2. Расчёт аварийных режимов управляемого выпрямителя

2.1. Подготовка исходных данных

Исходными данными для расчётов являются паспортные параметры установленного на подстанции основного оборудо­вания и характеристики пинающей сети (прилагаются в зада­нии на курсовую работу). Наиболее тяжёлыми аварийными режимами полупроводникового выпрямителя являются короткое замыкание на шинах выпрямленного напряжения и пробой вен­тилей, что в итоге тоже приводит к короткому замыканию.

При анализе аварийных процессов обычно принимают допущения, которые существенно упрощают расчет и практи­чески не оказывают заметного влияния на точность полу­ченных результатов. В курсовой работе используются следую­щие допущения:

1. При расчётах токов к.з. вентили принимаются идеа­льными и падением напряжения в них пренебрегаем;

2. Все активные и индуктивные сопротивления линейны;

3. Трёхфазная питающая сеть имеет синусоидальное и симметричное напряжение;

4. Намагничивающий ток трансформатора не учитывается.

5. Авария в преобразователе возникает при установив­шемся режиме работы питающей сети.

6. Активным сопротивлением питающей сети пренебрегаем.

7. Индуктивность в цепи выпрямленного тока равна бесконечности.

Однолинейная и расчетная схемы представлены на рисунках 1 и 2.

Развитие аварии в выпрямителе при указанных допуще­ниях определяется параметрами цепи переменного тока (индуктивным сопротивлением - Ха и активным сопротивлением - Ra) приведёнными к напряжению вторичной обмотки трансформатора выпрямительного агрегата.

При заданной мощности короткого замыкания в питающей сети индуктивное сопротивление от источника до места подклю­чения подстанции (с учётом приведения к напряжению U_2ф ) определяется по формуле:

, Ом (1)

К_Т2 – коэффициент трансформации трансформатора выпрямителя;

Uс – линейное напряжение питающей сети, кВ;

Sкз – мощность короткого замыкания, кВА.

Фазное напряжение на вторичной обмотке трансформатора выпрямителя равно:

Тогда коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора:

При подстановке полученных значений в (1) получим

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора выпря­мителя, приведенное к напряжению вторичной обмотки:

, Ом (2)

U_К2% - напряжение короткого замыкания трансформатора выпрямителя, %;

U_2Ф - напряжение фазы вторичной обмотки трансформатора выпрямителя, кВ; S_Т2 - номинальная мощность трансформатора выпрями­теля, кВА.

По данным выражений (1), (2) находится индуктив­ное сопротивление в цепи переменного тока преобразователя:

, Ом (3)

где N₂ - количество трансформаторов выпрямительных агрегатов.

Активное сопротивление в цепи переменного тока преобразователя определяется по выражению:

, Ом (4)

где R_a2 – активное сопротивление фазы трансформатора выпрямителя, Ом.

Значение R_a2 определяется по формуле:

, Ом

где P_K2 - мощность потерь из опыта короткого замыкания трансформатора выпрямителя, кВт.

Подставим значения в выражение (4):

2.2. Короткое замыкание на шинах выпрямленного напряжения

Для расчета принимается наиболее тяжёлый режим развития аварии. Под нагрузкой все трансформаторы и выпрямителя. Короткое замыкание происходит при работе выпрямителя с углом регулирования =0, когда ток короткого замыкания достигает максимальных значений. В курсовой работе предполагается, что с возникновением к.з. система управления блокируется и управляющие импульсы на тиристоры не поступают, начиная с очередной по времени коммутации.

Такой ток к.з. можно рассматривать как ударный и если его значение, приходящееся на один тиристор, окажется меньше паспортного ударного тока тиристора, то он при заданном к.з. приходит по ударной токовой и термической нагрузки. Проверку тиристоров по защитному показателю обычно производят при защите преобразователя с помощью плавких предохранителей. Поскольку в курсовой работе заданы мощные высоковольтные выпрямителя, то в них для защиты от токов к.з. плавкие предохранители не предусматриваются и по защитному показателю тиристоры в расчётах не проверяются.

Среднее значение тока к.з. на шинах выпрямленного напряжения определяется:

, А (5)

Так как в выражении (5) все величины и их размерности определены ранее, то

Максимальное значение тока к.з. учитывае­тся ударным коэффициентом К_:

, А

где К_ - переходный коэффициент от среднего к максималь­ному значению, определяется по графику [1, рис. 1 , приложение 1] в виде зависимости К_ = .

= = 0,06 определяем по графику значение К : К =2,2

Максимальное значение тока тиристорного плеча в мостовой схеме составляет:

, А

где N_B - количество находящихся в работе выпрямителей.

При включении в вентильном плече "а" параллельных тиристоров максимальный ударный ток короткого замыкания, проходящий через один тиристор, будет равен:

, А (6)

где К_Н - коэффициент, учитывающий неравномерность распре­деления тока по тиристорам, К_Н = 0,9.

Паспортный ударный неповторяющийся ток тиристора, взятый из [1, приложение 2], должен быть больше тока, определенного по выражению (6). Предвари­тельно выбрав тиристор из условия, что расчетный параметр "а" в плече должен быть близким очередному большему цело­му числу, подбором найдём (с последующим округлением):

, (7)

где I_{T уд. пасп.} - паспортный ударный неповторяющийся ток через открытый тиристор, 7500 А.

Из таблицы [1, приложение 2] выберем тиристор типа Т3-320:

Расчетный параметр "а" равен:

а = 6

Подставляем полученное значение "а" в уравнение (6):

I_{Т уд} < I_{T уд пасп}  динамическая и термическая устойчивость приборов в случае к.з. на шинах выпрямленного напряжения обеспечивается.