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Verfahren zum Betrieb einer Uberwachungsanordnung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer ttberwachungsanordnung
für ein aus n seriengeschalteten Thyristoren bestehendes Ventil, die aus n jeweils
einem Thyristor zugeordneten Funktionseinheiten besteht, wobei jede Funktionseinheit
einen triggerbaren Impulsgeber, eine nachgeschaltete Ansteuereinheit und eine der
Ansteuereinheit nachgeschaltete überwachungseinheit umfaßt und wobei der Impulsgeber
für die simultane Abgabe von Zündimpulsen für den zugeordneten Thyristor und von
Zählimpulsen sowie für die Abgabe von Rückstellsignalen vorgesehen ist und die Ansteuereinheit
einen die Zählimpulse erfassenden Impulszähler mit Rückstelleingang, einen eine
Zahl als Adresse der Funktionseinheit enthaltenden Adreßspeicher und ein Vergleichsglied
umfaßt, das bei übereinstimmendem Inhalt von Impulszähler und Adreßspeicher ausgangsseitig
an die Uberwachungseinheit ein Ansteuersignal abgibt und wobei die Uberwachungseinheit
bei Ansteuerung und im Ansteuerungszeitraum eingehenden Meldesignal, das das einwandfreie
Zünden des zugehörigen Thyristors bestätigt, ein Rückmeldesignal liefert und die
Rückmeldesignalausgänge aller Funktionseinheiten einem gemeinsamen Sensor mit nachgeschalteter
Auswerteinheit zugeführt sind und alle Impulsgeber durch simultane Triggerimpulse
gesteuert werden und wobei jeweils nach einer Anzahl von n Triggerimpulsen alle
Impuls zähler ein Rückstellsignal erhalten.
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Ein derartiges Verfahren ist bekannt und wird beispielsweise bei Stromrichtern
für Hochspannungsgleichstromübertragung eingesetzt.
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Bei solchen Stromrichtern ist es notwendig, ein in einem Brükkenzweig
liegendes elektrisches Ventil als eine Serienschaltung von n Thyristoren auszubilden,
da ein einzelner Thyristor nur mit Sperrspannungen bis etwa 2 kV beaufschlagbar
ist, die am Ventilzweig
anliegende Spannung jedoch ein Vielfaches
davon beträgt.
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Alle zu einem Ventil gehörigen Thyristoren werden durch simultane
Zündimpulse gezündet, um die Uberlastung eines einzelnen Thyristors auszuschließen.
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Jedoch führt auch der Verlust der Sperrfähigkeit von mehreren Thyristoren
des Ventils zu dessen Zerstörung, da die an den noch intakten Thyristoren anliegende
Spannung dann über der maximalen Sperrspannung der Thyristoren liegt. Aus diesem
Grunde wird für jedes Ventil eine Überwachungsanordnung vorgesehen, die wie eingangs
erläutert betrieben wird.
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Die den einzelnen Thyristoren zugeordneten Uberwachungseinheiten werden
durch die Wirkungsweise der jeder Uberwachungseinheit vorgeschalteten Ansteuereinheit
seriell angesteuert, wobei von der Uberwachungseinheit ein Rückmeldesignal abgegeben
wird, wenn der zugehörige Thyristor einwandfrei arbeitet.
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Die Wirkungsweise der seriell Ansteuerimpulse abgebenden Ansteuereinheiten
beruht darauf, daß bei Eingang jedes die Zündung der Ventilthyristoren auslösenden
Triggersignals der Inhalt aller Impulszähler um eine Einheit erhöht wird, in den
Adreßspeichern dagegen als Nummerierung der Funktionseinheiten (und damit auch der
Uberwachungseinheiten) eine feste Zahl eingespeichert ist.
