книги из ГПНТБ / Мирошниченко Р.И. Обратные зажигания в ртутных выпрямителях и борьба с ними

делах 100—2 900 кет. На грузонапряженных дорогах они составляют 1 300—1 500 кет, на однопутных и пригород­ ных — 650—900 кет, т. е. ниже 1 650 кет (номинальной мощности выпрямительного агрегата).

На рис. 23 представлены зависимости m'0at = f(Pc ), построенные по данным табл. 2 для участков с напря­

жением в контактной сети 3,0 кв. Большие значения m0at при одних и тех же мощностях соответствуют большей неравномерности движения (однопутные и двухпутные линии с малым грузооборотом и участки с пригородным движением), а следовательно, и более неравномерному графику нагрузки подстанций.

В ы п р я м и т е л ь н ы й а г р е г а т , с о е д и н е н ­ н ы й по т р е х ф а з н о й м о с т о в о й с х е м е , был впервые включен на подстанции Таватуй Свердлов­ ской ж. д. 15 августа 1956 г. Первый опыт эксплуатации этих выпрямителей подтвердил правильность изложенных выше теоретических предположений о том, что вероят­

31

1 мин. Нагрузки на агрегат колебались в следующих пределах: среднесуточная: 400-М 000 а; наибольшая сред­ нечасовая 600-М 400 а; пиковая 900-М 400 а. Следова­ тельно, выпрямитель работал в условиях более легких, чем предусматривалось техническими условиями. В нояб­ ре и декабре агрегат давал значительное количество о. з., которые часто сопровождались отключением масляных выключателей. Во всех случаях срабатывала сеточная защита, быстродействующие выключатели обратного тока не отключались ни разу.

В период испытания агрегата, включенного Но мостовой схеме, имело место два случая перекрытия по калачам.

пил к серийному выпуску выпрямительных агрегатов, соб­ ранных по трехфазной мостовой схеме. Параметры этих

Каждый агрегат состоит из одного трансформатора типа ТМР-11000 и двух выпрямителей типа РМНВ 750 х 6 М.

Такие агрегаты установлены на участке Александрой — Всполье Северной ж. д.

А г р е г а т по с х е м е с п о с л е д о в а т е л ь ­ н ы м в к л ю ч е н и е м в е н т и л е й был впервые включен в работу в 1957 г. на подстанции Кормиловка Омской ж. д. В настоящее время такие агрегаты работают еще на ряде подстанций Омской и других ж. д.

Агрегат состоит из двух трансформаторов ТМРУ-6200, вторичные обмотки которых соединены параллельно, и двух выпрямительных агрегатов РМНВ 500 х 6. Технические условия, рекомендованные заводом для такого агрегата,

32

расхода энергии на электротягу. За рассматриваемый пе­ риод о. з. не было. Имело место одно повреждение в шкафу управления агрегата (сгорел сеточный трансформатор) и восемь отключений для проведения различных работ по ремонту и ревизии агрегата.

В настоящее время завод «Уралэлектроаппарат» вы­ пускает специальные трансформаторы ТМР-16000 для вклю­ чения агрегатов по схеме — две обратные звезды с разделяю­ щей катушкой и последовательным соединением вентилей. Номинальный ток выпрямителей РМНВ 750 х 6М, рабо­ тающих с таким трансформатором, составит 3 000 а.

Таким образом, опыт эксплуатации ртутновыпрями­ тельных агрегатов, включенных по схемам 1,2 и 3, показал, что наиболее надежной является 'схема с последовательным соединением вентилей, обеспечивающая работу вентилей без о. з. при предельно допускаемой мощности.

5. МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С ОБРАТНЫМИ ЗАЖИГАНИЯМИ

Борьбу с о. з. в выпрямителях можно вести несколькими путями: во-первых, необходимо совершенствовать кон­ струкцию вентилей; во-вторых, можно облегчать условия их работы, применяя различные схемы включения вен­ тилей или используя сетки в качестве защитных экранов; в-третьих, необходимо всемерно повышать качество эксплуатационного обслуживания ртутных выпрямителей.

