2. Анализ схем вип

   1. Сравнение выпрямительных преобразователей и выбор выпрямителя.

Одними из главных недостатков выпрямителя ПВЭ-3м являются те, что связанны с использованием большого числа вентилей (540 шт.)

• большие тепловые потери в вентилях ,

• низкая расчётная надёжность

• экономически нецелесообразное повышение надёжности за счёт увеличения количества вентилей сверх необходимого.

Кроме того отсутствие эффективной схемы защиты от пробоя, перегрева вентилей преобразователя и необходимость беспрерывного принудительного охлаждения являются слабыми сторонами ПВЭ-3м.

Подлежат замене: установленные 6-пульсовые преобразовательные агрегаты типа ПВЭ-3м на 6-пульсовые преобразовательные агрегаты типа В-ТПЕД-Ж-3,15к-3,3к, конструкция которого избавлена от вышеуказанных недостатков. Установленный тяговый трансформатор типа ТДРУ-20000/10Ж с соединением обмоток по нулевой схеме на тяговый трансформатор, для питания 6-пульсовых преобразовательных агрегатов, типа ТДП-12500/10ЖУ1 для мостовой схемы включения выпрямителя.

Устаревшие разрядники РБК-3,3, РВКУ-3,3 кВ, РВПК-3,3 кВ защищающие преобразователи, меняем на нелинейные ограничители перенапряжения ОПН-3/3,8 -10/400(I)УХЛ1. Вновь установленные ОПН имеют параметры, позволяющие надёжнее защитить оборудование тяговой подстанции от атмосферных перенапряжений.

Таблица 2.2 – Основные технические параметры выпрямителей

Параметр	ПВЭ-3м,:	В-ТПЕД-3,15к-3,3к	В-МПП-Д-3,15к-3,3к
1	2	3	4
Номинальный ток на выходе выпрямителя (ср.зн.), А	3000	3150	3150
Номинальное напряжение на выходе выпрямителя (ср. зн.), В	3300	3300	3300
Наибольшее напряжение на выходе выпрямителя (ср. зн.), В	4000	4000	4000
Номинальная частота тока на входе выпрямителя, Гц	50	50	50
Номинальная мощность на выходе выпрямителя, кВт	9900	10400	10400
КПД без учета трансформаторного оборудования, % не менее		99,5	99,5
соs j:для мостовой трехфазной схемы, не менее	нулевая	0,93	0,93
Количество диодов	540	48	24
Тип диодов	ДЛ123-320-13	Д453-2000-24	Д183-4000-42
Тип защиты диодов	индикация	герконовая	герконовая
Вид охлаждения	Принудительное воздушное	Естественное	Принудительное воздушное

Допустимые параметры
1	2		3		4
на шинах постоянного тока	9000		9000		9000
на шинах переменного тока	9000		9000		9000
Длительность перенапряжения, мс, не более	10		10		10
Напряжение питания оперативных цепей постоянного тока, В	110, 220		90-350		90-350
Напряжение питания оперативных цепей переменного тока, В	110, 220		85-264		85-264
Мощность, потребляемая от сети СН Ватт не более	1100		150		150
Предельные параметры.
1р в 2ч в течение 15 минут	125%	125%		125%
1р в 1ч в течение 2 минут	150%	150%		150%
1р в 2мин в течение 10 секунд	200%	200%		200%
Вид охлаждения	Принудительное воздушное	Естественное		Принудительное воздушное
Габаритные размеры Длина, мм, не более Ширина, мм, не более Высота, мм, не более
Масса выпрямителя, не более

В таблице 2.2 приведены технические параметры существующих и предлагаемых к замене тяговых выпрямительных преобразователей. Как видно из таблицы, предлагаемые к установке выпрямители выгодно отличаются от используемых на тяговой подстанции, устаревших ПВЭ-3м.

Тепловые потери в преобразователях рассчитываются по формуле

ΔР_П=k_сх

Надёжность преобразователей рассчитываются по формуле

Таблица 2.3

Параметр	ПВЭ-3м,:	В-ТПЕД-3,15к-3,3к	В-МПП-Д-3,15к-3,3к
1	2	3	4
Тепловые потери в вентилях
Потери мощности на вентиляцию
Расчётная надёжность выпрямителя

Рисунок 2.1 – Соединение диодных шкафов для 6-пульсового исполнения В-ТПЕД

Главным отличием выпрямителей является тип диодов , используемых в них. В зависимости от технического задания, производитель добивается требуемых параметров применяя прогрессивные технологии и материалы. Вентили более высокого класса напряжения и номинального тока позволяют упростить схему их включения и улучшить эксплуатационные свойства.

Производитель готов по желанию заказчика вносить необходимые изменения в конструкцию изделия, нее ухудшающие его эксплуатационные качества.

