基于TSC/TCR 式消弧線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的故障。中性點不接地電網發生單相接地故障時，可帶故障運行2 小時。但是如果電網中的對地電容電流較大(如電纜線路)，就會在接地點形成較大電弧，對電力系統的安全運行造成威脅。應用消弧線圈能夠可靠熄滅電弧。本文提出的基于TSC/TCR 式消弧線圈的晶閘管控制電路的設計方案，通過實驗電路測試， 效果理想，證實了該方案的可行性。

1 TSC/TCR 式消弧線圈的結構及工作過程

TSC 與TCR 電路通過改變消弧線圈二次側的感抗值，進而改變消弧線圈在系統中的電感值，以補償電網的容性電流。

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

由三組容量比為1:2:4 的電容和晶閘管開關組成，通過控制晶閘管的通斷，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關構成，通過控制晶閘管的觸發角，改變等效電抗。其電流在一定范圍內連續變化。

通過消弧線圈控制器測算電網的電容電流值，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觸發電路投入。下面將分別對TSC 與TCR 的控制電路進行分析。

2 TSC 控制電路

2.1 電壓的過零點檢測

電容器在投切的過程中會有較大的沖擊電流，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將其首次觸發導通。過零檢測電路能夠在輸入信號過零點時輸出過零脈沖，如圖2 所示。

可以看出，正弦信號經過不可控整流橋，在B 點產生只有上半周，周期為π 的正弦波，經過運放與一接近于零的電壓進行比較，在C 點產生過零時刻的脈沖，如圖3 所示。

2.2 晶閘管過零觸發電路

晶閘管過零觸發電路將電壓過零檢測電路生成的過零脈沖作為觸發信號的基準。當控制器需要投入某一組或幾組晶閘管時，會由采集卡發出對應的高電平信號，此高電平信號和C 點信號作“與”,在D 點產生過零投切信號。由NE55 時基電路產生頻率5 kHz 的脈沖，與過零投切信號作“與”,形成脈沖序列。該序列經過三極管的功率放大作用后，通過脈沖變壓器PM輸出雙向反并聯晶閘管組的驅動信號。

將第二個電壓過零點的信號時間放大，可以得到圖4 中各點電壓波形，如圖5 所示。

晶閘管觸發導通的條件為：電容投切信號為高電平且電容器兩端的電壓過零。當電容器投切信號變為低電平時，電容C 通過R1、R2 快速放電，電壓變為0 V,E 點的高頻脈沖消失，晶閘管在電流過零時自然關斷。

3 TCR 觸發電路

本設計采用德國西門子公司的TCA785 芯片作為觸發電路，該芯片由模擬電壓的大小控制晶閘管的觸發角。在控制器中預先存儲連續調節時電感量( 存在微小級差) 所對應的觸發角，由采集卡給出相對應觸發角度的模擬電壓值。芯片輸出的觸發脈沖到脈沖變壓器，經過三極管和脈沖變壓器的放大隔離作用，實現對晶閘管的觸發控制。圖6 為控制電路圖。

4 結語

本文提出了基于TSC/TCR 式消弧線圈的晶閘管控制電路的設計方案。方案中著重分析了TSC 電路的過零投切過程及TCR 電路對晶閘管觸發角度的控制電路設計方法，實現了對消弧線圈補償電流的調整，從而驗證了該方案的可行性