В ряде важнейших областей техники нельзя обойтись без постоянного тока. Основными потребителями постоянного тока являются электролизные установки для получения алюминия, меди, цинка и других технически чистых металлов
 Скачать 5.29 Mb.
|
 (3.3)Из рассмотрения топологии схем и векторных диаграмм им соответствующих можно вывести общее уравнение для определения перенапряжения на вентильном плече при различном числе пульсаций выпрямленного напряжения. Учитывая, что число вентильных плеч, последовательно обтекаемых током нагрузки в мостовом выпрямителе равно NПS = mq/3, получим  , (3.4)где коэффициент 1,1 учитывает возможные колебания напряжения сети. Таблица 3.2 - Отношения характеристических напряжений нелавинных и лавинных диодов
При расчетах числа последовательно соединенных в плече СПП величину перенапряжения U на плече выпрямителя удобнее выбирать, учитывая характеристики разрядников, а не ряд результирующих значений U = 6, 7, 8, 9, 10 кВ, приведенных в [14]. Ориентировочную величину коэффициента kИВ можно определить, используя табл.3.2, составленную на основании [14]. С учетом приведенного выше материала в mq-пульсных мостовых схемах последовательного типа: при нелавинных СПП  ; (3.5)при лавинных СПП  .(3.6)Число лавинных диодов иногда рассчитывают таким образом, чтобы суммарное напряжение лавинообразования их было не меньше максимально возможной амплитуды внутреннего перенапряжения UK, способного привести к отказу СПП  .(3.7)В этом случае лавинные диоды будут исполнять роль разрядников, ограничивая амплитуду перенапряжения до суммарного напряжения лавинообразования. При этом выделяющаяся в них энергия не должна превышать допустимой энергии лавинообразования. Особенностью кольцевых схем является уменьшение числа вентильных плеч, включенных в цепи протекания тока нагрузки последовательно, что позволяет реализовать снижение потерь мощности в вентильной конструкции. Однако при расчетах числа последовательно соединенных СПП для работы выпрямительного агрегата в условиях больших перенапряжений выявилось то, что такая реализация возможна только при определенных классах СПП. При современной элементной базе силовых полупроводниковых приборов, когда стали доступными для широкого практического применения полупроводниковые диоды с классом выше 30, имеющие высокие технические характеристики по всем основным параметрам, необходимо обратить серьезное внимание на возможности кольцевых схем. Это тем более значимо, что работа трансформаторного оборудования в кольцевых схемах, как показали исследования, эквивалентна работе трансформаторного оборудования соответствующих по пульсности мостовых схем, а это значит, что степень использования мощности трансформаторов остается на таком же высоком уровне, как у классических мостовых трехфазных схем выпрямления.  Рисунок 3.1 - Схема перенапряжений в кольцевом выпрямителе На рисунке 3.1 приведена схема перенапряжений в кольцевом 12-пульсном выпрямителе. В соответствии с этой схемой, а также схемами кольцевых выпрямителей с более высоким числом пульсаций выпрямленных напряжений, выведены общие соотношения для определения числа СПП, последовательно включенных в вентильном плече. Так как в кольцевых схемах многопульсного выпрямления число вентильных плеч последовательно включенных в цепи протекания тока нагрузки  , (3.8)Тогда в mq-пульсных кольцевых схемах: при нелавинных СПП  ;(3.9)при лавинных СПП  . (3.10)При составлении соотношений (3.5, 3.6, 3.9, 3.10) для определения числа s в мостовых и кольцевых выпрямителях, авторы разработки придерживались мнения, что в отличие от формул, подобных формуле (3.2), расчетные соотношения должны учитывать реальную схемотехнику и характеристики выпрямителей, в том числе характеристики полупроводниковых приборов и защитных устройств. В частности для большинства выпрямителей тяговых подстанций, исходя из статистических данных, несложно определить ориентировочную величину выпрямленного напряжения холостого хода Ud0.  .(3.11)Поправка в полученной формуле (3.11) учитывает зависимость уровня напряжения холостого хода от мощности трансформатора и снижение напряжений вследствие принятых при теоретических исследованиях допущениях. Основная часть формулы задает функциональную зависимость напряжения холостого хода от пульсности выпрямителя и от принятых при расчетах параметров индуктивного сопротивления (через uK) токообразующих цепей. Используя формулы (3.5, 3.6, 3.9, 3.10, 3.11) рассчитаем число s для 12-пульсного выпрямителя тяговой подстанции железнодорожного транспорта с трансформатором ТРМП-6300/35ЖУ1 при мостовых и кольцевых схемах выпрямления последовательного типа и общее число СПП, обтекаемых последовательно током нагрузки ns = Ns s. Будем считать, что атмосферные перенапряжения со стороны тяговой сети, достигающие 50 кВ в амплитуде [14], ограничиваются разрядником РВПК-3,3, подключенным к плюсовой шине, до 8,5-9 кВ. Результаты расчетов приведены в таблице 3.3. Из результатов расчета видно, что при классе СПП выше 24 каждое плечо выпрямителей по обоим вариантам построения вентильной конструкции может содержать 3 СПП. Жирными цифрами в таблице отмечены классы СПП, при которых осуществимо снижение потерь мощности в вентильной конструкции при переходе к кольцевой схеме. Наиболее экономичны схемы выпрямления при двух последовательно включенных СПП в плече. Преимущество кольцевой схемы в этом случае достигается при 41-м и выше классах нелавинных диодов, и при классах выше 44 для лавинных диодов. В таблице 3.4 приведены параметры нелавинных и лавинных диодов, выпускаемых отечественной промышленностью, причем полужирным курсивом выделены наименования СПП, при установке которых можно создавать плечи с двумя последовательно включенными диодами. Таблица 3.3 - Данные расчета чисел S и ns при различных классах СПП для последовательных схем выпрямления
Таблица 3.4 - Параметры силовых диодов, рекомендуемых для многопульсных выпрямителей
.3 Тяговая подстанция Сокур с выпрямительными агрегатами Тяговая подстанция - электрическая подстанция, предназначенная в основном для питания транспортных средств на электрической тяге через контактную сеть. От тяговой подстанции получают питание и другие железнодорожные нетяговые потребители, а также некоторые районные нежелезнодорожные потребители. Тяговая подстанция Сокур запущена в эксплуатацию в 1958 году. По подключению к линии первичного напряжения 110 кВ является транзитной, поскольку получает питание по одной линии В-2, в рассечку которой она включена. Схема тяговой подстанции Сокур приведена в приложении В. Открытое распределительное устройство 110кВ На открытом распределительном устройстве 110 кВ смонтировано 2 секции шин, секционирование которых осуществляется секционным выключателем типа МКП-110м и двумя секционными разъединителями РЛНЗ-1-110. На каждом вводе 110кВ установлен выключатель МКП-110м для коммутации цепи под нагрузкой. Для ремонтных работ на ОРУ-110кВ, проводимых персоналом тяговой подстанции, используются также разъединители РЛН-110. Для учета электрической энергии со стороны 110 кВ и для цепей защит на каждой секции шин 110 кВ смонтированы трансформаторы