1.2. Преобразователи метрополитена

На тяговых подстанциях метрополитенов страны в настоящее время используются преобразователи, собранные исключительно по трехфазным шестипульсовым мостовым схемам выпрямления, пришедшим на смену шес­типульсовым нулевым параллельного типа. Полупроводниковые выпрями­тельные установки с нулевой схемой выпрямления в свою очередь пришли на смену ртутным выпрямителям с такой же схемой соединения сначала на московском метрополитене (1961 г.), а затем и на других метрополитенах страны. Одними из первых вентильных конструкций, применявшихся в сис­темах электроснабжения метрополитенов, явились конструкции с принуди­тельным воздушным охлаждением ВАК-3000, УВКМ-1 и 2УВКМ-6Н, уком­плектованные маслонаполненными преобразовательными трансформаторами ТМРУ-3500/35 и УТМРУ-3500/10. Первый кремниевый выпрямитель с есте­ственным воздушным охлаждением (КВМ) был смонтирован и испытан на одной из тяговых подстанций московского метрополитена в 1968 г.

В дальнейшем наметился и осуществился переход на шестипульсовые мостовые схемы выпрямления с использованием первоначально маслонапол-ненных трансформаторов ТМП-3200/10 и ТМП-1600/10, а впоследствии – сухих трансформаторов с естественным воздушным охлаждением типа ТСЗП-1600 и ТСЗП-2500, обеспечивающих пожаробезопасность выпрями­тельных установок. Для шестипульсовой мостовой схемы выпрямления вы­пускались и вы-пускаются в настоящее время вентильные конструкции УВКМЛ-1, УВКМЛ-2, УВКМ-5, УВКМ-5М, УВКМ-6, В-ТПЕД-1,6к-825, В-ТПЕД-2,5к-825 [13-15].

Первый опыт применения двенадцатипульсовых выпрямителей в сис­теме электроснабжения метрополитена также был осуществлен на москов­ском метрополитене. Вентильные конструкции УВКМ-2 с трехобмоточным трансформатором ТМНПВ-5000/10 представляли собой двенадцатипульсовый выпрямитель последовательного типа. Завышенная типовая мощность трансформатора ТМНПВ-5000/10, а также сложность конструкции (на сторо­не 10 кВ этот трансформатор имеет регулирование напряжения под нагруз­кой девятью ступенями с помощью переключающего механизма; внутри бака трансформатора установлен токоограничивающий реактор схемы регулирования) не позволили в полной мере оценить достоинства двенадцатипульсо­вой схемы выпрямления, вследствие чего указанная схема не полу­чила дальнейшего применения.

Электрические характеристики вентильных конструкций и преобразо­вательных трансформаторов системы электроснабжения метрополитенов приведены в табл. 4 и 5 соответственно.

Характеристики выпускаемых в настоящее время вентильных конструкций В-ТПЕД-2,5к-825УХЛ4, которые представляют собой двойной комплект вен­тильных конструкций В-ТПЕД-1,6к-825УХЛ4, в табл. 4 не приведены. Условные обозначения вентильных конструкций в табл. 4:

УВКМЛ-[ ]-УХЛ4(УХЛ6) – установка выпрямительная, на кремние­вых вентилях, для питания контактных сетей метрополитена; (Л) – на лавин­ных вентилях, [ ] – модификация или исполнение по току (6 – для 1600 А; 5М – для 3200 А), У – для районов с умеренным климатом, ХЛ – для районов с холодным климатом, 4 – для закрытых помещений с искусственно регулируемыми климатическими условиями;

В-ТПЕД-1,6к-825 УХЛ4 – выпрямитель, трехфазный ток на входе, по­стоянный ток на выходе, охлаждение естественное воздушное, полупровод­никовые приборы силовой схемы – диоды; 1,6к – номинальный выходной ток, кА; 825 – номинальное выходное напряжение, В; УХЛ4 – климатическое исполнение и категория размещения.

Условные обозначения трансформаторов УТМРУ-3500/35, ТМП-1600/10, ТМП-3200/10 и ТМНПВ-5000/10 такие же, как и у преобразо­вательных трансформаторов магистральных железных дорог. Условные обо­значения трансформаторов ТСЗП-1600 и ТСЗП-2500 в табл. 5: Т – трехфаз­ный, СЗ – естественное воздушное охлаждение («сухой») при защищенном ис­полнении, П – для питания полупроводниковых выпрямителей, 1600 (2500) – типовая мощность, кВА; 10 – напряжение сетевой обмотки, кВ; М или МН – для подстанций метрополитена с нормальной или повышенной нагрузочной способностью; УЗ, У4, УХЛ4 – климатическое исполнение и категория раз­мещения.

Внешний вид трансформатора ТСЗП-1600/10УХЛ4 в кожухе и без кожуха приведен на рис. 24.