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Damit wird immer nur eine Uberwachungseinheit angesteuert, nämlich
die, deren Adreßspeicher mit dem momentanen Impulszählerinhalt übereinstimmt. So
werden der Reihe nach alle Uberwachungseinheiten, beginnend bei der ersten und endend
bei der n-ten, angesteuert. Eine solche sukzessive Ansteuerung aller Uberwachungseinheiten
wird im folgenden als Uberwachungszyklus bezeichnet. Nach Ansteuerung der letzten,
der n-ten Uberwachungseinheit wird beim herkömmlichen Betrieb der Uberwachungsanordnung
an alle Impulszähler ein Rückstellsignal abgegeben, das alle Impulszähler auf ihren
Anfangswert zurücksetzt.
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Aus dem zeitlichen Eingang bzw. Ausbleiben des Rückmeldesignals sind
Rückschlüsse auf Zahl und Lage der ausgefallenen Thyristoren
eines
Ventils möglich. Eine einwandfreie Auswertung der Rückmeldesignale kann jedoch durch
fehlerhaftes Arbeiten einer Ansteuereinheit verhindert werden. Wird durch eine gestörte
Ansteuereinheit die zugehörige Uberwachungseinheit dauernd angesteuert, so wird
- vorausgesetzt der zugehörige Thyristor zündet einwandfrei - die Uberwachungseinheit
bei jedem Triggerimpuls ein Rückmeldesignal abgeben. Dieses Rückmeldesignal tritt
zusätzlich zu dem Rückmeldesignal der eigentlich durch diesen Triggerimpuls angesteuerten
Uberwachungseinheit auf. Da die Rückmeldesignalausgänge aller Uberwachungseinheiten
nur einem Sensor zugeführt sind, kann ein eventuell ausbleibendes Rückmeldesignal
durch das Rückmelde signal der fehlerhaft angesteuerten Uberwachungseinheit überdeckt
werden. Der Sensor ist in einem solchen Fall nicht in der Lage zu erkennen, daß
ein oder mehrere Thyristoren ausgefallen sind.
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Es besteht daher die Aufgabe, das eingangs genannte Verfahren so weiterzubilden,
daß eine fehlerhafte dauernde Ansteuerung einer Überwachungseinheit kenntlich gemacht
wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rückstellsignal
nach n+1 Triggerimpulsen abgegeben wird. Damit wird erreicht, daß nach serieller
Ansteuerung aller Uberwachungseinheiten am Ende eines Uberwachungszyklus vor Abgabe
des simultanen Rückstellsignals an alle Impulszähler alle Impulszähler noch um jeweils
eine Einheit höher gesetzt werden, d.h. den Wert n+1 annehmen. Da kein Adreßspeicher
mit diesem Speicherinhalt existiert, kann bei einwandfreier Funktion aller Ansteuereinheiten
keine Ansteuerung einer Uberwachungseinheit erfolgen. Wird trotzdem von einer der
Uberwachungseinheiten ein Rückmeldesignal abgegeben, kann dies nur auf einen Fehler
in einer Ansteuereinheit zurückzuführen sein. Damit wird jeweils am Ende eines Uberwachungszyklus
erkennbar, ob eine Ansteuereinheit fehlerhaft arbeitet. Nach Erkennung eines solchen
Fehlers können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um den aufgetretenen Fehler
zu beseitigen. Dieses Verfahren ermöglicht somit bei geringfügigem Aufwand Fehler
in den Ansteuereinheiten zu erkennen. Damit wird
ein sicherer Betrieb
der Uberwachungsanordnung und eine einwandfreie Uberwachung der Ventilthyristoren
gewährleistet. Der gesamte notwendige Aufwand besteht lediglich darin, die für die
Abgabe der Rückstellsignale vorgesehene Einheit so auszulegen, daß das Rückstellsignal
erst nach einer Anzahl von Triggerimpulsen abgegeben wird, die größer ist als die
Anzahl der Uberwachungseinheiten.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt ein Schaltschema für die Überwachung
eines aus n Thyristoren zusammengesetzten Ventils in einem Brückenzweig eines Stromrichters
für Hochspannungsgleichstromübertragung.
