DE4126817A1

DE4126817A1 - Rectifier circuit for use with rail systems - has connector lines coupled to fast response isolator stages having thyristor based coupling and discharge circuit

Info

Publication number: DE4126817A1
Application number: DE19914126817
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Ing Gerlach
Original assignee: Elpro AG
Current assignee: ELPRO BAHNSTROMANLAGEN GMBH, 13053 BERLIN, DE
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2011-08-10
Also published as: DE4126817C2

Abstract

The rectifier has an input stage (1) coupled to the collector points (3,4) via fast response isolators (5,6) and with current converters (7,8). Each isolator connects with a coupling module (9,10) that has forward and return diodes (16,18) and awaiting isolators (11,12) arranged as parallel stages connected to return and forward lines (20,21). A coupling/discharge module (13) has diodes (22,34) a coupling thyristor (23) together with discharge thyristors (24,25) and discharge capacitors. ADVANTAGE - Cost effective fast isolation coupled with simple test possibilities.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Gleich richter-Unterwerk zur Bahnstromversorgung.The invention relates to a circuit arrangement for an equal richter substation for traction power supply.

Bei Gleichrichter-Unterwerken zur Versorgung von Gleichstrombah nen kommen in den Streckenabgängen die bekannten Schnellschalter zur Anwendung, die einstellbar auf einen Auslösewert sicher den Überlaststrom sowie den Kurzschlußstrom abschalten können. Diese Schalter sind jedoch durch ihre Mechanik teuer und in ihrer Wir kung durch die Lichtbogenentwicklung gefährlich für die Anlage. Außerdem erfordert der ständige Verschleiß eine Wartung in kurzen Zyklen.In rectifier substations for supplying direct current NEN come the familiar quick switches in the line exits for the application that can be set to a trigger value Able to switch off overload current and short-circuit current. These However, switches are expensive due to their mechanics and in their way arcing dangerous for the system. In addition, constant wear and tear requires short maintenance Cycles.

Es sind aus der EP-PS 2 06 150 auch Thyristorschalter an einer Gleichstrom-Sammelschiene bekannt, die aber im Leistungsfluß zum Gleichrichterblock zusätzliche Halbleiterschalter beinhalten und somit die Anlage teurer und verlustreicher gestalten. Darüberhin aus müssen noch zusätzliche Ventile eingesetzt werden, um über die Station, dem Gleichrichter-Unterwerk, eine Rückspeisemöglich keit aufzubauen.From EP-PS 2 06 150 there are also thyristor switches on one DC busbar known, but in the power flow to Rectifier block include additional semiconductor switches and thus make the system more expensive and lossy. Beyond that Additional valves have to be used in order to the station, the rectifier substation, can be regenerated build up.

