Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита устройств электроэнергетики. Курс лекций
.pdf
В диагональ уравновешенного моста, образуемого резисторами
R
и группами параллельных диодов, включены сигнальные лампы
Ш
HL1–HL12, являющиеся датчиками защиты от пробоя диодов. Против каждой сигнальной лампы помещен фоторезистор, нормально
не освещенный. При возникновении пробоя диода или другого
повреждения, нарушающего распределение напряжения вдоль последовательно соединенных диодов, загорается сигнальная лампа,
примыкающая к поврежденной группе, и освещает соответствующий фоторезистор. Сопротивление фоторезистора при этом изменяется. Фоторезисторы ФСК-1, применяемые в этом случае, имеют
сопротивление (сопротивление в темноте) R
= 3,3 × 106 Ом и сред-
Т
нюю кратность изменения сопротивления RТ / RСТ = 140, где RСТ –
сопротивление освещенного фоторезистора.
Применение фоторезисторов позволяет обеспечить надежную
изоляцию между находящимися под высоким напряжением сигнальными лампами и низковольтными выходными цепями.
Защита при пробое диодов в одной группе воздействует на сигнал,
а в двух и более вызывает отключение преобразовательного агрегата.
Выпрямитель ПВЭ-3 выпускался Таллинским электротехническим заводом с 1971 года в течение ряда лет в двух модификациях:
ПВЭ-3 для схемы две обратные звезды с уравнительным реактором
и ПВЭ-3М для трехфазной мостовой схемы. Конструктивно выпрямитель ПВЭ-3 более компактен, чем УВКЭ-1, и состоит из двух
шкафов внутренней установки и имеет принудительное воздушное
охлаждение [7].
В каждом плече выпрямителя ПВЭ-3 (рис. 7.2, а и б) собрано
по 90 лавинных диодов типа ВЛ-200-8 (VD1–VD90), соединенных
по 5 параллельно и по 18 последовательно. Для обеспечения равномерности распределения обратного напряжения между последовательно включенными диодами и защиты диодов от пробоя параллельно каждому из них подключены шунтирующие резисторы
RШ = 5,1 кОм, демпфирующие цепи RВСВ с параметрами RВ = 20 Ом
и СВ = 0,5 мкФ, сопротивления связи RС = 0,6 Ом и добавочные резисторы RД = 12 кОм.
Схема плеча выпрямителя ПВЭ-3М приведена на рис. 7.3. В каждом плече собрано по 90 диодов типа ВЛ-200-8 (VD1–VD90), соединенных по 10 параллельно и по 9 последовательно. Назначение
и параметры шунтирующих резисторов RШ, демпфирующих цепей
RВСВ, сопротивлений связи RС и добавочных резисторов RД анало-
гичны схеме плеча выпрямителя ПВЭ-3. Диоды с охладителями,
81
резисторы связи, конденсаторы и резисторы контуров R
ш
ш
ш
ш
д
д
д
д
д
д
ВСВ
размещены в 36 блоках. Блок может быть снят для чистки, контроля или
смены охладителя.
a
VD1
VD19 VD37 VD55 VD73
R
R
с
R
с
R
с
R
с
с
R
R
R
с
с
с
R
с
R
с
R
с
R
с
HL1
HL2
R
ш
R
ш
R
82
R
с
R
с
R
с
VD18 VD36
R
R
с
R
R
с
R
R
с
VD54
R
с
с
с
с
R
с
R
с
VD72
б
VD1
VD19 VD37 VD55 VD73
R
R
с
R
с
R
с
R
с
R
с
R
с
R
с
VD18 VD36
R
с
R
с
R
с
R
с
R
R
с
R
R
с
R
с
VD54
Рис. 7.2. Схемы плеча выпрямителя типа ПВЭ-3
R
с
с
R
R
с
с
R
R
с
R
с
с
с
R
с
R
R
R
R
VD72
с
с
с
с
с
VD90
HL8
HL9
VD90
R
в
С
R
в
С
R
в
С
R
С
R
С
R
С
R
R
R
в
R
К1
К2
R
R
R
R
R
в
в ПР
в
в
в
в
в
в ПР
в
в
Каждый шкаф имеет воздушный канал, образованный охладите-
д
д
лями вентилей и боковыми пластинами. В канале общего воздухопровода устанавливается ветровое реле, контролирующее скорость
воздушного потока охлаждающего воздуха и дающее сигнал на отключение преобразовательного агрегата в случае исчезновения или
уменьшения скорости ветрового потока ниже установленной нормы – 10 м/с.
