SE510730C2 - Anordning för övervakning vid en högspänningsomriktarstation - Google Patents

Description

510 730 10 15 20 25 30 35 Då höga effekter hanteras av en dylik högspänningsomriktar- station och därigenom ett bortfall av delar av den eller he- la stationen under viss tid genererar höga kostnader, är det ett angeläget önskemål att kunna övervaka olika positioner hos en nämnd ventil för att vid. avvikelser från normala tillstånd hos dessa kunna i tid vidtaga nödvändiga åtgärder för att så långt det gär undvika oplanerade driftstopp samt att minimera avställningstiderna för underhåll genom att få information om exakt vilka komponenter som är felaktiga. In- formation om komponenter som börjar uppvisa avvikande egen- skaper utan att därför vara felaktiga är även av intresse, då korrigerande åtgärder skulle kunna planeras i god tid.

Emellertid ligger de olika nämnda positionerna på högspän- så att det hittills mestadels gàtts så till väga att man vad gäller ningspotential, vilket försvårar dessas övervakning, de allra flesta positionerna begränsat sig till att utföra en mätning av en med positionen i fråga förknippad parameter pà jordpotential för att sedan räkna fram ett troligt värde på parametern på högspänningspotential. En inledningsvis nämnd spänningsdelarkrets har därför' hittills inte kunnat direkt övervakas, driftsavbrott. vilket har kunnat leda till oplanerade SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning av' det inledningsvis definierade slaget, vilken avsevärt förbättrar möjligheterna till att kontrollera tillståndet hos en nämnd spännningsdelarkrets och därmed hos en dylik ventil och därigenom undvika onödiga haverier av komponenter och oplanerade driftsavbrott.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhanda- hålla en anordning av inledningsvis definierat slag, hos vilken kondensatorerna hos spänningsdelarkretsen är av' så lO 15 20 25 30 35 510 730 kallad självläkande konstruktion, hos vilka från tidpunkten för uppträdande av' ett eventuellt fel därpå kapacitansen gradvis minskar, den med respektive tyristor samordnade första styrenheten är anordnad att via ett nämnt organ registrera spänningen över tyristorn via en första resistans hos spänningsdelaren vid ett ögonblick omedelbart före ty- ristorns tändning och därigenom kortslutning av spänningsde- larens kondensator och vid en given tidpunkt efter nämnda ögonblick spänningen över en andra resistans i spänningsde- larkretsen, och nämnda medel är utformade att pà grundval av nämnda värden på dessa båda spänningar beräkna ett värde på kapacitansen hos nämnda spänningsdelares kondensator och sända därav beroende informationer till en pà lág potential anordnad inrättning för övervakning av ventilen och organ är anordnade att jämföra nämnda kapacitansvärde med ett märk- värde pà nämnda kapacitans och att på grundval av denna jäm- förelse övervakningsinrättningen att fastställa huruvida fel detta sätt utnyttja de pá högspänningspotential befintliga informatio- uppträtt hos spänningsdelaren. Genom att _pà nerna om spänningen över nämnda resistanser kan hos övervak- eventuellt fel hos tillförlitlighet detekteras. Detta kan således ske genom att kombinera nämnd ningsinrättningen på "marknivá" ett ifrågavarande spänningsdelarkrets med spänningsmätning med ett användande av så kallade självlä- kande kondensatorer med definierade egenskaper.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är över- vakningsinrättningen anordnad att fastställa att ett konden- satorfel inträffat vid ett beräknat kapacitansvärde under- skridande nämnda märkvärde med en given proportion. Således kan genom nämnda jämförelse pà detta sätt ett kondensatorfel hos spänningsdelarkretsen detekteras.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är övervakningsinrättningen anordnad att fastställa att ett re- 10 15 20 25 30 35 510 730 ' sistansfel inträffat vid ett beräknat kapacitansvårde över- Skulle således det beräknade kapacitansvärdet helt plötsligt över- stigande nämnda märkvärde med en given proportion. stiga nämnda märkvärde med en given proportion kan det inte längre röra sig om något fel på kondensatorn, utan istället måste då resistansen blivit alltför hög. Att ett resistans- fel skulle uppträda samtidigt som ett kondensatorfel och dessa två fel skulle kompensera varandra har mycket làg san- nolikhet.

