JPS6336207B2

JPS6336207B2 -

Info

Publication number: JPS6336207B2
Application number: JP6082981A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Ino; Atsuo Kobayashi; Tadashi Takahashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1981-04-22
Publication date: 1988-07-19
Also published as: JPS57177271A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高電圧サイリスタ変換器のサイリスタ
素子故障診断装置に関する。

直流送電、周波数変換等の高電圧サイリスタバ
ルブには多数の直列又は直並列接続されたサイリ
スタが使用されている。サイリスタはサイリスタ
自身又はゲード回路等の故障により破損につなが
るため一般に所定のサイリスタをマージンとして
直列に接続している。従つてサイリスタが故障
し、故障数がこのマージン数に達した場合は、サ
イリスタバルブを運転不能として停止し故障サイ
リスタを変換する必要がある。このためサイリス
タの故障をモニターし、その故障数を常時、知る
ことが重要となる。

第１図は従来のサイリスタ素子故障（以下素子
故障と称す）診断装置の高電圧部の検出回路の構
成図である。第１図はサイリスタバルブ内の直列
接続される複数個のサイリスタのうち例えば直列
接続するサイリスタ１を６個単位で１モジユール
とした例で、各サイリスタ１にはコンデンサ２、
抵抗３，４からなる分圧回路５が、また６個のサ
イリスタには並列に２個の検出用抵抗６が接続さ
れている。６個のサイリスタの中間点Ｐと検出用
抵抗６の中間点Ｑには、検出回路７が接続されて
いる。中間点ＰでＡ，Ｂの２個ずつに分割された
分圧回路５と中間点Ｑで分割された検出用抵抗６
によりブリツジ回路を形成している。６個のサイ
リスタが全て正常な時はブリツジ回路は平衡して
いるので電圧ｖは発生しない。しかし１個のサイ
リスタが破損した時はブリツジ回路は不平衡とな
り、電圧ｖが発生する。検出回路７にはダイオー
ドブリツジ８、コンデンサ９、抵抗１０、サイダ
ツク１１、発光素子１２が含まれており、電圧ｖ
をダイオードブリツジ８により整流した直流電圧
が動作値以上になるとコンデンサ９より、電流を
発光素子１２に流し、素子故障信号をライトガイ
ド１３により低電位部の素子故障判別回路１４へ
伝送する。素子故障判別回路１４では、サイリス
タバルブ内の６個単位のサイリスタで構成される
モジユールでどのモジユール内で故障している
か、いくつのモジユールが故障しているかを判別
する。しかし、従来の素子故障診断では、ブリツ
ジ回路が不平衡になる様な素子故障の場合、例え
ば１個の破損又はＡ側のみの２個のサイリスタの
故障は検出可能であるが、６個全ての故障又は
Ａ，Ｂ側が同数故障した場合は、ブリツジ回路は
平衡しているので素子故障を検出することは不可
能である。またサイリスタが正常な場合でも分圧
回路及びサイリスタの特性等のアンバランスによ
り各サイリスタにかかる電圧にアンバランスを生
じる。また、３相ブリツジ接続されたサイリスタ
変換器でサイリスタバルブに電圧がかかつていて
ゲートブロツクしているフローテイング中とサイ
リスタバルブの運転中とでは、サイリスタにかか
る電圧のピーク値は運転中の方が√３倍大きい。
このため６個のサイリスタのうち１個破損した時
に生じる電圧ｖも、運転中の方がフローテイング
中よりもほぼ√３倍大きい。従つて、各サイリス
タの電圧アンバランスでは誤検出することなく、
フローテイング中、運転中とも確実に検出できる
様にサイダツク１１の検出レベルを設定すること
は、非常にむづかしい。また、モジユール内のサ
イリスタ数が多い構成になる程、１個故障時に生
じる電圧ｖも小さくなり検出することが不可能な
場合がある。また素子故障を検出できた場合でも
例えばＡ側のサイリスタが１個から３個の故障に
対し低圧側の素子故障判別回路１４では、何個故
障しているのかは全く不明である。従つてモジユ
ール内の正確な故障素子数が不明のため、バルブ
全体での全故障素子数を知ることはできない。こ
のため正確なサイリスタのマージン数を知ること
も不可能である。

以上の様に従来の素子故障診断装置では確実に
素子故障を判別することが不可能であり、このた
め故障サイリスタ数がマージンサイリスタ数をオ
ーバーし他のサイリスタをも破損する恐れがあ
る。以上のことは、サイリスタ変換器の運用上、
保守上大きな障害となる。

