Устройство для контроля пробоя последовательно соединенных тиристоров высоковольтных вентилей в управляемом вентильном преобразователе Советский патент 1992 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к электротехнике, в частности преобразовательной технике, и может быть использовано в преобразователях напряжения, тока или частоты для контроля пробоя последовательно соединенных тиристоров в управляемых вентилях указанных преобразователей.

Одно из известных устройств содержит делитель напряжения, подключенный параллельно цепочке контролируемых последовательно соединенных тиристоров, параллельно каждому из которых включена

RC-цепочка, датчик пробоя одного, двух или большего количества тиристоров, входами включенный в диагональ моста образованного делителем напряжения и RC-цепочка- ми, выход датчика соединен со входом блока защиты и сигнализации.

Недостатком подобного устройства является то, что оно не обеспечивает контроль пробоя тиристоров без подачи на последовательно соединенные тиристоры высокого силового напряжения, а также низкая надежность работы устройства в переходных режимах особенно в высоковольтных преVI о о сл ю сл

обрээователях. характеризующихся значительным уровнем генерируемых помех,

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для контроля пробоя последовательно соединенных тиристоров высоковольтных вентилей в управляемых вентильных преобразователях, включающих систему управления с блоком фазоим- пульсного управления и распределителем импульсов управления по высоковольтным вентилям, узел сигнализации и отключения преобразователя, содержащее датчик пробоя тиристоров в каждом высоковольтном вентиле, имеющий выходные ключи по числу ступеней контроля количества пробитых тиристоров, одни выходы выходных ключей каждого датчика объединены и предназначены для подключения к выходу распределителя импульсов, соответствующего управлению высоковольтным вентилем противоположной группы той же фазы, другие выходы выходных ключей датчиков различных высоковольтных вентилей, соответствующие одноименной ступени контроля количества пробитых тиристоров объединены, элементы памяти по числу ступеней контроля количества пробитых тиристоров, выходами предназначены для подключения к соответствующим входамуэ- ла сигнализации и отключения преобразователя.

Недостатком известного устройства является низкая надежность, т. к. при широком 120 зл. град, импульсе управления высоковольтным вентилем, который формируется на выходе распределителя импульсов, невозможно обеспечить достаточную помехоустойчивость устройства, особенно в пере ходных режимах при быстром изменении фазы управляющих импульсов. Это может быть связано с высоким уровнем помех, генерируемых в высоковольтных управляемых вентильных преобразователях, так и со значительными углами коммутации венти- пей в переходных режимах:

Кроме того переходный процесс в собственно датчиках пробоя, вызванный выключением высоковольтного вентиля или коммутационными процессами в других высоковольтных вентилях не успевает закончиться к моменту Формирования сигнала закрытого состояния тиристоров соответст- в/ющего высоковольтного вентиля преоб- разопчтеля, что приводит к формированию на выходе датчика ложного сигнала о про- Ьос тиристоров

Целью личного изобретения является пмгши оние надежности работы устройства г п .сходных . .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля пробоя последовательно соединенных тиристоров высоковольтных вентилей в управляемых

вентильных преобразователях, включающих систему управления с блоком фазоим- пульсного управления и распределителем импульсов управления по высоковольтным вентилям, узел сигнализации и отключения

0 преобразователя, содержащее датчик пробоя тиристоров в каждом высоковольтном вентиле, имеющий выходные ключи по числу ступеней контроля количества пробитых тиристоров, одни выходы выходных ключей

5 каждого датчика объединены и предназначены для подключения к выходу распределителя импульсов, соответствующего управления высоковольтным вентилем противоположной группы той же фазы, другие

0 выходы выходных ключей датчиков различных высоковольтных вентипей, соответствующие одноименной ступени контроля количества пробитых тиристоров объединены, элементы памяти по числу ступеней кон5 троля количества пробитых тиристоров, выходами предназначенные для подключения к соответствующим входам узла сигнализации и отключения преобразователя, введены управляемые аналоговые ключи по

0 числу ступеней контроля количества пробитых тиристоров и формирователь импульсов задержки, включающий диод, разрядный резистор, разрядный ключ, пороговый элемент и времязадающую RC це5 почку, выход времязадающей RC цепочки подключен через пороговый элемент к выходу формирователя импульсов задержки, а чедез последовательно соединенные разрядный резистор и разрядный ключ - к об0 щей шине, управляющий вход разрядного ключа соединен с входом формирователя импульсов задержки и через диод - с его выходом, управляемые аналоговые ключи силовой цепью подключены между объеди5 ненными выходами выходных ключей одноименных ступеней контроля количества пробитых тиристоров датчиков пробоя и управляющими входами соответствующих элементов памяти, управляющим входом

0 управляемые аналоговые ключи подключены к выходу формирователя импульсов задержки, выходом предназначенного для подключения к выходу блока фазоимпульс- ного управления.

