Способ определения фазы для шунтирования преобразовательного моста и устройство для осуществления способа

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Н 02 М 1/О ОПИСАН ЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ ТОРСКОМУ СВИ(71) Научно-исследовательский инсти тут постоянного тока(56) Авторское свидетельство СССР ;Р 313502, кл. Н 02 Н 7/10, 1970,Аллилуев А.А., Шаров Е.Т. и Шинкаренко Г.В, Импульсная защита ,преобразовательного моста от нарушений коммутаций вентилей. Извести ВУЗов Электромеханика, В 2, 1976, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗЫ ДЛЯ ШУНТИРОВАНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО МОСТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА ащиты мост овоб нимальных ах вентиль олько двухают ки, выби ниям ука шунтиров очеталяют одну из них. поцс фаэ и осущес моста по венти ям эт ы. л вен-. дат- ле(57) 1, Способ определения фазы дляшунтирования преобразовательного моста по вентилям этой фазы при не сопровождающихся сверхтоками нарушенияхкоммутаций вентилей, заключающийсяв том, что Фиксируют наличие минимальных Фазных токов вентильной об - .мотки трансформатора, сравнивают выпрямленные токи датчиков фазных токовэтой обмотки с током датчика выпрямленного тока моста, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежности защиты моста при нарушениях коммутации вентилей, выявляютмомент снижения величины мгновенногозначения разности укаэанных сравниваемых токов ниже заданной уставки, фиксируют по нему момент окончания очередного нарушения коммутации, отсчитывают от указанного момента заданныйпромежуток времени, в течение которого Фиксируют одновременное наличиевыходного сигнала коммутационной ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что для моста, работающего в инверторном режиме, шунтирование осуществляют по вентилям опере" жающей фазы, для моста, работающего в выпрямительном режиме, по венти ям любой из двух укаэанных фазФ3. Устройство для осуществления определения Фазы для шунтирования к преобразовательного моста по п.1, содержащее датчики фазных токов тильных обмоток трансформатора и чик выпрямленного тока моста, э мент сравнения, подключенный к указанным датчикам тока, релейные элементы фаэных токов и релейный элемент сравнения, подключенные соответственно к выходам датчиков .Фаэных токов и элемента сравнения, блок защиты, о т л и ч а ю ще е с я тем, что оно снабжено элементом запрета, элементами совпадения, па мяти и формирователем временных интервалов, причем к выходам каждого из релейных элементов фазных токов присоединен один из входов элемента запрета и входы двух из трех элементов совпадения, другие входы которых соединены соответственно с выходом элемента запрета, выходом блока защиты и выходом формирователя времен. ных интервалов, вход которого соединен с выходом релейного элемента,включенного на выходе элемента сравнения, а выходы элемен 688074тов совпадения соединены с элементами памяти/ Изобретение относитсяк электротехнике, а именно к способам защиты при 1нарушениях коммутации вентилей йре - 1 Ообразовательных мостов с полупроводниковьщи вентилями, используемыми также в качестве шунтирующих. Способраспространяется как на периодические, так и на апериодические (нерегулярные) нарушения, сопровождающиесячередованиями интервалов нормальныхкоммутаций и прямого горения вентилейодной фазы,Известен способ выявления одногоили нескольких вентилей, в которыхпроизошел пропуск зажигания или прямой пробой, основанный на выявлениикомбинаций из ряда признаков, указывающих на вид повреждения определенного вентиля,Согласно этому способу фиксируютпревышение фазными токами определенного направления выпрямленным токоммоста заданных уставок, фиксируютдлительность и последовательностьпротекания токов в фазах, после чеговыявляют комбинации совпадения всех. сигналов во времени. Например, дляопределения вентиля, на котором, произошел пропуск включения, запомнен 35ную комбинацию фазных токов определенного направления (с учетом того,что один из этих токов .протекал длительно " более 160 ф эл. в момент,.преднествующий режиму прямого горения вентилей одной фазы) сопоставляют с комбинацией, соответствующейопределенной последовательности протекания фазных токов, возникающих 45.при втягивании преобразовательногомоста иэ укаэанного режима. Известный способ обпадает рядом недостатков, основным из которых являетсясложность, обусловленная необходимостьконтроля весьма большого числа призна-,ков. Кроме того, использование фактаувеличения длительности полуволны фазового тока может приводить к неправильному определению фазы для шунтнро вания моста, так как такое увеличениеможет иметь место не только при нарушении коммутации в поврежденном мосте,но и на неповрежденных мостах, например, при работе регулятора тока выпрямителя во время нарушения коммутации на инверторе.