WO1998026299A1 - Vorrichtung zur zustandserfassung von n leistungskondensatoren einer hochspannungskondensatorbatterie - Google Patents

Vorrichtung zur zustandserfassung von n leistungskondensatoren einer hochspannungskondensatorbatterie Download PDF

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WO1998026299A1
WO1998026299A1 PCT/DE1997/002801 DE9702801W WO9826299A1 WO 1998026299 A1 WO1998026299 A1 WO 1998026299A1 DE 9702801 W DE9702801 W DE 9702801W WO 9826299 A1 WO9826299 A1 WO 9826299A1
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power
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PCT/DE1997/002801
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Inventor
Jörg Ammon
Gerhard Plewka
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/16—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/64—Testing of capacitors

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting the state of n power capacitors of a high-voltage capacitor bank.
  • the high-voltage capacitor bank consisting of at least two parallel branches, each with at least two capacitors connected in series.
  • the capacitors are designed with internal fuses.
  • four sub-batteries or "simple H-circuit" are also generally spoken of.
  • the high-voltage capacitor bank can consist of several H circuits. This high-voltage capacitor battery is part of a DC filter in a HVDC system.
  • first measuring devices for detecting the longitudinal currents are arranged between the capacitors.
  • the measuring devices are designed as current transformers, the potential-equal points of the branches each being formed by tapping the primary winding of the first measuring devices.
  • a second measuring device for detecting the cross current is arranged between the equipotential points of the branches.
  • the secondary windings of the measuring devices are connected to an evaluation circuit via measuring lines.
  • the faulty capacitor is determined from the current combinations present in the event of a fault.
  • the detected longitudinal currents and the detected cross current are used monitored for their direction and compared with each other.
  • the faulty capacitor can be selected by means of an evaluation table and displayed on a display device via an error signal.
  • a monitoring device for a capacitor bank on an AC voltage network is known from EP 0 040 765 B1.
  • the capacitor bank consists of a number of parallel strings, each with a number of sub-capacitors with fuses, which are connected in series and connected to one another by means of continuous cross-lines Capacitor battery takes place while eliminating the influence of the harmonics.
  • a transient comparison is carried out between the simulated and the measured fundamental vibration flow. As a result, only rapid changes between the simulated and the measured capacitor voltage lead to an error message and changes that do not occur gradually.
  • the invention is based on the object of specifying a device for detecting the state of n power capacitors of a high-voltage capacitor battery, with which the states of the individual power capacitors of the high-voltage capacitor battery can be detected and displayed inexpensively and without interference.
  • each power capacitor is assigned a binary state detection device, which is connected to evaluation electronics at ground potential by means of a large number of optical fibers, the state (voltage or current present / not present) of each power capacitor of a high-voltage capacitor bank can be displayed.
  • the binary state detection devices are connected to each other at high potential from the evaluation electronics to ground potential.
  • the condition detection devices can be constructed simply and inexpensively.
  • the evaluation electronics can be a display matrix, each matrix point being connected to a binary state detection device by means of an optical waveguide.
  • Each matrix point has a light source that emits light in the event of a power capacitor failure. If one or more light sources in the display matrix go out, this is a sign of damage to the responsible power capacitor of the high-voltage capacitor battery.
  • This device according to the invention has the following advantages: a) simple primary construction possible, which is no longer determined by a protection / monitoring algorithm, b) simple, inexpensive and interference-free condition detection, c) simple evaluation algorithm that is practically no longer affected by external interference (contamination, aging) , Solar radiation, component tolerances) can be impaired, d) high selectivity in the protection of power capacitors within complex capacitor banks.
  • the outputs of the n binary state detection devices are connected to a multiplexer device, which is connected on the output side to the evaluation electronics at ground potential by means of an optical waveguide.
  • FIG. 1 shows a high-voltage capacitor battery with part of the device according to the invention for detecting the condition of n power capacitors of this high-voltage capacitor battery, in
  • FIG. 2 shows a power capacitor with a state detection device according to the invention of a high-voltage capacitor bank of a DC filter
  • FIG 3 shows a power capacitor with a state detection device according to the invention of a high-voltage capacitor bank of an AC filter
  • FIG. 4 shows an alternative to the embodiment according to FIG. 2
  • FIG. 5 shows an alternative to the embodiment according to FIG. 3
  • FIG. 6 shows a circuit arrangement of a processing - Circuit of the condition detection device according to the invention.
  • n power capacitors Cl,..., Cn show a high-voltage capacitor bank C of a DC filter or an AC filter of a high-voltage direct current transmission system (HVDC system) which has n power capacitors Cl,..., Cn.
  • Power capacitors of this type are commercially available and are described in more detail, for example, in the article "Optimal power capacitors for high voltage", printed in the DE magazine “ABBtechnik", No. 3, 1990, pages 15 to 22.
