Системы защиты

1 Системы защиты от аварийных токов

В тиристорных преобразователях могут возникнуть аварийные режимы, сопровож­дающиеся недопустимыми по значению и длительности токами через тиристоры, на­пример внешние и внутренние к. з.; опроки­дывания инвертора; появление чрезмерных уравнительных токов в реверсивных преоб­разователях с совместным управлением тиристорными группами; отпирание тиристо­ров в неработающей группе (открывание группы на группу) в реверсивных преобра­зователях с раздельным управлением вен­тильными группами.

Внутренние к. з. возникают вследствие потери тиристором запирающих свойств и закорачивания р-п-структуры (пробои ти­ристора).

Причинами пробоя тиристора могут явиться: высокая скорость нарастания тока (больше 20—200 А/мкс), нарушение меха­нической целости р-п-структуры при чрез­мерном токе, усталостное разрушение ее при цикличной токовой нагрузке преобразо­вателя.

Опрокидывание инвертора является следствием нарушения правильной коммута­ции тока с одного вентиля на другой. В преобразователях, имеющих трехфазную мостовую схему, могут произойти однофаз­ные и двухфазные опрокидывания инверто­ра. В первом случае аварийный ток проте­кает через два тиристора, соединенных с одной фазой трансформатора, который при этом находится в режиме холостого хода. Во втором случае ток протекает через два тиристора и две фазы трансформатора. В те полупериоды переменного напряжения, когда линейное напряжение трансформато­ра действует согласно с напряжением ис­точника постоянного тока, происходит бы­строе нарастание аварийного тока.

Опрокидывания инверторов возникают вследствие пропуска отпирания очередного тиристора (в трехфазной мостовой схеме это приводит к двухфазному и затем к од­нофазному опрокидыванию), снижения на­пряжения сети переменного тока, что при­водит к увеличению тока инвертора и угла коммутации, который может стать больше угла опережения инвертора.

Причиной опрокидывания инвертора мо­жет быть скачок управляющего напряже­ния на входе системы фазового управления в сторону увеличения угла опережения, а также отпирание тиристора под действием импульсов помех на управляющем элек­троде, перенапряжений или высокой скоро­сти нарастания напряжения на тиристоре в прямом направлении.

Чрезмерные токи в контуре уравнитель­ных токов возникают в реверсивных вен­тильных преобразователях с совместным уп­равлением вследствие нарушения соотноше­ния (а₁+a₂) больше или равно 180°, что приводит к появлению постоянной составляющей в уравнительном

токе, насыщению уравнительных реакторов и быстрому нарастанию уравнительного то­ка до аварийного.

Отпирание тиристоров в неработающей группе (открывание группы на группу) в реверсивных преобразователях с раздель­ным управлением вентильными группами происходит при подаче на них управляющих импульсов вследствие неисправностей в си­стеме раздельного управления или кратко­временного исчезновения и восстановления напряжения собственных нужд.

2 Требования к защите и защитные аппараты, применяемые в тиристорных преобразователях

Защита преобразователей должна действовать при внешних и внутренних к.з., при возникновении аварийных токов между тиристорными группами и при опрокидываниях инвертора. При внешних к. з. и опрокидываниях инвертора защита должна отключить преобразователь со сто­роны постоянного тока.

Кроме того, при внешних к. з. жела­тельна локализация аварийного тока по месту (предотвращение перехода аварий­ного тока на следующие по порядку ком­мутации в схеме вентили) и по времени (ограничение аварийного тока первой полу­волной), что должно обеспечиваться уст­ройством защиты по управляющему элек­троду, которое снимает или сдвигает к гра­нице инверторного режима управляющие импульсы. При опрокидываниях инвертора эта защита неэффективна.

При внутренних к. з. защита должна отключать весь преобразователь или пов­режденный тиристор (защита по управля­ющему электроду при этом должна снять или сдвинуть к границе инверторного режи­ма управляющие импульсы).

При появлении аварийных токов меж­ду тиристорными группами защита должна разомкнуть цепь аварийного тока или от­ключить преобразователь от сети.

Основные требования, предъявляемые к аппаратам и устройствам защиты, заклю­чаются в следующем:

Максимальное быстродействие. С ро­стом продолжительности протекания ава­рийного тока увеличиваются размеры пов­реждений в преобразователе, а при опрокидываниях инвертора возрастает абсолют­ное значение аварийного тока. Малая теп­лоемкость кремниевого элемента и обуслов­ленная ею высокая чувствительность тиристоров к значению и продолжительности протекания аварийных токов определяют высокие требования к быстродействию за­щиты тиристорных преобразователей.

Селективность. Отключение только по­врежденных вентилей без нарушения рабо­ты исправных вентилей и преобразователя в целом. В то же время при срабатывании защиты, отключающей преобразователь в целом, не должна срабатывать защита, от­ключающая вентили.

Чувствительность, т. е. обеспечение сра­батывания защиты при возможно .меньших значениях аварийных токов.