基于TSC/TCR 式消弧線(xiàn)圈的晶閘管控制電路的設計方案

0 引言

單相接地故障是電力系統最常見(jiàn)的故障。中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可帶故障運行2 小時(shí)。但是如果電網(wǎng)中的對地電容電流較大(如電纜線(xiàn)路)，就會(huì )在接地點(diǎn)形成較大電弧，對電力系統的安全運行造成威脅。應用消弧線(xiàn)圈能夠可靠熄滅電弧。本文提出的基于TSC/TCR 式消弧線(xiàn)圈的晶閘管控制電路的設計方案，通過(guò)實(shí)驗電路測試， 效果理想，證實(shí)了該方案的可行性。

1 TSC/TCR 式消弧線(xiàn)圈的結構及工作過(guò)程

TSC 與TCR 電路通過(guò)改變消弧線(xiàn)圈二次側的感抗值，進(jìn)而改變消弧線(xiàn)圈在系統中的電感值，以補償電網(wǎng)的容性電流。

TSC(Thyristor Switched capacitor ) 即晶閘管投切電容。

由三組容量比為1:2:4 的電容和晶閘管開(kāi)關(guān)組成，通過(guò)控制晶閘管的通斷，使二次側投入的電容值按照一定規律變化。這種調節是分級的，并不連續。

TCR(Thyristor Controlled Reactor) 即晶閘管控制電抗器，由電抗器和晶閘管開(kāi)關(guān)構成，通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)角，改變等效電抗。其電流在一定范圍內連續變化。

通過(guò)消弧線(xiàn)圈控制器測算電網(wǎng)的電容電流值，計算需要投入的電容值與電感量，電容由TSC 控制電路投入，電抗由TCR觸發(fā)電路投入。下面將分別對TSC 與TCR 的控制電路進(jìn)行分析。

2 TSC 控制電路

2.1 電壓的過(guò)零點(diǎn)檢測

電容器在投切的過(guò)程中會(huì )有較大的沖擊電流，損壞晶閘管。因此應在輸入的交流電壓與電容上的殘留電壓相等，即晶閘管兩端的電壓為零時(shí)將其首次觸發(fā)導通。過(guò)零檢測電路能夠在輸入信號過(guò)零點(diǎn)時(shí)輸出過(guò)零脈沖，如圖2 所示。

可以看出，正弦信號經(jīng)過(guò)不可控整流橋，在B 點(diǎn)產(chǎn)生只有上半周，周期為π 的正弦波，經(jīng)過(guò)運放與一接近于零的電壓進(jìn)行比較，在C 點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)零時(shí)刻的脈沖，如圖3 所示。

2.2 晶閘管過(guò)零觸發(fā)電路

晶閘管過(guò)零觸發(fā)電路將電壓過(guò)零檢測電路生成的過(guò)零脈沖作為觸發(fā)信號的基準。當控制器需要投入某一組或幾組晶閘管時(shí)，會(huì )由采集卡發(fā)出對應的高電平信號，此高電平信號和C 點(diǎn)信號作“與”,在D 點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)零投切信號。由NE55 時(shí)基電路產(chǎn)生頻率5 kHz 的脈沖，與過(guò)零投切信號作“與”,形成脈沖序列。該序列經(jīng)過(guò)三極管的功率放大作用后，通過(guò)脈沖變壓器PM輸出雙向反并聯(lián)晶閘管組的驅動(dòng)信號。

將第二個(gè)電壓過(guò)零點(diǎn)的信號時(shí)間放大，可以得到圖4 中各點(diǎn)電壓波形，如圖5 所示。

晶閘管觸發(fā)導通的條件為：電容投切信號為高電平且電容器兩端的電壓過(guò)零。當電容器投切信號變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，電容C 通過(guò)R1、R2 快速放電，電壓變?yōu)? V,E 點(diǎn)的高頻脈沖消失，晶閘管在電流過(guò)零時(shí)自然關(guān)斷。

3 TCR 觸發(fā)電路

本設計采用德國西門(mén)子公司的TCA785 芯片作為觸發(fā)電路，該芯片由模擬電壓的大小控制晶閘管的觸發(fā)角。在控制器中預先存儲連續調節時(shí)電感量( 存在微小級差) 所對應的觸發(fā)角，由采集卡給出相對應觸發(fā)角度的模擬電壓值。芯片輸出的觸發(fā)脈沖到脈沖變壓器，經(jīng)過(guò)三極管和脈沖變壓器的放大隔離作用，實(shí)現對晶閘管的觸發(fā)控制。圖6 為控制電路圖。

4 結語(yǔ)

本文提出了基于TSC/TCR 式消弧線(xiàn)圈的晶閘管控制電路的設計方案。方案中著(zhù)重分析了TSC 電路的過(guò)零投切過(guò)程及TCR 電路對晶閘管觸發(fā)角度的控制電路設計方法，實(shí)現了對消弧線(xiàn)圈補償電流的調整，從而驗證了該方案的可行性