Всесоюзным электротехническим институтом ведется большая работа по созданию новых типов вентилей: за­ паянных с игнитронным поджиганием. Выпрямители, соб­ ранные из таких вентилей, уже работают на некоторых подстанциях. Опыт их эксплуатации показывает, что работают они с меньшим количеством о. з., чем выпрями­ тели РМНВ 500 х 6.

Завод «Уралэлектроаппарат» пошел по второму пути: для повышения надежности работы выпрямителей он ре­ комендует применять последовательное соединение венти­ лей В-500, что практически полностью ликвидирует о. з. выпрямителей.

33

Наряду с такими радикальными мероприятиями, как изменение конструкции вентилей или схемы их включе­ ния, т. е. мероприятиями, которые проводятся с участием заводов, изготавливающих выпрямители, на дорогах про­ водится ряд мероприятий, способствующих снижению чис­ ла о. з. работающих выпрямителей. Одним из наиболее важных из них является осуществленное уже на ряде вы­ прямителей типа РМНВ 500 х 6 соединение сетки с анодом вентиля через сопротивление.

Сущность такого мероприятия заключается в следующем. Как указывалось выше, причиной о. з. является возникно­ вение на аноде эмиссионного центра, который образуется вследствие бомбардировки анода положительными ионами распадающейся плазмы. Интенсивность этой бомбардировки определяется напряженностью электрического поля. В обыч­ ной схеме, когда сетка потенциально связана с катодом, электрическое поле, обусловленное скачком обратного на­ пряжения на аноде, создается в промежутке сетка-анод. Если сетку изолировать от катода и соединить потенциально с ано­ дом, то электрическое поле, обусловленное скачком обратно­ го напряжения, будет создаваться в промежутке катод-сетка.

большим сопротивлением «сетка-анод». Чтобы электри­ ческий разряд в этом случае не развился в дуговой, необходимо величину сопротивления, соединяющего сетку с анодом, брать не меньше 40 000 ом. С другой стороны, это сопротивление не может быть больше 70 000 ом, так как иначе будет затрудняться нормальное зажигание анодов в рабочую часть периода. Таким образом, оптимальная ве­ личина сопротивления, как установил младший научный со­ трудник ЦНИИ МПС инж. В. Н. Руднев, будет 50 000 ом.

Практика эксплуатации выпрямителей с сетками, под­ ключенными через сопротивление к аноду, показала, что ча­ стота о. з. при этом снижается в среднем примерно в 10 раз. Однако наличие такого соединения исключает возможность использования сеток для регулирования напряжения и

этого к некоторому повышению мешающего воздействия на линии связи.

34

6. ТРЕБОВАНИЯ К ОБСЛУЖИВАНИЮ РТУТНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Анализ работы ряда выпрямителей в отношении появ­ ления на них о. з. показывает следующее.

Когда о. з., частые в начале эксплуатации выпрямителя, постепенно исчезают, это показывает, что выпрямитель был технологически недоработан, недоформован. Наоборот, если выпрямитель начинает давать о. з. через некоторое время после начала его эксплуатации и число их увеличи­ вается, это указывает, что поверхность анода все больше и больше загрязняется или окисляется. В этом случае вы­ прямитель надо перебирать.

Отдельные ртутные выпрямители имеют некоторые свои особенности в отношении условий, при которых возникно­ вение о. з. становится наиболее вероятным (нарушение вакуума, нарушение температурного режима и т. п.). Систематическое наблюдение за этими особенностями от­ дельных ртутновыпрямительных агрегатов и использо­ вание их дает возможность весьма существенно снижать число о. з. на подстанциях.

Большое значение для работы выпрямителя без о. з. имеет правильный выбор в зависимости от режима нагрузок температуры охлаждающей воды и режима охлаждения.

Резкое увеличение числа о. з. часто объясняется неис­ правностью отдельных вентилей. Своевременно выявляя и заменяя такие вентили, можно повысить качество работы выпрямителей.

На основании обобщения опыта эксплуатационного обслуживания можно сформулировать следующие основ­ ные требования к • обслуживанию ртутных выпрямителей.

