Защита тиристорных преобразователей систем возбуждения синхронных генераторов от развивающихся коротких замыканий

• Автор: Андреев, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 179 с. : ил.

Содержание:
1. Алгоритм защиты преобразователей систем возбуждения синхронных
генераторов от развивающихся коротких замыканий
1.1. Развивающиеся короткие замыкания в тиристорных преобразователях систем возбуждения синхронных генераторов
1.2. Анализ работы известных схем защит тиристорных преобразователей при развивающихся внутренних повреждениях
1.3. Обоснование требований к защите тиристорных преобразователей систем возбуждения синхронных генераторов от развивающихся коротких замыканий
1.4. Разработка алгоритма защиты от развивающихся коротких замыканий
1.5. Выводы
2. Электромагнитные процессы в тиристорных преобразователях систем
возбуждения, оснащенных защитой от развивающихся коротких
замыканий
2.1. Тепловой пробой тиристоров в длительных режимах и режиме форсировки генератора
2.2. Пробой тиристоров по напряжению в длительных режимах и
режиме форсировки генератора
2.3. Особенности электромагнитных процессов при тепловых пробоях тиристоров в режиме гашения поля генератора
2.4. Особенности электромагнитных процессов при пробоях тиристоров по напряжению в режиме гашения поля генератора
2.5. Выводы
3. Обоснование параметров исполнительных органов и уставок защиты
3.1. Величина уставки защиты по току
3.2. Выдержка времени срабатывания защиты

3.3. Параметры резервного предохранителя
3.4. Параметры тиристоров короткозамыкателя
3.4.1. Расчетный режим работы тиристоров короткозамыкателя
3.4.2. Тепловой режим короткозамыкателя
3.4.3. Определение количества параллельных тиристоров в короткозамыкателе
3.5. Выводы
4. Реализация защиты
4.1. Основные принципы реализации алгоритма работы защиты
4.2. Защита на полупроводниковых элементах
4.3. Защита на микропроцессорной элементной базе
4.4. Результаты испытаний опытного образца защиты
4.5. Оценка технико-экономического эффекта от внедрения защиты
4.6. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Акт расследования причин отказа тиристорного
преобразователя рабочей системы возбуждения блока №1 ЧТЭЦ-3
Приложение 2. Расчет температуры перегрева полупроводниковой структуры тиристора при прохождении по нему импульса тока
произвольной формы
Приложение 3. Программы расчета параметров исполнительных органов
и уставок защиты
Приложение 4. Акт внедрения

Актуальность работы. Системы возбуждения (СВ) синхронных генераторов (СГ) большой мощности выполнены на базе двухгрупповых схем вентильных преобразователей, одногрупповых (трехфазных мостовых) и каскадных схем [34-36,43,62,89]. Многолетний опыт разработки и эксплуатации таких схем, а также современная элементная база позволили в последние десятилетия в большинстве СВ отказаться от дорогостоящих схем. Наибольшее распространение получил одногрупповой преобразователь, выполненный по трехфазной мостовой схеме [37,43]. В преобразователях СВ применяется параллельное соединение полупроводниковых приборов, вентильных секций и вентильных мостов. Это, с одной стороны, позволяет получить нормируемую величину рабочего тока, а с другой — повышает надежность работы преобразователя [43,45]. При этом отказ одной из параллельных ветвей становится только частичным отказом для системы возбуждения СГ в целом. По этому признаку они могут быть отнесены к сильноточным.
Распространенными причинами отказов сильноточных полупроводниковых преобразователей являются внутренние короткие замыкания (КЗ), вызванные пробоями вентилей и пропусками включения вентилей или групп параллельных вентилей, приводящих к перегреву оставшихся в работе приборов и их пробою, а также внешние КЗ [28,98]. Защита при этих повреждениях направлена на предотвращение развития аварии и создание условий, при которых отказ становится частичным. Между тем, данные по авариям тиристорных СВ синхронных генераторов [10-16,65-73] показывают, что защита во многих случаях недостаточна и развивающиеся повреждения приводят к полному отказу системы и аварийному отключению генератора. Поэтому, особенности схем и режимов систем возбуждения синхронных генераторов определяют необходимость создания специальных защит их преобразователей, позволяющих увеличить надежность генератора.

в которых наблюдаются подобные аварии. Наибольшее количество аварий отмечено в СВ генераторов 200-220 МВт, работающих при предельных параметрах преобразователей.
2) Применение быстродействующих предохранителей для защиты преобразователей систем возбуждения при пробоях тиристоров не обеспечивает требуемого уровня надежности, часто наблюдаются случаи отказа, проявляющиеся в неспособности предохранителя отключить протекающий по нему ток КЗ.
5) Пробои тиристоров, сопровождающиеся отказами предохранителей, приводят к развитию аварии с практически полным разрушением преобразователя и потере возбуждения с аварийным отключением генератора. Такие аварии с развивающимися короткими замыканиями имели место не только в СВ серии СТС, но и на тиристорных преобразователях, применяемых в других отраслях. Принятие в них чисто конструктивных мер не устраняет развитие аварии. Поэтому необходима дополнительная защита тиристорных преобразователей.
6) Анализ электромагнитных процессов при авариях подобного рода в СВ, оснащенных известными защитами и их различными модификациями показал неэффективность этих защит. Необходима разработка новой защиты. Сформулированы требования к такой защите.
7) На основе анализа электромагнитных процессов, происходящих в тиристорных преобразователях СВ при развитии аварии, а также с учетом выявленных недостатков известных способов защиты тиристорных преобразователей, разработан оригинальный способ защиты, удовлетворяющий поставленным требованиям.