напряжения, типа НАМИ-110, и трансформаторы тока, типа ТГФ-110. Также для учета электрической энергии, проходящей транзитом, на рабочей и ремонтной перемычках ОРУ-110 кВ смонтированы трансформаторы тока ТГФ-110. Для снятия перенапряжений в сети 110кВ на каждой секции шин установлены разрядники, типа РВС-110. Силовые трансформаторы тяговой подстанции Т1,2, типа ТДТНГ-15000, запитаны соответственно с 1 и 2 секций шин 110 кВ. Силовые трансформаторы - трехобмоточные, первичное напряжение - 110кВ, а вторичные - 35 кВ и 6 кВ. Тяговая подстанция Сокур - с изолированной нейтралью, поэтому "0"-й вывод каждого трансформатора заземлен через разрядники. Открытое распределительное устройство 35кВ С силовых трансформаторов Т1,2 питание на систему шин 35 кВ поступает через шинные разъединители, типа РЛНД-35, и через выключатели, типа С-35. Непосредственно с секции шин 35 кВ запитан только один фидер приобских электрических сетей Ф-35-108. Для коммутации данного фидера установлен выключатель, типа С-35, и два разъединителя - шинный и линейный, типа РЛНД-35. Для учета электрической энергии на данном фидере установлены трансформаторы тока, типа STSM-38 100/1. Для цепей защит к системе шин 35 кВ подключен трансформатор напряжения, типа НАМИ-35. А для снятия перенапряжений к каждому вводу 35 кВ и к самой системе шин 35 кВ подключены ограничители перенапряжений, типа ОПН-35. Закрытое распределительное устройство 6,3кВ Пониженное напряжение 6,3 кВ поступает с силовых трансформаторов Т1,2 через вводные выключатели, типа ВБЭ-10/1600, и через разъединители, типа РЛВ-10/2000, на 1 и 2 секцию шин 6,3 кВ. Для снятия перенапряжений на каждой секции шин установлены ограничители перенапряжений, типа ОПН-6. Для цепей защит на каждой секции шин установлены трансформаторы напряжения, типа НТМИ-6. Для питания РУ-СЦБ-6,3 кВ, а также для питания собственных нужд тяговой подстанции к каждой секции шин 6,3 кВ подключены трансформаторы собственных нужд ТСН1,2, типа ТМ-320 6/0,23. Пониженное напряжение 0,23 кВ с ТСН1,2 поступает на панель 0,23 кВ в щиту управления тяговой подстанции. С системы шин 0,23 кВ через предохранители СЦБ питание поступает на трансформатор СЦБ (Сигнализация Централизация Блокировка), типа ТМ-100 0,23/6. Далее, повышенное напряжение 6,3 кВ с трансформатора СЦБ поступает в РУ-СЦБ-6,3 кВ. От РУ-6,3 кВ запитан один фидер приобских электрических сетей - Ф6-6. Питание данного фидера осуществляется также через выключатель, типа ВВТЭ-10/1000, шинный и линейный разъединители. Также имеются два фидера железнодорожных потребителей - Ф1-6 и Ф5-6, запитанные через такие же коммутационные аппараты. Секционирование 1 и 2 секций шин осуществляется выключателем ВС-6, типа ВВТЭ-10/1000, и двумя секционными разъединителями, типа РЛВ-10/1000. Тяговые трансформаторы ТП1,2 запитаны от 1 и 2 секций шин соответственно, через выключатели, типа ВВТЭ-10/1000, и шинные разъединители, типа РЛВ-10/1000. Вторичная обмотка тяговых трансформаторов расщепленная, схема соединения которой - звезда и треугольник. Поскольку линии продольного электроснабжения запитаны напряжением 10 кВ, то ко второй секции шин подключен повышающий трансформатор ТПЭ-10, типа ТМ-1800 6/10, повышающий напряжения с 6 кВ до 10 кВ. От трансформатора ТПЭ-10 запитано РУ-10,5кВ. Закрытое распределительное устройство 10,5кВ От системы шин 10,5 кВ запитаны 3 фидера продольного электроснабжения через выключатели, типа ВБЭМ-10/800, и через разъединители, типа РВ-10/400: Ф1ПЭ - питает перегон Сокур - Иня-Восточная; Ф2ПЭ - питает перегон Сокур - Кошево; Ф3ПЭ - питает перегон