(Наиболее, близким по технической сущности к данному изобретению является способ определения фазы с поврежденным вентилем, использующий в качестве признака повреждения одновременность снижения или возрастания (нли того и другого) разнополярных . токов в двух фазах вентильной обмотки, что имеет место соответственно в начале и конце интервала прямого горения вентилей при нарушении коммутации.Указанный известный способ выполнения защиты преобразовательного моста от нарушений коммутации основан на принципе импульсного контроля (реагирующие органы - датчики коммутаций вырабатывают импульсы, пропорциональные производным токов) попарных комбинаций разнополярных фазных токов преобразователя. В случае совпадения импульсов в любой из комбинаций подается сигнал на срабатывание защиты и фиксируется фаза, в которой имеет место нарушение коммутации.Указанный способ осуществляется устройством, содержащим датчики фазных токов вентильных обмоток трансфор- матора и датчик выпрямленного тока, моста, элемент сравнения, подключенный к датчикам фазных токов, релей ные элементы фазных токов и релейный элемент сравнения, подключенные соот" ветственно к выходам датчиков фаэных токов и элемента сравнения.Известный способ имеет ряд принципиальных недостатков. Одним из них является использование производных. фазных токов с учетом знака изменения токов, что может явиться источником ложной работы устройства, выполненного по данному способу, в нормальных режимах передачи постоянного тока, так как фронты фазных тонов вентильной обмотки как в моменты включения,В так и в особенности при погасанни коммутирующих вентилей, искажены за счет наложения на них колебательных составляющих токов, Указанные сос56 тавляющие токов возникают как за счет, наличия в схеме реального преобразователя многочисленных, демпфирующих К-С цепей, так и за счет собственных емкостей высоко(вольтного оборудования. По этойпричине на интервале коммутации величины и знаки производных токов двух нормально коммутирующих фаз могут явиться источниками неправильной информации для защиты. Кроме того, одновременно колебания тока в двух фазах вентильной обмотки возможны не только в режимах с нарушениями комму таций но и в других аварийных режимах, например, при перекрытиях в режимах с большими углами регулирования, сопровождающихся периодическими сверхтоками в виде импульсов в двух фазах вентильной обмотки, Подобные же изменения в токах вентильной обмотки возникают при наложении на ток передачи, а следовательно и на фазные токи, коле бательных составляющих тока, вызванных нарушениями в соседних мостах или на преобразовательной подстанции.Известный способ фиксации поврежденной фазы недостаточно совершенен также в случаях нарушений коммутаций вентилей, потому что он справедлив только для вполне определенного режима (выпрямительного или инверторного) и не учитывает того, что при действии регуляторов и устройств перевода выпрямителя в инверторный режим (ПИР), а также при реверсе, режимы работы преобразователей могут меняться в широких пределах и характер сочетаний им пульсных сигналов в конце интервала прямого горения вентилей меняется в зависимости от режима.Указанные выше недостатки известного способа могут приводить либо к неоправданному отключению нормально работающего моста (при ложной работе либо к усугублению аварий за счет приложения к вентилям дополнительных сверхтоковых воздействий, на которые они не рассчитаны (в случае неправильного определения поврежденной фазы при перекрытиях со сверхтоками) либо к неправильному определению поврежденной фазы и следовательно фазы шунтирования моста по рабочим, вентилям при нарушении коммутации, в 88074 брезультате чего вентили моста будутподвергнуты сверхтоковым воздействиям при включении шунтирующего ап 5парата, выводящего мост из работы.Результатом этого может быть. либонедоотпуск электроэнергии, либо выход оборудования моста из строя сдлительным простоем моста из-за необ 10 ходимости его восстановительного ремонта,Цель изобретения - повышение надежности защиты моста при нарушенияхкоммутации вентилей,Поставленная цель достигается тем,что в известном способе определенияфазы для шунтирования преобразовательного моста по вентилям этой фазыйри несопровождающихся сверхтоками на 20 рушениях коммутаций вентилей, выявляют момент снижения величины мгновен -ного значения разности указанных сравниваемых токов ниже заданной уставки, фиксируют по нему момент оконча 25 ния очередного нарушения коммутации,отсчитывают от ук-.