JPS6041549B2 - 高電圧サイリスタバルブの電源方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高電圧サィリスタバルブの電源方式に関する
。

現在、サィリスタを用いた直流送電用サィリスタ変換装
置の電圧及び電流の定格が増大されつつあり、たとえば
５００ＫＶ、１００船級のバルブ（ァ‐ムの意）が発表
されている。

しかして、サィリスタ変換装置の電圧定格の増加に伴い
絶縁上、経済上及び特性上の理由から、単位変換器又は
単位バルブの直列接続で構成する傾向がある。この場合
、高圧電位における電源の供給の問題が極めて重要にな
ってくる。この電源は主としてゲート鱗勅用に使用され
るが、他に高圧側のバルブと大地電位にある制御装置、
保護装置との間の制御や保護、信号の授受などに使用さ
れる。ここで、従来のゲート駆動用電源の例を第１図及
び第２図に示して説明する。

第１図の装置は絶縁トランスＴｒで電源Ｐの電力を供給
し、ゲートパルス制御指令装置ＣＰＧから絶縁パルス伝
達手段ＧＴを介してパルス発生器ＰＧを駆動する方式で
あり、パルス発生器ＰＣの出力は貫通型変流器ＢＣＴに
供給され、ＢＣＴコアの２次巻線から各サイリスタＴｈ
ｌ〜ｎにゲートパルスを印加するよ，うにしたものであ
る。このような絶縁変圧器Ｔｒで電力を供給する方式は
安定な電源を得ることができる利点を有する反面、５０
０ＫＶ級のバルブになると技術的な難点（たとえば絶縁
、ストレィｃ）があり、また経済上も無理があるという
欠点がある。一方、第２図の装置はゲートパルス電源を
各サィリスタのアノード・カソード間電圧を利用して得
る方式であり、コンデンサｃに蓄えられたエネルギーを
絶縁パルス伝達手段ＧＴ（この例では光）による信号で
光感応スイッチング素子ＰＤを介し、サイリス夕Ｔｈに
ゲートパルスを印加するものである。

この方式は簡便な方式であるが、Ｂｐｐ動作（所謂、バ
イパスベア動作である。これは、カスケード接続され通
電が電気角で１８０ｏずれた２個のサィリスタ・・・そ
の接続点に交流電源が接続された、たとえば後述する第
３図のバルブＵ，，Ｘ，の２つのバルブＵ，，Ｘ．・・
・を、同時に通電運転させる動作である。それは直流側
のエネルギーをはやく消費させるために行なわれ、通常
０．１〜数秒間継続することがある。）時の如く、長期
間パルスを供給する必要のある場合にはパワーの供孫合
‘こ限界があり、また、通電直後の点弧ができないとい
う欠点がある。よって、この発明の目的は上述の如き欠
点を除去した直流送電用バルブ、中高圧バルブ用の高圧
電位における電源の安定供給と電源の直流化を可能にし
した装置を提供することにある。以下にこの発明を説明
する。

ここでは高圧電源をゲートパルス駆動用に適用した例を
挙げると共に、第３図に直流送電の一般的なバルブの配
置を示す。

この第３図はそれぞれ２つのブリッジで構成された正負
極のうち正極のバルブのみを示しており、ブリッジＢＲ
Ｉ及びＢＲ２を１２９ＫＶ〜２５瓜ＫＶとすればこれに
よって２５■ＫＶ〜５００ＫＶ程度の直流変換所を実現
できる。なお、ブリッジＢＲＩとＢＲ２は通常３０ｏ位
相ずらして１２相の運転を行なっている。しかして、第
４図はこの発明の−実施例を示す図であり、第３図の×
，Ｕ相の４バルブをカスケード接続したものである。