Enligt en. annan föredragen. utföringsfornx av uppfinningen, vilken avser en anordning hos vilken de första styrenheterna är via ljusledare förbundna med en på lägpotential anordnad ventilstyrenhet för kommunicerande mellan ventilstyrenheter- na och de första styrenheterna under galvanisk separation uppvisar de första medel för däremellan, styrenheterna bearbetning av nämnda avkända värden, och de första styren- heterna är anordnade att utnyttja därifrån till ventilsty- renheten ätergående ljusledare till att sända av nämnda be- arbetning resulterande data till övervakningsinrättningen.

Genom att på detta sätt anordna en ökad intelligens på högspänningspotential, det vill säga i nämnda första styren- heter för styrande av halvledarkomponenterna, och utnyttja de redan befintliga ljusledarna för att sända av bearbet- ningen av nämnda medel resulterande data till nämnda på låg potential anordnade övervakningsinrättning, kan med enkla medel och därigenmn till en låg kostnad en tillförlitlig övervakning av de olika positionerna hos en dylik ventil tillförsäkras tillstånd erhållas. och därigenom en god bild över ventilens Genonx att utföra nämnda mätningar på högspänningspotential mätes ifrågavarande parametrar just där värdet på dessa är av intresse, varigenom felkällor re- duceras till ett minimum. Dessutmn krävs inga ytterligare arrangemang för' att fä ned. de ifrågavarande värdena till "marken", då de redan befintliga ljusledarna används för 10 15 20 25 30 35 510 730 detta separerimg mellan högspänningspotential och làg potential. ändamål under uppnàende av erforderlig galvanisk Det enda som krävs är att nämnda första styrenheter komplet- teras med nämnda medel samt att de olika mätorganen applice- ras pà lämpliga ställen och förbinds med den första styren- heten, vilket kan ske genom elektriska ledare.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos upp- finningen framgår" av' den efterföljande beskrivningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Här nedan beskrivs en såsom exempel anförd föredragen utfö- ringsform av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritning, pá vilken: Fig 1 är ett förenklat schema illustrerande principen för funktionen av en anordning enligt en föredra- gen utföringsform av uppfinningen, Fig 2 är en spänningsdelarkrets hos en del av en anord- ning enligt en föredragen utföringsform av uppfin- ningen, Pig 3 är ett diagram illustrerande utvecklingen av spänningen över tyristorn, med vilken spänningsde- larkretsen i fig 2 är samordnad, före och efter tändning av tyristorn, Fig 4 är ett diagram illustrerande utveckling av spän- ningen över en resistans hos spänningsdelarkretsen enligt fig 2 över tiden efter tändning av nämnda tyristor, och 10 l5 20 25 30 35 510 730 Fig 5 är ett diagram illustrerande utvecklingen av kapa- citansen hos en självläkande kondensator över ti- den från tidpunkten för uppträdande av ett fel på kondensatorn.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN I fig 1. illustreras schematiskt den allmänna uppbyggnaden hos en ventil hos en högspänningsomriktarstation, exempelvis (HVDC) och vice versa och en därmed samordnad ventilstyrenhet, för omvandling av högspänd likström till växelström samt schematiskt hur uppfinningen kan vara realiserad. Hos omrik- tarstationen är en ventilstyrenhet 1 anordnad att via ljus- ledare 2, det vill säga optokablar, kommunicera med styren- heter 3 för styrning av i_ ventilenheter ingående tändbara varvid nämnda halvledarkomponenter 4, i form av tyristorer, styrning endast avser tändning. Därvid. är vanligtvis ett större antal sådan halvledarkomponenter seriekopplade inom en enda ventilenhet och avsedda att simultant styras genom var sin styrenhet 3, vilket indikeras genom den streckade linjen vid 5. En ventil består i sin tur av ett flertal så- dana ventilenheter. För enkelhets skull kommer vi i den när- mast följande beskrivningen att utgå ifrån att halvledarkom- ponenterna utgörs av ej släckbara tyristorer, ehuru uppfin- ningen ingalunda är begränsad därtill.