5

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства, выполненного согласно данному изобретению. на фиг. 2 дана схема одного из возможных вариантов построения датчика пробоя тиристоров; на фиг. 3 дана диаграмма работы устройства.

Устройство для контроля пробоя последовательно соединенных тиристоров высоковольтных вентилей в управляемых вентильных преобразователях, включающих систему 1 управления с блоком 2 фазоимпуль- сного управления и распределителем 3 импульсов управления по высоковольтным вентилям 4 - 8 и 9, узел 10 сигнализации и отключения преобразователя, содержат датчики 11 - 15 и 16 пробоя тиристоров в каждом высоковольтном вентиле 4 - 8 и 9. имеющие выходные ключи 17 и 18 по числу ступеней контроля качества пробитых тири- сторов, одни выходы 19 выходных ключей 17 и 18 каждого датчика 11 - 15 и 16 объединены и предназначены для подключения к выходу распределителя 3 импульсов, соответствующего управлению высоковоль- тным вентилем противоположной группы той же фазы, другие выходы 20 и 21 выходных ключей 17 и 18 различных высоковольтных вентилей 11 - 15 и 16 соответствующие одноименной ступени контроля количества пробитых тиристоров объединены, элементы памяти 22 и 23 по числу ступеней контро- ля количества пробитых тиристоров, выходами 24 и 25 предназначенные для подключения к соответствующим входам 26 и 27 узла сигнализации и отключения преобразователя. Кроме того в устройство введены управляемые аналоговые ключи 28 и 29 по числу ступеней контроля количества пробитых тиристоров и формирователь 30 импульсов задержки включающий диод 31, разрядный резистор 32. разрядный ключ 33, пороговый элемент 34 и времязадающую RC цепочку 35, выход 36 времязадающей RC цепочки подключен через пороговый эле- мент 34 к выходу 37 формирователя импульсов задержки, а через последовательно соединенные разрядный резистор 32 и разрядный ключ 33 - к общей шине, управляющий вход разрядного ключа соединен с входом 38 формирователя импульсов задержки и через диод 31 - с его выходом 37, управляемые аналоговые ключи 28 и 29 силовой цепью подключены между объединенными входами 20 и 21 выходных ключей 17 и 18 одноименных ступеней контроля количества пробитых тиристоров датчиков пробоя 11-15и16и управляющими входами 39 и 40 соответствующих элементов в памяти 22 и 23, управляющим входом 41 управляемые аналоговые ключи подключены к выходу 37 формирователя импульсов задержки, входом 38 предназначенного для подключения к выходу 42 блока 2 фазоим- пульсного управления

Элементы памяти 22 и 23 могут быть выполнены, например, на реле 43 и 44 с соответствующими контактами 45 и 46. Реле 43, фиксирующее пробой недопустимого количества тиристоров (например, 2-х и более тиристоров), формирует в систему 1 управления преобразователем через узел отключения 47 команды на отключение преобразователя. Светодиоды 48 и 49 фиксируют срабатывание датчиков пробоя одного и двух тиристоров. Кнопка 50 служит для деблокировки реле 42 и 43 элементов памяти.

На выходах 51 - 55 и 56 распределителя импульсов формируются первичные импульсы управления высоковольтными вентилями 4 - 8 и 9 и соответственно сигналы закрытого состояния тиристоров соответствующих высоковольтных вентилей. Управление соответственно тиристорами осуществляется через формирователи импульсов (ФИ) 57.