Переборка и формовка. Конструкция одноанодных выпрямителей обеспечивает уменьшение величин обратного тока, так как в них значительно ограничена возможность диффузии ионов из соседних дуг. Наличие отражательного щитка способствует отражению ртутных капель. Примене­ ние сеток дает возможность управлять выпрямителем, а также обеспечивает сокращение времени деионизации и снижения обратного тока. Однако для того, чтобы действие сеток было правильным, необходимо очень тща­ тельно производить сборку анодно-сеточного узла, строго выдерживая все рекомендованные заводом расстояния, так как расстояние между сеткой и анодом, оптимальное для нагрузочной способности вентиля, установлено опыт-

35

ным путем. Чем меньше это расстояние, тем быстрее спа­ дает обратный ток (при неизменной плотности ртутного пара). Превышение рекомендованного оптимального рас­ стояния сетка-анод, например на 2 мм, приводит к возрас­ танию обратного тока на 40%. При очень малых рас­ стояниях между сеткой и анодом снижается электриче­ ская прочность вентиля.

В отличие от многоанодного выпрямителя в одноанод­ ном значительно увеличивается влияние дуги возбуждения на сетку главного анода. Экспериментально было установ­ лено, что увеличение расстояния между сеткой и анодом очень сильно увеличивает ионный ток на сетку (ток, идущий от катода на сетку при работающем возбуждении и отрица­ тельном потенциале на сетке). При определенном значении максимума этого тока напряжение на сетке становится положительным, несмотря на то, что извне на сетку постоян­ но подается отрицательный потенциал. Для уменьшения этого тока большое значение имеет также установка за­ щитного щитка и рамки с ансдами возбуждения точно в соот­ ветствии с рекомендациями завода.

Таким образом, уже при переборке ртутных выпрями­ телей закладываются основы для их нормальной работы путем правильной сборки всех элементов вентиля.

Совершенно очевидно, что соблюдение вакуумной тех­ нологии при переборке, тщательная очистка всех вакуум­ ных частей от копоти имеет исключительное значение для предотвращения о. з., так же как и тщательная формов­ ка его после переборки.

Существуют два способа формовки: формовка на реос­ тат и формовка методом короткого замыкания. Наличие сеток в выпрямителях типа РМНВ 500 х 6 дает возможность осуществлять формовку вторым методом, как более эко­ номичным. Однако во всех случаях обязательным яв­ ляется требование формовать при соблюдении следующих условий:

хороший вакуум (не выше 2 мк)\ температура не выше 35°, так как это обеспечит пра­

вильный контроль за вакуумом; нагрузку доводить до 3 000—3 600 а. Для выпрямителей,

полученных с завода, рекомендуется проводить переборку и формовку 2 раза.

Необходимость выполнения этих требований подтверж­ дается опытом ряда дорог.

яе?

Перед включением на контактную сеть выпрямители обязательно следует подвергнуть кенотронной тренировке.

Выбор оптимальной температуры корпуса выпрями­ теля. Внешним фактором, определяющим устойчивую ра­ боту ртутного -выпрямителя, является температура кор­ пуса выпрямителя, так как от этого будет зависеть опре­ деленная, требующаяся для данного режима работы выпря­

ственно и плотноть ртут­ ных паров будут пониженными. В этом случае с возраста­

нием тока может наступить такой момент, когда возникнут

обрывы тока.

С другой стороны, чем выше температура охлаждаю­ щей воды при определенной величине анодных токов, тем больше вероятность появления обратных зажиганий.

Следовательно, чем больше нагрузка, тем выше должна быть температура корпуса по условиям обрыва дуги и, на­ оборот, тем ниже она должна быть по условиям о. з. Эти обстоятельства очень затрудняют правильный выбор темпе­ ратуры корпуса.

