TSC无功补偿装置的触发器

1、电能质量TSC无功补偿装置的触发器杨建宁(北京馨容纵横科技发展有限公司,北京100067)摘要:从负载要求、补偿装置结构、电压等级、晶闸管结构、同步触发信号的选取方式等不同的角度,阐述了晶闸管投切电容器(TSC)的触发器的技术性能、参数要求、标准,以推动TSC触发器技术的进步。关键词:晶闸管投切电容器;触发器;国家标准;负载;补偿装置中图分类号:TU852文献标志码:A文章编号:167428417(2010)0520030205杨建宁(1948),男,高级工程师,从事电网污染治理和工业自动化技术工作。0引言针对晶闸管投切电容器(ThyristorSwitchedCapacitor,TSC)补偿

2、装置结构形式、电压等级、晶闸管结构、选取同步触发的信号等的不同,触发器也有所不同。它不同于电机、电抗器、电阻器的触发器,有着特殊的要求。本文从负载要求、补偿装置结构、电压等级、晶闸管结构、同步信号的选取方式等不同的角度,阐述晶闸管投切电容器的触发器的技术性能、参数要求、标准,以选择好的TSC触发器,保证TSC装置可靠运行,推动TSC触发器技术的进一步发展。(6)脉冲列触发。TSC的晶闸管触发电流不是单脉冲或双脉冲,而是一串脉冲。脉冲串的宽度可以是120°、180°,甚至是360°。(7)擎住电流。这是门极触发电流的平台。要求有一个“肩膀”,“肩膀”越高,即“擎住电

3、流”峰值越大,晶闸管就越能保证导通;“肩膀”越宽,即擎住电流有效值越大,晶闸管就越能保证导通。(8)触发器的绝缘水平。触发器能够耐受的电压水平,即触发器的输出端电网侧的高电位和触发器的输入低电位之间可承受的电压水平。(9)TSC触发器动作时间。TSC从停止到再触发的时间。快速的触发器为20ms。(10)TSC触发器的谐波电流特性。主回路有大量谐波电流时,触发器仍然可以使晶闸管正常工作。(11)TSC触发器的低次滤波电路触发特性。看触发器是否可以在低次谐波回路(如3次滤波回路)中仍然使晶闸管正常工作。(12)不平衡触发器和平衡触发器。不平衡触发器可以分别触发各相晶闸管,平衡触发器得到命令时各相晶

4、闸管都要动作。(13)导通电流没有冲击。触发器从停止到触发时,晶闸管的电流没有明显高于正常稳态值。一般导通时的冲击电流不大于正常电流峰值的1.7倍。1专业术语定义(1)电网同步电压信号。触发器的同步电压信号取自电网电压。(2)晶闸管过零同步信号。触发器的同步电压信号取自晶闸管的阴极、阳极。(3)晶闸管触发电流变化率di/dt。晶闸管触发电流的陡度,即1s上升的触发电流数值,一般大于40mA/s。(4)触发脉冲宽度。触发电流上升到10%和下降到10%的时间,一般大于50s。(5)晶闸管触发电流强度。一般为晶闸管触发电流的57倍,大于500mA。30电能质量2理想状态下没有电流冲击的TSC触发的两

5、项要求(1)滤波电路的电容器必须预充电到电网的峰值电压与电抗器电压的和,滤波装置的滤波次数为2、3时,电抗器的电压值很大。(2)晶闸管在正弦波电源电压的正或负峰值点时触发。保证了上述两项要求,TSC触发就处于理想状态,不会有冲击电流。3触发电容器负载触发电容器负载不同于电感负载,电感负载可以是单脉冲、双脉冲。电容负载的触发脉冲要求为脉冲列。原因是电容器在断电时,电容器有直流电压,数值为电网的峰值电压加电抗器的电压,电容器上有放电电阻,电容器电压向电阻器放电,电容器电压不断降低,说明晶闸管的触发点在不断地变化。电容器做成滤波电路,其中有大量的谐波电流,不是仅有基波50Hz的电流。在大的谐波电流下