В первом варианте агрегата плечо (рис. 7.2, а) имело только сигнализацию о пробое диодов (сигнальные лампы HL1–HL9). Для
возможности визуального наблюдения за лампами в дверях шкафа
были предусмотрены окна. Однако такой визуальный контроль непригоден для условий эксплуатации.
В дальнейшем были выпущены агрегаты с защитой от пробоя диодов, выполненной на герконовых реле. В каждой группе (рис. 7.2, б
и рис. 7.3) установлены два герконовых реле К1 и К2 датчика защиты,
включенных в диагональ уравновешенного моста между добавочными резисторами R
и последовательно соединенными диодами.
Д
VD1
R
R
д
R
д
R
д
R
д
К1
R
д
в ПР
R
д
в
С
R
С
R
С
R
С
R
С
R
С
R
R
R
R
R
R
VD9
с
с
с
с
с
с
в
в
в
в
в
в
в
в
в
в
в
VD37 VD46 VD55 VD82
VD10
R
R
R
R
R
R
VD18
с
с
с
с
с
с
VD45
R
R
R
R
R
R
VD54
R
R
с
с
R
с
с
R
с
с
R
с
с
R
с
с
R
с
с
VD63
VD90
в
С
в
R
в
С
в
R
в
С
в
R
в
К2
С
в
R
в
С
в
в ПР
R
в
С
в
R
д
R
R
R
R
Рис. 7.3. Схемы плеча выпрямителя типа ПВЭ-3М
Изоляция контактов герконовых реле относительно катушки выполнена на напряжение 4 кВ, благодаря чему обеспечивается разделение цепей, находящихся под высоким потенциалом,
и низковольтных цепей защиты и управления тяговой подстанции.
83
д
д
Герконовые реле К1 и К2 настраивают на срабатывание при пробое
двух диодов в наиболее удаленных от реле последовательных рядах.
Выпуск мощных диодов и тиристоров, а также необходимость
модернизации существующих выпрямителей и инверторов привели
к появлению нового поколения преобразователей.
Выпрямитель В-ТПЕД-3,15к-3,3к (трехфазный, преобразовательный, с естественным охлаждением, диодный) производства
ОАО «Электровыпрямитель» г. Саранск выпускается с 1991 года [10].
Выпрямители В-ТПЕД-3,15к-3,3к состоят из трех металлических шкафов, внутри которых расположены силовые диодные
блоки с охладителями испарительного типа на базе тепловых труб.
Каждый шкаф с диодными блоками выполнен в унифицированном
каркасе с двухсторонним обслуживанием.
Диодное плечо 6-пульсового выпрямителя содержит 4 последовательно и 2 параллельно соединенных диодов VD1–VD8 типа Д1532000-20 класса (рис. 7.4, а), а у 12-пульсового – 2 последовательно
и 2 параллельно соединенных диода VD1–VD4 (рис. 7.4, б). Каждый
диод с двумя охладителями испарительного типа на основе тепловых труб представляет собой отдельный блок.
Общее число диодов в выпрямителе В-ТПЕД для 6 и 12-пульсового исполнения составляет 48 штук.
Для выравнивания напряжения между последовательно включенными диодами в статических и динамических режимах и создания цепей контроля пробой диодов параллельно каждому из них
включены шунтирующие резисторы R
= 12,4 кОм и демпфирую-
Ш
щие цепи RВСВ с параметрами RВ = 56 Ом и СВ = 0,25 мкФ и сопротивления связи RС = 10 Ом.
Каждое плечо выпрямителя В-ТПЕД имеет защиту от пробоя диодов. Рассмотрим ее работу на примере диодного плеча 12-пульсового выпрямителя.