Датчики 11 - 15 и 16 пробоя (фиг. 2) могут быть построены, например, с использованием задающего генератора 58 (источник напряжения высокой частоты), выходом подключенного через последовательно соединенные разделительные согласующие трансформаторы 59 и RC цепочки 60 к тиристорам 61 соединенным последовательно. Выход задающего генератора через выпрямитель 62 соединяется с одними входами компараторов 63 и 64, контролирующих соответственно пробой одного и двух тиристоров. На другие входы компараторов подается напряжение уставки с задатчи- ков 65 и 66. Выходы компараторов через согласующие оптопары 67 и 68 подключаются к выходам 20 и 21 датчика, а также к соответствующим выходам 19 и далее к выходам системы 1 управления преобразователем.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения:

69 - импульсы на выходе блока фа- зоимпульсного управления;

70 - 75 - импульсы управления тиристорами соответствующего высоковольтного вентиля преобразователя;

76-81 - напряжение на выходах 51-56 системы 1 управления;

82 - напряжение на конденсаторе времяэадающей цепи 35 (Do - напряжение переключения порогового элемента);

83- напряжение на выходе формирователя импульсов задержки (импульсы, блокирующие работу управляемых аналоговых ключей 28 и 29);

84- сигнал на выходе 50 датчиков пробоя одного тиристора;

85 - сигнал на выходе 21 датчиков пробоя двух тиристоров.

Устройство для контроля пробоя последовательно соединенных тиристоров высоковольтных вентилей в управляемых вентильных преобразователях работает следующим образом.

В установившемся режиме работы преобразователя фаза выходных управляющих импульсов тиристорами (70 - 75) и сигналов 76 - 81 закрытого состояния тиристоров соответствующего высоковольтного вентиля не изменяется. Импульсы 69 на выходе блока 2 фазоимпульсного управления следуют через равные промежутки времени и длительность интервала Т задержки этих импульсов, определяемой формирователем 30, постоянна. При каждом переключении в преобразователе и синхронно с ним на выходе формирователя 30 импульсов задержки появляется импульс 83, блокирующий прохождение сигнала через управляемые ключи 28 и 29. Это исключает срабатывание элементов памяти 22 и 23 с двумя устойчивыми состояниями, связанное с ложными сигналами 84 и 85 на выходе датчиков 11 - 15 и 16 пробоя. Указа иные сигналы помехи появляются при каждой коммутации в преобразователе, а их длительность зависит от угла коммутации и скорости изменения фазы управляющих импульсов. Диаграмма напряжения на конденсаторе С времязада- ющей цепочки 39 показана на фиг. 3, позиция 82. Диод 31 определяет минимальную длительность блокирующего импульса 83, равную длительности импульсов 69 на выходе блока 2 фазового управления.

В переходных режимах, связанных с изменениями фазы управляющих импульсов тиристоров управляемого вентильного преобразователя, длительность должных сигналов 84 и 85 на выходах 20 и 21 датчиков пробоя возрастает, что может привести к ложному срабатыванию элементов памяти 22 и 23. Однако в данном устройстве вероятность прохождения сигнала помехи на элементы 22 и 23 мала, так как одновременно с изменением фазы управляющих импульсов происходит и увеличение длительности блокирующего импульса 83 на выходе формирователя 30 импульсов задержки. Это связано с тем, что конденсатор С времязадающей цепочки 35 за время, определяемое длительное ью импульсов 69 на выходе блока 2 фазоимпульсного управления, разряжается до более низкого уровня напряжения, чем установившемся режиме. Поэтому, после окончания импульса 69 на выходе блока 2 здрчд конденсатора С до уровня напряжения U0 переключения поро-

гового элемента 34 происходит за более длительный промежуток времени, чем в установившемся режиме.

Этим достигается увеличение длительности импульсов 83 на выходе формирователя 30 импульсов задержки. Именно по этим импульсам синхронно с каждой коммутацией в преобразователе размыкаются управляемые ключи 28 и 29 и, тем самым,

0 блокируется прохождение сигнала на элементы памяти 22 и 23 с двумя устойчивыми состояниями (реле 43 и 44). Увеличение длительности блокирующих импульсов 83 в переходных режимах уменьшает вероятность

5 прохождения сигнала на элементы памяти 22 и 23 в послекоммутационный период. При этом в установившемся режиме работы преобразователя длительность блокирующих импульсов 83 незначительна, что не

0 оказывает существенного влияния на работу устройства для контрол пробоя последовательно соединенных тиристоров.

Таким образом, данное устройство обеспечивает надежный контроль состоя5 ния тиристоров как в переходных, так и в установившихся режимах работы преобразователя.