6、,电流在一个基波期间有多处过零点,单脉冲触发晶闸管,在半个基波电流下可能引起电流中断;在长期停止和瞬时停止时,电容器上的停止电位有所不同。4两类触发电路从电网同步电压和从晶闸管两端取得的过零同步信号各有优缺点。从电网取得同步信号安全,调试方便,触发放心,不管晶闸管工作在多高的电压下,在主回路不送电的情形下,只要触发特性满足要求,就可以放心合闸送电,给出触发命令,TSC一定可以正常工作。由于有同步电源、触发电路、脉冲变压器,电路元件多,费用较高。从晶闸管两端取得过零同步信号的特点与上述方法相反,使用的元件少,费用低,但是调试费时不送主回路电源,不知道触发器是否好用,调试不方便。一般,400V电网

7、可以用晶闸管两端取信号,也可以用从电网取得同步信号。高于400V宜从电网取得同步信号。5晶闸管的种类双向晶闸管有模块式、饼式结构。饼式的触发电流大于模块式的。根据双向晶闸管的要求,触发电流可以是正向的,也可以是反向的。触发电路的触发电流大,正负晶闸管的触发电流不等,大约在负向电流触发时,反管工作时触发电流为500mA,正管工作时触发电流为1A。虽然双向晶闸管结构简单,但应尽量不选取双向晶闸管。模块式晶闸管的耐压水平可以有4000V,有些公司将其应用到了10kV电网的TSC装置中。6触发器的绝缘水平和屏蔽接地触发器是用低电压触发高电压的晶闸管。触发器安全工作也对绝缘等级有要求。应用晶闸管的电网电

8、压有不同的等级,触发的绝缘要求也不同。触发器的绝缘要求与装置所在电网电压等级的绝缘是同样的,装置的绝缘电压就是触发器要满足的绝缘电压等级。脉冲变压器触发电路的初级与次级之间应有屏蔽层,屏蔽层接入地线。7触发器特性7.1TSC触发器动作时间快速冲击性负载的补偿,要求晶闸管从停止到再次触发的时间为20ms,即在一个周波的时间内触发动作,晶闸管仍然没有冲击电流。平衡负载的晶闸管要求在快速动作时三相开关均动作。冲击类负载具有电流或无功功率在极短的时间内从很小的值达到极大值的特点,如电焊机、冶金企业的中轧机、电弧炉、起重机负载。冲击类负载要求触发器的动作时间为20ms,快速动作。测量快速性的方法:用双踪

9、示波器,一端测量命令,一端测量两相电流,观测命令和电流的时间,闭合打开命令的时间变短,观测由打开命令到闭合命令晶闸管开关是否可以做到20ms动作。完成快速动作不仅依靠触发电路,还包括控制器。控制器的无功功率计算速度也要快。7.2TSC触发器的谐波电流特性滤波电路中谐波电流大时,在一个周波电压中,电流多次过零,要求触发器连续触发脉31冲列触发,使晶闸管不截止,电流不断续。7.3TSC触发器的滤波电路触发特性滤波电路存在电抗器,电抗器使电容器工作电压高于电网电压。在TSC停止时,晶闸管电压>0V。滤波次数越低,晶闸管电压越高。在滤波电路中,要求触发器仍然可以触发晶闸管。7.4不平衡触发器和平

10、衡触发器不平衡触发器有3个触发命令,可以分相触发。平衡触发器只有1个触发命令,得到命令三相开关都要动作。7.5导通电流没有冲击在快速投切动作时,电容器充电到电网电压的峰值,由于是理想投切状态,导通瞬间晶闸管几乎没有冲击电流。在停止一段时间后,电容器上直流电压几乎放完电,晶闸管上没有直流电压,此时晶闸管触发为非理想状态,触发时有一点冲击,但是不应大于1.7倍的正常值。7.6触发晶闸管导通晶闸管两端的电压理想状态为晶闸管的导通压降2V左右。不理想的状态有一点过零前后沿冲击电压,冲击电压值越小越好。理想状态如图1所示。正常状态如图2所示。图1理想状态曲线图2正常状态曲线7.7晶闸管过零触发晶闸管过零

