1.1.2. Повышение эксплуатационной надежности преобразователей

тяговых подстанций

Надежность преобразователя тяговой подстанции постоянного тока опре-деляется надежностью всех его элементов: преобразовательного трансформатора, вентильных конструкций, защитных и коммутационных устройств.

Наиболее надежным элементом преобразователя является трансформатор, наименее  вентильные конструкции, так как полупроводниковые вентили обладают очень низкой перегрузочной способностью.

Эффективным методом контроля состояния вентилей является прогнозное техническое диагностирование, при котором по результатам периодических испытаний фиксируются значения параметров и определяется их изменение. В соответствии с ГОСТ 24461-80 и Инструкцией по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций электрифицированных железных дорог (ЦЭ-936) на основе этого метода в ОмГУПСе разработано и создано переносное устройство, позволяющее диагностировать силовые вентили по значению повторяющегося импульсного обратного тока. Использование на протяжении ряда лет устройства для диагностики электрических параметров диодов, установленных на выпрямителях тяговых подстанций Западно-Сибирской железной дороги, позволило своевременно выявить диоды, у которых наметилась тенденция к повышению импульсного обратного тока. Своевременная замена этих вентилей предотвратила возможный выход их из строя в период эксплуатации и, соответственно, повысила эксплуатационную надежность выпрямителя в целом. Устройство может быть использовано и для диагностирования тиристоров вентильных конструкций выпрямительно-инверторных преоб-разователей тяговых подстанций и локомотивов по результатам измерения повторяющихся импульсных обратного тока и тока в закрытом состоянии [11].

Опытным заводом ВЭИ совместно с ВНИИЖТом и Московской железной дорогой разработаны и рекомендованы к внедрению силовые диодные блоки типа БСЕ, предназначенные для использования в преобразователях тяговых подстанций постоянного тока. Данное решение оригинально и позволяет использовать эти блоки для любой схемы выпрямления. Однако существуют некоторые особенности, которые проявились при использовании блоков на сети дорог.

Анализ серии повреждений, возникших при эксплуатации блоков, свидетельствует о недостатках диагностирования силовых диодов заводом-изготовителем. Проведенные на Западно-Сибирской железной дороге контрольные испытания с помощью устройства для измерения импульсного обратного тока показали, что некоторые диоды по своим параметрам не соответствуют присвоенному классу. К недостаткам блоков БСЕ следует отнести использование в их конструкции нелавинных вентилей. Кроме того, в соответствии с Инструкцией по эксплуатации блоков БСЕ, разработанной ПКБ ЦЭ, эксплуатация блоков запрещена без применения защиты от пробоя вентилей. Для силовых блоков БСЕ, приобретенных Западно-Сибирской железной дорогой в последнее время, закуплены комплекты аппаратуры защиты и диагностики преобразователя (АЗДП). Ранее приобретенные блоки БСЕ таких комплектов не имели, но перед вводом в эксплуатацию проходили проверку по импульсному обратному току. Комплекты АЗДП в условиях эксплуатации показали недостаточные надежность и эффективность. В настоящее время создана микропроцессорная система диагностики преобразователей тяговых подстанций (МСДП), которая с 2005 г. будет поставляться на дороги.

Использование в конструкции блоков БСЕ лавинных вентилей, выпускаемых Саранским заводом «Электровыпрямитель», применение микропроцессорной системы диагностики преобразователей МСДП или балансной защиты от пробоя вентилей на герконовых реле, используемой в конструкции выпрямителя В-ТПЕД-3,15к-3,3к, позволит повысить эксплуатационную надежность блоков.

Для защиты от коммутационного перенапряжения изоляции вентильных обмоток диодов и тиристоров выпрямителей и выпрямительно-инверторных преобразователей тяговых подстанций применяются вентильные разрядники или ограничители перенапряжения, срезающие импульс неповторяющегося напряжения до уровня остающегося напряжения ограничителя (разрядника). Разрядники типа РБК-3 не обеспечивают защиты вентильных конструкций вследствие инерционности их срабатывания, а в отдельных случаях – при крутых фронтах перенапряжения – эффективной защиты вентилей. Особенно нежелательно использование разрядников типа РБК-3 при защите блоков БСЕ.

Нелавинные диоды Д453, применяемые в составе силовых блоков БСЕ, не могут выдерживать даже кратковременных импульсов перенапряжения, выходящего за пределы регламентированных для него значений, в отличие от лавинных, пробой которых происходит лишь при увеличении рассеиваемой обратным током энергии более критической.