В диагональ моста резисторов RШ, R1, R2, RШ каждого плеча
(точка а и б на рис. 7.4, б) включен блок контроля пробоя диодов
(БКПД), причем R1 и R2 имеют точно такие же параметры, как
и RШ = 12,4 кОм. Каждый БКПД состоит из мостового выпрямителя
UD1 типа КЦ 402В, добавочного резистора RД = 1,5 кОм, конден-
сатора С1 = 200 мкФ и специального герконового реле К1, выполняющего роль гальванической развязки между высоковольтными
и низковольтными цепями защиты и управления тяговой подстанции. В нормальном режиме напряжение между точками а и б близко к нулю. При пробое какого-либо диода, например VD1, один из
84
резисторов R
в ПР
в ПР
R
R
R
R
++
R
R
в ПР
оказывается закороченным. Между точками а и б
Ш
возникает разность потенциалов, которая прикладывается к БКПД
(рис. 7.4, б).
а
1
2
1
2
К1.1
К1
C
R
VD1
R
д
C
в
R
ш
в
в
R
ш
VD3 VD5 VD7
R
с
VD1VD1
––
R
д
C
R
в
в
R
ш
R
с
C
R
в
в
R
в
R
ш
R
с
К2
С1С1
К2.1
VD2 VD4 VD6 VD8
б
VD 1
C
в
R
VD1
1
–
R
д
R
в
ш
2
а
К1
+
C
в
б
R
ш
С1
R
в
К1.1
VD3
R
с
VD2 VD4
Рис. 7.4. Принципиальные схемы диодных плеч выпрямителей В-ТПЕД:
а – 6-пульсового; б – 12-пульсового
85
При появлении напряжения между точками а и б контакты гер-
220
13
конового реле К1.1 замыкаются и создают цепь на срабатывание соответствующего этому диодному плечу исполнительного реле KL1
в панели исполнительных реле (рис. 7.5).
SB
FU1
В
FU2
T
UD2
Рис. 7.5. Панель исполнительных реле
KL1
C2
K1.1
KL12
KL
K12.1
Панель исполнительных реле состоит из питающего трансформатора с U1 = 220 В и U2 = 24 В, мостового выпрямителя UD2 типа
КЦ402В, конденсатора С2 = 1000 мкФ и 12 реле KL1–KL12 типа РП
21-003-24В, каждое из которых имеет три нормально разомкнутых
контакта.
При срабатывании какого-либо реле создаются следующие цепи:
– на отключение выпрямителя;
– сигнализацию о пробое диода;
– сигнализацию о номере поврежденного диодного плеча.
Реле KL13 служит для отключения выпрямителя при исчезновении вторичного напряжения U2 = 24 В трансформатора Т. Для проверки исправности реле KL13 в первичной обмотке трансформатора Т установлена кнопка SB.
Защита от пробоя диодов в 6-пульсовом выпрямителе выполнена
аналогично. Отличия заключаются лишь в том, что каждое диодное
плечо имеет два БКПД и сигнализация о пробое обеспечивается для
каждого полуплеча.
Обобщая вышесказанное, отметим, что выпрямитель В-ТПЕД
имеет значительные преимущества по сравнению с ранее выпускавшимися выпрямителями. Применение мощных диодов высокого
качества и испарительного охлаждения на тепловых трубах позволило снизить общее число диодов до 48 штук, тогда как у выпрямителя предыдущего поколения ТПЕД оно составляло 288 штук,
а у выпрямителя ПВЭ-5АУ1 – 420 штук.
Выпрямитель ТПДЕ-Ж-3,15к-3,3к (трехфазный, преобразовательный, диодный, с естественным охлаждением) производства
86
ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО» г. С.-Петербург выпускается с 2009 года [12].
Выпрямитель ТПДЕ-Ж-3,15к-3,3к имеет следующие особенности: схема выпрямления – 12-пульсная последовательная на основе четырех трехфазных мостовых выпрямителей, питаемых от двух
вторичных обмоток тягового трансформатора. Трехфазные мосты
включены в две параллельные группы, каждая группа состоит из
двух мостов, включенных последовательно.