На основании данных теоретических исследований

37

и опыта эксплуатации Для практического выбора оптималь­ ной температуры tKкорпуса выпрямителей типа РМНВ 500Х X 6, работающих на тяговых подстанциях при напряжении 3 000 в,рекомендуется пользоваться зависимостью h ' = f ( t K), приведенной на рис. 24 (/Е — наибольшее минутное зна­ чение тока на выпрямитель). На кривой отмечены темпе­ ратуры корпуса, рекомендуемые для выпрямителей, рабо­ тающих с номинальными токами / н = 500 и 750 а.

Если нагрузка выпрямителя, в среднем небольшая, периодически резко возрастает, то при высокой температуре корпуса будет иметь место усиленное испарение ртути и кон­ денсация ее на холодной анодной головке, так как темпера­ тура последней определяется средней нагрузкой. При таких условиях работы выпрямителя особенно важно не завышать температуру корпуса.

Режим охлаждения при включении и отключении ртут­ ных выпрямителей. Для того чтобы предотвратить о. з. при включении (или сразу после включения) выпрямителей в работу, на ряде тяговых подстанций принято держать их отключенными не больше 4—8 ч. Это приводит к значи­ тельному увеличению количества оперативных переклю­ чений на преобразовательных агрегатах, что нежелательно. В то же время при обеспечении правильного режима охлаждения при включении и отключении выпрямителей можно исключить о. з., связанные с включением их в ра­ боту даже после длительного нахождения в резерве.

О. з. при включении выпрямителей в работу объясняют­ ся в основном следующим. Температура испарения ртути очень низкая, особенно под вакуумом. Поэтому пары ртути внутри вентиля имеются всегда, даже когда он длительно находится в отключенном состоянии, но конденсация па­ ров может иметь место только в том случае, если есть поверх­ ности с температурой более низкой, чем температура пара. Поэтому, если выпрямитель длительно находится в отклю­ ченном состоянии, то его головка имеет температуру окру­ жающего воздуха (16—18° С); подогрев катода такого вы­ прямителя охлаждающей водой перед включением его на нагрузку до 30—35° С будет способствовать усилению испа­ рения ртути и конденсации ее на анодной головке и сетках. В этом случае, после включения выпрямителя в работу, ког­ да анодная головка подогреется током нагрузки, произой­ дет испарение сконденсированной на ней ртути, плотность

38

ртутного пара в этом месте повысится и может произойти обратное зажигание. Время, через которое произойдет обратное зажигание, колеблется от нескольких минут до 1—2 ч. Это зависит от величины тока, проходящего через вентиль, — чем больше ток, тем быстрее произойдет о. з, О. з. может иметь место также в том случае, если охлаждаю­ щая вода будет подогреваться после того, как выпрями­ тель включен, но не нагружен.

Для того чтобы предотвратить о. з. по указанной при­

теплообменника (температурой 304-35°). Такой режим охлаждения отключенного выпрямителя при условии, что он находился в резерве 6—8 ч, приводил к тому, что выпрямитель ежедневно давал несколько о. з. После того как стали перекрывать охлаждающую воду через 30 мин после отключения выпрямителя, о. з. прекратились, хотя время нахождения выпрямителя в резерве было увеличено до 12—24 ч.

Для того чтобы определить, как изменяется температура различных узлов вентиля, после прекращения охлаждения, заводом «Уралэлектроаппарат» были сняты эксперимен­ тально (рис. 25, 26) кривые охлаждения вентиля В-500 для двух случаев: при прекращении охлаждения одновре­

39

менно со снятием номинальной нагрузки (рис. 26, а), при прекращении охлаждения через 15 мин после снятия

нагрузки (рис. 26, б).

Температура окружающего воздуха при испытании была 4-7° С. До отключения выпрямитель имел нагрузку 3 000 а.

° С а)

Рис. 26. Изменение температуры узлов вентиля В-500 при:

а—одновременном снятии нагрузки и прекращении охлаждения; прекращении охлаждения через 15 мин после снятия нагрузки

Анализ полученных кривых (рис. 26) показывает, что прекращать охлаждение одновременно со снятием нагрузки нецелесообразно, так как это ведет к значительному подъему температуры отдельных узлов выпрямителя (узлы 4 и 5), а следовательно, и к повышенной плотности пара в этих местах за счет теплоты раскаленной головки и сеток.

40