Особенности защиты и автоматики мощных выпрямительных установок

Выпрямительные установки служат для преобразования трех­фазного тока в постоянный. Наиболее распространенными мощ­ными преобразователями являются полупроводниковые вентили, подключаемые к питающей сети переменного тока через преобра­зовательный трансформатор. Находят также применение и ртут­ные выпрямители. Установка, состоящая из преобразовательного трансформатора, вентилей и устройств собственных нужд, называ­ется выпрямительным агрегатом. К повреждениям выпрямитель­ных агрегатов относятся повреждения трансформатора и короткие замыкания в системе переменного тока, а также короткие замыка­ния на стороне выпрямленного тока, обратные зажигания ртутных вентилей и пробой полупроводниковых вентилей. Ненормальными режимами выпрямительных агрегатов являются их перегрузки и нарушение работы устройств собственных нужд установок: систем охлаждения, вакуумных насосов, устройств зажигания, питания цепей управления.

Устройства защиты. На трансформаторе выпрямительного агре­гата предусматриваются токовая защита без выдержки времени от многофазных коротких замыканий, токовая защита от перегрузки и газовая защита. Ток срабатывания отсечки /_с.з = k _зап/_т.ном, где в большинстве случаев коэффициент запаса k _зап выбирается по условию отстройки от броска тока намагничивания (см. § 13.6). Если при коротком замыкании на стороне низшего напряжения коэффициент чувствительности k_ч < 1,5, то предусматривается вто­рая ступень защиты с выдержкой времени 1с.з = 0,5 с.

Защита от перегрузки трансформатора устанавливается, если нет защиты от перегрузки выпрямительных вентилей. Для ее вы­полнения используют реле РТ-80. Ток срабатывания защиты опре­деляют из условия отстройки от номинального тока преобразовате­ля /_с.з = (k _зап / k _в)/`<sub>ном</sub>; где k <sub>зап</sub> = 1,1; k <sub>в</sub> = 0,8; /`_ном - приведенный к первичному напряжению трансформатора номинальный выпрямленный ток преобразователя. Значение /`<sub>ном</sub> определяют из выражения /`_ном = k₁ I_dном U₂ / U₁, где k₁ = 0,82 ¸ 0,408 - коэффици­ент, зависящий от схемы питания выпрямителей; I_dном - номиналь­ный выпрямленный ток преобразователя; U₂ и U₁ - соответствен­но высшее и низшее напряжения трансформатора.

Характеристику времени действия реле выбирают такой, чтобы обеспечивалась перегрузочная способность выпрямительного агре­гата.

Газовая защита устанавливается на трансформаторах мощ­ностью Р _т > 1000 кВА, а для внутрицеховых преобразовательных подстанций и установок - на трансформаторах мощностью Р _т > 400кВ.А.

Защита от многофазных коротких замыканий, установленная на трансформаторе, является также защитой от обратных зажига­ний ртутно-выпрямительных агрегатов. Если ртутно-выпрямительный агрегат имеет нагрузку со значительной противо-ЭДС или ра­ботает параллельно с другими агрегатами на общую сеть постоян­ного тока, то в цепях катодов устанавливаются быстродействующие автоматы типа ВАБ, срабатывающие при изменении направления катодного тока. Агрегаты с ртутными выпрямителями значительной мощности (на ток /_d > 5000 А при напряжении 600 - 1000В) до­полнительно снабжаются быстродействующими автоматами, уста­новленными в цепях анодов, а агрегаты с выпрямленным напряже­нием 1600В и выше - сеточной защитой. В сеточной защите при­меняется специальное реле типа РАБ-5 с временем срабатывания t_{c. p} = 0,002 c. При возникновении обратного зажигания реле-РАБ-5 снимает с сеток положительные отпирающие импульсы, оставляя на сетках отрицательный запирающий потенциал.

Особенности защиты полупроводниковых выпрямительных аг­регатов определяются тем, что полупроводниковые диоды и тиристоры имеют меньшую перегрузочную способность по сравнению с ртутными вентилями, и тем, что установки комплектуются из большого числа параллельно работающих диодов (тиристоров). При пробое вентилей одной фазы ток к.з. распределяется между параллельно включенными вентилями других фаз.

Если перегрузочная способность диодов такова, что они не вы­держивают ток к. з. до момента отключения выключателя на пер­вичной стороне трансформатора, то или увеличивается количество параллельно работающих диодов, или применяется быстродейст­вующая защита, например плавкими предохранителями F (рис. 15.5), устанавливаемыми последовательно с диодами в каж­дой параллельной цепи. Предохранители, предназначенные для защиты полупроводниковых вентилей, имеют высокое быстродей­ствие (/_пр = 0,003с при I_вс / I_{вс ном} = 5) [93]. При пробое диода одной из параллельных цепей он отключается предохранителем лом цепи и установка продолжает работать с меньшим числом ди­одов. Для контроля перегорания предохранителей предусматрива­ются специальные устройства.

Защита диодов (тиристоров) только предохранителями приво­дит к их массовому перегоранию при замыкании на стороне вы­прямленного тока. Поэтому для защиты мощных агрегатов кроме предохранителей применяют быстродействующие короткозамыкатели QN (рис. 15.5), управляемые от импульсного трансформатора тока или элементов другого типа. При срабатывании короткозамыкателя QN напряжение на диодах падает почти до нуля, а их ток резко уменьшается. Возникший режим короткого замыкания трансформатора уст­раняется токовой защитой А установки, от­ключающей выключатель Q. Применяемый в такой защите короткозамыкатель имеет время срабатывания t_c = 0,0013 ¸ 0,0015 с и допускает прохождение тока до /_к = 70 кА в течение времени отключения выключа­теля.

Устройства автоматики. Для повышения надежности электроснабжения потребите­лей постоянного тока используются устрой­ства АПВ и АВР. На одноагрегатных вы­прямительных установках находит примене­ние общее АПВ всего агрегата или АПВ анодных автоматов. В установках с чис­лом агрегатов более одного вместо агрегат­ных АПВ применяется одно общее устрой­ство АВР.

При питании выпрямительной установки от двух источников (линий напряжением не более 10 кВ или трансформаторов 110/10 кВ) в распределительном устройстве переменного тока применяется двойная или одиночная секционированная система шин, а выпрямительные агрегаты разбиваются на две группы, подключаемые к разным ши­нам. В этом случае можно выполнить уст­ройство АВР, действующее на включение шиносоединительного (или секционного) выключателя при отключении одного из источников переменного тока. Однако эффективность действия этого устройст­ва АВР снижается, если на стороне постоянного тока все агрегаты работают на общую нагрузку. Действительно, при отключении од­ного из источников питания нагрузка выпрямительных агрегатов, питаемых от второго источника, возрастает и они могут быть от­ключены защитой до момента действия АВР. Включение шино­соединительного (секционного) выключателя не приводит к вос­становлению нормального питания, а вызывает лишь отключение второй половины агрегатов. Следовательно, рассматриваемое уст­ройство АВР повышает надежность электроснабжения лишь в слу­чаях, когда агрегаты способны нести аварийную перегрузку в те­чение времени срабатывания устройства АВР.