基于TSC/TCR式消弧線圈的晶閘管控制電路的設(shè)計(jì)方案

0 引言

　　單相接地故障是電力系統(tǒng)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(yùn)行2 小時(shí)。但是如果電網(wǎng)中的對(duì)地電容電流較大（如電纜線路），就會(huì)在接地點(diǎn)形成較大電弧，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成威脅。應(yīng)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(shè)計(jì)方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)電路測(cè)試， 效果理想，證實(shí)了該方案的可行性。

　　1 TSC/TCR 式消弧線圈的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

　　TSC 與TCR 電路通過(guò)改變消弧線圈二次側(cè)的感抗值，進(jìn)而改變消弧線圈在系統(tǒng)中的電感值，以補(bǔ)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(cè)投入的電容值按照一定規(guī)律變化。這種調(diào)節(jié)是分級(jí)的，并不連續(xù)。

　　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(gòu)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(nèi)連續(xù)變化。

　　通過(guò)消弧線圈控制器測(cè)算電網(wǎng)的電容電流值，計(jì)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(duì)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(cè)

　　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(yīng)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(dǎo)通。過(guò)零檢測(cè)電路能夠在輸入信號(hào)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(hào)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(yùn)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(cè)電路生成的過(guò)零脈沖作為觸發(fā)信號(hào)的基準(zhǔn)。當(dāng)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(duì)應(yīng)的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)和C 點(diǎn)信號(hào)作“與”，在D 點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)零投切信號(hào)。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(hào)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(qū)動(dòng)信號(hào)。

　　將第二個(gè)電壓過(guò)零點(diǎn)的信號(hào)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(dǎo)通的條件為：電容投切信號(hào)為高電平且電容器兩端的電壓過(guò)零。當(dāng)電容器投切信號(hào)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(shè)計(jì)采用德國(guó)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(yù)先存儲(chǔ)連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)電感量（ 存在微小級(jí)差） 所對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角，由采集卡給出相對(duì)應(yīng)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(xiàn)對(duì)晶閘管的觸發(fā)控制。圖6 為控制電路圖。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文提出了基于TSC/TCR 式消弧線圈的晶閘管控制電路的設(shè)計(jì)方案。方案中著重分析了TSC 電路的過(guò)零投切過(guò)程及TCR 電路對(duì)晶閘管觸發(fā)角度的控制電路設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)消弧線圈補(bǔ)償電流的調(diào)整，從而驗(yàn)證了該方案的可行性