DE2333967C3

DE2333967C3 - Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz für ein Hochspannungsthyristorventil

Info

Publication number: DE2333967C3
Application number: DE2333967A
Authority: DE
Inventors: Aake Dipl.-Ing. Ekstroem; Lars-Erik Juhlin; Karl-Erik Ludvika Olsson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1981-07-09
Also published as: CH558610A; CA994856A; SU581894A3; DE2333967B2; JPS4953385A; SE364826B; FR2237351B1; FR2237351A1; DE2333967A1; GB1430009A; US3842337A

Description

Die Erfindung betrifft einen Selbstzündungs· und Wiederherstellungsschutz für ein Hochspannungsthyristorventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I. Ein solcher Schutz ist bekannt aus der DE-AS 20 05 724.

Ein Selbstzündungs= und Wiederherstellungsschutz

soll verhindern, daß einzelne Thyristoren, die im Anschluß an ein Leitintervall ihre Sperrfähigkeit wiedererlangt haben, von der anwachsenden Spannung in Durchlaßrichtung des Ventils zerstört 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 DE-AS 20 05 724 bekannten Wiederherstellungsschutz wird im Anschluß an eine Kommutierung zunächst der Zeitpunkt ermitielt, 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 üblicherweise erforderliche Wiederherstellungszeit ist, werden sämtliche Thyristoren des Ventils neu gezündet Für die Gewinnung der dabei erforderlichen Signale sind kostspielige Meßspannungsteiler parallel ?u den Thyristoren erforderlich. Außerdem hat der bekannte Schutz den Nachteil, daß er nicht die tatsächliche Wiederherstellung der Sperrfähigkeit der einzelnen Thyristoren prüft Es wird lediglich überprüft, ob bis zum Erscheinen der Spannung in Durchlaßrichtung ein Zeitintervall zur Verfügung steht, welches normalerweise für die Wiederherstellung der Sperrfähigkeit ausreicht Im übrigen wird darauf vertraut, daß bei der Bereitstellung dieses Zeitintervalls die Ventile auch tatsächlich ihre Sperrfähigkeit wieder erlangen. Dies hat zur Folge, daß der bekannte Schutz bei unvorhergesehenen Spaainungsverläufen versagt bzw. das mit einem relativ großen Sicherheitswinkel beim Wechselrichterbetrieb gearbeitet werden muß.

Aus der DE-AS 11 45 270 ist ein Gleichrichter bekannt, bei dem jedem der nichtsteuerbaren Gleichrichlerventile ein Signalgeber in Form einer Glimmlampe parallel geschaltet ist. Diese Glimmlampe leuchtet während der gesamten Halbwelle, in der die Sperrspannung am Gleichrichterelement anliegt Das Licht der Glimmlampen wird auf je einen Fotowiderstand geleitet, und sämtliche Fotowiderstand sind in Reihe geschaltet. Der Widerstandswert dieser Reihenschaltung wird als Indikator für die Sperrfähigkeit aller Gleichrichterventile verwendet. Für ein Thyristorventil, bei welchem die Sperrfähigkeit in Durchlaßrichtung vor Eintreffen des in der Phasenlage beliebig variierbaren Steuerimpulses überprüft werden soll, ist eine solche Einrichtung völlig ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz der eingangs genannten Art zu entwickeln, die auch bei unvorhergesehenen Spannungsverläufen trotz eines klein eingestellten Sicherheitswinkels zuverlässig arbeitet und bei der auf einen kostspieligen Meßspannungsteiler verzichtet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Selbstzündungsund Wiederherstellungsschutz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Der Schutz gemäß der Erfindung hat einerseits den Vorteil, daß kostspielige Meßspannungsteiler nicht erforderlich sind. Andererseits hat er den Vorteil, daß für jeden einzelnen Thyristor des Ventils festgestellt wird, ob die Spannung in Durchlaßrichtung einen bestimmten Wert erreicht hat. flierdurch wird eine höhere Zuverlässigkeit des Schutzes sowie die Möglich-

keit eines Wechselrichterbetriebes mit kleinem Sicherheitswinkel erreicht, was geringen Blindleistungsbedarf bedeutet.

