DE2018833B2 - Anordnung zur ueberwachung der sperrfaehigkeit von stromrichteranlagen - Google Patents

Description

spruchs 1 gelöst.

Auf vorteilhafte Weise kann somit unter geringem Aufwand ilie Sperrfähigkeit von Gruppen in Serie geschalteter Halbleiterstromrichterelemente festgestellt werden, wobei eine quantitative Erfassung von defekten Elementen in jeder Gruppe möglich ist. Wenn nämlich z. B. eine Reihenschaltung von 100 Thyristoren in 10 Überwachungsabschnitte ä 10 Thyristoren aufgeteilt wird, dann ergeben sich Spannungsverschie bungen zwischen den einzelnen Abschnitten, wenn in einen Überwachungsabschnitt 1 Thyristor oder mehrere Thyristoren ausfallen. Diese Spannungsverschiebungen würden nur dann ausbleiben, wenn die Ausfälle in allen überwachten Abschnitten gleichzeitig und in gleicher Höhe auftreten, was unwahrscheinlich ist. Durch Vergleich mit dem vorgegebenen Referenzwert (aber auch durch Messungen in mehreren Abschnitten) ist es mithin möglich, Rückschlüsse auf den Sperrzustand der Thyristoren in einem bestimmten Abschnitt zu ziehen. Eine Überwachungseinrichtung der geschilderten Art ist daher in erster Linie geeignet, massierte Thyristorausfälle zu erfassen, deren Ursache nicht nur in den Thyristoren selbst, sondern auch vorzugsweise in Fehlern der übrigen Ventilkomponenten z. B. Impulsübertragern, Abschnittsdrosseln, Abschnittskondensatoren oder der äußeren Isolation, liegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele sei der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke erläutert.

In den F i g. 1 bis 4 ist der Übersicht wegen jeweils nur ein Teil eines Stromrichterzweiges dargestellt, der Teil einer größeren Stromrichteranlage. Die F i g. 5, 6 und 7 zeigen in schematischer Darstellung Schaltungsanordnungen, die bei der Erfindung eingesetzt werden können.

In Fig. 1 sind di° einzelnen Halbleiterstromrichterelemente mit 1 und die Drosselspulen, z. B. Ferritkerndrosseln, mit 2 bezeichnet. Im Beispiel wird die Reihenschaltung der Halbleiterstromrichterelemente 1 abschnittsweise überwacht. Über mehrere Halbleiterstromrichterelemente 1 ist jeweils eine Erfassungseinrichtung 3 angeordnet, die in der Lage ist, periodisch Impulse abzugeben, deren zeitlicher Abstand durch die Höhe der erfaßten Sperrspannung beeinflußt wird und somit ein Maß für den Spannungsanteil ist, der an der Überwachungsstrecke liegt. Mit diesen Impulsen werden trägheitsarme Lichterzeuger, z. B. Gallium-Arsenit-Dioden, gespeist, und der entstehende Lichtblitz wird — verzugsweise über Lichtleiter 10 — auf Erde oder ein beliebiges anderes Potential übertragen, wo ein fotoelektrischer Empfänger 5 den Lichtimpuls in einen elektrischen Impuls rückverwandelt und einer Auswerteeinrichtung 6 zuführt. Im Beispiel sind nur zwei solche Überwachungsstrecken gezeigt.

In F i g. 2 sind Einzelheiten der Erfassungseinrichtung 3 dargestellt. Parallel zur Überwachungsstrecke ist über einen ohmschen Widerstand 31 eine Gleichrichterbrükkenanordnung 32 geschaltet, an deren Gleichstromklemmen ein Kondensator 33 angeschlossen ist, der über einen elektronischen Schalter 34 mit dem trägheitsarmen Lichterzeuger 4 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel ist als elektronischer Schalter ein Thyristor vorgesehen, in dessen Eingangskreis ein h"> Schwellwertglied angeordnet ist. Es ist· jedoch auch möglich, beispielsweise eine Vierschichtdiode als elektronischen Schalter einzusetzen. Die Erfassungseinrichtung 3 ist so einfach ausgeführt, daü keine Hilfsspannungsquellen benötigt und Koppelkapazitäten vermieden werden, so daß eine hohe Betriebssicherheit erreicht wird. Wegen des pulsierenden Verlaufes des gleichgerichteten Stromes, der in den Integrationskondensator 33 der Empfangseinrichtung 3 fließt, muß die Integrationszeit ausreichend groß gewählt werden. Ein Maß für den entsprechenden Fehler ist das Verhältnis der Periodenzeit zur mittleren Integrationszeit. Daher sind bei 50 Hz Periodendauer Integrationszeiten von 1 see erforderlich. Weiter muß die Spannung das Integrationsgliedes 33 sehr klein gegenüber der Spannungsamplitude an der Meßstrecke, möglichst kleiner als 1 %, bleiben.

