СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ОТ РАЗВИВАЮЩИХСЯ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ Российский патент 2003 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к защите сильноточных статических преобразователей с параллельными ветвями, состоящими из тиристоров с последовательно включенными предохранителями.

Известны способы, в которых для защиты тиристорных преобразователей от коротких замыканий, вызванных пробоем тиристоров, применяется защита блокированием управляющих импульсов, защита переводом выпрямителя в инверторный режим, защита принудительным прерыванием тока с помощью коммутирующего конденсатора, защита с использованием короткозамыкателей [1,2].

Недостатком этих способов защиты является то, что они не в состоянии предотвратить развитие аварии в случае отказа быстродействующего предохранителя отключить дугу тока короткого замыкания. Это обычно приводит к разрушению предохранителя с выбросом ионизированных газов и, как следствие, к перекрытию изоляции и возникновению новых коротких замыканий, т.е. развитию аварии.

Наиболее близким по техническим средствам и достигаемым результатам к изобретению является способ защиты преобразователя, заключающийся в блокировании управляющих импульсов при возникновении короткого замыкания внутри преобразователя и последующем восстановлении импульсов управления после самоустранения короткого замыкания [3].

Недостатком этого способа защиты является задержка в снижении тока в ветви с пробитым тиристором, что в случае отказа предохранителя этой ветви отключить ток короткого замыкания приводит к разрушению последнего, так как обычно разрушение предохранителя происходит за время, существенно меньшее времени отключения тока короткого замыкания, снятием импульсов управления тиристорами. В результате авария развивается.

Цель изобретения - предотвратить развитие аварии путем более быстрого отключения тока короткого замыкания.

Указанная техническая задача решается тем, что в известном способе защиты тиристорного преобразователя от развивающихся коротких замыканий, заключающемся в снятии импульсов управления тиристорами, закорачивании выхода преобразователя, ограничении тока короткого замыкания, подаче импульсов управления на тиристоры, согласно изобретению снятие импульсов управления тиристорами производят в момент завершения следующей после возникновения короткого замыкания коммутации тиристоров.

Блокирование управляющих импульсов в момент завершения в преобразователе следующей после возникновения короткого замыкания коммутации тиристоров позволяет шунтировать поврежденную ветвь преобразователя путем шунтирования его выходных зажимов за счет того, что в этот момент времени "здоровые" тиристоры поврежденной фазы находятся в открытом состоянии. Это позволяет шунтировать любую поврежденную ветвь преобразователя закорачиванием его выходных зажимов.

Для осуществления указанного способа предлагается устройство защиты тиристорного преобразователя от развивающихся коротких замыканий, содержащее тиристорный короткозамыкатель, включенный параллельно нагрузке преобразователя, датчики токов фаз, логическую часть, в котором согласно изобретению последовательно с тиристорным короткозамыкателем включен предохранитель, а к каждому датчику тока фазы подключено по компаратору максимального и минимального действия, выходы компараторов максимального действия подключены к входам первого логического элемента типа ИЛИ, а выходы компараторов минимального действия к входам второго логического элемента типа ИЛИ; выходы первого и второго логических элементов подключены к входам логического элемента типа И, выход которого соединен с входами системы управления тиристорами и цепью управления тиристорным короткозамыкателем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дана общая блок-схема устройства, на фиг.2 - его принципиальная электрическая схема, на фиг.3 - временные диаграммы токов преобразователя и логических сигналов защиты.

Устройство защиты от развивающихся коротких замыканий тиристорного преобразователя 1, подключенного к источнику переменного тока 2 и нагрузке 3 (фиг. 1), содержит датчики токов фаз 4, к выходам которых подключены схемы выявления тока короткого замыкания 5 и определения завершения коммутации тиристоров 6, выходы которых подключаются к входам логического элемента 7 типа И, а выход с логического элемента 7 соединен с входами системы управления тиристорами 8 и цепью управления тиристорным короткозамыкателем 9, последовательно с которым включен элемент ограничения тока 10, цепочка из элементов 9 и 10 подключена параллельно выходным зажимам преобразователя. Схема выявления тока короткого замыкания содержит компараторы максимального действия K1, K2, К3, входы которых соединены с датчиками токов фаз, а выходы - с входами логического элемента ЛЭ1 типа ИЛИ; схема определения завершения коммутации тиристоров содержит компараторы минимального действия К4, К5, К6, входы которых соединены с датчиками токов фаз, а выходы - с входами логического элемента ЛЭ2 типа ИЛИ (фиг.2).

Способ защиты тиристорного преобразователя от развивающихся коротких замыканий осуществляют следующим образом.

В нормальном режиме работы преобразователя мгновенные значения токов фаз не превышают величины тока в нагрузке и сигнал на выходе схемы 5 (фиг.1) отсутствует. Это обеспечивает закрытое состояние элемента 7 при любом значении сигнала на выходе схемы 6. Выходные зажимы преобразователя остаются не закорочены и сигнал о снятии импульсов управления, поступающий в систему управления тиристорами 8, отсутствует.

