimmten Wert gestiegen ist, wobei dann, wenn innerhalb einer bestimmten Zeit nicht die Anzeigeimpulse einer ausreichend großen Anzahl von Thyristoren eingetroffen ist, eine Wiederzündung des gesamten Ventils durchgeführt wird.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig.l ein Thyristorventil mit Steuergerät und Steuerkreisen sowie Wiederherstellungsschutz gemäß der Erfindung,

F i g. 2 und 3 zeigen andere Ausführungsfoi men der Schaltung nach Fig. 1.

Fig.l zeigt eine Anzahl in Reihe geschalteter Thyristoren 13 bis In, die zusammen ein Thyristorventil für Hochspannung bilden, das z. B. in Stromrichtern verwendet wird, beispielsweise in Stromrichtern für eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage.

Der eine Kndanschluß des Ventils ist dabei normalerweise an die Gleichstromseite des Stromrichters und der andere an die Wechselstromseite angeschlossen.

Jeder Thyristor ist mit einem an sich bekannten Steuergerät 1 versehen. Ferner ist jedem Thyristor ein Detektor 11 in Form einer Fotodiode, die von einem Steuerimpulssender 9 beaufschlagt wird, und ein Signalgeber 12 in Form einer Leuchtdiode zugeordnet, die einen Anzeigeimpuls abgibt, wem 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 3, das für die eingehenden Signale von den Detektoren 2 Signale an einen Zeitsignalgeber 4 abgibt. Dieser Zeitsignalgeber 4 besteht aus einer monostabilen Kippstufe, die beim Eintreffen eines Signals von dem ODER-Glied anspricht und beim Rückkippen nach der Zeit to nach dem Eintreffen des Signals vom ODER-Glied 3 ein Ausgangssignal an das UND-Glied 7 gibt. Das bedeutet, daß die Kippstufe kein Ausgangssignal abgeben kann, solange von dem ODER-Glied 3 fortlaufend Signale eintreffen, deren leitlicher Abstand kleiner als die Zeit ίο ist. Diese Zeit, d. h. die Rückstellzeit des Zeitsignalgebers 4, ist so groß gewählt, daß sie die Zeitabstände zwischen den Signalen vom ODER-Glied 3 übersteigt, solange die Thyristoren 13 bis In sich in normalerweise im Takt mit der anwachsenden Spannung an dem Thyristorventil wiederherstellen. Gleichzeitig darf to nicht größer sein als es einem angemessenen Anwachsen der Spannung über dem Thyristorventil entspricht, d. h. das Signal am Ende der Zeit ίο 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 Speicher 10 zugeführt, das an einen Rechner 5 angeschlossen ist, der den Charakter eines Schwellwertgliedes hat. Entsprechend der Anzahl π Thyristoren des Ventils ist zumindest eine Anzahl no erforderlich, um die

■ο zu sperrende Spannung in Durchlaßrichtung des Thyristorveniils mit Sicherheit sperren zu können. Der Rechner 5 arbeitet in der Weise, daß ein Ausgangssignal von ihm auf einen negierten Eingang des UND-Gliedes 7 gegeben wird, wenn die vom Speicher 10 registrierte Signalanzahl n* die Anzahl no übersteigt. Der Speicher 10 registriert die Signale von den Detektoren 2 unabhängig von Folge und Takt, so daß der Rechner 5 die Anzahl gesperrter Thyristoren errechnen kann.

Zwischen dem Rechner 5 und dem UND-Glied 7 ist ferner eine Kippstufe 6 vorhanden, deren Funktion später erläutert wird und von der zunächst angenommen werden kann, daß sie ein Signal an das UND-Glied 7 liefert.

Die Funktionsweise besteht darin, daß der Zeitsignal-

»5 geber 4 nach der Zeit ίο nach dem letzten Signal vom ODER-Glied 3 ein Signal an das UND-Glied 7 gibt. Ein Signal von Zeitsignalgeber 4 bedeutet 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 ausdrücken, daß die Zeit to im Verhältnis zur Anstiegszeit für die Spannung in Durchlaßrichtung des Thyristorventils so gewählt ist, daß die Anzahl gesperrte Thyristoren ausreichend ist, um die anwachsende

3S Spannung aufzunehmen, solange die Thyristoren in kürzeren Intervallen als der Zeit fn 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 ίο vergeht, während die Spannung über dem Ventil anwächst und seinen Maximalwert erreicht. Ob das Thyristorventil danach imstande ist, diese Spannung zu sperren, hängt davon ab, ob die Anzahl n* sperrender Thyristoren die erforderliche Mindestanzahl no übersteigt, was von dem Rechner 5 ermittelt wird.

1st dies der Fall, so gibt der Rechner 5 ein Signal auf den negierten Eingang des UND-Gliedes 7, und wenn dieses Signal vor dem Signal vom Zeitsignalgeber 4 eintrifft, so ist alles in Ordnung und nichts geschieht, da

so das UND-Glied 7 nur ein Signal vom Zeitsignalgeber 4 erhält.