Da die Auswerteeinrichtung 6 größeren Umfang erreichen kann, wird in Weiterbildung der Erfindung nicht jeder Erfassungs- und Signaleinrichtung eine eigene Auswerteeinrichtung zugeordnet. Statt dessen werden, wie in Fig.3 beispielsweise dargestellt, die Empfangskanäle durch einen elektronischen Meßstellenumschalter 7 nacheinander auf die gemeinsame Auswerteeinrichtung 6 geschaltet. Dargestellt sind wiederum nur zwei Überwachungsstrecken, am Meßstellenumschalter 7 sind jedoch weitere Eingänge angedeutet. In Hochspannungsanlagen sind große Isolationsstrecken und damit auch große Lichtsignalstrecken erforderlich. Zur Verkürzung der Lichtsignalstrecken kann der elektronische Meßstellenumschalter 7 auch schon auf einem geeigneten Zwischenpotential angeordnet sein.

In F i g. 4 ist solche Anordnung gezeigt. Abweichend von der in F i g. 3 gezeigten Anordnung ist der Ausgang des elektronischen Meßstellenumschalters 7 nicht unmittelbar, sondern über einen mit einem fotoelektrischen Empfänger 9 gekuppelten trägheitsarmen Lichterzeuger 8 mit der Auswerteeinrichtung 6 verbunden. Erforderlichenfalls können die dem Meßstellenumschalter 7 entnommenen Signale vor der Umwandlung in Lichtimpulse verstärkt werden.

Durch Berücksichtigung verschiedener Störgrößen wird die Auswertgenauigkeit weiter verbessert. Im wesentlichen sind drei Störgrößen zu berücksichtigen: der Steuerwinkel tx, die relative Belastung (gegeben durch das Verhältnis des Gleichstromes Id zum Nenngleichstrom Id_n) und die bezogene Wechselspannung (gegeben durch das Verhältnis der tatsächlichen Wechselspannung U~ zur Nennwechselspannung U~~n) Der Einfluß dieser Störgrößen kann auf verhältnismäßig einfache Weise beseitigt werden, indem man bei der Auswertung der Signalabstände — gemeint sind die von den Erfassungseinrichtungen 3 kommenden Impulse — den Referenzwert dem augenblicklichen Betriebszustand der Anlage, gegeben durch die Werte von ac, Id/Idn und U~IU~_n, anpaßt. Mit einer derartigen Einrichtung lassen sich dann ohne Schwierigkeiten sehr hohe Auswertgenauigkeiten erreichen.

In F i g. 5 sind diese Verhältnisse schematisch dargestellt. Die Auswerteeinrichtung 6 enthält einen Digital-Analog-Umsetzer 61, der die digitalen Eingangssignale in ein entsprechendes analoges Ausgangssignal umformt. Dieses wird zusammen mit einem durch einen einstellbaren Referenzwertgeber 62 vorgegebenen Refereizwert einem Verstärker 63 o. ä. zugeführt, der abhängig von der Größe der Signalabweichung Signale zur Registrierung, Meldung oder Abschaltung abgibt. Die Einstellung des Referenzwertgebers 62 kann in einfacher Weise in Abhängigkeit von den oben bereits erwähnten Betriebsdaten der Anlage verändert werden.