Auch die Lösung mit Thyristorschaltern an einer Drehstromsammel schiene nach der DD-PS 2 61 485 ist auch schon ohne die zusätzli chen Ventile zur Rückspeisemöglichkeit der Bremsenergie nachtei lig, weil hier die Auslegung der Thyristorschalter wegen der geforderten Kurzschlußfestigkeit, z. B. über eine Zeit von 200 ms, viel zu aufwendig ist oder Mehraufwand für die Thyristor schalter gegenüber dem halben Gleichrichterblock bedeutet, der ja nicht alle Abgangsströme gleichzeitig führen muß.Also the solution with thyristor switches on a three-phase collector Rail according to the DD-PS 2 61 485 is already without the additional valves for regenerative braking energy lig, because here the interpretation of the thyristor switch because of the required short-circuit strength, e.g. B. over a period of 200 ms, is far too complex or additional effort for the thyristor switch opposite half the rectifier block means yes does not have to carry all outgoing currents at the same time.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen (P 41 04 384.7), den zentra len Gleichrichter zu einer Hälfte als Thyristorblock auszuführen, der über eine Löschschaltung zu einer zentralen, schnellen Ab schaltung genutzt wird und in der spannungslosen, zwar kurzen Pause, die Abschaltung eines Schnelltrenners des betreffenden Abzweiges vorgenommen wird. Somit kann der weitere Betrieb erfol gen, es entstehen jedoch immer kurze spannungslose Pausen.It has also already been proposed (P 41 04 384.7) the centra len half of the rectifier as a thyristor block, the via a clearing circuit to a central, fast Ab circuit is used and in the voltage-free, short Pause, the deactivation of a quick disconnector of the concerned Branch is made. This means that further operation can take place short, stress-free breaks always occur.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Schaltungsan ordnung für ein Gleichrichter-Unterwerk mit Schnelltrennern anzu geben, das rückspeisende Ströme als auch Kurzschlußströme zu schalten vermag und zugleich eine einfache Prüfmöglichkeit der Strecke ermöglicht.The object of the invention is an inexpensive circuit order for a rectifier substation with quick disconnectors give the regenerative currents as well as short-circuit currents can switch and at the same time a simple test option Route allows.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schaltung gelöst:
An einer Plus-Gleichstrom-Sammelschiene wird der Streckenabgang über einen Schnelltrenner und Stromwandler versorgt, wobei an jedem streckenseitigen Pol des Schnelltrenners eine Koppelbau gruppe, bestehend aus zwei in Reihe mit je einem Hilfstrenner geschalteten, in verschiedenen Stromrichtungen angeordneten Dio denventilen, angelenkt ist, die auf zwei Koppelleitungen führt. Zwischen der Plus-Gleichstrom-Sammelschiene und den Koppelleitun gen ist eine Koppel-/Löschbaugruppe angeordnet, die aus einem Koppelthyristor, mindestens einem Löschzweig, einem Umladekreis und zwei Ankoppeldioden zur Gleichstromsammelschiene besteht. Außerdem kann eine zentrale Freilaufdiode in den Koppel-/Lösch kreis integriert sein.The object is achieved according to the invention by the following circuit:
On a plus DC busbar, the line outlet is supplied via a quick disconnector and current transformer, with a coupling assembly consisting of two diode valves connected in series with an auxiliary disconnector and arranged in different current directions, articulated on each line-side pole of the quick disconnector leads on two coupling lines. Between the plus DC busbar and the Koppelleitun conditions a coupling / quenching assembly is arranged, which consists of a coupling thyristor, at least one quenching branch, a recharging circuit and two coupling diodes to the DC busbar. In addition, a central freewheeling diode can be integrated in the coupling / quenching circuit.

Das Arbeitsregime der Schaltung erfolgt derart, daß bei einer Fehlerstromerkennung oder bei einer gewollten Abschaltung eines beliebigen Streckenabganges der Schnelltrenner den Öffnungsbefehl erhält und zugleich der Koppelthyristor gezündet wird, somit der Strom vom sich öffnenden Schnelltrenner auf den Koppelthyristor kommutiert und der Löschthyristor nach einer fest eingestellten Verzugszeit oder nach einem Signal vom Schnelltrenner gezündet wird, wodurch polaritätsgerecht die Kommutierungsventile geöffnet werden, unabhängig von der Richtung des Stromes durch den Tren ner.The working regime of the circuit is such that at one Residual current detection or in the event of an intentional shutdown of a any disconnection of the quick disconnect the opening command receives and at the same time the coupling thyristor is ignited, thus the Current from the opening quick disconnector to the coupling thyristor commutated and the quenching thyristor after a fixed Delay time or ignited after a signal from the quick disconnector is opened, whereby the commutation valves are opened according to polarity regardless of the direction of the flow through the door ner.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher er läutert werden.The invention is based on an exemplary embodiment, he to be refined.

Die dazugehörige Zeichnung zeigt ein Schaltbild der erfindungsge mäßen Anordnung für ein Gleichrichter-Unterwerk. The accompanying drawing shows a circuit diagram of the fiction, ge arrangement for a rectifier substation.