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In der Figur ist mit V ein Ventil in einem Brückenzweig einer Drehstrombrückenschaltung
bezeichnet. Das Ventil V besteht aus einer Serienschaltung von n Thyristoren T1,
T2, ... Tn. Jedem der Ventile T1 bis Tn ist eine Funktionseinheit FEI bis FEn zugeordnet.
Alle Funktionseinheiten FE1 bis FEn sind baugleich.
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Am Beispiel der dem Thyristor T1 zugeordneten Funktionseinheit FE1
wird der Aufbau und die Funktionsweise der Funktionseinheiten FEI bis FEn erläutert.
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Die Funktionseinheit FE1 besteht aus einem Impulsgeber U1, einer Ansteuereinheit
AN1 sowie einer überwachungseinheit UE1.
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In den Impulsgeber U1 mündet ein Lichtleiter eines Lichtleiterbündels
LA. In das andere Ende des Lichtleiterbündels LA wird durch einen Lichtemitter L
ein impulsförmiges optisches Signal eingespeist, das über das Lichtleiterbündel
allen Impulsgebern Ul bis Un simultan zugeführt wird. Als Lichtemitter L kann beispielsweise
ein Halbleiterlaser dienen. Dieser Lichtimpuls dient als Triggersignal für die simultane
Abgabe von Zündimpulsen durch die Impulsgeber U1 bis Un an die einzelnen Thyristoren
T1 bis Tn des Ventils V. Dabei speist der Impulsgeber Ul die Steuerelektrode des
Thyristors Tl, der Impulsgeber U2 den Steuereingang des Thyristors T2, usw. Damit
wird eine gleichzeitige Zündung
aller das Ventil V bildenden Thyristoren
T1 bis Tn erreicht. Die Taktung des Lichtemitters L wird durch ein Steuerglied SG
vorgegeben. Gleichzeitig mit der Abgabe eines Zundimpulses an den Thyristor T1 liefert
der Impulsgeber Ul einen Zählimpuls an den nachgeschalteten Impulszähler Z der Funktionseinheit
FE1. Der Zählerstand des Impulszählers Z steht am Eingang des Vergleichsgliedes
VG der Ansteuereinheit AN1 an. Am zweiten Eingang des Vergleichsgliedes VG der Ansteuereinheit
AN1 steht der Inhalt eines Adreßspeichers S1 an. Der Adreßspeicher enthält als feste
Größe eine bei arithmetischer Zählung der Thyristoren sich ergebende Zahl. Die dem
Thyristor T1 zugeordnete Funktionseinheit FEI weist also einen Adreßspeicher S1
auf, in dem der Zahlenwert 1 fest abgespeichert ist. Das Vergleichsglied VG prüft
die Inhalte von Impulszähler Z und Adreßspeicher Al auf Gleichheit und steuert bei
vorhandener Gleichheit die Uberwachungseinheit UE1 an.
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Den einzelnen Thyristoren T1 bis Tn sind Erfassungseinheiten El bis
En zugeordnet, die bei einwandfreiem Arbeiten der Thyristoren den Uberwachungseinheiten
UE1 bis UEn ein das korrekte Arbeiten des zugehörigen Thyristors bestätigendes Melde
signal zuführen.
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Korrektes Arbeiten ist in diesem Zusammenhang gleichzusetzen mit einem
einwandfreien Zünden des Thyristors. Jedoch könnten auch andere Arbeitswerte des
Thyristors bei Einsatz einer angepaßten Erfassungseinheit abgefragt werden.
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Ist die Uberwachungseinheit UEl durch die Ansteuereinheit AN1 angesteuert
und geht von der Erfassungseinheit El ein Melde signal ein, das ein einwandfreies
Arbeiten des Thyristors T1 anzeigt, wird in der Uberwachungseinheit UE1 ein impulsförmiges
Lichtsignal erzeugt, das über einen Lichtleiter eines Lichtleiterbündels LB einem
lichtelektrischen Sensor LE zugeführt wird. Als lichtelektrischer Sensor LE kann
beispielsweise ein Fotowiderstand oder ein Fototransistor dienen. Das Signal am
lichtelektrischen Sensor LE wird in einer Auswerteinheit AE weiter verarbeitet.