  • These n power capacitors C, ..., Cn are divided into two branches 2.4 and electrically connected in series in each branch 2.4.
  • the device according to the invention has n binary state detection devices 6 and evaluation electronics 8. Of this device, only the n binary state detection devices 6 are shown in this FIG.
  • n state detection devices which are arranged at high potential, are each connected by means of an optical waveguide F1 to the evaluation electronics 8 which is at ground potential, which is not shown here in greater detail. the.
  • these optical waveguides F1 can connect each state detection device 6 to this evaluation electronics 8 on the one hand, or on the other hand to a multiplexer device which is arranged at high potential and is also not shown here for reasons of clarity and which is then connected on the output side to the evaluation electronics 8 by means of an optical waveguide Fl .
  • a multiplexer device at high potential, only one optical waveguide Fl is required instead of n optical waveguides Fl for the connection from high potential to earth potential.
  • each binary state detection device 6 is connected to the evaluation electronics 8 by means of an optical waveguide F1
  • a display matrix with n matrix points can be provided as the evaluation electronics 8.
  • These n matrix points of the display matrix can emit all light in the fault-free operation or, in the event of a fault, only emit the matrix point light whose corresponding power capacitor Cl, ..., Cn is defective. It can thus be immediately recognized at any time by means of a visual display which of the n power capacitors Cl, ..., Cn of the high-voltage capacitor battery C is defective.
  • the signals from the n binary state detection devices 6 are passed on in series to the evaluation electronics 8 at ground potential.
  • the evaluation electronics 8 checks the presence of the n light signals. If a light signal from the n binary state detection devices 6 is missing, the evaluation electronics 8 uses a display device to display the faulty power capacitor Cl,..., Cl n of the high-voltage capacitor battery C with an indication of its place in this high-voltage capacitor battery C.
  • the states of the n power capacitors Cl, ..., Cn of a high-voltage capacitor battery C can be displayed without computation-intensive evaluation algorithms and without cost-intensive measured value acquisitions, external interference factors such as contamination, aging, solar radiation and component tolerances being largely excluded.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a binary state detection device 6 for a power capacitor C1 of the high-voltage capacitor battery C of a DC filter of an HVDC system according to FIG. 1.
  • This binary state detection device 6 has a signaling device 10 with a light source L 1 connected downstream.
  • This signal transmitter device 10 has a shunt R2 on the input side and a processing circuit Gl on the output side, which is electrically connected in parallel with the shunt R2.
  • An embodiment of this processing circuit Gl is shown in more detail in FIG 6. So that this processing circuit Gl is protected against impermissibly high voltages, a voltage limiter VI is electrically connected in parallel to the input of this processing device Gl.
  • a varistor, a zener diode or a surge arrester can be used as the voltage limiter VI.
  • the light source L1 of the binary state detection device 6 is provided with an optical waveguide Fl, which connects this state detection device 6 to the evaluation electronics 8 arranged at ground potential.
  • each resistor Rli ..., Rl n
  • these resistors Rl 1 are also referred to as control resistors Rl ⁇ , ..., Rl n voltage proportional to the direct current.
  • This voltage is rectified by means of the processing circuit Gl and processed to control the light source L1.
  • the status information - voltage U1 present / not present via the power capacitor C1 - is forwarded to the evaluation electronics 8 via the optical waveguide F1. If a capacitor breakdown occurs, the voltage Ul breaks down and the light source Ll goes out. This state is recognized by the evaluation electronics 8 as a change in the binary signal.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a binary state detection device 6 for a power capacitor C1 of a high-voltage capacitor battery C of an AC filter of an HVDC system.
  • a current transformer SW1 is used here instead of a shunt R2, since the presence of a sufficiently high alternating current is monitored here.
  • the state detection device 6 is electrically connected in series with the power capacitor C1 here.
  • the power capacitor C1 is monitored by sending a light signal to the evaluation electronics 8 when the power capacitor C1 is in the fault-free or faulty operating state.
  • the main advantage of this binary state detection device 6 is that the energy required for controlling the light source from the applied voltage U1 or from the current II through the power capacitor C1 is used. A separate power supply circuit for the power supply of the binary state detection device 6 is therefore not necessary.
  • the Light source L 1 Through the direct utilization of the energy of the voltage Ul at the power capacitor Cl or of the current II by the power capacitor Cl, in the Light source L 1 generate light signals with a particularly high light output, so that more cost-effective optical waveguides F 1 with relatively high attenuation can also be used in order to reliably transmit the light signals from the light source L 1 to the evaluation electronics 8 located at ground potential.
  • FIGS. 4 and 5 each show a second embodiment of a binary state detection device 6 for a power capacitor C1 of a high-voltage capacitor battery C of a DC filter or an AC filter of an HVDC system.