При пробое тиристора в преобразователе 2 возникает двухфазное короткое замыкание, приводящее к появлению сигнала на выходе блока 5. В момент завершения очередной коммутации тиристоров появляется сигнал и на выходе блока 6. Одновременное наличие сигналов на выходах блоков 5 и 6 приводит к срабатыванию логического элемента 7. Выходной сигнал элемента 7 подается на систему управления тиристорами 8 для снятия импульсов управления и на управляемый ключ 9 для закорачивания выхода преобразователя. Ток короткого замыкания переходит из контура, содержащего пробитый тиристор, в контур, содержащий предохранитель 10, что предотвращает разрушение предохранителя, защищающего пробитый тиристор, в случае отказа последнего. Предохранитель 10 устраняет короткое замыкание в схеме, что приводит к исчезновению сигнала на выходе блока 5. Логический элемент 7 закрывается и система управления тиристорами 8 возобновляет подачу импульсов управления. Восстанавливается нормальный режим работы преобразователя.

Устройство защиты, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

Сигналы с датчиков токов фаз А, В и С подаются на входы компараторов K1, K2, К3 максимального действия (фиг.2), на выходе которых формируется сигнал о наличии тока короткого замыкания в одной из фаз преобразователя, и на входы компараторов К4, К5, К6 минимального действия, на выходе которых формируется сигнал о отсутствии тока в одной из фаз преобразователя. Выходные сигналы компараторов K1, K2, К3 подаются на входы логического элемента ЛЭ1 типа ИЛИ, выходной сигнал которого имеет уровень логической "1" при наличии короткого замыкания в преобразователе. Выходные сигналы компараторов К4, К5, К6 подаются на входы логического элемента ЛЭ2 типа ИЛИ, выходной сигнал которого имеет уровень логической "1" при отсутствии тока в одной из фаз, что соответствует завершению коммутации тиристоров преобразователя. Выходные сигналы логических элементов ЛЭ1 и ЛЭ2 подаются на входы логического элемента ЛЭ3 типа И. Таким образом, при наличии сигналов на выходах ЛЭ1 и ЛЭ2 на выходе элемента ЛЭ3 устанавливается сигнал высокого уровня, запрещающий подачу импульсов управления тиристорами с СУТ и открывающий тиристорный короткозамыкатель ТКЗ для шунтирования выхода преобразователя. Ток короткого замыкания ограничивается предохранителем П, последовательно включенным с тиристорным короткозамыкателем ТКЗ. Отключение тока короткого замыкания приводит к изменению сигнала на выходе элемента ЛЭ1 с уровня логической "1" на уровень логического "0", что запирает элемент ЛЭ3. Отсутствие сигнала на выходе ЛЭ3 снимает запрет на подачу импульсов управления СУТ. Восстанавливается нормальный режим работы преобразователя.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы, поясняющие работу схемы для случая пробоя тиристора Т2. Здесь представлены диаграммы токов фаз преобразователя I_А, I_В, I_С, тока в тиристорном короткозамыкателе I_ТКЗ, сигналов на выходах компараторов К1, К2, К3, К4, К5 и К6, сигналов на выходах логических элементов ЛЭ1, ЛЭ2 и ЛЭ3.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство защиты позволяют предотвратить развитие аварии и сохранить нормальный режим работы тиристорного преобразователя, а следовательно, недопустить его разрушения и аварийного отключения нагрузки. Например, при использовании данного способа защиты в силовых тиристорных преобразователях систем возбуждения синхронных генераторов защита позволяет недопустить разрушение преобразователя и избежать ущерба, вызванного аварийным отключением генератора.

Источники информации
1. Полупроводниковые выпрямители. /Беркович Е.И., Ковалев В.Н., Ковалев Ф.И. и др. М.: Энергия, 1978.

2. Авторское свидетельство 1363365 (СССР). Синхронная электрическая машина. /М. Е. Гольдштейн, А.Ф. Гаген, P.P. Гайнуллин и др. //Бюл. изобр. - 1987.- 48.

3. Глух Е.М., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей. М. : Энергоиздат, 1982.

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к защите сильноточных статических преобразователей с параллельными ветвями, состоящими из тиристоров с последовательно включенными предохранителями. Технический результат заключается в предотвращении развития аварии за счет более быстрого отключения тока короткого замыкания. Это достигается выполнением последовательности операций, заключающейся в блокировании управляющих импульсов в момент завершения в преобразователе следующей после возникновения короткого замыкания коммутации тиристоров, с последующими закорачиванием выхода преобразователя, ограничением тока короткого замыкания и повторной подачей импульсов управления. В устройстве, реализующем предложенный алгоритм, в качестве элемента ограничения тока используется дополнительный предохранитель, а закорачивание выхода преобразователя осуществляется с помощью тиристорного короткозамыкателя. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ защиты тиристорного преобразователя от развивающихся коротких замыканий, заключающийся в снятии импульсов управления тиристорами, закорачивании выхода преобразователя, ограничении тока короткого замыкания, подаче импульсов управления на тиристоры, отличающийся тем, что снятие импульсов управления тиристорами производят в момент завершения следующей после возникновения короткого замыкания коммутации тиристоров. 2. Устройство защиты тиристорного преобразователя от развивающихся коротких замыканий, содержащее тиристорный короткозамыкатель, включенный параллельно нагрузке преобразователя, датчики токов фаз, отличающееся тем, что последовательно с короткозамыкателем включен предохранитель, а к каждому датчику тока фазы подключено по компаратору максимального и минимального действия, выходы компараторов максимального действия подключены к входам первого логического элемента типа ИЛИ, а выходы компараторов минимального действия к входам второго логического элемента типа ИЛИ, выходы первого и второго логических элементов подключены к входам логического элемента типа И, выход которого соединен с входами системы управления тиристорами и цепью управления тиристорным короткозамыкателем.