Выпрямитель ТПДЕ-Ж состоит из трех шкафов и содержит 48 силовых диодов таблеточного типа Д-453-2000-24. Каждый силовой
диод имеет два охладителя испарительного типа, всего 96 охладителей
типа О272-626-У3 на агрегат. Каждый из трехфазных мостов включает в себя 12 диодов типа Д453-2000-24, при этом каждое из шести плеч
трехфазного моста содержит два диода, включенных последовательно. Масса выпрямителя ТПДЕ-Ж-3,15к-3,3к составляет 2800 кг.
Выпрямитель ТПДЕ-Ж-3,15к-3,3к имеет 24 блока шунтирующих и демпфирующих цепей (блоки А1–А4) в диодных секциях
U1–U6 и 12 блоков индикации пробоев диодов с герконовыми реле
(блоки А5 и А6). Эти блоки (А1–А4) и (А5 и А6) являются общими
для одноименных фаз мостов, включенных параллельно, и аналогичны выпрямителю В-ТПЕД-3,15к-3,3к (рис. 7.4, б).
При пробое любого из четырех диодов фазы С2 (например VD1–
VD4) срабатывает герконовое реле К1 (блок А5). Сигнал от герконового реле К1 поступает на шкаф контроля выпрямителя, где срабатывает промежуточное реле КL11.1, которое своими контактами
отключает выпрямитель от сети переменного тока и от сборных шин
постоянного тока 3,3 кВ. Одновременно на панели шкафа контроля
загорается светодиод HL11, сигнализируя о пробое одного из диодов VD1–VD4.
Шкаф контроля выпрямительного агрегата и шкаф реле земляной защиты устанавливаются на боковой стороне выпрямительного
агрегата.
Реле земляной защиты срабатывает:
– при замыкании на корпус шин высокого напряжения выпрямителя;
– замыкании на металлоконструкцию шин шинной эстакады тяговый трансформатор – выпрямитель.
Срабатывание реле земляной защиты приводит к отключению
выпрямителя от сети переменного тока и от сборных шин постоянного тока.
87
Выпрямитель В-МПЕ-Д-3,15к-3,3к (многофазный, постоянный
ток на выходе преобразователя, с естественным охлаждением, диодный) производства ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО» г. С.-Петербург
выпускается с 2013 года [12].
Выпрямитель В-МПЕ-Д-3,15к-3,3к имеет следующие особенности: схема выпрямления – 12-пульсная последовательная на
основе четырех трехфазных мостовых выпрямителей, питаемых от
двух вторичных обмоток тягового трансформатора. Мосты включены в две параллельные группы, каждая группа состоит из двух
мостов, включенных последовательно. Выпрямитель состоит из
двух силовых шкафов с двухсторонним обслуживанием и релейного отсека. Выпрямитель В-МПЕ-Д-3,15к-3,3к содержит 24 силовых
диодов типа Д-183-4000-42УХЛ2. Каждый из трехфазных мостов
включает в себя 6 диодов, при этом каждое плечо трехфазного моста
содержит один диод типа Д-183-4000-42УХЛ2. Масса выпрямителя
В-МПЕ-Д-3,15к-3,3к составляет 1750 кг.
Выпрямитель В-МПП-Д-3,15к-3,3к (многофазный, постоянный
ток на выходе преобразователя, с принудительным охлаждением,
диодный) производства ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО» г. С.-Петербург выпускается с 2013 года [12].
Выпрямитель В-МПП-Д-3,15к-3,3к имеет следующие особенности: схема выпрямления 12-пульсная последовательная на основе двух трехфазных мостовых выпрямителей, питаемых от двух
вторичных обмоток тягового трансформатора. Трехфазные мосты
включены последовательно. Выпрямитель состоит из двух силовых шкафов с двухсторонним обслуживанием и релейного отсека.
Выпрямитель В-МПП-Д-3,15к-3,3к содержит 12 силовых диодов
типа Д-183-4000-42УХЛ2. Каждый из трехфазных мостов включает в себя 6 диодов, при этом каждое плечо трехфазного моста содержит один диод типа Д-183-4000-42УХЛ2. Масса выпрямителя
В-МПП-Д-3,15к-3,3к составляет 1080 кг.