Das Gleichrichter-Unterwerk besitzt eine zentrale Einspeiseein richtung 1, die aus dem Transformator mit dem Gleichrichter, vorzugsweise aus zwei Diodenblöcken, besteht. Von der Plus- Gleichstrom-Sammelschiene 2 gehen die Streckenabgänge 3 und 4 ab, die hier durch die Schnelltrenner 5, 6 und die Stromwandler 7, 8 dargestellt sind. Zu jedem Schnelltrenner 5, 6 gehört je eine Koppelbaugruppe 9, 10. Die Koppelbaugruppen 9, 10 sind zum einen am streckenseitigen Pol der Schnelltrenner 5, 6 direkt ange schlossen, zum anderen über die Rückwärts-Koppelleitung 20 und die Vorwärts-Koppelleitung 21 mit der Koppel-/Löschbaugruppe 13 verbunden. Jede Koppelbaugruppe 9,10 besteht aus einer Vorwärts- Diode 18,19 und einer Rückwärts-Diode 16, 17 sowie der Verbindung über die Hilfstrenner 11, 32 zur Vorwärts-Koppelleitung 21 bzw. über die Hilfstrenner 12, 33 zur Rückwärts-Koppelleitung 20. In der Koppel-/Löschbaugruppe 13 befindet sich die Ankoppeldiode 22, die die Rückwärts-Koppelleitung 20 mit der Plus-Gleichstrom-Sam melschiene 2 derart verbindet, daß die Anode an der Plus-Gleich strom-Sammelschiene 2 liegt. An der Kathode der Ankoppeldiode 22 sind über die Kommutierungsinduktivität 14 angeschlossen: der Koppelthyristor 23, der 1. Löschthyristor 24 und gegebenenfalls weitere Löschthyristoren, z. B. Löschthyristor 25 und der Umlade kreis, bestehend aus der Diode 28, der Induktivität 30 und dem Widerstand 31. Mit den Löschthyristoren 24, 25 in Reihe befinden sich die Löschkondensatoren 26, 27. Die Löschkondensatoren 26, 27 sind mit der Vorwärts-Koppelleitung 21, an der auch noch eine Freilaufdiode 29 angeschlossen ist, verbunden. Zwischen der Vor wärts-Koppelleitung 21 und der Plus-Gleichstrom-Sammelschiene 2 ist eine Ankoppeldiode 34 mit der Kathode an die Plus-Gleich strom-Sammelschiene 2 angeschlossen.The rectifier substation has a central feed device 1 , which consists of the transformer with the rectifier, preferably two diode blocks. The line outlets 3 and 4 depart from the plus direct current busbar 2 , which are represented here by the quick disconnectors 5 , 6 and the current transformers 7 , 8 . A coupling assembly 9 , 10 belongs to each quick disconnector 5 , 6 . The coupling modules 9 , 10 are on the one hand on the track-side pole of the quick disconnector 5 , 6 connected directly, on the other hand via the reverse coupling line 20 and the forward coupling line 21 to the coupling / quenching module 13 . Each coupling module 9 , 10 consists of a forward diode 18, 19 and a reverse diode 16 , 17 and the connection via the auxiliary isolators 11 , 32 to the forward coupling line 21 or via the auxiliary isolators 12 , 33 to the reverse coupling line 20 . In the coupling / quenching assembly 13 there is the coupling diode 22 , which connects the reverse coupling line 20 with the positive direct current collector rail 2 such that the anode lies on the positive direct current busbar 2 . Connected to the cathode of the coupling diode 22 via the commutation inductance 14 : the coupling thyristor 23 , the first quenching thyristor 24 and possibly further quenching thyristors, e.g. B. quenching thyristor 25 and the Umlade circuit, consisting of the diode 28 , the inductor 30 and the resistor 31st The quenching capacitors 26 , 27 are in series with the quenching thyristors 24 , 25 . The quenching capacitors 26 , 27 are connected to the forward coupling line 21 , to which a free-wheeling diode 29 is also connected. Between the pre-Windwärts coupling line 21 and the positive direct current bus bar 2, a coupling diode is connected to the cathode to the positive DC busbar 2 34th

Die Wirkungsweise soll an zwei Fallbeispielen erläutert werden.The mode of action will be explained using two case studies.

