JP2005337829A

JP2005337829A - サイリスタモジュールの劣化診断方法及びその装置

Info

Publication number: JP2005337829A
Application number: JP2004155521A
Authority: JP
Inventors: Hideto Goto; 秀人後藤; Shozo Takeda; 省三武田; Osamu Okawa; 修大川
Original assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】
本発明の目的は、サイリスタ素子を回路から切り離すことなく、素子及びこれに並列接続されたコンデンサ及び抵抗等の回路素子を含めたサイリスタユニット毎の劣化状況を判定することのできるサイリスタモジュールの診断方法及びその装置を提供することにある。
【解決手段】
サイリスタ素子に並列接続された回路素子を有するサイリスタユニットを複数個直列接続したサイリスタモジュールの両端に所定の電圧を印加し、各サイリスタユニットの分担電圧を測定し、その測定値の偏差に基づいて劣化を診断することを特徴とするサイリスタモジュールの劣化診断方法。
【選択図】図3

Description

本発明は、直流送電システム等に採用されている新規なサイリスタモジュールの劣化診断方法及びその装置に関する。

電力需要の増大に伴って、電力会杜間の電力融通が必要となり、特に商業周波数の異なる地域間の電力融通のために大電力用の交直変換装置が採用されている。また、大電力の送電ロスを低減するために直流送電が採用されつつあり、この送電系統にも交直変換装置が使用されている。

この変換装置は、交流を直流に変換するコンバータと直流を交流に変換するインバータとから構成され、コンバータ及びインバータは、サイリスタ素子を多数直列接続して所望の電圧レベルに耐え得るようにした多数のサイリスタモジールを含んでいる。

変換装置は、高電圧の電力系統に直接接続され、過電圧・過電流にさらされるため、サイリスタ素子及びこれに接続されるコンデンサ・抵抗などの電気素子の劣化診断は、系統の安定運用のためには必須であり、定期点検の際、劣化の程度を判定する必要がある。

従来、特許文献1に記載のように、サイリスタ素子単体の劣化を診断するためには、サイリスタ素子をモジュールから切り離して、逆耐圧測定、リーク電流の測定が行なわれている。

特開平6-186279号公報

しかし、特許文献１においては、劣化診断のためにサイリスタ素子を回路から切り離す必要があり、手間がかかる上に復旧作業ミスというリスクも発生する。したがって、劣化診断の作業効率も悪いという問題点を有している。

本発明の目的は、サイリスタ素子を回路から切り離すことなく、素子及びこれに並列接続されたコンデンサ及び抵抗等の回路素子を含めたサイリスタユニット毎の劣化状況を判定することのできるサイリスタモジュールの診断方法及びその装置を提供することにある。

本発明のサイリスタモジュールの診断方法は、サイリスタ素子とこの素子に並列接続された回路素子とから構成されたサイリスタユニットを複数直列接続したサイリスタモジュールの両端に所定の直流電圧、交流電圧を印加した状態で、各サイリスタユニットの分担電圧を測定し、その測定値の偏差の大小から、劣化の進行している素子を特定するようにしたことを特徴とする。換言すると、本発明の方法では、サイリスタ等の素子はモジュールの状態でユニットの分担電圧をプローバ端子によって測定するようにしたものである。

サイリスタモジュールの両端に所定の直流電圧を印加した状態で各サイリスタユニットの分担電圧を測定する。次に印加電圧を交流電圧に替えて同じようにサイリスタユニットの分担電圧を測定する。測定された分担電圧が、その平均値に比較して所定の比率の範囲に収まっている場合、正常と判定し、範囲を逸脱しているサイリスタユニットを劣化しているものと判定するものである。

具体的には、本発明は、サイリスタ素子に並列接続された回路素子を有するサイリスタユニットを複数個直列接続したサイリスタモジュールの両端に所定の電圧を印加し、各サイリスタユニットの分担電圧を測定し、その測定値の偏差の大小に基づいて劣化を診断することを特徴とするサイリスタモジュールの劣化診断方法にある。

前記印加電圧は直流電圧及び交流電圧のそれぞれについて前記各サイリスタユニットの分担電圧を測定すること、前記各サイリスタユニットの分担電圧がその平均電圧に比較して所定比率以上の偏差がある場合そのサイリスタユニットが劣化していると判定することが好ましい。

