DE2323069A1

DE2323069A1 - Stromrichter mit nebenwegschaltglied

Info

Publication number: DE2323069A1
Application number: DE2323069A
Authority: DE
Inventors: Carl Ingvar Dipl Ing Boksjoe
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-05-18
Filing date: 1973-05-08
Publication date: 1973-12-06
Also published as: DE2323069B2; CA986993A; SU686643A3; JPS4941823A; DE2323069C3; JPS5627179B2; US3842335A; FR2184916A1; FR2184916B1; CH557614A; GB1420984A; SE363001B

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut Missling 63 Giessen 26,4.1973

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

Dr.-Ing. Joachim Boecker 2323069 ^{Telefon: C0641) 71Q19}

Boe/K 11o563

Allmänna Svenskä Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Stromrichter mit Nebenwegschaltglied

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromrichter mit einer dreiphasigen Brückenschaltung aus steuerbaren Ventilen und einem gleichstromseitig zur Brückenschaltung parallel liegenden Nebenwegschaltglied, wqbei zwei reihengeschaltete und zu einer Phase gehörende Ventile der Brücke als Nebenwegventile für den Stromrichter dienen und für diesen Zweck mit einem besonderen Steuerkreis versehen sind β

Um in einer Stromrichterstation für Hochspannung mit mehreren in Reihe geschalteten Stromrichtern einen dieser Stromrichter abschalten zu können, ist es üblich, parallel zu jedem Stromrichter ein Nebenwegschaltglied anzuordnen,, Bei Stromrichtern mit Ionenventilen, bei denen man mit einer gewissen Anzahl von Rückzündungen rechnen muß, gehört zu diesen Nebenwegschal tgliedern normalerweise ein Nebenwegventil desselben Typs und derselben Größe wie die Arbeitsventile des Strom-

ORiGlNAL INSPECTED

sos tw/ows

—2—

richters, sowie ein Kurzschließer, der in der Regel als
Trennschalter ausgeführt ist„ Mit der Entwicklung von
Thyristorventilen für Hochspannungsstromrichter kann man von Rück- und Durchzündungen dank des -physikalischen
Aufbaues dieser Ventile absehen,, Zur Entlastung der ■Ventilbrücke beim Auftreten von Ventilfehlern benötigt man
daher kein Nebenwegventil, weshalb sich die Nebenwegschaltglieder auf einen Kurzschließer beschränken, und gleichzeitig zwei reihengeschaltete Ventile in einer Phase der Ventilbrücke als Nebenwegventile beim Einschalten der Brücke ausgenutzt werden„

Wie erwähnt, ist es üblich, als Kurzschließer einen Trennschalter zu verwenden, der beim Einschalten des Stromrichters geöffnet wird_e Zwischen den Kontakten des Trennschalters entsteht dabei ein Lichtbogen, und der Spannungsfall dieses Lichtbogens wird zum Zünden des Nebenwegventils oder der Nebenwegventile ausgenutzt« Im Vergleich zu den normalen Arbeitsspannungen der Ventile, die 100 kV und mehr betragen können, ist die Lichtbogenspannung jedoch ziemlich klein» Sie liegt in der Größenordnung von einigen Kilovolt, was oft unzureichend ist, um die Zündkreise der Thyristoren aufzuladen«, Es kann daher vorkommen, daß die Nebenwegventile nicht beim ersten Versuch zünden, so daß man den Trennschalter

309849/0405 -3-

wie'der schließen und einen erneuten Versuch machen muß»

Trennschalter, die den großen leistungsumsatz "bei wiederholten Öffnungsversuchen vertragen, sind relativ langsam schaltende Schalter· Wenn ein schnelleres Einschalten des Stromrichters mittels schnellerer Schalter erwünscht ist, muß gleichzeitig für ein sicheres Zünden der Nebenwegven— tile gesorgt werden, indem man die Spannung an diesen Ventilen erhöht, damit die erforderliche Aufladung der Zündkreise erfolgte

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, bei dem ein schnellschaltendes Nebenwegschaltglied verwendbar isto

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Stromrichter der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Erleichterung der Zündung der beiden Nebenwegventile bei der Stromübernahme vom Nebenwegschal tglied auf den Stromrichter zumindest ein Ventil der Ventilbrücke mit einem besonderen Steuerglied zum Zünden dieses Ventils mit einem solchen Steuerwinkel versehen ist, daß die innere Gleichspannung der Ventilbrücke in Ijeitrichtung der Ventile positiv wird_o