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Im Laufe eines Uberwachungszyklus werden durch die Arbeitsweise der
vorgeschalteten Ansteuereinheiten AN1 bis ANn die zugehörigen
Uberwachungseinheiten
UE1 bis UEn seriell angesteuert und damit die Thyristoren T1 bis Tn des Ventils
V seriell auf ihre einwandfreie Funktion hin überwacht. Die serielle Ansteuerung
wird durch die sukzessive Aktivierung der Ansteuereinheiten AN1 bis ANn bewirkt.
Durch den ersten gemeinsamen Triggerimpuls eines Uberwachungszyklus an alle Impulsgeber
Ul bis Un werden einerseits sämtliche Thyristoren T1 bis Tn gezündet, andererseits
werden alle den Impulsgebern Ul bis Un nachgeschalteten Impulszähler Z, die vorher
durch ein simultanes Rüpkstellsignal auf ihren Anfangswert zurückgesetzt wurden,
auf den Wert eins gesetzt. Der von den Vergleichsgliedern VG der verschiedenen Ansteuereinheiten
AN1 bis ANn vorgenommene Vergleich führt lediglich in der Ansteuereinheit AN1 zu
einem positiven Ergebnis, d.h.
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lediglich in der Ansteuereinheit AN1 stimmen die Speicherinhalte von
Impulszähler Z und Adreßspeicher Si überein, so daß lediglich die Uberwachungseinheit
UE1 angesteuert und damit das korrekte Arbeiten des Thyristors T1 überwacht wird.
Durch den zweiten Lichtimpuls des Lichtemitters L im Rahmen des laufenden Uberwachungszyklus
werden erneut alle Thyristoren des Ventils V gezündet und die Impulszähler aller
Ansteuereinheiten um eine Einheit höher gesetzt. Somit steht in diesem Fall im Impulszähler
Z der Ansteuereinheit AN2 der Wert 2. Derselbe Wert steht auch im Adreßspeicher
S2 der Ansteuereinheit AN2. In diesem Fall ist Gleichheit lediglich für die Ansteuereinheit
AN2 gegeben und damit wird lediglich die Uberwachungseinheit UE2 angesteuert und
der Thyristor T2 überwacht. So werden der Reihe nach sämtliche Uberwachungseinheiten
UE1 bis UEn angesteuert und die zugehörigen Thyristoren T1 bis Tn im Lauf eines
Uberwachungszyklus überwacht. Verliert einer der Thyristoren sein Sperrvermögen,
wird dies durch die zugeordnete Erfassungseinheit wahrgenommen und wird, wenn im
Rahmen eines Uberwachungszyklus die zugehörige Uberwachungseinheit angesteuert wird,
durch das Ausbleiben des optischen Rückmeldesignals durch den lichtelektrischen
Sensor LE wahrgenommen und von der Auswerteeinheit, beispielsweise durch eine optische
oder akustische Störungsmeldung, nach außen hin kenntlich gemacht.
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Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Betrieb einer derarti..en
Uberwachungsanordnung
wurde jeweils nach einem Überwachungszyklus d. h. nach Ansteuerung auch der letzten
Überwachungseinheit UEn, durch das Steuerglied SG, die Abgabe eines kodierten Rückstellsignals
durch den Lichtemitter L veranlaßt, das über das Lichtleiterbündel LA allen Impulsgebern
U1 bis Un zugeführt wurde und die gleichzeitige Rücksetzung auf den Anfangswert
aller Impulszähler Z der Ansteuereinheiten AN1 bis ANn bewirkt. Anschließend begann
ein neuer Zählzyklus.