Wenn die Thyristoren dagegen zu spät wiederhergestellt werden, d. h., wenn zuwenig Thyristoren wiederhergestellt sind, wenn der Zeitsignalgeber 4 ein Signal abgibt, dann erhält das UND-Glied 7 ein Signal auf allen drei Eingängen, so daß das UND-Glied 7 ein Signal an das Eingangsglied 8 für den Steuerimpuissender 9 liefert, der über die Leuchtdioden 21 und durch den Lichtleiter 22 Zündimpulse an alle Thyristoren 13 bis In liefert.

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

Die Kippstufe 6 wird von den Ausgangssignalen des Eingangsgiiedes 8 in die Stellung »Ausgangssignal vorhanden« gestellt, während die Kippstufe 6 vom Signal des Rechners 5 auf »0« gestellt wird, wodurch man eine unbefugte Funktion des UND-Gliedes 7 S verhindert, die auf neuen Impulsfolgen vom ODER-Glied 3 auf Grund von Spannungstransienten am Thyristorventil herrühren könnte.

Das Eingangsglied 8 hat den Charakter eines ODER-Gliedes, 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.l angedeutet.

Der in Fig.l gezeigte Schulz kann in verschiedener Art variiert werden.

Der Zeitsignalgeber 4 kann so geändert werden, daß er, statt die Folge der Signale vom ODER-Glied 3 zu jo registrieren, nur das erste dieser Signale registriert und nach einer bestimmten Zeit /1 ein Signal an das UND-Glied 7 gibt. Diese Zeit η wird so gewählt, daß man damit rechnen kann, daß eine ausreichende Anzahl /» 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 fi kann auch abhängig gemacht werden von den Arbeitsparametern, vor allem von der Belastung des Thyristorventils.

Wenn parallel zum Thyristorventil ein Meßspannungsteiler — welcher teuer ist — aus anderen Gründen heraus bereits vorhanden ist, kann auf den Zeitsignalgeber 4 verzichtet werden, wobei die Schaltung den in F i g. 2 dargestellten Aufbau annimmt.

Parallel zu dem Ventil liegt ein ohmscher Meßspannungsteiler 113, der mit einer Anzapfung an das Vergleichsglied 25 angeschlossen ist. Dem Vergleichsglied 25 wird ferner ein Signal vom Rechner 5 zugeführt, dessen Ausgangssignal proportional der Anzahl n« Thyristoren ist die wiederhergestellt sind. Das Ausgangssignal vom Rechner 5 gibt somit ein Maß für das augenblickliche Sperrvermögen des Thyristorventils, welches mit der augenblicklichen 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 da durch verbessert wird. Beispielsweise können die Glieder 2, 3, 10 und 5 in den in Fig. 3 der DT-AS 20 05 724 gezeigten Schutz eingeschaltet werden, der dadurch den in F i g. 3 gezeigten Aufbau erhält. Die Bezugszeichen entsprechen den in Fi g. 3 der ebengenannten Auslegeschrift und den in der vorliegenden Fig.l verwendeten Bezugszeichen.

Der Meßspannungsteiler 113 ist über den Verstärker 114 und die Diode 116 an den Diskriminator 118 angeschlossen, der ein Signal an die monostabile Kippstufe 120 gibt, wenn die Ventilspannung nach einem Leitintervall negativ wird. Während einer gewissen Zeit wird daher die Kippstufe 120 ein Signal an das UND-Glied 105 geben, das dem UND-Glied 7 in Fig.l entspricht. Der Rechner 5 gibt ein Signal an das UND-Glied 105, wenn die Anzahl n* sperrender Thyristoren eine bestimmte Mindestanzahl m erreicht hat, wodurch angezeigt wird, daß das Ventil positive Spannung erhält. Die Glieder 5 und 120 sind an das UND-Glied 105 angeschlossen, was bedeutet, daß nichts geschieht, wenn das Signal vom Rechner 5 erscheint, nachdem das Ausgangssignal der Kippstufe 120 verschwunden ist. Trifft das Signal vom Rechner 5 dagegen ein, bevor das Ausgangssignal der Kippstufe 120 verschwindet, so ist die Sperrfähigkeit des Thyristors zweifelhaft, und das UND-Glied 105 gibt ein Signal an das Eingangsglied 8 zwecks Wiederzündung des Thyristorventils.

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

Bei Schwingungen in dem Ventil können unter gewissen Umständen einzelne Signale von den Dioden der Signalgeber 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 ic des Zeitsignalgebers 4 zu Ende gehen, ehe die Ventilspannung positiv geworden ist oder nur einer kleinen positiven Wert erreicht hat, so daß ein Zündsignal über 7,8 ohne Grund abgegeben wird.