Таблица 4

Электрические характеристики вентильных конструкций

тяговых подстанций метрополитена

Тип выпрямительного агрегата	Номинальный выпрямленный ток, А	Номинальное выпрямленное напряжение, В	Тип вентилей	Схема выпрямления	Число вентилей в плече, соединенных последоват.	Число вентилей в плече, соединенных параллельно	Общее количество вентилей
УВКМ-1	2000	825	ВЛ200-8	Шести- пульсовая нулевая парал-лельного типа	6	6	216
УВКМЛ-1	3200		В-500-20	Шести-пульсовая мостовая	1	10	60
УВКМЛ-2	2500		В2-1600-14		2	4	48
УВКМ-5	2×1600		ВЛ200-8			16	192
УВКМ-6 УХЛ6	1600		ВЛ200-10		2	8	96
В-ТПЕД-1,6к-825 УХЛ4			ДЛ153-2000-20		3	2	36
УВКМ-6 УХЛ4			ДЛ171-320-10		2	8	96
УВКМ-5М УХЛ4	3200					16	192
АТУ-У-1,6к-825УХЛ4	1600		Т173-2000-24		1	1	6
УВКМ-2	2×1600		В200-8	Двенад-цатипуль-совая последо-тельного типа	2	12	2× 144
УВКМ-6 УХЛ6 (реконструиро-ванный)	1600		ВЛ200-10		1	8	96

Таблица 5

Электрические характеристики преобразовательных трансформаторов

тяговых подстанций метрополитена

Тип трансформатора	Мощность сетевой обмотки, ВА	Напряжение сетевой обмотки, кВ	Тип схемы и группы соединения обмоток	Ток преобразователя, А	Напряжение преобразователя, В	Потери короткого замыкания, кВт	Потери холостого хода, кВт	Напряжение корот-кого замыкания, 
УТМРУ-3500/35	2360	6,3	А	2000	825	28,5	–	8,0
		10,5
ТМП-3200/10	3065	6,3	В	2500		25,5	–	9,5
		10,5
ТМП-1600/10	1515	6,3		1600		15,5	–	8,5
		10,5
ТСЗП-1600/10 МУ3	1600	6,3		1600		10,5	2,5	6,7
ТСЗП- 1600/10 МНУ3		10,5					2,8	6,8
ТСЗП- 2500/10 МУ3	2500	6,3		2500		13,5	4,8	7,1
ТСЗП- 2500/10 МНУ3		10,5				14	4	5,8
ТСЗП- 1600/10 У4	1515	10,5		1600		17	3,3	8,8
ТСЗП- 1600/10 УХЛ4		10,5				15,8	4	8,53
		6,3				16,4		8,82
ТМНПВ- 5000/10	2850	10,5	С	2500		28,3	–	9,6

Примечание. А – шестипульсовая нулевая параллельного типа

У/У-У_обр-0-6;

В – шестипульсовая мостовая У/Д-11;

С – двенадцатипульсовая мостовая У/ДУ-11-0.

а б

Р ис. 24. Внешний вид трансформатора ТСЗП-1600/10УХЛ4 в кожухе (а) и без кожуха (б)

Схема главных электрических соединений шестипульсового мостового выпрямителя с использованием наиболее широко применяемых преобразова­тельного трансформатора ТСЗП-1600/10УХЛ4 и вентильных конструкций УВКМ-6УХЛ6 приведена на рис. 25. Структурная схема преобразователя аналогична схеме преобразователя электрических железных дорог, но у вен­тильных конструкций УВКМ-6УХЛ6 имеются симметрирующие делители тока (ДТ), обеспечивающие равномерное распределение тока по параллель­ным ветвям.

В 1993 г. силами работников муниципального предприятия «Новоси-бирский метрополитен» и сотрудников ОмГУПСа введен в эксплуатацию на тяговой подстанции «Заельцовская» двенадцатипульсовый выпрямитель, из­готовленный путем реконструкции шестипульсового мостового выпрямителя (см. рис. 25). Схема главных электрических соединений двенадцатипульсово­го выпрямителя последовательного типа с использованием (после реконструкции – без применения дополнительного оборудования) преобразо­вательного трансформатора ТСЗП-1600/10УХ4 и вентильных конструкций УВКМ-6УХЛ6 приведена на рис. 26 [15].

Испытания подтвердили высокую эффективность двенадцатипульсово­го выпрямителя. На состоявшемся в 1996 г. семинаре руководителей служб электроснабжения метрополитенов России и ближнего зарубежья, объеди­ненных в ассоциацию «Метро», принято решение о внедрении двенадцатипульсовых преобразователей на вновь строящихся и реконструируемых тяго­вых подстанциях метрополитенов, обсужден вопрос о промышленном серийном выпуске преобразовательных трансформаторов и вентильных кон­струкций.

Среди работ по совершенствованию преобразователей тяговых под­станций метрополитена следует отметить шестипульсовый мостовой выпрямительно-инверторный преобразователь, разработанный НИИ НПО «ХЭМЗ» (г. Харьков) для одной из подстанций новой линии харьковского метрополи­тена. Вентильные конструкции этого преобразователя выполнены в виде по­лупроводниковых модулей с использованием запираемых тиристоров ТЗ253-1000-16. В настоящее время преобразователь находится в опытной эксплуатации [16].

Одной из технических разработок ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО» является шестипульсовый мостовой тиристорный управляемый агрегат АТУ-У-1,6к-825УХЛ4, собранный на базе шести тиристорных модулей,

Рис. 25. Схема главных электрических соединений шестипульсового

мостового выпрямителя с использованием вентильных

конструкций УВКМ-6УХЛ6

Рис. 26. Схема главных электрических соединений двенадцатипульсового выпрямителя последовательного типа с использованием вентильных

конструкций УВКМ-6 УХЛ6

состоящих из тиристора таблеточного типа Т173-2000-24, двух охладителей и одного прижимного механизма. Тиристорные модули расположены один под другим, по три с каждой стороны шкафа. Для обеспечения равномерности распределения напряжения в обратном направлении и защиты тиристоров от коммутационного перенапряжения используются защитные RC-цепи, устанавливаемые параллельно каждому вентилю. Внешний вид тиристорного управляемого агрегата АТУ-У-1,6к-825УХЛ4 приведен на рис. 27.

Система управления выпрямителя АТУ-У-1,6к-825УХЛ4 представляет собой трехфазный шестиканальный контроллер фазового и квазиимпульсного управления модели FC36М.