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Trat bei dem herkömmlichen Verfahren ein Fehler in einer Ansteuereinheit
ANi bis ANn auf, durch den eine permanente Ansteuerung der zugehörigen Überwachungseinheit
erfolgte, so wurde bei jedem Triggerimpuls - vorausgesetzt der der permanent angesteuerten
Uberwachungseinheit zugeordnete Thyristor arbeitete einwandfrei -stets ein Rückmeldesignal
von der Uberwachungseinheit abgegeben, die zu der fehlerbehafteten Ansteuereinheit
gehört. Dieses Rückmeldesignal überdeckte das ausbleibende Rückmeldesignal bei Ansteuerung
einer zu einem zerstörten Thyristor gehörigen Uberwachungseinheit. Damit war bei
Auftreten eines derartigen Fehlers in einer Ansteuereinheit das Erkennen eines zerstörten
Thyristors und damit eine einwandfreie Uberwachung unmöglich gemacht.
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Ein solcher Fehler in einer Ansteuereinheit kann beispielsweise dadurch
zustande kommen, daß aufgrund einer Betriebsstörung im Vergleichsglied dieses andauernd
die zugehörige Uberwachungeinheit ansteuert. Eine weitere Ursache für einen derartigen
Fehler kann darin liegen, daß der Impulszähler Z nach erreichter Gleichheit mit
dem Adreßspeicherinhalt keine weiteren Impulse mehr verarbeitet, beispielsweise
durch einen Leitungsbruch zwischen dem zugehörigen Impulsgeber und dem Impulszähler
oder durch einen Leitungsbruch in dem zum zugehörigen Impulsgeber gehörigen Lichtleiter.
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Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren demgegenüber beruht darauf,
daß der Rückstellimpuls für alle Impulszähler am Ende eines Uberwachungszyklus nicht
bereits nach Ansteuerung der letzten also der n-ten Uberwachungseinheit abgegeben
wird, sondern wenigstens einen
Triggerimpuls später. Damit werden
nach Ansteuerung der n-ten Uberwachungseinheit UEn, die dem letzten Thyristor Tn
des Ventils zugeordnet ist, die Inhalte der Impulszähler Z noch um eine Einheit
auf den Wert n+1 erhöht. Der Adreßspeicher mit dem höchsten vorhandenen Zahlenwert
ist der Adreßspeicher Sn. Er enthält als Wert die Zahl n. Damit ist in keiner der
Ansteuereinheiten AN7 bis ANn eine Gleichheit zwischen dem Inhalt des Impulszählers
Z und des Adreßspeichers gegeben. Demzufolge darf bei normaler Funktion der Ansteuereinheiten
keine der n Uberwachungseinheiten angesteuert und damit auch kein optisches Rückmeldesignal
an den lichtelektrischen Sensor LE abgegeben werden. Geht beim lichtelektrischen
Sensor LE trotzdem beim n+t-ten Steuerimpuls in dem nunmehr verlängerten Uberwachungszyklus
ein Rückmeldesignal ein, dann muß notwendigerweise eine der Ansteuereinheiten AN7
bis ANn fehlerhaft arbeiten, d.h. die zugehörige Uberwachungseinheit dauernd ansteuern.
Somit kann aus dem Eingang bzw. dem Ausbleiben eines Rückmeldesignals bei dem n+t-ten
Triggerimpuls ein eindeutiger Hinweis auf das Vorliegen eines Fehlers in einer Ansteuereinheit
gewonnen werden.
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Bei Auftreten eines solchen Fehlers kann dann in der Auswerteinheit
AE eine Fehleranzeige erfolgen und, sofern aus Sicherheitsgründen die Ansteuereinheiten
AN7 bis ANn mehrfach vorhanden sind, die redundante Anordnung der Ansteuereinheiten
in Betrieb genommen werden.
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Nach dem n+1-ten Triggerimpuls werden die Impulszähler Z in sämtlichen
Ansteuereinheiten ANi bis ANn durch ein Rückstellsignal auf ihren Anfangswert zurückgesetzt.
Anschließend beginnt ein neuer Uberwachungszyklus.
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Somit werden in kostengünstiger Weise bei nur geringfügiger Modifikation
des Betriebsverfahrens am Ende jedes Uberwachungszyklus die Ansteuereinheiten AN1
bis ANn auf Fehler hin überprüft.
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1 Figur 1 Patentanspruch
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