  • an optical switch 01 is used instead of the light source L1, which is connected on the input side to an optical transmitter 12 at ground potential by means of an optical waveguide F2.
  • the control connections of this optical switch 01 are linked to the outputs of the processing circuit Gl.
  • the optical transmitter 12 sends a light signal to the optical switch 01, which sends this signal back via the optical fiber F1 to the evaluation electronics 8 arranged at earth potential until an error occurs.
  • the optical switch 01 is activated in such a way that the light signal transmitted by the optical transmitter 12 can no longer be passed on to the evaluation electronics 8.
  • FIG. 6 shows a circuit arrangement of a processing circuit Gl of the binary state detection device 6 according to FIG. 2.
  • This processing device Gl is connected with its input connections 14 to the connections of the shunt R2.
  • This processing circuit Gl contains a rectifier arrangement 16, which consists of four diodes arranged to form a full-wave rectifier.
  • the rectifier arrangement 16 is connected on the input side to the input connections 14 of the processing circuit G1 and on the output side to a Zener diode 17, which is an integrating element 18 is connected downstream.
  • the integrator 18 consists of a resistor 20 and a storage capacitor 22 connected in series therewith, the connections of which form the output 24 of the integrator 18. This output 24 of the integrating element 18 is connected to the output 26 of the processing circuit G1.
  • the light emitting diode L1 of the binary state detection device 6 is connected to the output 26 of the processing circuit Gl.
  • a particularly high light output of the light signals emitted by the light source L1 is achieved in that the integrating element 18 consists of a resistor 20 and a storage capacitor 22 connected in series therewith, the connections of which form the output 24 of the integrating element 18.
  • the voltage U c at the storage capacitor 22 is limited by the zener diode 17 to a predetermined value.
  • the entire energy stored in the storage capacitor 22 is available for generating a light signal with a high light output, as a result of which a high discharge current is caused by the light source L 1.
  • a voltage U G is present at the output of the rectifier 16.
  • This voltage U G is integrated by the integrating element 18 until the voltage U c across the storage capacitor 22 has reached the value of the Zener voltage of the Zener diode 17.
  • the storage capacitor 22 of the integrating element 18 can never be overloaded, but a sufficient amount of energy can be provided for generating a light signal with high light output.
  • the high discharge current is converted into a light signal with a correspondingly high light output.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Zustandserfassung von n Leistungskondensatoren (C1, ..., Cn) einer Hochspannungskondensatorbatterie (C). Erfindungsgemäß weist diese Vorrichtung n binäre Zustandserfassungseinrichtungen (6), n Widerstände (R11, ..., R1n) und eine Auswerteelektronik (8) auf Erdpotential auf, ist jede binäre Zustandserfassungseinrichtung (6) eingangsseitig elektrisch in Reihe mit einem Widerstand (R11, ..., R1n) geschaltet und ausgangsseitig mittels eines Lichtwellenleiters (F1) mit der Auswerteelektronik (8) verbunden und sind diese n Reihenschaltungen jeweils einem Leistungskondensator (C1, ..., Cn) elektrisch parallel geschaltet, wobei diese wenigstens in einem Zweig (2, 4) elektrisch in Reihe geschaltet sind. Somit können ohne kostenintensive Meßwerterfassung und ohne rechenintensive Auswertealgorithmen defekte Leistungskondensatoren (C1, ..., Cn) aus einer Vielzahl unbeschädigter Leistungskondensatoren (C1, ..., Cn) einer komplex aufgebauten Hochspannungskondensatorbatterie (C) selektiert werden.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Zustandserfassung von n Leistungskondensatoren einer Hochspannungskondensatorbatterie
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Zustandserfassung von n Leistungskondensatoren einer Hochspannungs- kondensatorbatterie .
Aus der DE 40 29 293 AI ist eine Anordnung zur Erfassung eines Fehlers in einer Hochspannungskondensatorbatterie bekannt, wobei die Hochspannungskondensatorbatterie zumindest aus zwei parallelen Zweigen mit jeweils mindestens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren besteht. Die Kondensatoren sind mit innenliegenden Sicherungen ausgeführt. Bei einer solchen Ausführungsform einer Hochspannungskondensatorbatterie wird auch im allgemeinen von vier Teilbatterien oder auch "einfacher H-Schaltung" gesprochen. Die Hochspannungskondensatorbatterie kann dabei aus mehreren H-Schaltungen bestehen. Diese Hochspannungskondensatorbatterie ist Bestandteil eines DC-Filters in einer HGÜ-Anlage.