11、触发可理解为在晶闸管两端电压为0V时触发。过零触发还包括晶闸管电压很低、晶闸管两端的电压变化率为0时触发。8触发脉冲技术要求(1)晶闸管触发电流变化率:晶闸管触发电32电能质量流要求有一定的陡度,用电流变化率di/dt表示,一般为40mA/s以上。(2)触发脉冲宽度:触发电流的持续时间,时间太短,晶闸管没有完全导通,无触发信号,达不到正常触发的要求;太长了没有必要,一般为50100s。触发电流的顶部要有明显的平台,即有足够的擎住电流。(3)晶闸管触发电流强度:晶闸管的门极触发电流为100多mA。实际触发晶闸管的电流要大得多,一般为600mA以上。晶闸管的门极最大可承受的电流为10A。触发脉冲电

12、压、电流波形如图3所示。图3触发脉冲电压、电流波形(4)触发脉冲线的要求:触发线应用双色双绞线。白色为触发级(G),红色为阴极(K)。9电容器组主电路形式对于三角形电路,晶闸管可以放在三角形内,也可以放在三角形外。放在三角形外的开关一般为2控3电路,即两对晶闸管开关控制三相电路。2控3电路比较简单,但触发电路的要求很高,两对晶闸管开关的闭合和打开有时序的要求,如果忽略,会造成触发晶闸管时主回路电流过大,晶闸管在停止时承受的电压高,甚至有的晶闸管不动作。对于2控3触发电路,设计的晶闸管的承受电压不应超过2倍的峰值电压加电抗器的电压。晶闸管开关可以是2只晶闸管的反并联,也可以是1个晶闸管与1个二极

13、管的反并联结构。该结构形式更合理,但要注意减少合闸电流的冲击。10电网同步电压类触发电路设计电网同步电压类触发电路宜设计相序错电电能质量路功能,当触发错误时,晶闸管有很大的冲击电流,冲击电流引起电网电压畸变,瞬时相序破坏,用该功能封锁晶闸管,保护主回路;宜设计有同步电压丢失时跳掉主开关的功能;电网电压采样回路中宜设计带有滤波功能。工业企业电网受到谐波电流冲击,引起电压畸变,滤波电路滤除谐波,可以提高触发时刻的准确性。触发电路对晶闸管产生的触发电流需达到约500mA,触发电流的产生宜用脉冲变压器的产生。应尽量避开光耦电子电路触发的方式,光耦触发电流太小,不可靠。脉冲变压器的安装位置应尽量靠近晶闸

14、管。中压TSC的触发一定要用脉冲变压器方式,不可用高电路板形式。因为晶闸管导通时电位太低,没有能量产生触发电流,此时脉冲变压器需工作在推挽方式。主回路受到干扰检查的方法:停止触发电源观察是否还有干扰,如果还有干扰,将晶闸管的触发极G和阴极K短路,再观察如果还有干扰,1吴毅,马力.TSC智能无功补偿控制器的设计J.则可以判断属于晶闸管的问题,与触发电路无关。11结语(1)对于TSC来说,晶闸管的负载是容性的电容器。TSC的触发器不同于电机、电抗器、电阻器的触发器,有特殊的要求。(2)选择好的TSC触发器可保证TSC装置可靠运行。华东电力,2008,36(10):90293.2楼晓春,陈岁生.TS

15、C低压动态无功补偿装置的设计与应用J.煤矿机械,2008(7):1682169.收稿日期:2009-06-17TriggerofTSCReactivePowerCompensationDeviceYANGJianning(BeijingCozyCalm&Cross(CCC)Science&TechnologyDevelopmentCo.,Ltd.,Beijing100067,China)Abstract:Thetechnicalperformance,parameterrequirementandstandardofthetriggerinthyristorswitchedca

16、2pacitorwereexpoundedfromdifferentperspectivessuchasloadrequirement,compensationdevicestructure,voltagelevel,thyristorstructure,selectionmethodofsynctriggersignalssoastoprompttheprogressofTSCtriggertechnology.Keywords:thyristorswitchedcapacitor(TSC);trigger;nationalstandard;load;compensationdevice(上

17、接第22页)DesignofEmergencyLightingZUOYi(ChinaLiaohePetroleumEngineeringCo.,Ltd.,Panjin124010,China)Abstract:Aimingatthecurrentsituationthattheemergencylightinghadbeenwidelyusedinthebuildingelectricdesign,thenewversionsof“Codeofdesignonbuildingfireprotectionandprevention”,“Codeforfireprotectiondesignoftallbuildings”and“Codeforelectricaldesignofcivilbuildings”wereconstantlyimprovingthecriterionontheemer2gencylighting.Combinedwithau