2. Выбор числа выпрямителей

Число и тип преобразовательных агрегатов и трансформаторов определяются числом и типом преобразователей, которые должны быть установлены на подстанции согласно расчётным значениям.

Расчетное количество выпрямительных преобразователей определяется как

(1.4)

где I_dТП – значение выпрямленного тока подстанции;

I_dн – номинальный выпрямленный ток принятого типа выпрямителя.

Значение заданного выпрямленного тока подстанции I_dТП определяется по формуле

(1.5)

где U_dн – номинальное выпрямленное напряжение на шинах подстанций;

Р_Т – заданное значение мощности на тягу поездов.

= 3257,6 А,

= 1,03

Полученное значение N_В.РАСЧ округляем до большего целого значения, кроме того, дополнительно к основным преобразователям принимается по одному резервному. На подстанции в данный момент установлено два выпрямительно-инверторных преобразователя и один выпрямительный преобразователь. Количество установленных выпрямителей на подстанции является достаточным.

3. Сравнение инверторных преобразователей и выбор инвертора

Выпрямительно-инверторный преобразователь для электрифицированных железных дорог (ВИПЭ-2У3). В выпрямительном режиме он был рассчитан на номинальное напряжение 3300 В и номинальный ток 2500 А, а в инверторном соответственно – на 3800 В и 1600 А. Система управления ВИПЭ-2У3 обеспечивает импульсно-фазовое управление тиристорами, контроль, защиту и сигнализацию о работе преобразователя, получение горизонтальных и падающих внешних характеристик инвертора.

Буквенные обозначения инвертора И-ПТП-2,4к-4к-3/Х У3: И – инвертор; П – постоянный ток на входе; Т – трехфазный переменный ток на выходе; П – принудительное воздушное охлаждение полупроводниковых приборов; отсутствие следующей буквы говорит о том, что в качестве полупроводниковых приборов применены тиристоры; 2,4к – номинальный инвертируемый ток в кА; 4к – номинальное инвертируемое напряжение в кВ; 3 – код модификации; Х – тип схемы инвертирования: 6 – 6-пульсовая мостовая, 12 – 12-пульсовая последовательного типа; У – для умеренного климата; 3 – внутренняя установка).

В таблице ниже приведены технические характеристики инверторов.

Таблица 2.4– Технические характеристики инвертора И-ПТП-2,4к-4к

Параметр	ВИПЭ-2У3	И-ПТП-2,4к-4к	И-ПТП-2,0к-4к	И-ПТП-1,6к-4к
Номинальное инвертируемое напряжение, В	4000	4000	3800	3800
Номинальный инвертируемый ток, А	1000	2400	2000	1600
Диапазон изменения уровня стабилизации напряжения инвертора, В	3700…3900	3700…3900	3700…3900	3700…3900
Охлаждение	Принудительное воздушное	Принудительное воздушное на тепловых трубах	Принудительное воздушное на тепловых трубах	Принудительное воздушное на тепловых трубах
Установка	Внутренняя	Внутренняя	Внутренняя	Внутренняя
Схема выпрямления	6 или 12 пульсов	6 или 12 пульсов	6 или 12 пульсов	6 или 12 пульсов
Общее количество тиристоров, шт	360	36	18	18
Тип применяемых тиристоров, шт	Т15-250-12	Т253-1250-18	Т273-1250-46	Т273-1250-46
Количество тиристоров в полуфазе, шт	60	6	3	3
Масса, кг	4600	1600	1000	1000
Габаритные размеры	Блок силовой: 6600х1410х3000 Шкафы выходных каскадов: 800х900х2250	3890х1000х2200	2100х1300х2400	2100х1300х2400
Наличие максимальной токовой защиты	+	+	+
Наличие защиты от пробоя тиристоров	+	+	+
Наличие защиты от нарушения режима охлаждения	+	+	+
Наличие защиты от перегрева тиристоров	+	+	–
Реализация АПВ после аварийного отключения	+	+	+
автоматическое обнаружение режима рекуперации
плавный пуск
управление внешней характеристикой инвертора

Таблица 3.1 – Основные технические параметры И-ПТП-1,6к-3,8к-50

№	Наименование параметра						ВИПЭ-2У3		И-ПТП-1,6к-3,8к-50		И-ПТП-2,4к-3,8к-50
1	2						3		4		5
1	Номинальная выходная частота, Гц								50		50
2	Номинальное напряжение на стороне постоянного тока, кВ						3,8		3,8		3,8
3	Номинальное напряжение на стороне переменного тока, кВ						4,0		4,0		4,0
4	Число фаз выходного напряжения								3		3
5	Диапазон изменения уровня стабилизации напряжения инвертора, В								3700…3900		3700…3900
6	Номинальный инвертируемый ток, кА								1,6		2,4
7	Номинальная инвертируемая мощность, кВт								6000		7500
8	Напряжение питания сети собственных нужда, В		Оперативных цепей	Постоянного тока Переменного тока				от 90 до 350 от 100 до 240		от 90 до 350 от 100 до 240
			Двигателей электровентиляторов	Переменного тока частотой 50 Гц				198-242		198-242
9	Мощность потребляемая от сети собственных нужд, Вт, не более				Оперативных цепей				200		300
					Двигателей электровентиляторов		1000		1000		1000
10		Допустимые импульсные перегрузки по току от номинального значения, %
	-в течение 15 мин один раз в час -в течение 2 минут один раз в час -в течение 10 с один раз в 2 мин						125* 150* 200		125* 150* 200*		125* 150* 200*
11	охлаждение						принудительное		комбинированное		принудительное
12	Количество вентилей						360		18		24