Ventilstyrenheten 1. befinner* sig jpà lågspänningspotential, det vill säga jord, och den erhåller på konventionellt sätt en styrpuls via en ingång 6 till en logikkrets 7 för normal tändning, vilken skickar en tändsignal vidare till olika lysdioder' 8 för att få ljusledare att sända tändsignaler till samtliga i en ventilenhet ingående tyristorstyrenheter 3. Tyristorstyrenheterna uppvisar lysdioder 9 anordnade att och via en tändkrets 10 påverka mottaga tändsignalerna tyristorns 4 styre för ombesörjande av tändning av ty- 10 15 20 25 30 35 ristorn. Pà konventionellt sätt uppvisar tyristorstyrenheten även en krets 11 för utsändande av en indikeringspuls till lysdioder 12 och vidare via ljusledare 13 till fotodioder 14 hos ventilstyrenheten för att indikera att spänningen över ifrågavarande tyristor i dess framspänningsriktning är tillräcklig för att tändning skall kunna ske snabbt och ef- fektivt under làga effektförluster under tändförloppet.

Indikeringspulserna gär vidare via en logikkrets 15, till kretsen 7 vars funktion kommer att förklaras längre fram, för att styra dennas utsändande av en tändpuls. Ventilstyr- enheten 1 uppvisar även en logikkrets 16 för övervakning av olika positioner hos ventilen för utskickande av dessa fràn ventilstyrenheten 1 via en övervakningsbuss 17.

Förutom det speciella anordnandet av kretsarna 15 och 16 ut- gör det ovan beskrivna tidigare känd teknik. Nu kommer det för uppfinningen karaktäriserande att beskrivas. Övervakningsanordningen innefattar schematiskt antydda organ 18, 19 utformade att känna av funktionsparametrar hos venti- len pà högspänningspotential och sända därav avkända värden till tyristorstyrenheterna 3. Här är i närheten av var och en av tyristorerna dylika organ anordnade. Anordningen uppvisar vidare i tyristorstyrenheten ingående medel 20 för bearbetning av' de av' organen 18 och 19 avkända värdena.

Nämnda medel 20 är förbundet med lysdioderna för att sända av nämnda bearbetning resulterande data via ljusledarna 13.

Detta medel utgörs av en strömsnàl mikrodator som via orga- nen 18 och 19 tar in mätvärden och efter behandling skickar ut koder pà ljusledarna 13. Därvid är sändandet av dessa da- synkroniserat med avsändandet av tänd- vilket I logikkretsen 15 för indikeringspulser filtreras de ta företrädesvis och/eller indikeringspulser, indikeras med pilarna 21, 22. signaler som kommer på ljusledarna 13 till ventilstyrenhe- ten, sä att indikeringspulserna skickas vidare till kretsen 510 730 lO 15 20 25 30 35 510 730 8 7 medan de data som härrör fràn medlen 20 sänds vidare till övervakningsinràttningen 16 för lämplig behandling däri. Övervakningsinrättningen uppvisar även en med ljusledarna 2 via lysdioderna 8 förbunden utgång 23 för sändande av medde- landen till tyristorstyrenheterna 3, såsom exempelvis extra tändpulser för att kontrollera de olika tyristorernas funk- tion.