Экономический эффект от использования данного изобретения состоит из двух

0 составляющих.

Первая из них определяется надежной работой устройства для контроля пробоя последовательно соединенных тиристоров вы- соковольтных вентилей в управляемом

5 вентильном преобразователе, искпючаю- щей отключение преобразователя сигналом помехи в процессе его работы в технологи- чевком цикле. Эта составляющая эффекта зависит от области применения преобразо0 вателя. Так для преобразователя типа СПЧРС-15750/630, используемого в качестве разгонного устройства электромашинных накопителей энергии установки ТОКАМАКА, отсутствие ложных отключений

5 дает экономический эффект около 60 т. р. в год.

Другая составляющая экономической эффективности данного предложения определяется тем, что устройство надежно фик0 сирует пробой тиристоров в переходных режимах работы преобразователя, что исключает развитие аварийной ситуации, приводящей, как правило, к пробою двух тириеторных блоков. Стоимость указанных

5 блоков, например, для преобразователя типа СПЧРС-15750/630 совместно с восстановительными работами составляет около 30 т, руб.

Таким образом ожидаемый экономический эффект от использования данного

предложения составляет 90 т. руб. в год на один высоковольтный преобразователь.

Формула изобретения Устройство для контроля пробоя после- довательно соединенных тиристоров высоковольтных вентилей в управляемом вентильном преобразователе, включающем систему управления с вспомогательным ис- точникомпитания, блоком фаэоимпульсного управления и распределителем импульсов управления по высоковольтным вентилям, узел сигнализации и отключения преобразователя, содержащее на каждый из высоковольтных вентилей датчик пробоя тиристоров, снабженный по числу ступеней контроля количества пробитых тиристоров выходными ключами, первые выводы которых объединены и предназначены для подключения к выходу распределителя импульсов, связанному с управляющими электродами тиристоров высоковольтного вентиля противоположной группы той же фазы, причем вторые выводы выходных ключей датчиков различных высоковольт- ных вентилей, соответствующие одноименной ступени контролр количества пробитых тиристоров объединены, элементы памяти по числу ступеней контроля количества пробитых тиристоров, выходами предназначен- ные для подключения к соответствующим входам узла сигнализации и отключения преобразователя, отличающееся тем.

что, с целью повышения надежности работы устройства в переходных режимах, в него введены управляемые аналоговые ключи по числу ступеней контроля количества пробитых тиристоров и формирователь импульсов блокировки, выполненный в виде диода, разрядного резистора, разрядного ключа, порогового элемента и времязадающих резистора и конденсатора, причем выход порогового элемента соединен с выходом формирователя импульсов блокировки и через диод подключен к его входу, соединенную с управляющим входом разрядного ключа, образующего последовательно с разрядным резистором цепь, включенную между общей шиной и входом порогового элемента, времязадающие резистор и конденсатор первыми выводами предназначены для подключения соответственно к выводу вспомогательного источника питания и общей шине, а вторыми выводами соединены с входом порогового элемента, при этом объединенные вторые выходы выходных ключей одноименных ступеней контроля количества пробитых тиристоров датчиков пробоя соединены с входами соответствующих элементов памяти через соответствующие управляемые аналоговые ключи, управляющие входы которых подключены к выходу формирователя импульсов блокировки, вход которого предназначен для подключения к выходу блока формирователя импульсов управления.

61

61

Изобретение позволяет повысить надежность работы устройства в переходных режимах за счет дополнительного введения двух управляемых ключей по наибольшему количеству контролируемых пробитых тиристоров, диода и формирователя импульсов задержки, состоящего из времязадающей RC-цепочки, выходом подключенной через пороговый элемент к выходу формирователя импульсов задержки, а через последовательно соединенный разрядный резистор и ключ - к общей шине, управляющий вход ключа соединен с входом формирователя импульсов задержки и через диод - с его выходом, управляемые ключи силовой цепью подключены объединенными вторыми выходами соответственно датчиков пробоя одного, двух или большего количества тиристоров и соответствующими входами блока защиты для подключения выходных сигналов датчиков пробоя одного, двух или большего количества тиристоров, управляющим входом управляемые ключи подключены к выходу формирователя импульсов задержки, входом соединенного с выходом блока фазоимпульсного управления. 3 ил. сл с

Датчик пробоя 2иг. 2

Фиг. 3