Um dies zu verhindern, kann die Spannung über derr Ventil abgetastet werden, und eine negative Spannung kann z. B. das UND-Glied 7 blockieren. Diese Blockierung kann ferner zeitabhängig gemacht werden so daß, wenn die Ventilspannung eine bestimmte Zei lang negativ ist, die Blockierung permanent wird unc erst bei der nächsten Kommutierung aufhört.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz lür ein Thyristorventil für Hochspannung, bestehend *us mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren, von denen jeder mit einem Steuergerät versehen ist, mit einem Steuerkreis für das ganze Thyristorventil, wobei das Steuergerät von einem Steuerimpulssender im Steuerkreis gesteuert und mit einem to Signalgeber versehen ist, der einen Anzeigeimpuls «bgibt, wenn die Spannung über dem betreffenden Thyristor in Durchlaßrichtung einen bestimmten Wert erreicht hat, welcher Selbstzündungs- und Wiederhersiellungsschutz durch den Steuerimpulstender ein Signal zur Zündung des ganzen Thyristorventils gibt, wenn die Spannung in Durchlaßrichtung des Thyristorventils bereits zu einem Zeitpunkt anwächst, zu dem nur eine unzureichende Anzahl Thyristoren ihre Sperrfähigkeit wiedererlangt haben, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßglied (4; 113) vorhanden ist, welches ein Signal in Abhängigkeit der über dem gesamten Thyristorventil anwachsenden Spannung abgibt, daß ein Rechner (5) vorhanden ist, der die von den »5 Signalgebern (12) abgegebenen Impulse zählt und ein vor. den gezählten Impulsen abhängiges Signal erzeugt, daß ein Ausgangsglied (7; 25; 105) vorhanden ist, auf dessen Eingänge die Ausgangssignale des Rechners (5) und des Meßgliedes (4; 113) geschaltet sind und dessen Ausgang auf den Steuerimpulssender (8, 9) geschaltet ist, wobei das Meßglied (4; 113) einen Vergleich seiner Eingangssignale entweder hinsichtlich ihrer Amplituden (Fig. 2) oder hinsichtlich ihrer gegenseitigen zeitlichen Lage (Fig. 1 und 3) durchführt und bei vorbestimmter Beziehung der beiden Eingangsgrößen zueinander ein Ausgangssignal zur Zündung des gesamten Thyristorventils abgibt.

2. Selbstzündungs- und Widerherstellungsschutz mach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (5) ein Ausgangssignal nach Empfang einer bestimmten Anzahl von Anzeigeimpulsen abgibt, daß das Meßglied (4; 113, 118. 120) ein Ansprechglied (118), das auf einen bestimmten Wirt der 4$ Thyristorspannung eingestellt ist, und einen Zeitsignalgeber (120) enthält, welches ein Signal an den Ausgangskreis (7; 105) mit einer bestimmten zeitlichen Verschiebung zu dem Signal vom Ansprechglied gibt, und daß das Ausgangsglied (7; jo 105) ein Zündsignal abgibt, wenn das Signal von dem Rechner (5) und dem Meßglied eine vorbestimmte zeitliche Lage zueinander haben ( F i g. 1 und 3).

3. Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der $s Zeitsignalgeber (120) sein Signal für eine bestimmte Zeit von dem Zeitpunkt an abgibt, in dem die in Sperrichtung am Thynstorventil angewachsene Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und daß das Ausgangsglied (105) ein Zündsignal abgibt, wenn das Signal von dem Rechner (5) während des Vorhandenseins des Signals vom Zeitsignalgeber (120) eintrifft ( F i g. 3).

4. Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ein Schwellwertglied enthaltende Rechner (5) an die Signalgeber (12) der Steuergeräte (1) angeschlossen ist und ein Ausgangssignal gibt, wenn eine 1 bestimmte Impulszahl eingetroffen ist, daß das als Zeitsignalgeber (4) wirkende Meßglied sein Aus gangssignal mit einer bestimmten Zeitverzögerung abgibt, nachdem die Lücke zwischen eintreffenden Impulsen eine gegebene Größe überschritten hat. und daß das Ausgangsglied (7) ein Zündsignal abgibt, wenn das Zeitsignal vom Zeitsignalgeber (4) früher eintrifft als das Signal vom Rechner (5) (F i g. 1).

5. Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung vom Eintreffen des ersten Anzeigeimpulses zählt.

6. Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung vom Eintreffen des letzten Anzeigeimpulses zählt.

7. Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Zeitverzögerung in Abhängigkeit des Anwachsens der Spannung am Thyristor in Durchgangsrichtung festlegbar ist.

8. Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des als Spannungsteiler (113) ausgebildeten Meßgliedes proportional der Spannung am gesamten Thyristor ist, daß das Signal von dem Rechner (5) proportional der Anzahl der eingetroffenen Impulse ist und daß das Ausgangsglied (25) ein Zündsignal abgibt, wenn das Signal vom Meßglied größer als das Signal vom Rechner (5) ist ( F i g. 2).