В инверторе предусмотрена реализация ряда функций :

- автоматическое обнаружение режима рекуперации. Производится с помощью датчика напряжения, установленного на входе инвертора и подключенного к шинам постоянного тока «+» и «-»;

- реализация автоматического повторного включения (АПВ). Это позволяет уменьшить время возврата в работу инвертора и снизить вероятность повреждаемости тиристоров;

- плавный пуск при включении инвертора, что позволяет уменьшить броски тока и перенапряжения в контактной сети;

- управление внешней характеристикой инвертора (стабилизация и наклон);

- обнаружение пробоя тиристора в плече инвертора осуществляется с момента подачи силового питающего напряжения;

- контроль теплового состояния тиристоров осуществляется при помощи инфракрасных датчиков температуры и при помощи микропроцессорной системы измерения температуры;

4. Выбор числа инверторов

Число и тип инверторных преобразовательных агрегатов определяются числом и типом преобразователей, которые должны быть установлены на подстанции согласно расчётным значениям.

Расчетное количество выпрямительных преобразователей определяется как

(1.4)

где I_ИТП – значение принятого тока рекуперации подстанцией;

I_d’н – номинальный ток рекуперации принятого типа инвертора.

Значение заданного принятого мощности рекуперации подстанции определяется по формуле

(1.5)

где k _в– коэффициент возврата рекуперативной энергии в сеть для данного участка пути равным 0,42;

– заданное значение мощности на тягу поездов.

= 4515 кВт,

= 0,651

Полученное значение N_В.РАСЧ округляем до большего целого значения, кроме того, дополнительно к основным инверторным преобразователям принимается по одному резервному.

Согласно расчётам достаточно использование двух инверторных преобразователей.

5. Выбор преобразовательного трансформатора

Масляные трансформаторы ТДП-12500/…ЖУ1, ТДП-16000/…ЖУ1, ТДП-20000/…У1

Трансформаторы с расщепленной обмоткой по мостовой 12-фазной схеме выпрямления типа ТРДП-12500/10ЖУ1, ТРДП-16000/10ЖУ1 предназначены для электрифицированного железнодорожного транспорта (с последовательным соединением преобразовательных секций).

Трехфазные масляные трансформаторы применяются на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог и предназначены для питания: выпрямительно-инверторных секций по мостовой шестипульсовой схеме – ТМП-6300/35ИУ1, ТДП-12500/10ИУ1, по мостовой двенадцатипульсовой схеме – ТРДТП-20000/35ИУ1; выпрямительных секций по двенадцатипульсовой схеме – ТРДП-12500/10ЖУ1, ТРДП-12500/35ЖУ1, ТРДП-16000/10ЖУ1, ТРДП-16000/35ЖУ1. Трансформаторы ТРДП-16000/10ЖУ1 и ТРДП-16000/35ЖУ1 при этом обеспечивают плавное бесконтактное регулирование напряжения преобразователя под нагрузкой посредством управляемых реакторов и шкафов управления.

Серия, тип	Назначение	Выпрямленный ток, А	Выпрямленное напряжение, В	Номинальная мощность сетевой обмотки, кВА	Номинальное напряжение, кВ	Масса масла, т	Масса общая, т
Трансформаторы с расщеплёнными обмотками по мостовой 12-фазной схеме выпрямления (ПБВ± 5 %)
ТРДП-12500/10ЖУ1	Для электрифицированного железнодорожного транспорта (с последовательным соединением преобразовательных секций)	3150	3300	11400	6; 6,3; 10; 10,5	4,5	22,5
ТРДП-12500/35ЖУ1					35; 38,5	4,72
ТРДП-16000/10ЖУ1		2000*	3800	8390	10,5	5,87	25,9
ТРДП-16000/35ЖУ1		3150	3380	13430	35	5,85	25,4
Трансформаторы трёхобмоточные с расщеплёнными обмотками по мостовой 12-фазной схеме выпрямления (ПБВ± 5 %)
ТРДТП-20000/35ИУ1	Для выпрямительно-инверторных преобразователей электрифицированных железных дорог	1600*/3150	3800*/3300	6500*/11000	6,3; 10,5; 35	8,45	28,4

*параметры в инверторном режиме