各バルブはｎ個のサィリスタで構成され、Ｘ，一Ｕ，相
間及び×２一Ｕ２相間にそれぞれゲ−トパルス発生器Ｐ
Ｇ，及びＰＧ２が設置される。これらゲートパルス発生
器ＰＧ，及びＰＣ２は大地電位のゲートパルス制御指令
装置ＣＰＧからの信号（光又は電磁方式に基づく絶縁信
号伝達手段ＧＴＵ，，ＧＴＵ２，ＧＴＸ，，ＧＴＸ２に
よる）によってオンオフされ、ゲートパルス発生器ＰＧ
，及びＰＧ２はそれぞれバルブＵ，，Ｘ，及びＵ２，Ｘ
２の各サィリスタにＣＴ型のパルス伝達手段ＢＣＴを介
してケー−トパルスを供給する。また、ゲートパルス発
生器ＰＧ，及びＰＧ２の電源は各バルブユニットのアノ
ード・カソード端子間の電圧をインピーダンスＶＺを介
して供給され、他方、バルブＵ，，Ｘ，及びＵ２，Ｘ２
のそれぞれの接続点に入る交流ブスバ４一（Ｄ−ＩＲ間
、Ａ−２Ｒ間）に交流型ＣＴ（貫通型、交叉型）を挿入
し、これらの出力端からもゲートパルス発生器ＰＧ，及
びＰＧ２に電源を供給する。次に、ゲートパルス発生器
ＰＧ，の詳細を第５図Ａ，Ｂに示し説明する。

ゲートパルス発生器ＰＧ，はＰＧＵ，，ＰＧＸ．，ＰＥ
の回路要素で構成されており、ＰＧＵ，及びＰＯＸ，は
それぞれＧＴＵ，及びＧＴＸ，からのトリガ信号を受け
てＢＣＴをドライブするパルス発生器であり、共通の電
源装置ＰＥから電源を得る。

電源装置ＰＥは変流器ＣＴ，の出力端ｋ，１及びアノー
ド・カソ−ド電圧の入力端子（ＶＸ，ＶＵとＤ）から電
流、電圧が与えられる。しかして、電源装置ＰＥは、た
とえば第５図Ｂのように構成される。すなわち、抵抗Ｒ
．〜Ｒ４、ダイオードＤＢ，，Ｄ，〜Ｄ３、コンデンサ
Ｃｏ〜Ｃ２、ッヱナーダィオードＺＤで構成されている
。ここにおいて、上述装置の動作を説明するに、バルブ
のアノード・カソード間電圧Ｄ点に対して反対側の点（
バルブＵ，では０点、バルブＸ，ではＧ点）からそれぞ
れ抵抗ＶＺを通し、ＶＸ−Ｄ，一Ｒ４一Ｄ３一Ｃｏ−Ｄ
（Ｕ，側の場合にはＶＵ−Ｄ２−Ｒ４一Ｄ３−Ｃｏ−Ｄ
）の経路でコンデンサＣｏを充電する。

一方、変流器にＴからの電流入力はｋ−ＤＢ，（ダイオ
ードブリッジ）−Ｒ３−Ｃｏ−ＤＢ−１の経路でコンデ
ンサＣｏを充電する。変流器ＣＴの回路は全波整流回路
を通しコンデンサＣ。に接続されているため、正負の電
流で充電される。すなわち、正常時のＤ−ＩＲ間の電流
ｉ，Ｒは第６図のようになり、仮にＤ−ＩＲ方向を正、
ＩＲ→Ｄ方向を負とすると、正の電流はバルブＸ，の電
流であり、負の電流はバルブＵ，の電流である。したが
って、変流器ＣＴの２次には１次電流とほぼ相似の全波
整流された電流が流れる。ッェナーダィオードＺＤはコ
ンデンサＣｏの電圧を一定に保つこと及び過電圧防止作
用を目的としたものである。また、Ｃ，一Ｒ，及びＣ２
−Ｒ２の並列要素、直列抵抗Ｒ３及びＲ４はコンデンサ
Ｃｏの電圧レベル設定用と、サージ電流、サージ電圧抑
制用のためのものであり、電源装置ＰＥの出力Ｐ（正）
、Ｎ（負）のＮ側をＤ点に接続する。これによって回路
ＰＧＸ，及びＰＧＸ２は○点に電位固定されていること
になる。特に図示はしないがゲートパルス発生器ＰＧ，
全体が金属ケースに収納されている場合、絶縁、静電シ
ールドの面からアースはＤ点もしくはＤ点に近い電位に
固定する。次に、バルブ運転をした時の電圧特性を説明
する。