又、本発明は、交流を直流に変換するコンバータと直流を交流に変換するインバータとから構成され、前記コンバータ及びインバータがサイリスタ素子に並列接続された回路素子を有するサイリスタユニットを複数個直列接続したサイリスタモジュールからなる変換装置の劣化診断方法において、前記サイリスタモジュールの劣化診断を前述に記載のサイリスタモジュールの劣化診断方法によって行うことが好ましい。

更に、本発明は、サイリスタ素子に並列接続された回路素子を有するサイリスタユニットを複数個直列接続したサイリスタモジュールの劣化診断装置において、前記サイリスタモジュールの両端子に接続される電圧印加端子と、該電圧印加端子に電圧を印加する印加電圧発生部と、前記電圧の印加を入り切りするスイッチと、前記各サイリスタユニットに接続し分担電圧を測定するプローバ端子と、前記各サイリスタユニットの電圧を測定する測定部と、前記各サイリスタユニットの電圧の測定指令を発するコントロール部と、該コントロール部からの指令に基づいて前記プローバ端子を順次切り替える分担電圧測定切替部と、前記測定されたデータを格納するデータ格納部と、前記測定データを基準値と比較し表示する表示部と、を備えたことを特徴とするサイリスタモジュールの劣化診断装置にある。

記印加電圧発生部は、直流電圧及び交流電圧であること、前記基準値は前記各サイリスタユニットの分担電圧の平均電圧であること、前記表示部は前記基準値と比較して劣化していると判定された場合警告表示すること、前記警告表示を網掛け、色又はフリッカによって行うことが好ましい。

本発明は、交流を直流に変換するコンバータと直流を交流に変換するインバータとから構成され、前記コンバータ及びインバータがサイリスタ素子に並列接続された回路素子を有するサイリスタユニットを複数個直列接続したサイリスタモジュールからなる変換装置の劣化診断装置において、前述に記載のサイリスタモジュールの劣化診断装置を有することが好ましい。

本発明によれば、サイリスタ素子を回路から切り離すことなく、素子及びこれに並列接続されたコンデンサ及び抵抗等の回路素子を含めたサイリスタユニット毎の劣化状況を判定することのできるサイリスタモジュールの診断方法及びその装置を提供することができる。

図1は本発明に係るサイリスタモジュールの劣化診断を行うサイリスタモジュールを有する交直変換装置の回路図である。本交直変換装置は、一方の交流送電系統AC1から変圧器Tr-1を介して電圧調整された交流電力を、サイリスタモジュールC1-1〜C1-4で構成されたコンバータで直流電力に変換し、更にサイリスタモジュールC2-1〜C2-4で構成されたインバータで交流電力に変換後、変圧器Tr-2で電圧調整され、他方の交流送電系統AC2に電力を供給する回路を有する。電力融通の場合では、例えば一方の交流送電系統AC1が50Hz地域の系統であり、他方の交流送電系統AC2が60Hz地域の系統である。図中、DCLは直流リアクタである。

図2は変換装置を構成するサイリスタモジュールの回路構成図である。直列接続されたサイリスタ素子Z1〜Znには、保護抵抗Rd1〜Rdn及び、コンデンサCa1〜Canと抵抗Ra1〜Ranを直列接続したものがそれぞれ並列に接続されている。サイリスタ素子Zと保護抵抗RdとコンデンサCaと抵抗RaとによりサイリスタユニットY1〜Ynが構成される。即ち、図2では、サイリスタユニットY1〜Ynがn個直列に接続されてサイリスタモジュールC1-1を構成している例を示している。

図3は、本発明に係るサイリスタモジュールの劣化診断装置のハード構成図である。サイリスタモジュールの劣化診断装置100は、AC/DC電圧発生部20と、分担電圧測定切替部30と、測定部40と、測定指令を発したり、測定データを格納するコントロール部及びデータ格納部50とから構成される。AC/DC電圧発生部20は、更にモジュールの両端子A及びKに接続される電圧印加端子21及び22と、スイッチ23とを有する。分担電圧測定切替部30は、各サイリスタユニットの分担電圧を測定するためのプローバ端子31〜38を有し、コントロール及びデータ格納部50からの指令に基づいて、端子31から38を順次切り替えて、各ユニットの分担電圧を測定部40で測定する。コントロール及びデータ格納部50内の測定データは表示部70に表示される。

図4は、本発明に係るサイリスタモジュールの劣化診断を行うフロー図である。本発明に係るサイリスタモジュールの劣化診断は以下のステップに従って行われる。

(1) サイリスタモジュールの診断に際して、図1の交流送電系統から遮断器（図示なし）によって変換装置を切り離し、電圧印加端子21及び22をモジュールの端子A及びKに接続すると共に、各ユニット間にプローバ端子31〜38を接続する(ステツプS1)。