Охлаждение выпрямителей, оборудованных системой принудительного охлаждения при помощи электровентиляторов, осуществляется следующим образом: при токе нагрузки, меньше 60 %
номинального значения, охлаждение – естественное воздушное;
при токе нагрузки более 60 % номинального значения, охлаждение
принудительное воздушное.
Система принудительного охлаждения при помощи электровентиляторов также включается, если температура нагрева охладителей
силовых диодов превышает (90 ± 5) °С.
88
Выпрямители В-МПЕ и В-МПП имеют следующие виды защит:
– от пробоя полупроводниковых приборов (система диагностики);
– перегрева при помощи инфракрасных датчиков температуры;
– перегрузки при помощи датчика тока.
Для предотвращения включения силового преобразовательного
трансформатора на короткое замыкание, вызванное пробоем диода, используется система диагностики состояния диодов, которая
контролирует состояние диодов за счет подачи на выход выпрямителя напряжения контактной сети 3,3 кВ.
Система контроля температуры при помощи инфракрасных датчиков температуры позволяет интегрально оценивать состояние
контактных соединений, усилие сжатия, степень изменения параметров полупроводниковых приборов. Инфракрасные датчики температуры являются безинерционными в отличие от ранее применяемых тепловых датчиков.
Применение современных охладителей на основе тепловых труб
обеспечивает высокую перегрузочную способность выпрямителей,
уменьшение их массы и габаритов. Повышенный запас по напряжению и току полупроводниковых приборов увеличивает надежность
работы в нормальных и аварийных режимах.
Силовые диодные блоки БСЕ-4В1Д8-24 и БСЕ-4В1Д8-24. Начиная
с 1996 года на опытном заводе ВЭИ освоен серийный выпуск диодных и тиристорных блоков типа БСЕ. Такие блоки предназначены
для модернизации выпрямителей ПВЭ-3, ПВЭ-5, УВКЭ-1, ТПЕД,
В-ТПЕД, ВИПЭ-1 и ВИПЭ-2, когда происходит полная замена выработавших свой ресурс полупроводниковых приборов без замены
существующих шкафов [11].
Принципиальная электрическая схема блоков БСЕ-4В1Д8-24
и БСЕ-4В1Д8-24 приведена на рис. 7.6. Каждое плечо выпрямителя
на блоках БСЕ по 12-пульсовой схеме последовательного типа состоит из 4 диодов типа Д173-2500 24 класса, соединенных по 2 параллельно и 2 последовательно.
Для обеспечения равномерности распределения обратного напряжения между последовательно включенными диодами и защиты
диодов от пробоя параллельно каждому из них подключены шунтирующие резисторы R
= 300 кОм и демпфирующие цепочки RВСВ
Ш
с параметрами RВ = 100 Ом и СВ = 0,24 мкФ.
Отсутствие контроля и сигнализации состояния силовых блоков
БСЕ может приводить к массовому выходу силовых диодов. Так,
например, по данным Свердловской железной дороги, на которой
89
эксплуатируются более 30 преобразователей на блоках БСЕ без применения устройств защиты, в среднем на один агрегат наблюдался
выход до 23 силовых диодов.
W1
в БК
ТО
С
в
R
в
С
в
R
в
W2
R
ш
VD1
R
ш
VD2
С
в
R
в
W3
R
ш
VD3
С
в
R
в
R
ш
VD4
Рис. 7.6. Принципиальная электрическая схема блоков
БСЕ-4В1Д8-24 и БСЕ-4В1Д8-24
В этой связи проведены работы по разработке и изготовлению
установочной серии микропроцессорной системы диагностики выпрямительных преобразователей (МСДП) для тяговых подстанций
постоянного тока [9].
Данная система защиты позволяет обнаружить пробой диода до
включения силовой части выпрямителя под высокое напряжение.
Для этого каждое плечо выпрямителя дополнено датчиком непрерывного контроля электрического контроля состояния диодов.
Датчик состоит из трансформатора опроса ТО, по первичной обмотке W1 которого от БК периодически протекает ток опроса частотой 100 кГц. Вторичные обмотки W2 и W3 трансформатора опроса
включены параллельно контролируемым диодом. Принцип контроля состояния диодов подробно рассмотрен в [9].
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]