本発明の目的な、前述の点に鑑みサイリスタの
故障を確実に検出し、さらにその故障数をも判別
することができ、サイリスタ変換器の運用又は保
守上からも極めて有効なサイリスタ変換器の素子
故障診断装置を提供することにある。

以下、本発明を図面に示す一実施例を参照して
説明する。第２図は本発明の一実施例を示す構成
図、第３図は第２図の動作を説明するための各信
号のタイムチヤートで、サイリスタバルブ内の各
サイリスタ１には並列に分圧回路２と発光素子１
２と保護用ダイオード１５と電流制限用の抵抗１
６が接続されている。サイリスタ１に順方向の電
圧が加わると発光素子１２に電流が流れその光信
号は、ライトガイド１３により低電位部の受光素
子１７へ伝送されて受光素子１７をオンする。各
サイリスタからの電圧信号ｂはオア回路１８への
入力となり、信号ｃが出力される。信号ｂと信号
ｃは不一致検出回路１９への入力となり、信号ｂ
と信号ｃが同一信号でない不一致の場合にのみ素
子故障信号ｄが出力される。不一致検出回路１９
は一般には、排他的論理和と呼ばれる論理回路に
よつて構成され、瞬時に信号の不一致を検出する
回路、またはアンド素子と発振器により正常時は
アンド出力により発振器をロツクし、異常時には
アンド出力が出ないため発振器の出力が出て、信
号の不一致を検出する時限をもつ回路等によつて
構成される。

いまサイリスタ１が正常のときは各サイリスタ
には第３図に示す電圧波形ａの実線部ｌの波形が
加わつている。サイリスタに順方向に電圧が加わ
つている期間、電圧信号ｂが発生されサイリスタ
が正常であれば、電圧信号ｂと信号ｃは全く同信
号となる。従つて素子故障信号ｄは出力されない
が、いま仮にサイリスタが破損すると破損サイリ
スタには電圧はかからず、正常なサイリスタには
電圧波形ａの波線部ｍの波形が加わる。このため
信号ｃは正常なサイリスタの電圧信号ｂによつて
出力され、また故障サイリスタの電圧信号ｂは出
力されないので故障サイリスタの系統に接続され
る不一致検出回路１９は信号ｂ，ｃの不一致を検
出し素子故障信号ｄを出力する。従つて各サイリ
スタ毎に設けられる不一致検出回路１９の出力信
号により、そのサイリスタが正常か故障かを判別
することができる。また、全サイリスタの素子故
障信号ｄをカウンタ回路２０へ入力し入力信号に
“１”信号の出る信号数をカウントし、その合計
数に相当する出力に信号ｅを出す。従つて素子故
障のサイリスタの個数をカウントすることがで
き、合計の素子故障数を知ることができる。サイ
リスタのマージン数がｎ個の場合には、素子故障
数がｎに達するとカウンタ回路は「ｎ」に信号ｅ
を出力する。従つて信号ｅによりサイリスタ変換
器の運転を停止することができる。

以上の様に本発明によれば簡単な回路を追加す
ることにより、サイリスタ変換器に電圧がかかつ
ている時は運転、停止にかかわらず確実に、しか
も瞬時にサイリスタ個々の故障を検出することが
できる。このため故障サイリスタの個数を正確に
知ることができるので、サイリスタ変換器の運用
上非常に有効な素子故障診断装置である。また、
保守上から故障サイリスタを健全なサイリスタと
変換する場合でもどのサイリスタが故障している
かが判明できるので、極めて短時間で素子交換を
行なうことが可能である。

ところで、サイリスタ変換器のインバータ運転
を行なう様な運転モードによつては、例えば直列
接続するサイリスタで運転中にターンオフするこ
とのできないサイリスタが存在する部分転流失敗
の現象が現われることがある。この様な運転モー
ドを行なう場合には部分転流失敗したサイリスタ
には順電圧はかからないので素子故障と誤判別さ
れる。

第４図には、この様な場合でも確実に素子故障
を判別することのできる本発明の他の実施例を示
す。また第５図に各信号のタイムチヤートを示
す。第４図にて電圧信号ｂが送られる迄の回路は
第２図と全く同様なので省略する。第２図と同記
号の回路、信号も同じ機能を示すので説明は省略
する。不一致検出回路１９にて検出された出力信
号ｄは各サイリスタ単位に設けられたカウンタ回
路２１への入力となり同じサイリスタがｎ回、信
号ｄを発生すると信号ｆが出力されている。

