SE507139C2 - Sätt och anordning för funktionskontroll av ljustända halvledarventilenheter i HVDC-ventilanläggningar - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 507 139 Power Electronics HVDC and SVC (Stockholm 1989).

Det är tidigare känt att registrera frånvaron av de nämnda spänningssignalerna, vilket gör det möjligt att få fræm existensen av eventuella trasiga tyristorer, med hänsyn till att dessa normalt är kortslutna, varför någon spänning i framriktningen aldrig uppkomer och någon spänningssignal därför aldrig utsändes från en så felbehäftad styrenhet.

Enligt känd teknik tjänar indikeringspulserna två olika ändamål. Dels används de för att hindra att någon av halv- ledarna erhåller tändsignal innan spänningen över densama är tillräcklig. Dels registreras avsaknaden av indikeringspulser från någon av styrkretsarna centralt, varigenom man kan hålla reda på vilka av halvledarna som gått sönder. Man kan tolere- ra att ett mindre antal av de seriekopplade halvledarna blivit permanent kortslutna, eftersom de övriga förmår ta upp deras andel av den totala spänningen, för att endast vid underhållsarbete genomföra ett utbyte.

Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkoma en förbättrad kontrollmöjlighet för halvledarna och tändsys- temen. Särskilt vill man kunna kontrollera om tändningen sker på avsett sätt med hjälp av ljuständningen och kunna avgöra om i stället tändningen sker på grund av att överspännings- skyddet träder i funktion. I enlighet med en särskild utför- ingsform kan man också vilja genomföra en ytterligare kon- troll av pålitligheten av tändsystemet, genom att genomföra provningen med ljuspulser som avsiktligt minskas i storlek.

Ovannämnda och andra syften och fördelar erhålles enligt uppfinningen genom ett sätt och en anordning av nämnt slag, vilka företer de särdrag som anges i den kännetecknande delen av patentkrav l resp. patentkrav 4.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas i form av ett utför- ingsexempel och i anslutning till figurerna. Fig. 1 visar en känd typ av övervakningssystem för ett likriktarsystem vid en 10 15 20 25 30 35 507 139 3 HVDC-anläggning. Fig. 2 visar ett övervakningssystem enligt uppfinningen. Fig. 3 visar spänningsgrafer för spänningens tidsberoende över en tyristor, för underlättande av uppfin- ningens förståelse. Fig. 4 visar ett schematiskt ekvivalens- diagram över en tyristor med tillhörande tyristorstyrenhet.

I Fig. l visas en del av ett tyristorventilsystem med ett antal seriekopplade tyristorer THYI - THYN, där endast två stycken utritats. Till varje tyristor hör en intill densamma anordnad, vid tyristorns högspänningspotential liggande styrenhet TCUl - TCUN. Dessa enheter ligger alltså på hög- spänning. I den vid jordpotential liggande styrutrustningen, visad till vänster om den streckprickade linjen, finns ett antal ljuspulsalstrare L, som med ljusledare är kopplade till var sin av styrenheterna TCU. Ljuspulsalstrarna kan alla aktiveras samtidigt av en styrpuls P, varvid tändpulser FP1 - FPN sändes till tyristorernas styrenheter, vilka avger elekt- riska tändpulser för att bringa tyristorerna till att leda. - Från styrenheterna TCU utsändes också indikeringspulser IP i form av ljuspulser via andra ljusledare till var sin motta- gande detektor D, som alstrar elektriska pulser. Pâ här ej visat sätt användes dessa pulser för att tillförsäkra att tändning inte sker innan en tillräcklig spänning uppnåtts för att garantera ett snabbt tändförlopp och därmed minimal utveckling av förlusteffekt under tändförloppet. De ankomman- de indikeringspulserna ledes också till var sin vippa V, som övervakas av en gemensam microprocessor. I början av varje positiv halvperiod för den pålagda växelspänningen kommer då att erhållas en puls IP från varje tyristorenhet, utom för sådana tyristorenheter som har kortsluten tyristor eller där eventuellt pulsen uteblir på grund av fel i styrenheten TCU - någon möjlighet att skilja dessa fall från varandra finns inte. Inte heller går det att avgöra om tändningen skett rätt, dvs. på grund av en mottagen tändpuls FP, eller genom spänningsstyrd tändning.

För att åstadkomma en mera fullständig möjlighet att genom- föra en kontroll av enskilda tyristorenheter förutses enligt uppfinningen att man möjliggör en utsändning av individuella 10 15 20 25 30 35 507 139 4 tändpulser, dvs. så att man kan sända en tändpuls till en enda av tyristorenheterna, medan de övriga inte erhåller någon sådan. Ett exempel på en sådan möjlighet visas i Fig. 2, där man i stället för en gemensam pulskälla CP alternativt kan använda en individualpulskälla ICP, som via bussen Bl kan mata en tändpuls till bara en, vilken som helst fritt val- bart, av ljuskällorna L. Indikeringspulserna, som ankommer till detektorerna D, hämtas i en annan buss B2 och studeras, t.ex. medelst en microdator.