I fig 2 illustreras en över tyristorn 4 hos en ventilenhet anordnad spänningsdelarkrets, vilken bestär av seriekopplade resistanser 24, 25 och kondensatorer 27, 28 för uppnàende av en dynamisk spänningsdelning. Därvid har kondensatorerna 27, 28 tillsammans en kapacitans C och resistorerna 24, 25 tillsammans en resistans R, sä att ifrågavarande krets får en väl definierad tidskonstant RC. Vidare är resistorer 26 och 43 för statisk spänningsdelning anordnade. Fel i spän- ningsdelarkretsen. kan leda till tyristorhaveri cmi de inte upptäcks tidigt. Föreliggande uppfinning avser att göra 28 är vilket innebär detta och baserar sig pä att kondensatorerna 27, kondensatorer av så kallad självläkande typ, att de inte gär sönder momentant vid uppträdande av ett fel, utan att dessas kapacitans successivt minskar fràn tidpunk- ten för felets uppträdande, sà att därmed kretsens tidskon- stant ndnskar. Detta faktum utnyttjas enligt uppfinningen genom att vid två olika tidpunkter to och tl mäta strömmen genom spänningsdelaren. Närmare bestämt görs detta vid en första tidpunkt som överensstämmer med tidpunkten för ty- ristorns tändning och en andra tidpunkt tl liggande senare i tiden, exempelvis cirka 100 mikrosekunder efter den första tidpunkten. Genom blocket 41 och 42 illustreras organ för spänningsmätning, för detta, men i praktiken finns inga separata organ utan tyristorstyrenheten har hela tiden vetskap om storleken pà Ur och Ut. I fig 3 illustreras hur spän- ningen Utöver tyristorn 4 ökar i dess framspänningsriktning till tidpunkten to för mottagande av en tändningssignal FP, 10 15 20 25 30 9 510 730 varvid den faller till nära noll. Vid tändningen kortsluts RC-kretsen och urladdas kondensatorerna 27 och 28 genom mot- stànden 24 och 25, att sjunka enligt formeln: så att strömmen I genom kretsen kommer -Eïnl <1) |(t)=| (to) e RC där R utgörs av resistanserna 24 och 25 och C är den totala kapacitansen för kondensatorerna 27 och 28.

U I(t°) ges av R densatorerna är mycket nära lika med spänningen över ty- ,eftersom vid tiden to spänningen över kon- ristorn , d v s Uto , varför ett värde för Uc(to) erhålls av ett mätorgan 42 som tyristorspänningen precis före tändögon- blicket.

Ett värde pà I(t) erhàlles genom spänningen Ur genom samban- det um) W: T Insättande av spänningen vid tidpunkten tl medför följande uttryck för totala kapacitansen hos kondensatorerna 27 och 28: C_ 1140 (2) _ UK) [In (Ur h) >l R I fig 4 illustreras med linjen 29 hur spänningen Ur utveck- lar sig vid intakt spänningsdelarkrets. Skulle däremot ett fel uppträda pà någon av kondensatorerna kommer den samman- lagda kapacitansen att sjunka från uppträdandet av felet vid tidpunkten noll enligt den kurva som är visad i fig 5. Detta innebär att spänningen Ur kommer att sjunka snabbare än hos 510 750 10 15 20 25 30 35 10 en intakt spänningsdelarkrets, säsom indikeras genom den streckade kurvan 29' i fig 4. Genom detta kommer via formeln I ty- ristorstyrenheten 3 är organ anordnade att jämföra det på (2) ett lägre värde pà kapacitansen att fastställas. detta sätt beräknade kapacitansvärdet med ett märkvärde hos kapacitansen och vid underskridande av nämnda märkvärde vid en given proportion, vilket indikeras med strecket 30 i fig 5, registrera ett kondensatorfel och sända en dylik informa- tion via ljusledarna 13 (se fig 1) till övervakningsinrätt- ningen hos ventilstyrenheten.

Skulle däremot ett fel uppträda pà någon av resistorerna 24, 25, 26 eller 43 sä att dessas resistanser förändras avse- värt, dä kommer istället det beräknade kapacitansvärdet att avvika fràn nämnda märkvärde med en given proportion, varvid dä efter utförd jämförelse ett resistansfel fastställes och informationer därom skickas till övervakningsinrättningen.

Dessa informationer till övervakningsinrättningen gör att man kan fatta beslut om att byta ut kondensatorn eller resistorn i tid innan tyristorn hinner gà sönder.

Ett annat möjligt sätt att bestämma RC-tiden på är att mäta tiden mellan tvà spänningsnivàer. Spänningen över R ger ett mätvärde på Ir. När spänningen Ur över motståndet någon gäng efter tiden to sjunker under en första spänning UI startar komparatorn en klocka som stannar när en lägre nivå U2 Tiden At=tl-to ger ett värde pà Om At är passeras vid tiden tl. tidskonstanten som jämförs med ett referensvärde. för litet indikerar detta trasig kondensator.

Mätningerx mäste dock synkroniseras med tändpulsen, så att mätning görs enbart cirka 100-200 ps efter tändning. Detta dä det förekommer pulser och transienter över motståndet un- der det intervall då tyristorn inte leder, och dessa pulser ger felaktiga kurvformer då de inte är kondensatorurladd- 10 15 20 510 730 ll ningar* utan transienter son1 uppstår när andra ventiler i bryggan kommuterar.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke sådan denna de- finieras i patentkraven.