Для повышения надежности работы и снижения возможного ущерба от последствий аварий в преобразователях тяговых подстанций необходимо заменить разрядники РБК-3, имеющие большую инерционность, на более эффективные средства защиты непосредственно вентильных конструкций – нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН), а используемые RC-цепи сохранить.

В соответствии с дополнением к техническому указанию ЦЭ № П-3/94 при модернизации выпрямителей с помощью блоков БСЕ разрядники должны заменяться на ограничители перенапряжения типа ОПН-3УХЛ1 (остающееся напряжение – с амплитудой 8,8 – 10,0 кВ) или ОПН-1,5УХЛ1 (остающееся напряжение – с амплитудой 4,2 – 4,6 кВ) в зависимости от схемы выпрямления.

В том же дополнении отмечено, что разрядник РВПК-3,3, подключенный к шине + 3,3 кВ и заземленный на внутренний контур подстанции, отключают без замены на ОПН при условии, что преобразовательные агрегаты и фидеры подстанции защищены постоянно подключенными ограничителями. Это предложение нельзя считать правильным, так как в этом случае вентильные обмотки преобразовательных трансформаторов остаются незащищенными между секциями «звезды» и «треугольника», о чем свидетельствуют повреждения трансформаторов типа ТРДП-12500, поступивших на ремонт в ЭМАСТ (тяговые трансформаторы подстанций Литвиново – 1997 г., Яя – 2000 г.).

В реальных условиях термическое воздействие аварийных токов на полупроводниковые диоды определяется полным временем отключения преобразователя. Применяемые на тяговых подстанциях старотипные масляные выключатели переменного тока типа ВМГ и ВМП отключают преобразователь ориентировочно за время t_м, равное 0,25 с, и снижают величину допускаемого для него установившегося тока короткого замыкания. Одним из эффективных средств, повышающих надежность работы вентильных конструкций, является применение вакуумных выключателей, отключающих преобразователи ориентировочно за время t_в, равное 0,07 с. Вентильные конструкции становятся более устойчивыми к динамическому и термическому воздействию тока короткого замыкания, так как значения допустимого ударного неповторяющегося прямого тока вентилей I_FSM преобразователей зависят от времени его воздействия.

В соответствии с рекомендациями работы [12] можно оценить значения максимально допустимого тока короткого замыкания I_{к.з. max доп} для вентильных конструкций в зависимости от времени отключения масляным (t_м = 0,25 с) и вакуумным (t_в = 0,07 с) выключателями.

Значение I_{к.з. max доп} определяется из выражения:

I_{к.з. max доп} 0,83 а I_FSMt ,

где I_FSMt – ударный неповторяющийся прямой ток для различного времени воз-

действия тока короткого замыкания.

Проведенные расчеты максимально допустимых значений тока короткого замыкания для вентильных конструкций, эксплуатируемых на большинстве тяговых подстанций Западно-Сибирской железной дороги, в зависимости от времени отключения масляными и вакуумными выключателями позволили сделать вывод, что масляные выключатели типа ВМГ и ВМП (ВМПЭ) не всегда обеспечивают надежную защиту преобразователей. В качестве коммутационного аппарата со стороны переменного тока преобразователей следует применять вакуумные выключатели типа ВВТЭ или аналогичные, обладающие более высокой надежностью, простотой обслуживания и монтажа.

Для повышения эксплуатационной надежности работы преобразователей тяговых подстанций и снижения возможного ущерба от последствий аварий в них необходимо

в дистанциях электроснабжения организовать диагностику диодов вентильных конструкций преобразователей по импульсному обратному повторяющемуся току, так как существующие методы испытаний не диагностируют обратную ветвь вольт-амперной характеристики диодов;

в конструкции блоков БСЕ использовать лавинные вентили;

применять микропроцессорную систему диагностики преобразователей МСДП или балансную защиту от пробоя вентилей на герконовых реле, используемую в конструкции выпрямителя В-ТПЕД-3,15к-3,3к;

заменить разрядники РБК-3, имеющие большую инерционность, на более эффективные средства защиты – нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН);

не отключать разрядник РВПК-3,3, подключенный к шине + 3,3 кВ и заземленный на внутренний контур подстанции, при замене разрядников старого типа на ОПН;

применять со стороны переменного тока преобразователей в качестве коммутационных аппаратов вакуумные выключатели типа ВВТЭ или аналогичные, обладающие более высокой надежностью, простотой обслуживания и монтажа, так как масляные выключатели типа ВМГ и ВМП (ВМПЭ) не всегда обеспечивают надежную защиту преобразователей.