先ず、バルブ運転を行なう前に数日２〜数１００日２間
、フローティング状態にする。ここに、フローティング
状態とは交流入力Ｔｒ，，Ｔｒ２を入れてゲートパルス
制御指令装置にＰＧがオフの状態である。この間、電圧
入力ＶＸ，ＶＵとＤより電源電圧Ｅｏが確立される。こ
の状態でゲートパルス制御指令装置ＣＰＧをオフからオ
ンにすると、バルブが運転状態に入る。定常運転状態に
おいて、電流入力は時点ら〜ｔ３及びヒ〜ｔ６期間に変
流器ＣＴ，を介してコンデンサＣｏを充電する。一方、
バルフＸ，の電圧入力ＶＸ〜ＤはダイオードＤ，の向き
から明らかなように、ＶＸ，の正の電圧期間、つまり時
点ｔ，〜らもこコンデンサＣｏを充電する。同様に、バ
ルブＵ，の電圧入力はＶＵ，の負の電圧期間、つまり時
点ｔ，〜Ｌ及びｔ６〜ｔ７にコンデンサＣｏを充電する
。このよに、１周期のほぼ全域にわたって電流入力ある
いは電圧入力からパワーが供給されることになる。とこ
ろで、上の装置では電源装置ＰＥを共通とし、回路ＰＯ
Ｘ．及びＰＯＵ，はＤ点に固定されている。

しかして、回路ＰＯＸ，とＰＧＵ，を電気的に絶縁した
い場合、あるいは回路ＰＯＸ，及びＰＧＵ，をＤ点と異
なる点に電位固定したい場合などがいまいま発生する。
このため、比較的絶縁のとり易い変流器の特徴を生かし
て変形した例を第７図Ａ，Ｂに示す。この装置では電源
装置をＰＥＸ，ＰＥＵの２つに分離し、それぞれの電流
入力は２つの独立した変流器ＣＴ，．ＣＴ２で供給され
、電圧入力はそれぞれバルブＸ，用のＧ〜ｋ間、バルブ
Ｕ，用のｋ−ｏ間の電圧をインピーダンスＶＺを介して
供給される。なお、ｋ‘まバルブＵ，の場合にはＤ点か
ら教えてＮ個目のサィリスタのカソード電位、バルブＸ
，の場合にはＤ点から教えてＮ個目のサィリスタのァノ
ード電位である。ここで、Ｎ＝ｏ〜ｎ（Ｎ＝ｏはｋ→Ｄ
点、Ｎ＝ｎのときバルブＵ，のｋ→。点、バルブＸ・の
ｋ一Ｇ点）で、実際は害；。〜０．２里度の範囲である
。また、電源装置（ＰＥＸ，ＰＥＵ）の詳細を示す第７
図Ｂは前述の第５図Ｂとほぼ同一であるが、電圧入力を
ダイオードブリッジＤＢ２で全波整流している点が異な
る。