Сокур - Жеребцово. Закрытое распределительное устройство СЦБ-6,3кВ С данного РУ, через выключатели, типа ВБЭ-10/1600, и через разъединители, типа РВ-10/400, запитано 3 фидера СЦБ: Ф1СЦБ - питает перегон Сокур - Иня-Восточная; Ф2СЦБ - питает перегон Сокур - Кошево; Ф3СЦБ - питает перегон Сокур - Жеребцово. Закрытое распределительное устройство 3,3кВ Пониженное напряжение с тяговых трансформаторов ТП 1, 2 поступает на выпрямительные агрегаты ПВ1,2 соответственно. Выпрямительные агрегаты, типа ТПЕД-3150, собраны по двенадцатипульсовой мостовой схеме выпрямления. Выпрямительные агрегаты установлены в закрытом распределительном устройстве 3,3 кВ, в здании подстанции. Эти выпрямительные агрегаты и обеспечивают электроэнергией постоянного тока электроподвижной состав. Поскольку главной задачей моего дипломного проекта является модернизация именно выпрямительных агрегатов, рассмотрим их подробнее. Выпрямитель ТПЕД-3150-3,3к-У1 (трехфазный преобразовательный с естественным охлаждением диодный) имеет номинальный ток 3150 А и номинальное напряжение - 3,3кВ и предназначен для размещения на открытой части подстанции. Выпрямитель собирается из таблеточных диодов ДЛ133-500-14 (диод лавинный на 500 А 14-го класса) с охладителями, обеспечивающими прижимное усилие за счет прижимного устройства 10 кН. Выпрямитель состоит из шести шкафов, в каждом из которых размещены 48 диодов с охладителями, а также конденсаторы и резисторы. На крыше каждого шкафа размещаются шесть проходных изоляторов, через которые осуществляется подключение к шинам (плюсовой и минусовой) и вторичным обмоткам преобразовательных трансформаторов. Шкафы обслуживаются с двух сторон. Передние и задние двери снабжены механическими замками, замками электромагнитной блокировки и конечными выключателями, обеспечивающими отключение выпрямителя от высокого напряжения при открывании дверей. С выпрямительных агрегатов напряжение подается на шины 3,3 кВ. Основными шинами РУ-3,3 кВ являются: "+" главная шина 3,3 кВ, "+" запасная шина 3,3 кВ и "-" шина 3,3 кВ. К "+" главной шине подключены 7 быстродействующих выключателей, типа ВАБ-43, осуществляющих питание 7 фидеров 3,3кВ. Ф3-3,3 - является станционным фидером, поскольку он питает станцию Сокур. Ф1,2-3,3 - питают 1 и 2 пути перегона Сокур - Иня-Восточная. Ф4,5-3,3 - питают 1 и 2 пути перегона Сокур - Кошево. Ф6,7-3,3 - питают 1 и 2 пути перегона Сокур - Жеребцово. Также каждый из 7 быстродействующих выключателей может быть запитан через обводной разъединитель с "+" запасной шины 3,3 кВ, для чего обе плюсовые шины объединены быстродействующим выключателем БВЗШ-3,3, типа ВАБ-43. Для проведения ремонтных работ, то есть для создания видимого разрыва цепи, на выходе из здания подстанции на каждом фидере 3,3 кВ установлены мачтовые разъединители, типа РС-3000. Для снятия перенапряжений в сети 3,3 кВ на каждом фидере 3,3 кВ установлен ограничитель перенапряжений, типа ОПН-3,3, а к "+" главной шине 3,3 кВ подключен разрядник, типа РВПК-3,3. Для того чтобы тяговая сеть была замкнутой, тяговый ток с рельса возвращается на "-" шину тяговой подстанции через дроссель-трансорматор и отсасывающий фидер. 3.4 Потери мощности в вентильных конструкциях мостовых и кольцевых выпрямителей Падение напряжения на вентилях пропорционально числу вентилей, последовательно пропускающих ток нагрузки, причем величина падения напряжения на каждом вентиле приблизительно равна пороговому напряжению и практически не зависит от величины тока [30-33]. В этом случае можно записать: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||