30 9 8 49/0 AOB . ~4-

Gemäß der Erfindung wird die Spannung vom Stromrichter ■transformator zum Zünden "bestimmter Ventile ausgenutzt, "bevor oder kurz nachdem der Kurzschließer geöffnet wird, und der Kurzschluß strojn, der von der Ventil"brüclce über den Kurzschließer fließt, ist dem Hauptstrom im Kurzschließer entgegengerieh*- teto Der resultierende Strom im Kurzschließer hat daher innerhalb jeder Wechselspannungsperiode einen jfulldurchgang, so daß man als Kurzschließer einen Schnellsehalter vom We ohse Is tromsehal t er typ verwenden fcann ₀

Anhand der in den Figuren dargestellten soll die Erfindung naher erläutert werden. Es zeigend

fig» 1 eine Str-omriehterstation mit mehreren in Seihe geschalteten .Stromrichter,

Figo 2 einen der Stromrichter gemäß I¹Ig« 1 In llsherear Darstellung*

3 die Sfannuaag üiber jawei iEhasen der

4 symboliseh einen thyristor mit zugehörigen Hilfs

]?igo 1 zeigt eine Stromrichterstatiön mit drei Stromrichtern 10, 20, 30 zur Verbindung eines Wechselstromnetzes RST mit einem Gleichstromnetz Lo Zu jedem Stromrichter gehört eine Brückenschaltung aus steuerbaren Ventilen und ein Stromrichter transformator_o Die Stromrichter sind gleichstromseitig in Reihe geschaltet und liegen wechselstromseitig parallel am Netz«, Auf der Gleichstromseite ist zu jedem Stromrichter ein Hebenwegschaltglied parallelgeschaltet, das aus einem Trennschalter, Unterbrecher oder dergleichen bestehen kann_o

Pig. 2 zeigt eine detailliertere Ausführung, eines Stromrichters, wobei von dem Stromrichtertransformator nur die ventilseitige Wicklung dargestellt ist₀ Die Brückenschaltung enthält sechs Ventile 1-6, von denen jedes durch das Symbol eines gesteuerten Halbleiterventils dargestellt ist,» In der Praxis besteht jedoch jedes Ventil aus einer größeren Anzahl von in Reihe und parallel zueinander geschalteten Halbleiterventilen₉ vorzugsweise Thyristoren_o Im normalen Betrieb werden die Ventile von einem nicht gezeigten Winkelsteuergerät gesteuerte

Die Ventile 2 und 5 der Phase T sind als Nebenwegventile gewählt und zu diesem Zweck mit einem besonderen Steuerglied 7

300849/0405 ~⁶~

versehen, das im Prinzip eine positive Steuerspannungsquelle ist, die über ein Schaltglied 8 an die Steuer-

elektroden der Ventile 2 und 5 anschließbar ist_o

Parallel zur Ventilbrücke liegt ein Nebenwegschaltglied 11, welches bei den bekannten Ausführungen ein-relativ langsam arbeitender, einen Lichtbogen ziehender Trennschalter ist₉ · während die Erfindung die Verwendung eines Schnellschalters ermöglichte Dieses Nebenwegschaltglied wird in einer nicht näher dargestellten Weise geschlossen, und zwar entweder von einem an sich bekannten Fehleranzeiger im Stromrichter oder durch manuellen Eingriff, beispielsweise zwecks einer routinemäßigen Überwachung und Wartungo Wenn das Nebenwegschal tglied 11 geschlossen wird, übernimmt es den Gleich- ^: strom des Stromrichters, und kann im geschlossenen Zustand beispielsweise von der Spule 12 gehalten werden, die von dem Hauptstrom über das Nebenwegschaltglied 11 mit Hilfe eines Transduktors 13 erregt wird,,

Beim Wiedereinschalten des Stromrichters wird der Schalter - '» 8 geschlossen, wobei die Ventile 2 und 5 Zündspannung bekommene Damit die Ventile zünden und den Strom vom Kurzschließer 11 übernehmen können, muß die Anode eine positive Spannung gegenüber der Kathode haben,, Wie bereits erwähnt,

309849/0405

wurde diese Spannung früher dadurch gewonnen, daß der Kurzschließer 11 geöffnet wurde, wo "bei ein Spannungsfall an dem zwischen den Kontakten des Kurzschließers entstehen— den Lichtbogen auftritt«, Wie bereits erwähnt, kann dieser Liehtbogenspannungsfall jedoch nicht groß genug sein, um die oft hundert oder mehr Thyristoren zu zünden, die zur Bildung der Ventile 2 und 5 in Reihe geschaltet sind, insbesondere, da deren Steuer- und Zündkreise zunächst aufge—„ laden werden müssen,