このため、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２の位置を交流入力
の両端に挿入し、ダイオードＤ３を省略し、Ｄ→Ｖｏに
変更している。かかる回路構成から明らかなように、電
源装置ＰＥＸ及びＰＥＵの入力はそれぞれｉ，Ｒの全波
入力、ＶＸ，の全波入力及びｉ，Ｒの全波入力、ＶＵ，
の全波入力となる。すなわち、第６図から明らかなよう
にこの装置では入力がｏとなる期間はない。さらに大き
な差異はフローティングの場合であり、これを第８図Ａ
，Ｂに示す。第８図Ａは第５図の装置に対応し、第８図
Ｂは第７図の装置に対応している。この第８図から明ら
かなように前者の装置ではＶＸ，とＶＵ，の電圧位相が
１８００異なるため全波整流しても電圧入力は時点ｔ，
〜ｔ２のみで時点ｔ２〜ｔ３間は０である。一方、後者
の装暦では全波整流入力が得られ、フローティング中の
変流器入力電流ｉ，Ｒはほとんど０である。以上のよう
に、１００ＫＶ〜５００ＫＶ用のサイリスタバルブにお
いて、高圧側に幾つかの電源（ゲートパルス駆動用）、
順圧検出用、逆圧検出用、素子故障検出用その他）を必
要とし、高圧側電源で最も重要視されることはパワーの
安定性と電源システムの簡単さであり、この発明はかか
る要求を満足するものである。

次に具体的な利点を個条書きする。‘１’１周期のほぼ
全域にわたって入力があるため、パワーの供給が安定で
ある。

（２ー 前項‘１）によりエネルギー蓄積素子Ｃｏの容
量が小さくてよい。

【３｝ 長時間（数ＨＺ〜数１００ＨＺ）のＢｐｐ動作
時でも充分なエネルギーを維持できる。

‘４’変流器とインピーダンスによる比較的単純な要素
の組合せのため、システムは簡易であり且つ信頼性が高
い。

【５ー 故障電流（転流失敗、アーム短絡）、過電圧三
（ィンパルス、開閉サージ）に対して保護機能を有して
いる。

■ バルブ全体に余り影響を与えないで電源回路を構成
することができる。

なお、上述の例では気中型バルブで説明したが、油入、
ガス入バルブにも適用できること勿論である。

また、交流入力を含む他の構成、たとえば第３図でブリ
ッジ構成型バルブ（Ｕ，，Ｖ…Ｗ，，Ｘ，．Ｙ，，Ｚが
同一構成物に収納したもの）にも適用できる。さらに、
点弧パルス伝達手段として貫通変流型について説明した
が、光点弧方式にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のサィリスタバルブの電源を説
明する図、第３図は直流送電の変換所のバルブを説明す
る図、第４、第５図Ａ，８はこの発明の一実施例を示す
図、第６図はその動作例を示すタイムチャート、第７図
Ａ，Ｂはこの発明の他の実施例を示す図、第８図Ａ，Ｂ
は２つの実施例のフ。 ーティング時の動作例を示す図である。Ｔｈ……サイリ
スタ、ＩＬ……絶縁物、Ｔｒ，Ｔｒ，，Ｔｒ２・・・・
・・変圧器、ＢＣＴ・・・・・・貫通型交流器、ＤＣＬ
・・・・・・直流ＩＪァクトル、ＣＴ，，ＣＴ２・・・
・・・変流器、ＰＥ・・・・・・電源装置、ＤＢ，，Ｄ
Ｂ２・・・・・・ダイオードブリッジ。瀞Ｊ図 孫２図 稀ｊ図 第４図 稀ｊ図 鈴ク図 豹ァ図 策８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の直列接続又は直並列接続サイリスタから成
   るバルブで構成された３相ブリツジ型交換装置において
   、任意のバルブと、このバルブと逆位相のバルブを同一
   構造物に収納し、前記各バルブの接続点を３相交流入力
   の１つとして、これに接続される前記３相交流入力のブ
   スバーに変流器を設け、この変流器の出力と、前記各バ
   ルブのアノード、カソード間電圧を所望の値に変換する
   変換手段を介して得られる出力とでオア回路を形成して
   バルブ電源を形成し、このバルブ電源を少なくとも前記
   各バルブのゲート電源として用いることを特徴とする高
   電圧サイリスタバルブの電源方式。