In jedem Zweig dieser Hochspannungskondensatorbatterie sind jeweils zwischen den Kondensatoren erste Meßeinrichtungen zum Erfassen der Längsströme angeordnet. Die Meßeinrichtungen sind als Stromwandler ausgebildet, wobei die potentialgleichen Punkte der Zweige jeweils von einer Anzapfung der Primärwicklung der ersten Meßeinrichtungen gebildet sind. Zwischen den potentialgleichen Punkten der Zweige ist eine zwei- te Meßeinrichtung zum Erfassen des Querstromes angeordnet.
Die Sekundärwicklungen der Meßeinrichtungen sind über Meßleitungen auf eine Auswerteschaltung geschaltet. Mittels dieser Auswerteschaltung wird aus den im Fehlerfall vorliegenden Stromkombinationen der fehlerhafte Kondensator ermittelt. Da- bei werden die erfaßten Längsströme und der erfaßte Querstrom auf ihre Richtung überwacht und miteinander verglichen. Mittels einer Auswertetabelle kann der fehlerhafte Kondensator selektiert werden und über ein Fehlersignal an einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden.
Aus der EP 0 040 765 Bl ist eine Überwachungseinrichtung für eine Kondensatorbatterie an einem Wechselspannungsnetz bekannt. Die Kondensatorbatterie besteht aus einer Anzahl von parallelen Strängen mit jeweils einer Anzahl von in Reihe ge- schalteten und miteinander mittels durchgehender Querleitungen verbundener Teilkondensatoren mit Sicherungen, wobei unter Erfassung von Strom und Spannung der Kondensatorbatterie ein Vergleich ihres betrieblichen Verhaltens mit dem Verhalten einer modellmäßigen Nachbildung der Kondensatorbatterie unter Elimination des Einflusses der Netzoberschwingungen erfolgt . Bei dieser bekannten Überwachungseinrichtung wird ein transienter Vergleich zwischen dem nachgebildeten und dem gemessenen Grundschwingungsström durchgeführt. Dadurch führen nur schnelle Veränderungen zwischen der nachgebildeten und der gemessenen Kondensatorspannung zu einer Fehlermeldung und nicht allmählich auftretende Änderungen.
Bei diesen bekannten Überwachungseinrichtungen werden kostenintensive Meßwerterfassungen sowie sensitive, rechenintensive Auswertealgorithmen verwendet, wobei eine gezielte Selektion eines defekten Leistungskondensators der Hochspannungskondensatorbatterie aus einer Vielzahl unbeschädigter Leistungskondensatoren nicht immer möglich ist.
Bei der Selektion eines defekten Leistungskondensators aus einer Vielzahl von unbeschädigten Leistungskondensatoren einer Hochspannungskondensatorbatterie reicht es aus, die Zustände der einzelnen Leistungskondensatoren zu ermitteln, d.h., man muß wissen, ob die betreffenden Leistungskondensa- toren unter Spannung stehen bzw. ein Strom durch diese fließt. Da jedoch die zu überwachenden Leistungskondensatoren häufig auf hohem Potential liegen, ist für diese einfache Zu- standsermittlung ein hoher Isolationsaufwand notwendig, welcher konventionelle Strom- und Spannungsmessungen erheblich verteuern.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Zustandserfassung von n Leistungskondensatoren einer Hochspannungskondensatorbatterie anzugeben, mit der kosten- günstig und störsicher die Zustände der einzelnen Leistungskondensatoren der Hochspannungskondensatorbatterie erfaßt und angezeigt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An- spruchs 1 bzw. 2 gelöst.
Dadurch, daß jeder Leistungskondensator eine binäre Zustands- erfassungseinrichtung zugeordnet ist, die mittels einer Vielzahl von Lichtwellenleitern mit einer Auswerteelektronik auf Erdpotential verbunden sind, kann der Zustand (Spannung bzw. Strom vorhanden/nicht vorhanden) jedes Leistungskondensators einer Hochspannungskondensatorbatterie angezeigt werden. Durch die Verwendung von Lichtwellenleiter sind die binären Zustandserfassungseinrichtungen auf hohem Potential von der Auswerteelektronik auf Erdpotential potentialfrei miteinander verbunden. Dadurch können die Zustandserfassungseinrichtungen einfach und kostengünstig aufgebaut werden. Die Auswerteelektronik kann auch im einfachsten Fall eine Anzeigematrix sein, wobei jeder Matrixpunkt mittels eines Lichtwellenleiters mit einer binären Zustandserfassungseinrichtung verbunden ist.