いま運転中に直列接続されるサイリスタ内で部
分転流失敗したサイリスタには第５図の電圧波形
ａの実線部ｌの電圧が加わり、他のターンオフし
たサイリスタには波線部ｍの電圧が加わる。ター
ンオフしているサイリスタには順電圧が加わるの
で信号ｃには、ターンオフしたサイリスタの電圧
信号と同じ信号が出力されるため部分転流失敗し
たサイリスタには信号ｄが出力される。部分転失
は通常、強制転流失敗保護を行うので、部分転失
に伴う誤判別の期間は強制点弧するまでのわずか
な時間（例えば数μs〜数百μs）である。また部分
転失する状況も数サイクル継続することは通常は
ないと考えられる。従つて部分転流失敗が継続す
るサイクル数より大きな値ｎにカウンタ回路２１
を設定する。一般にはｎ＝２または３にすればよ
い。カウンタ回路２１は入力信号ｄの入力時点よ
り、所定期間内に、次の入力がない場合には、カ
ウントをリセツトする機能を有している。従つ
て、部分転流失敗時でも信号ｆは出ず、素子故障
と誤判別することはない。一方、サイリスタの故
障時には、ｎサイクル後でも順電圧は加わらない
ので、信号ｆは出力される。

以上の様に第４図の素子故障診断装置を用いる
ことにより、部分転流失敗等の様にサイリスタが
正常であるにもかかわらず、導通期間外に順電圧
のかからない場合でも確実にサイリスタ単位で故
障を判別することができる。

なお、故障サイリスタ数を知るためには第２図
と同様のカウンタ回路２０を設け、各サイリスタ
の信号ｆを入力として、故障数をカウントするこ
とができる。

さてサイリスタの電圧を検出する発光素子１
２、抵抗１６や光信号を受信する受光素子１７に
よつて各サイリスタの電圧検出レベルにばらつき
を生ずる場合がある。この様な場合は電圧検出レ
ベルの高いサイリスタの電圧信号は電圧検出レベ
ルの低いサイリスタの電圧信号よりも遅れるた
め、素子故障と誤検出される。第６図に示す本発
明の他の実施例によれば、この様な場合でも確実
に素子故障判別することができる。

第７図は、第６図を説明するためのタイムチヤ
ートである。第６図は各不一致検出回路の後に、
所定時間以上継続する信号のみを出力させる信号
判別回路２２を追加したものであり、これにより
信号時間幅の短いものがカツトされる。第７図に
その動作を示すタイムチヤートであり、例えば検
出レベルがイ，ロ（イ→b₁，ロ→b₂に対応）のよ
うに差があつた場合、d₁の不一致出力信号は信号
判別回路によりロツクされている。

このように電圧検出レベル差などによる誤検出
を確実に防止できる。信号判別回路２２の時間設
定はこれらのバラツキに関連して適切に決定され
る。

第６図の本発明の他の実施例によれば、サイリ
スタが正常の場合、電圧検出レベルイ，ロの様に
検出レベルが異なり、その電圧信号b₁，b₂の応答
にばらつきを生じてもサイリスタが正常な場合は
全サイリスタに確実に順方向の電圧がかかつてい
る時点で電圧を検出するので素子故障の誤検出を
防止し、故障素子のみを確実に検出することがで
きる。また、第４図の説明で述べた部分転流失敗
時の誤判別も、第６図の信号判別回路の設定値を
適切にすることにより確実になくすことができ
る。

なお本発明では順方向の電圧信号にて素子故障
診断を行うことで説明しているが、第８図ａの本
発明の変形例の様に、逆方向の電圧を検出して逆
電圧信号にて同様に素子故障診断を行なつても全
く同様の効果を得ることができる。また第８図ｂ
に示す本発明の変形例の様にサイリスタにかかる
順電圧、逆電圧ともダイオードブリツジ２５によ
り検出し電圧信号として順電圧、逆電圧を含んだ
信号により、素子故障診断を行なつても全く同様
の効果を得ることができる。又本発明をサイリス
タ個々に検出することで説明したが、第９図の他
の実施例で示すように、例えば直列のサイリスタ
を、２個単位に行つてもよい。更に本発明は各サ
イリスタの電圧信号のOR出力信号ｃと各サイリ
スタの不一致により各サイリスタの故障を判別す
ることで説明してあるが、OR出力信号ｃはバル
ブ全体の電圧信号に対応する。従つてそれに等価
な他の信号を使うことができる。例えば第１０図
に示す他の実施例はOR出力信号ｃの代りに、バ
ルブの電流検出信号の反転信号c′を使つたもので
ある。即ち、低抵抗２６の電圧降下を利用し、発
光素子１２′とライトガイド１３′、受光素子１
７′によりバルブ電流信号を検出し、反転回路２
７によりバルブ電圧信号として信号c′を出力する
ものである。この電圧信号c′と各サイリスタの電
圧信号との不一致により各サイリスタの故障を判
別することができる。