In Fig.6 ist ein mögliches Beispiel für einen fotoelektrischen Empfänger 5 bzw. 9 angedeutet. Im Eingangskreis einer monostabilen Transistorkippstufe mit den Transistoren 52 und 53 ist eine Fotodiode 51 angeordnet, so daß am Ausgang 54 ein Signal ansteht, wenn die Fotodiode 51 durch einen Lichtimpuls leitend wird.

Ein mögliches Beispiel für einen elektronischen Meßstellenumschalter 7 ist in F i g. 7 schematisch dargestellt. Je nach Anzahl der Überwachungsstrecken sind mehrere, hier drei, Transistoren 71, 72, 73 vorgesehen, die mit Hilfe an sich bekannter Ringzähler, Schieberegister o. ä. über die Steueranschlüsse 712, 722, 732 nacheinander durchlässig gesteuert werden. Die Anschlüsse 711,721,731 sind mit den Ausgängen 54 der zugeordneten fotoelektrischen Empfänger 5 zu verbinden. Am Ausgang 74 des Meßstellenumschalters 7 können somit nacheinander die von den Empfängern 5 gelieferten Impulse abgenommen werden. Es versteht sich, daß der Umschalttakt des Ringzählers auf die Impulsfolgefrequenz, die Zahl der Empfänger 5, die Netzfrequenz etc. abgestimmt sein muß.

Die beanspruchten Maßnahmen sind besonders für solche Stromrichteranlagen geeignet, bei denen es nicht

möglich ist, die Überwachung in den Betriebspausen durch Freischalten des Stromrichterzweiges vorzunehmen, wie z. B. bei Hochspannungsanlagen, die unter öl arbeiten und somit einer unmittelbaren Kontrolle nicht zugänglich sind. Die beanspruchte Vorrichtung hat den

ίο Vorteil, daß Halbleiterstromrichterelementenausfälle, die durch elektrische Überbeanspruchung (z. B. Überspannung) massiert auftreten, mit Sicherheit rechtzeitig bemerkt werden, so daß die Gefahr, daß das gesamte Stromrichterventil zerstört wird, rechtzeitig beseitigt werden kann. Die beanspruchte Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie eine kontinuierliche Überwachung während des Betriebes gewährleistet und eine völlige elektrische Entkopplung zwischen Erfassung und Auswerteeinrichtung vorsieht. Daher sind beliebige Potentialdifferenzen zu überbrücken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Überwachung der Sperrfähigkeit von in Reihe geschalteten Halbleiterstromrichterelementen einer Stromrichteranlage, bei der jeweils parallel zu den Halbleiterstromrichterelementen eine Gleichrichterbrücke mit ihren Wechselspannungsklemmen angeschlossen ist, die von der Sperrspannung an den Halbleiterstromrichterelementen gespeist wird, vermittels welcher unter Zwischenschaltung eines ohmschen Widerstands ein mit ihren Gleichspannungsklemmen verbundener Kondensator aufgeladen wird, dem ein Schwellwertschalter nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit einer Auswerteeinrichtung zur Registrierung, Signalabgabe und/oder Abschaltung der Halbleiterstromrichterelemente verbunden ist, wenn die Ladung des Kondensators ein vorgegebenes Maß übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücke (32) über eine Gruppe von in Reihe geschalteten Halbleiterstromrichterelementen (1) geschaltet ist, daß die Integrationszeit des Kondensators (33) ein Vielfaches der Periodendauer in der Stromrichteranlage beträgt, daß seine Ladespannung um etwa zwei Größenordnungen kleiner bemessen ist, als die Spannungsamplitude am Eingang der Gleichrichterbrücke (32), daß der Schwellwertschalter in an sich bekannter Weise als elektronischer Schalter ausgeführt ist, daß die Signalübertragung zu der Auswerteeinrichtung (6) in an sich bekannter Weise optisch erfolgt und daß in der Auswerteeinrichtung (6) der vom Schwellwertschalter erfaßte Wert mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertschalter (34) eine Vierschichtdiode vorgesehen ist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge mehrerer fotoelektrischer Empfänger (5) in an sich bekannter Wei.?e mit einem elektronischen Meßstellenumschalter (7) verbunden sind, über den die fotoelektrischen Empfänger (5) nacheinander auf die ihnen gemeinsame Auswerteeinrichtung (6) schaltbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des elektronischen Meßstellenumschalters (7) unmittelbar mit der Auswerteeinrichtung (6) verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des elektronischen Meßstellenumschalters (7) über einen mit einem fotoelektrischen Empfänger (9) gekuppelten trägheitsarmen weiteren Lichterzeuger (8) mit der Auswerteeinrichtung (6) verbunden ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (6) einen Digital-Analog-Umsetzer (61) enthält, dessen Ausgangswert mit einem einstellbaren Referenzwert (62) verglichen wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert (62) in Abhängigkeit von Betriebsdaten der Stromrichteranlage veränderbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Stromrichtern mit hoher Betriebsspannung, bei denen sehr viele einzelne Halbleiterstromrichterelemente in Reihe geschaltet werden müssen, ist man daran interessiert, nicht jedes Element einzeln überwachen zu müssen, sondern größere Abschnitte der Reihenschaltung überwachen zu können. Dafür benötigt man eine