Jeder Matrixpunkt weist eine Lichtquelle auf, die im Fehlerfall eines Leistungskondensators Licht emittiert. Wenn bei der Anzeigematrix ein oder mehrere Lichtquellen erlöschen, so ist dies ein Zeichen für die Beschädigung des zuständigen Leistungskondensators der Hochspannungskondensatorbatterie. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung weist folgende Vorteile auf: a) einfacher Primäraufbau möglich, der nicht mehr durch einen Schutz-/Überwachungsalgorithmus bestimmt ist, b) einfache, kostengünstige und störsichere Zustandserfassung, c) einfacher Auswertealgorithmus der praktisch nicht mehr von äußeren Störeinflüssen (Verschmutzung, Alterung, Sonneneinstrahlung, Bauteiletoleranzen) beeinträchtigt werden kann, d) hohe Selektivität beim Schutz von Leistungskondensatoren innerhalb komplex aufgebauter Kondensatorbänke.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung sind die Ausgänge der n binären Zustandserfassungeinrichtungen mit einer Multiplexereinrichtung verbunden, die ausgangsseitig mittels eines Lichtwellenleiters mit der Auswerteelektronik auf Erdpotential verbunden ist. Dadurch wird nicht mehr jede Zustandserfassungseinrichtung auf hohem Potential direkt mit der Auswerteelektronik auf Erdpotential verbunden, wodurch viele Meter Lichtwellenleiter eingespart werden kann.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsbeispiele nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.
FIG 1 zeigt eine Hochspannungskondensatorbatterie mit einem Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandserfassung von n Leistungskondensatoren dieser Hoch- spannungskondensatorbatterie, in
FIG 2 ist ein Leistungskondensator mit einer erfindungsgemäßen Zustandserfassungseinrichtung einer Hochspannungskondensatorbatterie eines DC-Filters dargestellt, wogegen in der FIG 3 ein Leistungskondensator mit einer erfindungsgemäßen Zustandserfassungeinrichtung einer Hochspannungskondensatorbatterie eines AC-Filters dargestellt ist, die FIG 4 zeigt eine Alternative zur Ausführung gemäß FIG 2, wogegen die FIG 5 eine Alternative zur Ausführung gemäß FIG 3 darstellt und die FIG 6 zeigt eine Schaltungsanordnung einer Verarbeitungs- Schaltung der erfindungsgemäßen Zustandserfassungseinrichtung.
Die FIG 1 zeigt eine Hochspannungskondensatorbatterie C eines DC-Filters bzw. eines AC-Filters einer Hochspannungs-Gleich- strom-Übertragungs-Anlage (HGÜ-Anlage) , die n Leistungskondensatoren Cl,...,Cn aufweist. Derartige Leistungskondensatoren sind im Handel erhältlich und beispielsweise näher im Aufsatz "Optimale Leistungskondensatoren für Hochspannung", abgedruckt in der DE-Zeitschrif "ABB Technik", Nr. 3, 1990, Seiten 15 bis 22, dargestellt. Diese n Leistungskondensatoren C ,...,Cn sind auf zwei Zweige 2,4 aufgeteilt und in jedem Zweig 2,4 elektrisch in Reihe geschaltet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist n binäre Zustandserfassungseinrichtungen 6 und eine Auswerteelektronik 8 auf. Von dieser Vorrichtung sind in dieser FIG 1 nur die n binären Zustandserfassungsein- richtungen 6 dargestellt, die bei dieser Darstellung jeweils eingangsseitig elektrisch in Reihe mit einem Widerstand Rlι,...,Rln geschaltet sind. Diese n Reihenschaltungen - Zustandserfassungseinrichtung 6, Widerstand Rlι,...,Rln - sind jeweils einer dieser n Leistungskondensatoren Cl,...,Cn der Hochspannungskondensatorbatterie C elektrisch parallel geschaltet. Diese auf hohem Potential angeordneten n Zustand- serfassungseinrichtungen sind jeweils mittels eines Lichtwellenleiters Fl mit der auf Erdpotential befindlichen Auswer- teelektronik 8, die hier nicht näher dargestellt ist, verbun- den. Dabei können diese Lichtwellenleiter Fl einerseits jede Zustandserfassungeinrichtung 6 mit dieser Auswerteelektronik 8 verbinden oder andererseits mit einer auf hohem Potential angeordneten Multiplexereinrichtung, die ebenfalls hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht näher dargestellt ist, verbunden werden, die ausgangsseitig mittels eines Lichtwellenleiters Fl dann mit der Auswerteelektronik 8 verbunden ist. Bei der Verwendung einer Multiplexereinrichtung auf hohem Potential wird für die Verbindung von hohem Potential zum Erd- potential nur ein Lichtwellenleiter Fl anstelle von n Lichtwellenleitern Fl benötigt.