Vid sättet enligt uppfinningen, som lämpligen utföres när uppsättningen av seriekopplade tyristorer är spänningssatt med växelström men anläggningen i övrigt inte är under drift, provas de olika tyristorenheterna en och en genom att till dessa sända en tändpuls via dess ljuspulskälla L. Detta utföres när tyristorerna är framspända och företrädesvis nära 90' för växelspänningen. Därefter studerar man tidpunkten för ankomsten av påföljande indikeringspulser för de övriga tyristorenheterna och jämför med den som kommer från den enhet som erhållit tändpuls, och vid korrekt funktion skall då den tända tyristorenhetens indikeringspuls vara fördröjd i förhållande till de övriga. Om så inte är fallet, så före- ligger det ett fel - ingen tändning har skett genom tänd- pulsen. Om man vet, t.ex. genom användning under drift av känd teknik enligt Pig. 1, att normala indikeringspulser brukar koma från denna enhet under ordinära driftsförhållan- den, och själva tyristorn alltså fungerar, så kan man dra den slutsatsen, att tyristorn i denna enhet regelmässigt tänds genom att den spänningsstyrda tändningen fungerar. Ett byte av tyristorstyrenheten bör därför ske, sedan man försäkrat sig om att den tillhörande ljuspulskällan fungerar.

Det är lämpligt att också genomföra en ytterligare provning på så sätt, att man minskar effekten på ljuspulserna för tändning FP under samma omständigheter, t.ex. med 30 - 50 procent. På samma sätt bestämes om, som sig bör, en fördröjd indikeringspuls IP erhålles. Om så inte är fallet, så är säkerhetsfaktorn för tyristorstyrenheten otillräcklig, an- 10 15 20 25 30 35 507 159 5 tingen hos denna eller genom att motsvarande ljuspulskälla L på lågspänningssidan är defekt.

Så länge riktig tändning med ljuspulser fungerar, har syste- met en redundans, så att ett bortfall gör att reservfunktio- nen med spänningsstyrd tändning kan ta över. Bortfaller den riktiga tändningen, så finns inte längre denna redundans. m båda systemen fallerar, så kommer tyristorn att bryta saman och bli varaktigt kortsluten.

En förklaring till att uppfinningen kan fungera ligger i hur styrsystemet TCU samverkar med sin tyristor. Det skulle föra för långt att här ingå på alla detaljer i denna mycket kom- plicerade krets, men för att sätta sig in i uppfinningen är det tillräckligt att hänvisa till den schematiska Fig. 4.

Parallellt med de seriekopplade tyristorerna ligger en spän- ningsdelare, med en resistans om c:a 40 kohm parallellt med varje tyristor. Vidare finns det en stor kondensator med en kapacitans om c:a 3 mikrofarad, som i och för sig också tjänar som kretsens strömkälla, men som här ekvivalent kan ses som parallellt inkopplad i serie med ett motstånd om c:a 40 ohm.

Den övre kurvan i Fig. 3 visar tidsdiagrammet för spänningen över en enda av tyristorerna, när ingen tändning sker. Varje gång som spänningen i framspänningsriktningen stiger över ett tröskelvärde, som kan vara 30 - 100 V, så avges en indike- ringspuls, här markerad 10.

I den undre kurvan i Fig. 3 visas vad som händer med spän- ningen över en enda tyristor, som tändes vid tidpunkten T. Över tyristorn ligger då en spänning, som beror av tändtid- punkten, och vilken genom att tyristorn blir ledande omedel- bart sjunker till noll, varvid kondensatorn urladdar sig genom tyristorn, samtidigt som tyristorn kortsluter 40 kohm - motståndet. Vid en viss tidpunkt E blir strömmen genom tyris- torn så låg, att tyristorn slutar leda. Spänningen över tyristorn och övriga komponenter enligt Fig. 4 är då väsent- ligen noll. Spänningen sjunker därefter, så som visas, för 10 15 20 25 30 35 507 139 6 att stiga igen med växelspänningen, men har så att säga blivit efter i fas i förhållande till övriga tyristorenheter i systemet. Därför kommer indikeringspulsen vid tidpunkten 11 enligt Fig. 3 att bli försenad i förhållande till tidpunkten 10 för de övriga, som ju inte fått sina kondensatorer urlad- dade. Efter några perioder kommer även denna tyristorstyren- hets kondensator att ha återhämtat sig. Fördröjningen kommer alltså att kvarstå, vilket inte hindrar att man innan full återhämtning provar andra ventilenheter, om man bara tar i beräkning att nyligen provade ventilenheters indikeringspul- ser inte är representativa. - Ovanstående är en relativt överskådlig förklaring, och avsikten är inte att den skall verka begränsande på uppfinningen, som bygger på iakttagelsen av den faktiska fördröjningen mellan indikeringspulserna vid tidpunkten 10 och tidpunkten ll, när endast en av tyristorer- na gjorts ledande.