以上の様に、本発明によればサイリスタバルブ
内のサイリスタに加わる順電圧を検出して全サイ
リスタの電圧信号のオアと各電圧信号を比較する
ことにより、サイリスタ単位で素子故障を判別す
ることができる。従つてフローテイング中、運転
中にサイリスタバルブ内の全故障サイリスタ数を
正確に知ることができ、また、ユニツト構成の場
合、ユニツト内の故障素子数やそのロケーシヨン
も決定することができる。従つて、サイリスタ変
換器の運転でバイパスペア運転を行なう場合で
も、また転流失敗時でも誤検出することなく、素
子故障時には瞬時に検出でき、運用上、保守上か
らも本発明を用いることは有効である。また、電
圧検出レベル、電圧信号の応答等にばらつきを生
じる場合は第４図、第６図に示す本発明の他の実
施例により、素子故障を誤判別することなく検出
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の素子故障診断装置の構成図、
第２図は本発明による素子故障診断装置の一実施
例を示す構成図、第３図は第２図の各信号のタイ
ムチヤート、第４図は本発明の他の実施例を示す
構成図、第５図は第４図の各部の信号のタイムチ
ヤート、第６図は本発明の他の実施例を示す構成
図、第７図は第６図の各信号のタイムチヤート、
第８図乃至第１０図は本発明のそれぞれ異る他の
実施例を示す構成図である。１……サイリスタ、２，９……コンデンサ、
３，４，１０，１６，２６……抵抗、５……分圧
回路、６……検出用抵抗、７……検出回路、８，
２５……ダイオードブリツジ、１１……サイダツ
ク、１２……発光素子、１３……ライトガイド、
１４……故障判別回路、１５……ダイオード、１
７……発光素子、１８オア回路、１９……不一致
検出回路、２０，２１……カウンタ回路、２２…
…信号判別回路、２４……アンド回路、２７……
反転回路。

Claims

【特許請求の範囲】１複数個の直列または直並列接続されたサイリ
スタバルブで構成されるサイリスタ変換器におい
て、各サイリスタ毎に設けられ各サイリスタの電
圧を検出する電圧検出回路、この電圧検出回路か
ら発せられる各サイリスタの電圧検出信号と、前
記各電圧検出回路のオア出力信号との不一致を検
出する不一致検出回路を設け、サイリスタの故障
を判別することを特徴とするサイリスタ変換器の
素子故障診断装置。２複数個の直列または並列接続されたサイリス
タバルブで構成されるサイリスタ変換器におい
て、各サイリスタ毎に設けられ各サイリスタの電
圧を検出する電圧検出回路、この電圧検出回路か
ら発せられる各サイリスタの電圧検出信号と、前
記各電圧検出回路のオア出力信号との不一致を検
出する不一致検出回路を設け、この不一致検出回
路の出力をカウンタでカウントすることにより前
記サイリスタバルブ内のサイリスタの故障数を判
別することを特徴とするサイリスタ変換器の素子
故障診断装置。３複数個の直列または直並列接続されたサイリ
スタバルブで構成されるサイリスタ変換器におい
て、各サイリスタ毎に設けられ各サイリスタの電
圧を検出する電圧検出回路、この電圧検出回路か
ら発せられる各サイリスタの電圧検出信号と、前
記各電圧検出回路のオア出力信号との不一致を検
出する不一致検出回路、該回路の出力が所定時間
継続したことを判別する信号判別回路を設け、不
一致状態が所定時間継続したことによりサイリス
タの故障を判別することを特徴とするサイリスタ
変換器の素子故障診断装置。４複数個の直列または直並列接続されたサイリ
スタバルブで構成されるサイリスタ変換器におい
て、各サイリスタ毎に設けられ各サイリスタの電
圧を検出する電圧検出回路、この電圧検出回路か
ら発せられる各サイリスタの電圧検出信号と、前
記各電圧検出回路のオア出力信号との不一致を検
出する不一致検出回路、該回路の出力が所定時間
内に所定回数発生したことにより故障を判別する
カウンタ回路を備えたサイリスタ変換器の素子故
障診断装置。