(2) 次にスイッチ23を閉じ、電圧発生部20から所定の交流電圧を印加する(ステップS2)。

(3) 端子A、K間に所定の交流電圧が印加された状態で、プローバ端子31〜38を順次切り替えてサイリスタユニットY1〜Ynが分担する交流電圧を測定部40で測定する(ステップS3)。

(4) 測定データをコントロール及びデータ格納部50に格納する(ステップS4)。

(5) 次に印加電圧発生部20からの印加電圧を所定の直流電圧に切り替え、所定の直流電圧を印加する(ステップS5)。

(6) プローバ端子31〜38を順次切り替えて、各ユニットが分担する直流電圧を測定する(ステップS6)。

(7) 測定結果をコントロール及びデータ格納部50へ格納する(ステップS7)。

(8) 次いでコントロール及びデータ格納部50で格納された測定データを読み出し基準値との比較を行う(ステップS8)。

(9) 全ての測定値が許容範囲内にあるかどうかを各測定値の平均分担電圧との偏差によって判定する(ステップS9)。

(10) 全ての測定値が許容範囲内にあれば、表示部70に測定データを表示する(ステップS10)。

(11) 許容範囲を逸脱した測定値がある場合は、その測定値の色を変える等して注意を喚起するようにして、表示部70に表示する(ステップS11)。

サイリスタモジュールC1-1の診断が終われば、別のサイリスタモジュールを順次診断し、終了する。

次に、本実施例におけるサイリスタモジュールとしてサイリスタユニットYが7個直列接続されたものについてその実測例を示す。

表1〜表7は、本実施例におけるサイリスタモジュールの実測例を示すものであり、回路素子の定数は次の通りである。各ユニットの良否判定基準は平均分担電圧40V±5%を許容範囲として判定した。

抵抗値Rd:500Ra、コンデンサ容量:2μF、印加電圧:280V(直流、交流)、交流印加電圧周波数:50Hz。

表1は、分担電圧は、交流のAC印加時も直流のDC印加時も40V±5%(38V〜42V)の許容範囲内に収まっており、全てのサイリスタユニットが正常である場合である。

表2は、サイリスタZ3が劣化して短絡した場合を示しており、サイリスタユニットY3の分担電圧がAC印加時、DC印加時共に0Vになっており、他のサイリスタユニットと間の偏差は大きいが、他のサイリスタユニット間の偏差は同等である。

表3は、コンデンサCa3が劣化により短絡した場合を示しており、サイリスタユニットY3の分担電圧がAC電圧印加時に2.3V、DC電圧印加時に0Vとなっており、他のサイリスタユニットと間の偏差は大きいが、他のサイリスタユニット間の偏差は同等である。

表４は、コンデンサCa3部分が断線しオープンになった場合を示しており、サイリスタユニットY3の分担電圧がAC印加時に217.5Vを示し、許容範囲を越える値になっており、他のサイリスタユニットと間の偏差は大きいが、他のサイリスタユニット間の偏差は同等である。

表５は、同様にして抵抗Ra3が断線し、オープンになった場合を示しており、サイリスタユニットY3の分担電圧がAC印加時に許容範囲を越える値になっており、他のサイリスタユニットと間の偏差は大きいが、他のサイリスタユニット間の偏差は同等である。

表6は、保護低抗Rd3が短絡された場合を示し、サイリスタユニットY3の分担電圧がAC電圧印加時及びDC電圧印加時共に0Vになっており、他のサイリスタユニットと間の偏差は大きいが、他のサイリスタユニット間の偏差は同等である。

表7は、保護低抗Rd3が断線し、オープンになった場合を示し、サイリスタユニットY3の分担電圧がDC電圧印加時に269.2Vと許容値を越えており、他のサイリスタユニットと間の偏差は大きいが、他のサイリスタユニット間の偏差は同等である。

これらに実測値を見ると表2と表6とは分担電圧の値は同じになっており、測定値がこれらの表のような値を示したとき、サイリスタが劣化したのか抵抗Raが劣化したのか判別がつかないことになる。同じ事が、表4と表5にもいえる。しかし、サイリスタモジュール中の何れのサイリスタユニットに問題があるかは、識別できるので、このような場合は、サイリスタユニットY3をサイリスタモジュールから取り外して、それぞれの素子単体の特性を計測することで、劣化した素子を特定できる。劣化診断をして表2〜表7のような結果が得られると当然問題のあるサイリスタユニットを交換しなければならないから、問題あるサイリスタユニットを回路から切り離すことは特に劣化診断作業の負担となることはない。