ίο Überwachungseinrichtung mit quantitativer Aussage über die Zahl der funktionsfähigen Halbleiterstromrichterelemente im überwachten Abschnitt. Beispielsweise benötigt man bei der Überwachung einer Gruppe von 10 in Reihe geschalteten Halbleiterstromrichterelementen (aus einer Reihenschaltung von z. B. 200 Elementen insgesamt), eine Überwachungseinrichtung, die eine Änderung der Spannung des überwachten Abschnitts um ca. 10%, was dem völligen Ausfall eines Halbleiterstromrichterelements entspricht, zu erkennen gestattet.

Die eingangs genannte Anordnung ist durch die

DT-OS 15 13 066 bekannt. Die Anordnung ist für den angegebenen Einsatz in Stromrichteranlagen mit hoher

. Betriebsspannung wenig geeignet, da die Überwachung der Vielzahl der in Reihe geschalteten Halbleiterelemente und die hochspannungsmäßige Auslegung der gesamten Überwachungseinrichtung zu aufwendig sind. In der DT-AS 1151311 ist eine Anordnung zur Überwachung der Sperrfähigkeit einzelner rotierender Halbleiterstromrichterelemente beschrieben, bei der das Fehlersignal fotoelektrisch übertragen wird. Die Überwachung einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Halbleiterstromrichterelementen mit dieser Anordnung läßt keine quantitative Erfassung der defekten Elemente zu.

Aus der DT-AS 11 75 270 ist eine Anordnung bekannt, bei der parallel zu jedem Halbleiterstromrichterelement eine Glimmentladelampe geschaltet ist, die bei der Gegenspannung des Halbleiterstromrichterelements gezündet wird. Bei jeder Glimmlichtlampe ist ein Fotowiderstand angebracht, der ausschließlich Licht von der zugeordneten Glimmlichtlampe empfängt. Dabei sind sämtliche Fotowiderstände in Reihe in einem mit Alarm-und/oder-Sicherungsmitteln gekoppelten Relaiskreis aufgenommen. Diese Anordnung ist für die in Rede stehenden Anlagen sehr hoher Spannung, bei denen die von den Lichterzeugern abgegebenen Signale über hohe Potentialunterschiede hinweg übertragen werden müssen, wenig geeignet. Darüber hinaus ist es bei der Anordnung nicht möglich, eine Aussage über die Höhe der Sperrspannung an den einzelnen Halbleiterstromrichterelementen oder an einer Gruppe dieser Elemente zu machen. Es ist lediglich eine ]a-/Nein-Aussage möglich. Insbesondere dann, wenn mehrere Halbleiterstromrichterelemente gemeinsam überwacht werden, z. B. jeweils 3 von 6 Elementen ist es nicht möglich, zu erkennen, ob noch alle 3 in Reihe geschalteten Halbleiterstromrichterelemente voll funktionstüchtig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Überwachung der Sperrfähigkeit von Stromrichteranlagen anzugeben, die für den Einsatz in Anlagen hoher Betriebsspannung geeignet ist und die unmittelbare Rückschlüsse auf die Höhe der Sperrspan-

b5 nung an der jeweiligen Übertragungsstrecke zuläßt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine Anordnung der eingangs angegebenen Art entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patenten-