Vad gäller jämförarorganen hos utföringsformen för kontroll av spänningsdelarkretsen påpekas att patentkraven avses in- begripa både ett anordnande av dessa i nämnda första styren- het och på låg spänningspotential, exempelvis i ventilsty- renheten. Även om det är fördelaktigt att utnyttja för tändningsfunk- tionen befintliga ljusledare för informationsöverföring från hög potential till låg potential skulle detta även kunna ske genom separata ledare.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 510 730 12

1. Anordning vid en hos en högspänningsomriktarstation anordnad, pà högspänningspotential liggande nâtkommuterad flertal ventilenheter vardera (4) i form av en tyristor och för varje tyristor en denna styran- (3), varvid de första styrenheterna är förbundna med en pà låg (1) mellan “ventilstyrenheten. och. de första styrenheterna samt ventil, som uppvisar ett uppvisande åtminstone en tändbar halvledarkomponent de, pà högspänningspotential anordnad första styrenhet potential anordnad 'ventilstyrenhet för kommunicerande varvid anordningen är utformad att övervaka en över varje tyristor inkopplad spänningsdelarkrets bestående aN' serie- (24, 25) (27, 28), att kondensatorerna. hos spänningsde- kopplade resistanser och kondensatorer därav, larkretsen är av så kallad självläkande typ, hos vilka fràn tidpunkten för uppträdande av ett eventuellt fel därpå kapacitansen gradvis minskar, att den med respektive tyris- (3) ett pà hög potential anordnat organ är anordnad att via (42) ningen över tyristorn via en första resistans hos ett ögonblick ty- ristorns tändning och därigenom kortslutning av spänningsde- (41) i spânningsdelarkretsen tor samordnade första styrenheten registrera spän- (43) före spänningsdelaren vid omedelbart larens kondensator och via ett organ registrera spän- ningen över en andra resistans (25) vid en given tidpunkt efter nämnda ögonblick, att nämnda me- del (20) dessa bàda spänningar beräkna ett värde pä kapacitansen hos är utformade att på grundval av nämnda värden pà nämnda spànningsdelares kondensator och sända därav bero- till för övervakning av ventilen, informationer en på anordnad (16) är anordnade att ende läg potential inrättning och att organ jämföra nämnda kapacitansvärde med ett märkvärde pà nämnda kapacitans och att pà grundval av denna jämförelse övervakningsinrättningen att fastställa huruvida fel uppträtt hos spänningsdelaren. 10 15 20 25 30 '510 730 13

2. Anordning enligt krav 1, kågggtggknad därav, att nämnda organ (41) är anordnat att registrera nämnd spänning vid ett nämnt ögonblick som nmtsvarar tidpunkten för ifrågavarande tyristors (4) tändning via tillhörande första styrenhet (3).

3. Anordning enligt krav 2, kännetggknad därav, att mätorga- net är utformat att utföra nämnda båda spänningsregist- reringar med ett tidsmellanrum av 50-200 ps.

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, kägggtggknag därav, att övervakningsinrättningen (16) är anordnad att fastställa att ett kondensatorfel inträffat 'vid. ett beräknat kapaci- tansvärde underskridande nämnda märkvàrde med en given proportion.

5. Anordning enligt något av kraven 1-3, kängggggknag därav, att övervakningsinrättningen är anordnad att fastställa att ett resistansfel inträffat vid ett beräknat kapacitansvärde överstigande nämnda mârkvârde med en given proportion.

6. Anordning enligt något av kraven 1-5, varvid de första styrenheterna är via ljusledare (2, 13) förbundna med en låg potential anordnad 'ventilstyrenhet (1) för kommunicerande mellan ventilstyrenheten och de första styrenheterna under galvanisk separation däremellan, kännetggknag därav, att de första styrenheterna uppvisar medel (20) för bearbetning av nämnda avkända värden, och att de första styrenheterna är anordnade att utnyttja därifrån till ventilstyrenheten àtergäende ljusledare (13) till att sända av nämnda bearbet- ning resulterande data till en pà làg potential anordnad in- rättning (16) för övervakning av nämnda ventil.