Der Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz gemäß der Erfindung basiert auf einer Zählung und Registrierung von Anzeigeimpulsen der Thyristoren, an Jenen 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.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

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

Der eine Endanschluß 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 Steuergei ät 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, 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 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 I₀ 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 zeitlicher Abstand kleiner als die Zeit t₀ 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 f₀ nicht größer sein als es einem angemessenen Anwachsen der Spannung über dem Thyristorventil entspricht, d. h. das Signal am Ende der Zeit <6 muß abgegeben werden, bevor die Spannung über dem Thyfistorventil 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 η Thyristoren des Venlils ist zumindest eine Anzahl m erforderlich, um die zu sperrende Spannung in Durchlaßrichtung des Thyristorventils 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 i.nd 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 Zeitsignalgeber 4 nach der Zeit ta 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 r₀ 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 to frei werderu

Zu einem cestimmten Zeitpunkt isi -,dieser Vorgang beendet, d. h. vor. den Gliedern 1,2 und 3 kommen keine Signale mehr, und die Zeit to vergeht, während die Spannung über dem Ventil anwächst und se^;nen Maximalwert erreicht. Ob das Thyristorventil danach imstande st. 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.

Ist 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 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 Steuerimpulssender 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 vcn den Ausgangssignalen des Eifigan^sgiiedes 8 in die Stellung »Ausgangssignal vorhanden« gestellt, während die Kippstufe 6 vom Signal des Rechners S auf »0« gestellt wird, wodurch man eine unbefugte Funktion des UND-Gliedes 7 verhindert, die auf neuen Impulsfolgen vom ODER-Glied 3 auf Gruild 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 der Zeichnung angedeutet.

Der in der Zeichnung gezeigte Schutz kann in verschiedener Art variiert v\ erden.

Der Zeitsignalgeber 4 kann so geändert werden, dall er, statt die Folge der Signale vom ODER-Glied 3 zu registrieren, nur das erste dieser Signale registriert und nach einer bestimmten Zeit fi ein Signal an das UND-Glied 7 gibt. Diese Zeit I₁ wird so gewählt, daß man damit rechnen kann, daß eine ausreichende Anzahl nn 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 ii kann auch abhängig gemacht werden von den Arbeitsparametern, vor allem von der Belastung des Thyristorventils.

Hei 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 in des Zeitsignalgebers 4 zu Ende gehen, ehe 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 z. B. das UND-Glied 7 blockieren. Diese Blockierung kann ferner zeitabhängig gemacht werden, so daß. wenn die Ventilspannung eine bestimmte Zeit lang negativ ist. die Blockierung permanent wird und erst bei der nächsten Kommutierung aufhört.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstzündung*- und Wiederhersiellungsschutz für ein Hochspannungsthyristorventil, das aus einer Reihenschaltung mehrerer Thyristoren besteht, von denen jeder ein Steuergerät hat, mit einem Steuerkreis für das ganze Thyrisiorvent'il, welcher einen die genannten Steuergeräte steuernden Impulsgeber enthält, mit einer Signalgebereinrichtung, die einen ersten Anzeigeimpuls abgibt, wenn die Spannung über dem betreffenden Thyristorventil einen bestimmten Wert erreicht hat, und die einen zweiten Anzeigeimpuls abgibt, wenn eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, wobei die Signale auf zwei Eingänge eines als UND-Glied ausgebildeten Ausgangsgliedes geschaltet sind und mindestens ein Signal erst nach dem Wiedererscheinen der Spannung am Ventil in Durchlaßrichtung auftritt, und wobei das Ausgangsgiied in Abhängigkeit eines Vergleichs stiaer Eingangsgrößen ein Signal zur Zündung des ganzen Thyristorventils erzeugt, wenn die Spannung in Durchlaßrichtung des Thyristorventils schneller wächst als die wiederkehrende Sperrfähigkeit des Thyristorventils, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgebereinrichtung am Thyristorventil aus je einem Signalgeber (12) für jeden Thyristor (13 bis 1 n) besteht, die je ein Signal liefern, wenn die Spannung in Durchlaßrichtung des zugehörigen Thyristors auf einen bestimmten Wert angestiegen ist, daß die Signale aller Signalgeber (12) über einen Speicher (10) einem Rechner (5) zugeführt s-iiid, weither das eine der beiden genannten Signale für das Ausgangsglied liefert, wenn eine bestimmte ^r iindestzahl von Signalen an seinem Eingang eingetroffen ist, daß das andere Signal für das Ausgangsglied von einem Zeitsignalgeber (4) nach einer bestimmten Zeitspanne, nachdem ein Signal von einem der Signalgeber (12) eingetroffen ist, gegeben wird und daß das Ausgangsglied (7) mit negiertem Eingang für das Ausgangssignal des Rechners (5) versehen ist.

2. Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Zeitspanne, nach der der Zeitsignalgeber (4) ein Signal liefert, mit dem Eintreffen des ersten Eingangsimpulses zu laufen beginnt.

3. Selbstzündungs- und Wiederherstellungsschutz nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der genannten Zeitspanne in Abhängigkeit des Anwachsens der Spannung am Thyristor in Durchlaßrichtung festlegbar ist.