基于TSC/TCR 式消弧线圈的晶闸管控制电路的设计方案

0 引言

单相接地故障是电力系统最常见的故障。中性点不接地电网发生单相接地故障时，可带故障运行2 小时。但是如果电网中的对地电容电流较大(如电缆线路)，就会在接地点形成较大电弧，对电力系统的安全运行造成威胁。应用消弧线圈能够可靠熄灭电弧。本文提出的基于TSC/TCR 式消弧线圈的晶闸管控制电路的设计方案，通过实验电路测试， 效果理想，证实了该方案的可行性。

1 TSC/TCR 式消弧线圈的结构及工作过程

TSC 与TCR 电路通过改变消弧线圈二次侧的感抗值，进而改变消弧线圈在系统中的电感值，以补偿电网的容性电流。

TSC(Thyristor Switched capacitor ) 即晶闸管投切电容。

由三组容量比为1:2:4 的电容和晶闸管开关组成，通过控制晶闸管的通断，使二次侧投入的电容值按照一定规律变化。这种调节是分级的，并不连续。

TCR(Thyristor Controlled Reactor) 即晶闸管控制电抗器，由电抗器和晶闸管开关构成，通过控制晶闸管的触发角，改变等效电抗。其电流在一定范围内连续变化。

通过消弧线圈控制器测算电网的电容电流值，计算需要投入的电容值与电感量，电容由TSC 控制电路投入，电抗由TCR触发电路投入。下面将分别对TSC 与TCR 的控制电路进行分析。

2 TSC 控制电路

2.1 电压的过零点检测

电容器在投切的过程中会有较大的冲击电流，损坏晶闸管。因此应在输入的交流电压与电容上的残留电压相等，即晶闸管两端的电压为零时将其首次触发导通。过零检测电路能够在输入信号过零点时输出过零脉冲，如图2 所示。

可以看出，正弦信号经过不可控整流桥，在B 点产生只有上半周，周期为π 的正弦波，经过运放与一接近于零的电压进行比较，在C 点产生过零时刻的脉冲，如图3 所示。

2.2 晶闸管过零触发电路

晶闸管过零触发电路将电压过零检测电路生成的过零脉冲作为触发信号的基准。当控制器需要投入某一组或几组晶闸管时，会由采集卡发出对应的高电平信号，此高电平信号和C 点信号作“与”,在D 点产生过零投切信号。由NE55 时基电路产生频率5 kHz 的脉冲，与过零投切信号作“与”,形成脉冲序列。该序列经过三极管的功率放大作用后，通过脉冲变压器PM输出双向反并联晶闸管组的驱动信号。

将第二个电压过零点的信号时间放大，可以得到图4 中各点电压波形，如图5 所示。

晶闸管触发导通的条件为：电容投切信号为高电平且电容器两端的电压过零。当电容器投切信号变为低电平时，电容C 通过R1、R2 快速放电，电压变为0 V,E 点的高频脉冲消失，晶闸管在电流过零时自然关断。

3 TCR 触发电路

本设计采用德国西门子公司的TCA785 芯片作为触发电路，该芯片由模拟电压的大小控制晶闸管的触发角。在控制器中预先存储连续调节时电感量( 存在微小级差) 所对应的触发角，由采集卡给出相对应触发角度的模拟电压值。芯片输出的触发脉冲到脉冲变压器，经过三极管和脉冲变压器的放大隔离作用，实现对晶闸管的触发控制。图6 为控制电路图。

4 结语

本文提出了基于TSC/TCR 式消弧线圈的晶闸管控制电路的设计方案。方案中着重分析了TSC 电路的过零投切过程及TCR 电路对晶闸管触发角度的控制电路设计方法，实现了对消弧线圈补偿电流的调整，从而验证了该方案的可行性