Gemäß der Erfindung wird daher eines der übrigen Ventile ₉ z.B. das Ventil 6, mit einem besonderen Steuerglied 9 versehen, das zwischen den Phasen S und T angeschlossen ist« In Pig« 3 ist eine Halbwelle der Spannung T-S dargestellt, und das Ventil 6 empfangt einen Steuerimpuls nach, einem bestimmten Verzögerungswinkel d bezogen auf den lulldurchgang der Spannung Ϊ-3. Das Steuerglied 9 kann daher als ein Spannongsniveauindikator aufgebaut sein» der den Sulldurehgang der Spannung von negativen zu positiven Werten erfaßt und der an seiner Ausgangsseite mit einem Verzögerungskreis versehen ist, mit dessen Hilfe der Verzögerungswinkel d einstellbar ist«.

-8-

309849/0405

7323069

Wenn das Ventil 6 einen Steuerimpuls empfängt, nachdem die Ventile 2 und 5 bereits Steuerimpulse empfangen haben, kann ein Strom von der Phase T der Transformatorwicklung über das Ventil 5, den Kurzschließer 11, den Transduktor 13 und das Ventil 6 zurück zur Phase S des Transformators fließen,, Dieser Strom überlagert sich dem Hauptstrom im Kurzschließer 11 in entgegengesetzter Richtung, und da beide Ströme gleich oder nahezu gleich groß werden, wird der resultierende Strom sowohl im Kurzschließer 11 als auch über die Haltewicklung 12 zu Null, und der Kurzschließer 11 kann geöffnet werden,, Da der Strom über den Kurzschließer 11 nahezu Null ist, kann dieser als Schnellschalter arbeiten und damit die früher verwendeten langsamen Trennschalter ersetzen.

Der vom Stromrichtertransformator gelieferte schnell anwachsende Strom hat den Charakter eines KurζSchlußströmeS₀ Wie aus Figo 3 hervorgeht, sinkt die Spannung T-S schnell auf Null und wechselt ihr Vorzeichen, wobei der Strom von dem Ventil 6 zu dem Ventil 2 kommutiert, so daß die beiden Nebenwegventile 2 und 5 leitend werden und den Hauptstrom vom Kurzschließer 11 übernehmen·

Aus dem Vorstehenden folgt, daß der Steuerwinkel d für das Ventil 6 so bemessen sein muß, daß der Strom über den Kurz—

3098A9/0A05

—9—

schließer 11 Null wird und der Kurzschließer 11 ungefähr zur gleichen Zeit öffnet, zu der der Strom von dem Ventil 6 zu dem Ventil 2 kommutiert. Hieraus folgt wiederum, daß der Winkel d von der Größe des Hauptstroms abhängig sein sollte, so daß die Verzögerung im Steuerglied 9 zweckmäßigerweise vom Hauptstrom abhängig wird.

Wenn der erste Wiedereinschaltungsversuch mißglücken sollte, läßt man den Schalter 8 in geschlossenem Zustand, wodurch automatisch ein neuer Versuch folgt, wenn die Spannung T-S positiv wird«, Man erhält also automatisch einen Wiederein- schaltungsversuch in jeder Periode der Wechselspannung des Netzes RSI«, Oft kann es zwekmäßig sein, in Verbindung mit den Schaltelementen 12 und 13 ein Überwachungsglied anzuordnen, welches ,den Kurzschließer 11 zur Vermeidung seiner Überhitzung durch den Lichtbogen ganz schließt, wenn der Kurzschließer 11 nicht nach einigen Perioden stromlos geworden ist· Gleichzeitig muß ein Signal über den mißglückten Wiedereinschaltversuch des Stromrichters erzeugt werden, damit entsprechende Maßnahmen getroffen werden können. Versieht man auch das Ventil 3 mit einem entsprechenden Steuerglied 9, so erhält man zwei Wiedereinschaltungsversuche pro Periode.