Genom uppfinningen är det möjligt att i samband med normalt periodiskt underhåll av HVDC-strömriktare med optisk tändning av kortpulstyp genomföra en automatisk kontroll av samtliga ingående tyristorenheter och ljusledarsystem. Det rör sig ofta om mycket stora anläggningar med ett stort antal tyris- torer. I varje ventil kan antalet tyristorer vara upp till 250, och vid ett tolvpulssystem kan därmed antalet enheter som skall provas uppgå till storleksordningen 3 000 enheter.

Alternativet att genomföra en med nödvändighet eljest manuell mätningskontroll på samtliga tyristorstyrenheter, ljuspuls- källor, ljusledare och ljusdetektorer är därför ett mycket stort företag, som genom uppfinningen kan i det väsentliga elimineras. Endast de styrenheter som diagnostiserats enligt uppfinningen behöver därmed genomgås manuellt, i regel för byte av hela styrenheten TCU för en halvledarventil.

Uppfinningen har exemplifierats med ventilsystem, där de egentliga halvledarventilerna utgöres av tyristorer. Det är att förutse att utvecklingen av GTO-anordningar blir sådan, att även dylika kommer att användas i motsvarande sammanhang, och det förtjänar därför nämnas att uppfinningen även kan tillämpas på tändstyrenheter avpassade för dylika.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 507 139 7 Patentkrav

1. Sätt för funktionskontroll av en ljuständ ventilenhet i en HVDC-ventilanläggning bestående av grupper av likriktaren- heter, där varje likriktarenhet omfattar ett flertal i serie anordnade ventilenheter, varvid varje ventilenhet omfattar en halvledarventil (THY 1 - N) och en styrenhet (TCU 1 - N) som har en ljuspulsingång för mottagning av tändsignaler (FP) och en ljuspulsutgång för avgivande av en indikeringspuls (IP) för angivande av att halvledarventilen i sin framspännings- riktning uppnått ett förutbestämt positivt spänningströskel- k ä n n e t e c k n a t av att en likriktarenhet spänningssättes med en växelspänning väsentligen motsvarande värde, dess märkspänning, att därefter till den kontrollerade venti- lenheten ensam vid en tidpunkt svarande mot positiv fram- spänning sändes en tändsignal (FP), och kontrolleras att den i tiden närmast påföljande indikeringspuls (IP) som kommer från den kontrollerade ventilenheten är fördröjd i förhållan- de till de indikeringspulser som kommer från de övriga venti- lenheterna i samma likriktarenhet, varvid en utebliven för- dröjning indikerar en felaktig funktion hos den kontrollerade ventilenheten.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den nämnda tändsignalen avges vid en elektrisk vinkel nära 90°, räknat från växelspänningens stigande nollgenomgång.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att av att den nämnda tändsignalen utsändes med förminskad effekt.

4. Anordning för funktionskontroll av en ljuständ ventilenhet i en HVDC-ventilanläggning bestående av grupper av likriktar- enheter, där varje likriktarenhet omfattar ett flertal i serie anordnade ventilenheter, varvid varje ventilenhet omfattar en halvledarventil (THY 1 - N) och en styrenhet (TCU 1 - N), som har en ljuspulsingång för mottagning av tändsignaler (FP) och en ljuspulsutgång för avgivande av indikeringspulser (IP) för angivande av att halvledarventilen 10 I5 507 139 8 i sin framspänningsriktning uppnått ett förutbestämt positivt spänningströskelvärde, samt medel för avkänning av ankomst av indikeringspulser från alla ventilenheter i likriktarenheten, k ä n n e t e c k n a d av medel (ICP, Bl) för avgivande av en tändsignal (FP) till en fritt valbar ventilenhet av de i likriktarenheten ingående ventilenheterna med utelsutande av icke valda ventilenheter, medel för fastställande av om en från en ventilenhet som erhållit tändsignal (FP) kommande indikeringspuls (FP) är fördröjd i förhållande till indike- ringspulserna från de övriga ventilenheterna i likriktaren- heten, samt medel för felindikering av den valda ventilen- heten, om ingen fördröjning föreligger.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av medel (ICP) för alstring av en till sin effekt förminskad tändsignal (FP) för att fastställa en försämrad tändfunktion.