Wird jede binäre Zustandserfassungseinrichtung 6 mittels eines Lichtwellenleiters Fl mit der Auswerteelektronik 8 ver- bunden, so kann als Auswerteelektronik 8 eine Anzeigenmatrix mit n Matrixpunkten vorgesehen sein. Diese n Matrixpunkte der Anzeigenmatrix können im fehlerfreien Betrieb alle Licht emittieren oder im Fehlerfall nur der Matrixpunkt Licht emittieren, dessen korrespondierende Leistungskondensator Cl,...,Cn defekt ist. Somit kann jederzeit mittels einer optischen Anzeige sofort erkannt werden, welcher der n Leistungskondensatoren Cl,...,Cn der Hochspannungskondensatorbatterie C defekt ist.
Bei der Verwendung einer auf hohem Potential angeordneten Multiplexereinrichtung werden die Signale der n binären Zu- standserfassungseinrichtungen 6 seriell an die Auswerteelektronik 8 auf Erdpotential weitergegeben. In diesem Fall überprüft die Auswerteelektronik 8 das Vorhandensein der n Licht- signale. Fehlt ein Lichtsignal der n binären Zustandserfas- sungseinrichtungen 6, so zeigt die Auswerteelektronik 8 mittels einer Anzeigevorrichtung den fehlerhaften Leistungskondensator Cl,...,Cln der Hochspannungskondensatorbatterie C mit Angabe seines Platzes in dieser Hochspannungskondensator- batterie C an. In beiden Fällen können ohne rechenintensive Auswertealgorithmen und ohne kostenintensive Meßwerterfassungen jeweils die Zustände der n Leistungskondensatoren Cl,...,Cn einer Hochspannungskondensatorbatterie C angezeigt werden, wobei äußere Störeinflüsse, wie z.B. Verschmutzung, Alterung, Sonneneinstrahlung und Bauteiletoleranzen, weitgehend ausgeschlossen werden.
In der FIG 2 ist eine erste Ausführungsform einer binären Zu- Standserfassungeinrichtung 6 für einen Leistungskondensator Cl der Hochspannungskondensatorbatterie C eines DC-Filters einer HGÜ-Anlage gemäß FIG 1 dargestellt. Diese binäre Zu- standserfassungeinrichtung 6 weist eine Signalgebervorrichtung 10 mit nachgeschalteter Lichtquelle Ll auf. Diese Si- gnalgebervorrichtung 10 weist eingangsseitig einen Shunt R2 und ausgangsseitig eine Verarbeitungsschaltung Gl auf, die elektrisch parallel zum Shunt R2 geschaltet ist. Ein Ausführungsbeispiel dieser Verarbeitungsschaltung Gl ist in der FIG 6 näher dargestellt. Damit diese Verarbeitungsschaltung Gl vor unzulässig hohen Spannungen geschützt ist, ist elektrisch parallel zum Eingang dieser Verarbeitungseinrichtung Gl ein Spannungsbegrenzer VI geschaltet. Als Spannungsbegrenzer VI kann ein Varistor, eine Zenerdiode oder ein Über- spannungsableiter verwendet werden. Die Lichtquelle Ll der binären Zustandserfassungeinrichtung 6 ist mit einem Lichtwellenleiter Fl versehen, der diese Zustandserfassungeinrichtung 6 mit der auf Erdpotential angeordneten Auswerteelektronik 8 verbindet .
Ist die Hochspannungskondensatorbatterie C in Betrieb, so fließt über jeden Widerstand Rli, ... , Rln, die eine gleichmäßige Gleichspannungsaufteilung über die n Leistungskondensatoren Cl,'...,Cn sicherstellen, ein Gleichstrom. Aus diesem Grund werden diese Widerstände Rl1( ...,Rln auch als Steuerwi- derstände Rlι,...,Rln bezeichnet. Über den Shunt R2 wird eine dem Gleichstrom proportionale Spannung abgegriffen. Diese Spannung wird mittels der Verarbeitungsschaltung Gl gleichgerichtet und zur Ansteuerung der Lichtquelle Ll aufbereitet. Die Zustandsinformation - Spannung Ul über den Leistungskon- densator Cl vorhanden/nicht vorhanden - wird über den Licht- Wellenleiter Fl zur Auswerteelektronik 8 weitergeleitet. Tritt ein Kondensatordurchschlag auf, so bricht die Spannung Ul zusammen und die Lichtquelle Ll erlischt. Dieser Zustand wird von der Auswerteelektronik 8 als Wechsel des Binärsi- gnals erkannt.
In der FIG 3 ist eine erste Ausführungsform einer binären Zustandserfassungseinrichtung 6 für einen Leistungskondensator Cl einer Hochspannungskondensatorbatterie C eines AC-Filters einer HGÜ-Anlage dargestellt. Im Gegensatz zu der in FIG 2 dargestellten binären Zustandserfassungseinrichtung 6 wird hier anstelle eines Shunts R2 ein Stromwandler SW1 verwendet, da hier das Vorhandensein eines genügend hohen Wechselstromes überwacht wird. Außerdem ist hier die Zustandserfassungsein- richtung 6 elektrisch in Reihe mit dem Leistungskondensator Cl geschaltet.