ванного момента заданный промежуток времени, в течениекоторого фиксируют одновременное наличие выходного сигнала коммутацион 30 ной защиты моста и минимальных токов только в двух фазах вентильнойобмотки, выбирают одну из них по сочетаниям указанных фаз и осуществляют шунтирование моста по вентилямэтой фазы, кроме того, для мста,работающего в инверторном режиме,.шунтирование осуществляют по вентилям опережающей фазы, а для моста,работающего в выпрямительном режиме,40 по вентилям любой из двух указанныхфаз. Устройство для осуществления данного способа, содержащее датчик фазных токов вентильных обмоток трансформатора и датчик выпрямленного то 45 ка моста, элемент сравнения,подключенный к указанным датчикам тока,релейные элементы фазных токов и релейный элемент сравнения, подключен")з ные соответственно к выходам датчи 50 ков фазных токов и элемента сравнения, блок защиты, снабжено элементом запрета, элементами совпадения,элементами памяти и формирователемвременных интервалов, причем к выхо 55 дам каждого из Релейных элементовфазных токов присоединен один извходов элемента запрета и входы двухиз трех элементов совпадения, другиевходы которых соединены соответствен.но с выходом элемента запрета, выходом блока защиты и выходом формирователя временных интервалов, вход которого соединен с выходом релейного элемента, включенного5 на выходе элемента сравнения, а выходы элементов совпадения соединены с элементами памяти.На фиг.1 а и 2 а изображены диаграммы токов в Фазах вентильной обмотки трансформатора при работе преобразователя соответственно в инверторном и выпрямительном режимах при пропуске зажигания вентиля + В; на 15 Фиг.1 б и 2 б изображены диаграммы работы элементов устройства, выполненного по данному способу, соответственно в инверторном и выпрями- тельном режимах при пропуске включе ния вентиля + В; на фиг. 3 - схема устройства, реализующего способ определения фазы при нарушениях коммутаций для шунтирования преобразовательного моста с полупровод никовыми тиристорными вентилями по рабочим вентилям.Рассматривается процесс работы при пропуске включения вентиля + В преобразовательного моста, работающегов инверторном режиме, перед действием защиты от нарушения коммутаций (фиг.1 а). В моментподается им. пульс на включение вентиля -А неповрежденной половины моста, после чего мост входит в режим прямого горения вентилей фазы А, в момент й после подачи импульса на включениевентиля -В, мост выходит из этого режима н в фазах А и В появляются токи +А и -В (АВ),а в момент С режим прямого горения заканчивается и фазные токи вновь становятся равными выпрямленному токн. После этогоуказанное сочетание токов будет существовать в инверторном режиме в течение промежутка времени120 эл. град, Для однозначного определения поврежденной Фазы, а следо" вательно, для правильного, выбора вен тилей одной фазы для шунтирования мос-, та, фиксируют определенное сочетание Фаэных токов именно в ртом интервале, после выхода моста из режима прямого горения вентилей одной фазы. В моментснимают управляющие импульсы и подают импульсы на вентили фазы А, так как это приводит к наиболее быстрому шунтированию моста. В момент й заканчивается коммутация свентиля -В на вентиль -А и мост оказывается в однофаэном режиме. Рассматривается процесс работы в выпрямительном режиме (фиг.2 а), В моментмост входит в режим прямого горения вентилей фазы А а в моментвыходит из этого режима и в фазах Си А появляются токи +С и -А (СА),Такое сочетание фаэных токов будетсуществовать в выпрямительном режимепосле выравнивания фаэных и выпрямленного токов в течение 60 эл.град.Таким образом, для правильного определения вентилей одной фазы, предназначенных для шунтирования моста,для выпрямителя и инвертора необходимо фиксировать сочетания фазных токов, по которым мост выходит из режима прямого горения вентилей однойФазы по наименьшему интервалу времени, т.еинтервалу, определяемомупроцессом на выпрямителе. В моментснимают управляющие импульсы иподают импульсы для шунтирования мос"та по вентилям Фазы А. В моментФзаканчивается коммутация с вентиля.зашунтированным по вентилям Фазы А.,На выпрямителе во всем диапазонеугла регулирования условия коммутации таковы, что подача импульсовдля шунтирования моста и по вентилямФазы С приведет к аналогичному результату,Устройство (фиг.3) для осуществления способа определения фазы дпяшунтирования преобразовательного моста 1, работающего в реверсивном илитолько инверторном режиме, по рабочимвентилям одной Фазы при нарушенияхкоммутации содержит датчики 2 фазныхтоков вентильной обмотки трансформато.