-10-

309849/0405

Nachdem die Febenwegventile 2 und 5 stromführend geworden sind und der Kurzschließer 11 geöffnet hat, kann der Schalter 8 geöffnet werden und das normale Steuerglied der Ventilbrücke eingeschaltet werden, wodurch der Übergang in den normalen Stromrichterbetrieb erfolgt».

i*ig. 4 zeigt schematisch und symbolisch einen- der Thyristoren 14 in einem der Yentile 1-6 mit zugehörigen Spannungsteilerund Zündkreisen 15-19ο Jeder Thyristor in jedem Ventil ist mit ähnlichen Kreisen versehen und wird von einem Hilfsthyristor 19 gesteuert, der ein Steuersignal von dem Steuerglied des betreffenden Thyristorventils erhält, und zwar entweder von dem normalen, nicht dargestellten Steuerglied für Normalbe trieb oder von einem der Hilfssteuerglieder 7 oder 9ο Zum Thyristor 14 sind zwei Spannungsteiler parallelgeschaltet, von denen der aus dem Widerstand 15 und dem Kondensator 16 bestehende dazu dient, die Spannung gleichförmig über die verschiedenen Thyristoren zu verteilen, und zwar sowohl während der Leit— und Sperrintervalle als auch während des Zünd- und Löschvorganges, Der andere auä dem Widerstand 18 und dem Kondensator 17 bestehende Spannungsteiler dient dazu, die für die Zündung des Thyristors 14 erforderliche Energie bereitzustellen· Diese Schaltkreise sind, wie erwähnt, nur symbolisch dargestellt; es ist aber ersichtlich, daß

309849/0405

-11-

eine bestimmte Energie erforderlich ist, um diese Kreise vor dem Zünden aufzuladen«. Wenn die Spannung über dem Lichtbogen des Kurzschließer 11 zu niedrig ist, besteht die Gefahr, daß die Thyristoren nicht mit der erforderlichen Schnelligkeit und Sicherheit zünden«,

In der obigen Beschreibung sind vorzugsweise Stromrichter mit Halbleiterventilen und ohne besonderes Nebenwegventil behandelt wordene In Stromrichtern mit Ionenventilen ist man, wie erwähnt, in der Regel gezwungen, ein Nebenwegventil vorzusehen, um die Ventilbrücke beim Auftrete:! von Ventilfehlern zu entlasten. Dies schließt jedoch nicht aus, daß die Erfindung mit Vorteil auch für Stromrichter mit Ionen— ventilen verwendbar ist«. Dabei wird das Nebenwegventil nur beim Ausschalten des Stromrichters ausgenutzt, während die Einschaltung des Stromrichters nach den oben beschriebenen Grundsätzen der Erfindung erfolgt, d_oho es werden zwei in Reihe geschaltete Ventile als ITebenwegventile ausgenutzt, die den Strom des Kurzschließers übernehmen,, Dies bringt einerseits den Vorteil, daß man einen Schnellschalter als Kurzschließer oder Uebenwegschaltglied verwenden kann ₈ und andererseits den Vorteil, daß das Uebenwegventil nur beim Ausschalten des Stromrichters benutzt wird, so daß es von einfacher Art sein kann»

309849/04OS

Claims

Patentansprüche: 7323063

1 ο J Stromrichter mit einer dreiphasigen Brückenschaltung aus steuerbaren Ventilen und einem gleichstromseitig zur Brückenschaltung parallel liegenden Nebenwegschaltglied, wobei zwei reihengeschaltete und zu einer Phase gehörende Ventile der Brücke als Nebenwegventile für den Stromrichter dienen und für diesen Zweck mit einem besonderen Steuerkreis versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung der Zündung der beiden Nebenwegventile (2, 5) bei der Stromübernahme vom Nebenwegschaltglied auf den Stromrichter zumindest ein Ventil (6) der Ventil— brücke (1-6) mit einem besonderen Steuerglied (9) zum Zünden dieses Ventils mit einem solchen Steuerwinkel versehen ist, daß die innere Gleichspannung der Ventilbrücke in Leitrichtung der Ventile (2, 5) positiv wird«
2. Stromrichter nach Anspruch,1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Steuerwinkel· von der Größe des Stroms im Nebenwegschaltglied (11) vor dem Wiedereinschalten des Stromrichters abhängig ist.
3. Stromrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte zusätzliche Ventil (6) in der Kommutierungsfolge unmittelbar vor dem entsprechenden Nebenwegventil (2) derselben Kommutierungsgruppe (2, 4, 6) liegt„

- -13-309843/0^05

?323069

4β Stromrichter nach, einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nebenwegschaltglied (11) ein
Schalter ist.

5c Stromrichter nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Schalter (11) ein strommessendes G-lied (13) geschaltet ist, welches beim Absinken des Stromes
über den Schalter (11) unter einen bestimmten niedrigen
Wert die Öffnung des Schalters (11) bewirkte

6« Stromrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem Meßglied (15) ein Überwachungsglied vorgesehen ist, welches eine vollständige Schließung des Nebenwegschaltgliedes (11) bewirkt, wenn der Strom über dasselbe nach mehreren erfolglosen Stromübergabeversuchen nicht zu Null wird«

309849/0406

1H

L e e r s e i t e