In beiden Fällen erfolgt die Überwachung des Leistungskondensators Cl durch Aussendung eines Lichtsignals an die Auswer- teelekronik 8, wenn der Leistungskondensator Cl im fehlerfreien bzw. im fehlerbehafteten Betriebszustand ist. Der wesentliche Vorteil dieser binären Zustandserfassungeinrichtung 6 besteht darin, daß die benötigte Energie für die Ansteuerung der Lichtquelle aus der anstehenden Spannung Ul an bzw. aus dem Strom II durch den Leistungskondensator Cl genutzt wird. Daher ist eine eigene Energieversorgungsschaltung zur Stromversorgung der binären Zustandserfassungeinrichtung 6 nicht erforderlich. Durch die direkte Ausnutzung der Energie der Spannung Ul an dem Leistungskondensator Cl bzw. des Stro- mes II durch den Leistungskondensator Cl lassen sich in der Lichtquelle Ll Lichtsignale mit besonders hoher Lichtleistung erzeugen, so daß auch kostengünstigere mit relativ hoher Dämpfung behaftete Lichtwellenleiter Fl Verwendung finden können, um die Lichtsignale dennoch sicher von der Lichtquel- le Ll zu der auf Erdpotential befindlichen Auswerteelektronik 8 zu übertragen.
Die FIG 4 und 5 zeigen jeweils eine zweite Ausführungsform einer binären Zustandserfassungeinrichtung 6 für einen Lei- stungskondensator Cl einer Hochspannungskondensatorbatterie C eines DC-Filters bzw. eines AC-Filters einer HGÜ-Anlage. Bei dieser zweiten Ausführungsform wird anstelle der Lichtquelle Ll ein optischer Schalter 01 verwendet, der eingangsseitig mittels eines Lichtwellenleiters F2 mit einem optischen Sen- der 12 auf Erdpotential verbunden ist. Die Steueranschlüsse dieses optischen Schalters 01 ist mit den Ausgängen der Ver- arbeitungsschaltung Gl verknüpft. Der optische Sender 12 schickt ein Lichtsignal zum optischen Schalter 01, der dieses Signal solange über den Lichtwellenleiter Fl zur auf Erdpo- tential angeordneten Auswerteelektronik 8 zurückschickt, bis ein Fehlerfall auftritt. Im Fehlerfall wird der optische Schalter 01 derart angesteuert, daß das vom optischen Sender 12 gesendete Lichtsignal nicht mehr zu Auswerteelektronik 8 weitergeleitet werden kann.
Die FIG 6 zeigt eine Schaltungsanordnung einer Verarbeitungsschaltung Gl der binären Zustandserfassungseinrichtung 6 gemäß FIG 2. Diese Verarbeitungseinrichtung Gl ist mit ihren Eingangsanschlüssen 14 an den Anschlüssen des Shunt R2 ange- schlössen. Diese Verarbeitungsschaltung Gl enthält eine Gleichrichteranordnung 16, die aus vier zu einem Vollweggleichrichter angeordneten Dioden besteht. Die Gleichrichteranordnung 16 ist eingangsseitig an den Eingangsanschlüssen 14 der Verarbeitungsschaltung Gl angeschlossen und ausgangssei- tig mit einer Zenerdiode 17 verbunden, der ein Integrierglied 18 nachgeschaltet ist. Das Integrierglied 18 besteht aus einem Widerstand 20 und einem mit diesem in Reihe liegenden Speicherkondensator 22, dessen Anschlüsse den Ausgang 24 des Integriergliedes 18 bilden. Dieser Ausgang 24 des Integrier- gliedes 18 ist mit dem Ausgang 26 der Verarbeitungsschaltung Gl verbunden. An dem Ausgang 26 der Verarbeitungsschaltung Gl wird die Leuchtdiode Ll der binären Zustandserfassungseinrichtung 6 angeschlossen. Eine besonders hohe Lichtleistung der von der Lichtquelle Ll ausgesandten Lichtsignale wird da- durch erzielt, daß das Integrierglied 18 aus einem Widerstand 20 und einem mit diesem in Reihe liegenden Speicherkondensator 22 besteht, dessen Anschlüsse den Ausgang 24 des Integriergliedes 18 bilden. Die Spannung Uc an dem Speicherkondensator 22 wird durch die Zenerdiode 17 auf einen vorbe- stimmten Wert begrenzt. Zur Erzeugung eines Lichtsignals mit hoher Lichtleistung steht die gesamte in dem Speicherkondensator 22 gespeicherte Energie zur Verfügung, wodurch ein hoher Entladestrom durch die Lichtquelle Ll bewirkt wird.