ра 3 и: датчик 4 выпрямленного токамоста элемент сравнения токов 5 указанных датчиков, релейные элементыФазных токов 6 с минимальной уставкой в цепях датчиков 2 и релейныйэлемент 7 на выходе элемента сравнения 5, реагирующий на превышениевыпрямленным током фазных токов.Калдый из выходов элементов фазныхтоков 6 присоединен к входам двухиз трех элементов совпадения 8 - 10таким образом, чтобы получить все сочетание двух фазных токов (т,е.АВ.ВС,СА)К другим входам указанныхэлементов совпадения подсоединены вы1 О 074 9 688 ход блока 11 защиты от нарушений коммутаций и выход элемента запрета 12 при наличии токов во всех трех фазах (например, при коммутациях в преобразователе), выход формирователя временных интервалов 13, вход которого подсоединен к выходу релейного элемента 7.Выходы элементов совпадения присоединены к входам элементов памяти 14 - 16, формирующих выходные сигналы на шунтирование преобразовательного моста по рабочим вентилям выбранной фазы с одновременным снятием рабочих импульсов вентилей. Для устройства на фиг.3 предназначенного для работы преобразовательного моста в реверсивном или только в инверторном режиме, указанные элементы памяти формируют сигнал на включение вентилей опережающей Фазы из зафикси:- рованного сочетания фазных токов. Для устройства, предназначенного для работы преобразователя в выпрямительном режиме, элементы памяти могут формировать сигналы на включение вентилей любой из двух зафиксированных фаэ. Работу устройства при нарушениях , коммутации в инверторном режиме поясняет диаграмма выходных сигналов элементов устройства (фиг.1 б). При нропуске включения вентиля +В имеем чередования режимов прямого горения вентилей фазы А и наличие различных по длительности токов в фазах при незначительном увеличении выпрями ленного токамоста.При входемоста врежим прямого горения вентилей одной фазы на выходе элемента сравнения 5 появляется сигнал небаланса выпрям- . ленного тока моста и выпрямленных фазных токов, и при превышении этим сигналом некоторой уставки срабатывает элемент 7. По окончании укаэанного режима одновременно в двух фазах веитильной обмотки трансформатрра появляются токи (датчик 2). при достижении которыми некоторой минимальной уставки на выходе элемента б появляются сигналы, соответствующие полуволнам токов определенных фаз (например, фаз А и В), исчезает сигнал небаланса (вых. 5), происходит возврат элемента 7 и одновременно навыходе Формирователя 13 появляетсякратковременный сигнал длитепьностью 51-2 мс, разрешающий работы элементовсовпадения каждый раз после выравнивания токов датчиков 2 и 4 на выходемоста из режима прямого горения вентилей одной фазы. К этому моменту должен сработать блок 11 защиты от нарушения коммутации, время выцержкикоторого определяется некоторой величиной с , и при условии отсутствия токов во всех трех фазах вентильной обмотки (вых.12) собираетсяодин элементов совпадения. Выходнымсигналом элемента совпадения 8 запускается элемент памяти 14, в результате чего выдаются длительныеимпульсы на шунтирование преобразовательного моста по вентилям опережаю-.щей Фазы (например, А) и снимаютсяуправляющие импульсы,Работа устройства в выпрямительном режиме преобразователя (фиг.2 б)протекает аналогично вышеописанномуза исключением того, что втягиваниемоста из режима прямого горения происходит по вентилям других фаз (например, +С и -А), т.е. фиксируетсяиное, по сравнению с инверторным режимом сочетание Фаз, а следовательноработает другой элемент совпадения10 и элемент памяти 16 выдающий сиг)нал на шунтирование моста по вентилямфазы С.Благодаря использованию предпола-,гаемого способа определения Фазы дляшунтирования преобразовательного мос О та беэ шунтирующего вентиля при нарушениях коммутации вентилей, обеспечивается принципиально новая возможность выявления наиболее оптимальной.Фазь, по вентилям которой правильно ибыстро (с наименьшим числом коммутаций) произойдет шунтирование преобразователя, что предотвратит дополнительные сверхтоковые воздействия навентили при включении шунтирующегоаппарата, выводящего мост из работы.Экономический эффект использованияпредполагаемого изобретения заключается в уменьшении объемов, стоимости и сроков ремонта оборудования, атакже в уменьшении недоотпуска элект 55роэнергии иэ-за его простоя.688074 Составитель О.ПарфеноваТехред А,Кравчук Редактор М.Ленина Корректор Л.Пилипенко 3 акаэ 327 Тираж 386 ПодписноеВЯИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101