以上は、サイリスタモジュールを構成するサイリスタユニットが1個のみ劣化した例について説明したが、複数のユニットが同時に劣化することも考えられる。そのような場合には、複数のサイリスタユニットについて分担電圧に許容範囲を越える値が検出されるので、劣化サイリスタユニットの特定は可能である。更に、サイリスタユニットを構成するサイリスタ素子、コンデンサ、抵抗等が同時に劣化することもあるが、素子単体が複数劣化した場合も、分担電圧に許容範囲を越えた値を示すので、どのサイリスタユニットが劣化したかを特定することができる。

表示部70には、表1〜表7に示す測定データが表示されるが、許容範囲を逸脱している測定値は表に網掛けをして示した部分の文字の色を変えるか、その部分をフリッカさせて診断者の注意を喚起すれば、劣化判断をより適切に行うことができる。劣化の判定基準として、全体が正常の場合には、平均分担電圧±5%を許容範囲としているが、素子の劣化の状況に応じて平均分担電圧を考慮して決めれば良い。

以上、説明したように、本実施例によれば、サイリスタ素子を含む回路素子からなるサイリスタユニットを複数直列接続したサイリスタモジュールを回路から取り外すことなく、ユニットの劣化を診断できるので、劣化診断作業性を向上することができ、更に、復旧の作業を必要としないので復旧ミスの発生を防止することができる。

従って、本実施例においては、直流送電システム等に採用されているサイリスタモジュールの劣化診断を大掛かりな付属作業を必要としないで行うことができる。

本発明の劣化診断の対象となるサイリスタモジュールを有する交直変換装置の概略図である。図１の変換装置を構成するサイリスタモジュールの回路構成図である。本発明に係るサイリスタモジュールの劣化診断装置の構成図である。本発明のサイリスタモジュールの劣化診断を行うフロー図である。

符号の説明

C1-1〜C1-n…サイリスタモジュール、Z1〜Zn…サイリスタ素子、Ca1〜Can…コンデンサ、Ra1〜Ran…抵抗、Rd1〜Rdn…保護抵抗、Y1〜Yn…サイリスタユニット、A、K…端子、20…AC/DC電圧発生部、21、22…電圧印加端子、23…スイッチ、30…分担電圧測定切替部、31〜38…プローバ端子、40…測定部、50…コントロール及びデータ格納部、70…表示部、100…サイリスタモジュールの劣化診断装置。

Claims

サイリスタ素子に並列接続された回路素子を有するサイリスタユニットを複数個直列接続したサイリスタモジュールの両端に所定の電圧を印加し、各サイリスタユニットの分担電圧を測定し、その測定値の偏差に基づいて劣化を診断することを特徴とするサイリスタモジュールの劣化診断方法。
請求項1において、前記印加電圧は、直流電圧及び交流電圧のそれぞれについて前記各サイリスタユニットの分担電圧を測定することを特徴とするサイリスタモジュールの劣化診断方法。
請求項1又は２において、前記各サイリスタユニットの分担電圧が、その平均電圧に比較して所定比率以上の偏差がある場合、そのサイリスタユニットが劣化していると判定することを特徴とするサイリスタモジュールの劣化診断方法。
サイリスタ素子に並列接続された回路素子を有するサイリスタユニットを複数個直列接続したサイリスタモジュールの劣化診断装置において、前記サイリスタモジュールの両端子に接続される電圧印加端子と、該電圧印加端子に電圧を印加する印加電圧発生部と、前記電圧の印加を入り切りするスイッチと、前記各サイリスタユニットに接続し分担電圧を測定するプローバ端子と、前記各サイリスタユニットの電圧を測定する測定部と、前記各サイリスタユニットの電圧の測定指令を発するコントロール部と、該コントロール部からの指令に基づいて前記プローバ端子を順次切り替える分担電圧測定切替部と、前記測定されたデータを格納するデータ格納部と、前記測定データを基準値と比較し表示する表示部と、を備えたことを特徴とするサイリスタモジュールの劣化診断装置。
請求項4において、前記印加電圧発生部は、直流電圧及び交流電圧であることを特徴とするサイリスタモジュールの劣化診断装置。