Причины, вызывающие аварийные режимы в СЭУ, весьма разнообразны и зависят как от условий и режимов работы СПП (СГМ) в них [6], так и от нарушений (отказов) работы СПП (СГМ), систем управления и регулирования, системы охлаждения (СОХ), защитных RC-цепочек (снабберов) СПП, воздействия сетевых перенапряжений и др. Для ТПЧ с АИР наиболее характерны так называемые «сквозные» и «частичные» срывы инвертирования, основными причинами которых являются: снижение схемного времени восстановления тиристоров tbbc ниже допустимого значения; повышенное значение dua/dt — крутизны нарастания прямого напряжения на тиристорах из-за обрыва или КЗ элементов снабберов; значительно реже из-за нарушения работы систем управления [6]. «Сквозные» срывы инвертирования представляют собой КЗ источника постоянного тока (выпрямителя) через тиристоры АИР, а «частичные» — нарушение работы отдельных, последовательно включенных тиристоров, что ведет к значительному снижению надежности дальнейшей работы ТПЧ. «Частичные» срывы характерны для высоковольтных АИР с последовательно включенными тиристорами и приводят, если не принять мер, к развитию сквозного срыва. Характерным также для ТПЧ с АИР для индукционных установок является КЗ элементов цепи нагрузки (индуктора, шин, конденсаторов и др.) на «землю», что непосредственно приводит к аварийному режиму выпрямителя, а также к нарушению работы и даже аварии в АИР. Многолетний опыт промышленной эксплуатации ТПЧ с АИР для индукционных установок показывает, что отмеченные выше аварийные режимы (отказы) составляют до 75-80% от всех отказов. В этой связи быстрое обнаружение и ликвидация аварийного режима без потери работоспособности ТПЧ с АИР (СЭУ) — главная задача системы защиты (СЗ). При этом для оценки перегрузочной способности СПП по току существуют четыре способа: рабочие перегрузочные характеристики (параметры), аварийные перегрузочные характеристики (параметры), ударный ток и параметр ∫i²dt. Эти характеристики и параметры приводятся в справочниках, каталогах и используются при построении СЗ СЭУ [45]. Возможны и другие неисправности ТПЧ с АИР, однако в большинстве случаев важным является своевременное обнаружение и предотвращение их последствий.
С учетом главных задач, основные требования к СЗ ТПЧ с АИР (СЭУ) могут быть сформулированы следующим образом:
· максимально быстрое и надежное (достоверное) определение отказов (аварийных режимов) в самом начале их возникновения и установление их вида;
· контроль и своевременное обнаружение отклонения от допустимых значений тех параметров ТПЧ с АИР, которые могут приводить к отказам;
· максимально быстрое отключение, при отказах в АИР, источника постоянного тока ТПЧ (СЭУ) с ограничением амплитуды и длительности протекания его выходного тока, определяемыми допустимой рабочей или аварийной перегрузочной способностью и используемых СПП (СГМ);
· эффективное ограничение аварийных токов через СПП (СГМ) АИР по амплитуде и длительности значениями, определяемыми допустимой рабочей или аварийной перегрузочной способностью их;
· применение резервного отключающего устройства первичной сети с учетом селективности отключения и параметров аварийной перегрузочной способности СПП (СГМ) СЭУ;
· выполнение предпускового контроля СЗ и запись во флеш-память (ФП) основных параметров контроля работы СЗ, по переднему фронту сигналов соответствующих датчиков отказа и до ликвидации аварийного режима, с временной привязкой и в реальном масштабе времени;
· возможность повторного включения (автоматического или ручного) ТПЧ с АИР (СЭУ) с минимально возможной временной задержкой — при условии успешной ликвидации аварийного процесса.
На рис. 1 приведена обобщенная структурная схема СЗ ТПЧ с АИР, которая состоит из следующих блоков и устройств: блок датчиков (БДТ), куда поступают сигналы со всех первичных датчиков (ДТ1öДТп) контроля параметров рабочего и аварийного состояний блоков ТПЧ, системы охлаждения (СОХ), управляемого объекта (УО) с эквивалентной нагрузкой Rro и резервного автоматического выключателя (АВ); измерительно-вычислительного устройства (ИВУ) или комплекса (ИВК); блока управления и защиты (БУЗ); быстродействующего конденсаторного выключателя (КВК); блока предпускового и текущего контроля (БКП) СЗ и ТПЧ с АИР; устройства отображения информации (УОИ); флеш-памяти (ФП).