Von der Plus-Gleichstrom-Sammelschiene 2 soll ein Strom in Rich tung Streckenabgang 3 fließen und abgeschaltet werden. Der Schnelltrenner 5 wird zur Öffnung veranlaßt, zugleich wird der Koppelthyristor 23 gezündet. Der Strom kommutiert vom öffnenden Schnelltrenner 5 zur Ankoppeldiode 22, über die Kommutierungsin duktivität 14, den Koppelthyristor 23, die Vorwärts-Koppelleitung 21, den Hilfstrenner 12 und die Vorwärts-Diode 18 zum Streckenab gang 3. Ab einem bestimmten Zeitpunkt, nämlich bei genügender Öffnung des Schnelltrenners 5, wird der Löschthyristor 24 gezün det und der Strom durch den Koppelthyristor 23 kommt zur Abschal tung.From the plus direct current busbar 2 , a current should flow in the direction 3 outlet and be switched off. The quick disconnector 5 is caused to open, at the same time the coupling thyristor 23 is ignited. The current commutates from the opening high-speed isolator 5 to the coupling diode 22 , via the commutation inductance 14 , the coupling thyristor 23 , the forward coupling line 21 , the auxiliary isolator 12 and the forward diode 18 for the route output 3 . From a certain point in time, namely with sufficient opening of the quick disconnector 5 , the quenching thyristor 24 is ignited and the current through the coupling thyristor 23 comes to a shutdown.

Das zweite Beispiel beschreibt die Abschaltung eines vom Streckenabgang 3 zum Streckenabgang 4 fließenden Rückstromes durch den Schnelltrenner 5. Mit dem Schaltbefehl zum Öffnen des Schnelltrenners S erfolgt gleichzeitig die Zündung des Koppel thyristors 23. Der Strom kommutiert vom sich öffnenden Schnell trenner 5 in folgende Strombahn: Rückwärts-Diode 16, Hilfstrenner 11, Rückwärts-Koppelleitung 20, Kommutierungsinduktivität 15, Koppelthyristor 23, Vorwärts-Koppelleitung 21, Ankoppeldiode 34, Plus-Gleichstrom-Sammelschiene 2. Wird nach einer fest einge stellten Zeit oder in Abhängigkeit vom sich öffnenden Schnell trenner 5 der Löschthyristor 24 gezündet, dann wird der Stromfluß durch den Koppelthyristor 23 und damit der Stromfluß vom Streckenabgang 3 zum Streckenabgang 4 in bekannter Weise unter brochen.The second example describes the switching off of a backflow flowing from the branch 3 to the branch 4 through the quick disconnector 5 . With the switching command to open the quick disconnector S, the coupling thyristor 23 is fired at the same time. The current commutates from the opening quick disconnector 5 into the following current path: reverse diode 16 , auxiliary isolator 11 , reverse coupling line 20 , commutation inductance 15 , coupling thyristor 23 , forward coupling line 21 , coupling diode 34 , plus direct current busbar 2 . If after a fixed time or depending on the opening quick disconnector 5 the quenching thyristor 24 is ignited, then the current flow through the coupling thyristor 23 and thus the current flow from the outgoing section 3 to the outgoing section 4 is broken in a known manner.

Bei unmittelbar aufeinanderfolgenden Schaltungen mit sehr kurzer Distanzzeit wird der zweite Löschkreis mit dem Löschthyristor 25 und dem Löschkondensator 27 benutzt.In the case of immediately successive circuits with a very short distance, the second quenching circuit with the quenching thyristor 25 and the quenching capacitor 27 is used.