Solange an dem Leistungskondensator Cl gemäß FIG 2 eine Spannung Ul abfällt, steht am Ausgang des Gleichrichters 16 eine Spannung UG an. Diese Spannung UG wird vom Integrierglied 18 solange aufintegriert, bis die Spannung Uc am Speicherkondensator 22 den Wert der Zenerspannung der Zenerdiode 17 er- reicht hat. Dadurch kann der Speicherkondensator 22 des Integriergliedes 18 nie überladen werden, jedoch eine ausreichende Energiemenge zur Erzeugung eines Lichtsignals mit hoher Lichtleistung bereitgestellt werden. In der Lichtquelle Ll wird der hohe Entladestrom in einem Lichtsignal mit entspre- chend hoher Lichtleistung umgewandelt.
Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht nun die Möglichkeit die Zustände von n Leistungskondensatoren Cl,...,Cn einer komplex aufgebauten Hochspannungskondensatorbatterie C mit einfachen Mitteln jederzeit anzeigen zu können, so daß defekte Leistungskondensatoren Cl,...,Cn jederzeit umgehend selektiert werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Zustandserfassung von n Leistungskondensatoren (Cl,...Cn) einer Hochspannungskondensatorbatterie (C) mit n binären Zustandserfassungseinrichtungen (6), n Widerständen (Rli, ... , Rln) und einer Auswerteelektronik (8) auf Erdpotential (Fl) , wobei jede dieser binären Zustandserfas- sungseinrichtungen (6) eingangsseitig elektrisch in Reihe mit einem Widerstand (Rli, ... , Rln) geschaltet und ausgangsseitig mittels eines Lichtwellenleiters (Fl) mit der Auswerteelektronik (8) verbunden sind, und wobei diese n Reihenschaltungen jeweils einem Leistungskondensator (Cl,...,Cn) elektrisch parallel geschaltet sind, wobei diese Leistungskondensatoren (Cl,...,Cn) in wenigstens einem Zweig (2,4) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
2. Vorrichtung zur Zustandserfassung von n Leistungskondensatoren (Cl,...,Cn) einer Hochspannungskondensatorbatterie (C) mit n binären Zustandserfassungseinrichtungen (6) und einer Auswerteelektronik (8) auf Erdpotential (Fl) , wobei jede dieser binären Zustandserfassungseinrichtungen (6) eingangsseitig elektrisch in Reihe mit einem Leistungskondensator (Cl,...,Cn) geschaltet und ausgangsseitig mittels eines Lichtwellenleiters (Fl) mit der Auswerteelektronik (8) ver- bunden sind, und wobei diese Leistungskondensatoren
(Cl,...,Cn) in wenigstens einem Zweig (2,4) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausgänge der n binären Zustandserfassungseinrichtungen (6) mit einer Multiplexereinrichtung auf hohem Potential verbunden sind, die ausgangsseitig mittels eines Lichtwellenleiters mit der Auswerteelektronik (8) auf Erdpotential verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede binäre Zustandserfassungseinrichtung (6) eine Signalgebervorrichtung (10) mit nachgeschalteter Lichtquelle (1) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 , wobei jede binäre Zustandserfassungseinrichtung (6) eine Signalgebervorrichtung (10) mit nachgeschalteter Lichtquelle (1) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei anstelle der Lichtquellen (Ll) jeweils ein optischer Schalter (01) vorgesehen ist, die jeweils mittels eines Lichtwellenleiters (F2) mit einem optischen Sender (12) verknüpft sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei jede Signalgebervor- richtung (10) eingangsseitig einen Shunt (R2) und ausgangsseitig eine Verarbeitungsschaltung (Gl) aufweist, die dem Shunt (R2) nachgeschaltet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jede Signalgebervor- richtung (10) eingangsseitig einem Stromwandler (SW1) und ausgangsseitig eine Verarbeitungsschaltung (Gl) aufweist, die dem Stromwandler (SW1) nachgeschaltet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Verarbeitungsschal- tung (Gl) ein Spannungsbegrenzer (VI) vorgeschaltet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Verarbeitungsschaltung (Gl) einen Gleichrichter (16) mit nachgeschalteter Aufbereitungsschaltung aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Aufbereitungs- schaltung ein Integrierglied (18) mit vorgeschalteter Zenerdiode (17) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Integrierglied (18) aus einem Widerstand (20) und einem mit diesem in Reihe liegenden Speicherkondensator (22) besteht, dessen Anschlüsse den Ausgang des Integriergliedes (18) bilden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Auswerteelektronik (8) eine Anzeigematrix vorgesehen ist, wobei jeder Matrixpunkt mittels eines Lichtwellenleiters (Fl) mit einer der n binären Zustandserfassungseinrichtung (6) verbunden ist.
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