Die Prüfung des abgeschalteten Streckenabganges 3 erfolgt mittels des Koppelthyristors 23, der gezündet wird und bei einer Schwell wertüberschreitung, festgestellt durch die Strominformation vom Stromwandler 7, wird automatisch der Löschthyristor 24 gezündet und damit der festgestellte Fehlerstrom abgeschaltet. Bei einer Nichtüberschreitung des Stromschwellwertes wird nach einer Prüf zeit von ca. 3 s der Schnelltrenner 5 eingelegt, wodurch die Stromversorgung des Streckenabganges 3 wieder normal erfolgt.The test of the switched-off branch outlet 3 is carried out by means of the coupling thyristor 23 , which is fired and if the threshold is exceeded, determined by the current information from the current transformer 7 , the quenching thyristor 24 is automatically fired and the fault current detected is thus switched off. If the current threshold value is not exceeded, the quick disconnector 5 is inserted after a test time of approximately 3 s, as a result of which the power supply to the line outlet 3 is normal again.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist es möglich, Fehlerströme und Lastströme gleich welcher Richtung, von der Gleichstrom-Sammelschiene hin oder von ihr weg, zu schalten, wobei nur die Stromwertinformation (Absolutwert) des Abganges benötigt wird. Die Streckenprüfung kann ohne Streckenprüfwider stand durchgeführt werden, da die eingebauten technischen Mittel der Koppel-/Löschbaugruppe dazu benutzt werden.The circuit arrangement according to the invention makes it possible to Residual currents and load currents in whichever direction from which To switch DC busbars towards or away from it, where only the current value information (absolute value) of the outlet is needed. The route test can be carried out without a route test be carried out as the built-in technical means the coupling / extinguishing module can be used for this.

Claims

1. Schaltungsanordnung für ein Gleichrichter-Unterwerk mit einer Gleichstrom-Sammelschiene, an der über Schnelltrenner mehrere Streckenabgänge angelenkt sind, gekennzeichnet dadurch, daß der streckenseitige Pol jedes Schnelltrenners (5; 6) über eine Koppel baugruppe (9; 10), bestehend aus einer in Reihe mit je einem Hilfstrenner (11; 12; 32; 33) geschalteten Vorwärtsdiode (18; 19) bzw. Rückwärtsdiode (16; 17) , mit der Vorwärts-Koppelleitung (21) bzw. der Rückwärts-Koppelleitung (20) verbunden ist, die zu einer Koppel-/Löschbaugruppe (13) führen, die aus einem Koppelthyristor (23) und einem oder mehreren parallel zum Koppelthyristor (23) angeordneten Löschzweigen aus Löschthyristoren (24; 25) und Lösch kondensatoren (26; 27) sowie einem antiparallel zu den Löschkrei sen angeordneten Umladekreis, bestehend aus einer Diode (28), einer Induktivität (30) und einem Widerstand (31), besteht, wobei der Koppelthyristor (23) anodenseitig über eine Kommutierungsin duktivität (15) an die Rückwärts-Koppelleitung (20) und über eine weitere Kommutierungsinduktivität (14) und eine Ankoppeldi ode (22) an die Plus-Gleichstrom-Sammelschiene (2) und kathoden seitig an die Vorwärts-Koppelleitung (21) und über eine weitere Ankoppeldiode (34) an die Plus-Gleichstrom-Sammelschiene (2) angeschlossen ist.1. Circuit arrangement for a rectifier substation with a DC busbar, to which several line outlets are articulated via quick disconnectors, characterized in that the track-side pole of each quick disconnector ( 5 ; 6 ) via a coupling module ( 9 ; 10 ) consisting of a in series with an auxiliary isolator ( 11 ; 12 ; 32 ; 33 ) connected forward diode ( 18 ; 19 ) or reverse diode ( 16 ; 17 ), with the forward coupling line ( 21 ) or the reverse coupling line ( 20 ) is connected , which lead to a coupling / quenching assembly ( 13 ) consisting of a coupling thyristor ( 23 ) and one or more quenching branches arranged in parallel to the coupling thyristor ( 23 ), consisting of quenching thyristors ( 24 ; 25 ) and quenching capacitors ( 26 ; 27 ) and an antiparallel to the Löschkrei sen arranged recharging circuit, consisting of a diode ( 28 ), an inductor ( 30 ) and a resistor ( 31 ), the coupling thyristor ( 23 ) anode side g via a commutation inductance ( 15 ) to the reverse coupling line ( 20 ) and via a further commutation inductance ( 14 ) and a coupling diode ( 22 ) to the positive direct current busbar ( 2 ) and on the cathode side to the forward coupling line ( 21 ) and via a further coupling diode ( 34 ) to the positive direct current busbar ( 2 ).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Koppel-/Löschbaugruppe (13) zusätzlich eine an sich be kannte Freilaufdiode (29) angeordnet ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in the coupling / quenching assembly ( 13 ) additionally a known freewheeling diode ( 29 ) is arranged.