Основным оборудованием преобразовательных агрегатов являются преобразовательные (тяговые) трансформаторы и выпрямители.
Преобразовательные трансформаторы предназначены для питания выпрямителей. От обычных понижающих трансформаторов преобразовательные отличаются схемой соединения вторичных обмоток, наличием уравнительного реактора при схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором», специфическими условиями работы: значительными колебаниями токов нагрузки; возможностью пробоя диодов фазы; сравнительно частыми КЗ на землю, коммутационными и атмосферными перенапряжениями. Все эти особенности необходимо учитывать при разработке, выполнении и эксплуатации преобразовательных трансформаторов. Для повышения электродинамической стойкости обмоток трансформаторов в аварийных режимах увеличивают радиальный размер вторичных обмоток, снижают плотность тока в них до 2,5…3 А/мм
2
вместо 3…4,5 А/мм
2
для понижающих трансформаторов. Вторичные обмотки выполняют снаружи по отношению к первичным (сетевым) из параллельно соединенных дисковых катушек, которые пресссуются специальными сегментами или кольцами. Такое крепление и компоновка обеспечивает высокую электродинамическую прочность и является более технологичным.
Рис. 1. Двенадцатипулъсовые схемы выпрямления с соединением шестипульсовых схем:
а — последовательное; б — параллельное; виг — диаграммы выпрямленных напряжений; due — диаграммы токов в диодах вторичных обмоток трансформаторов
В эксплуатации находятся различные преобразовательные трансформаторы для шестифазных нулевых схем выпрямления с уравнительным реактором типов ТМПУ-16000/10ЖУ1, ТМПУ- 6300/35ЖУ1 и для трехфазных мостовых — ТДП-12500/10ЖУ1, ТМП — 6300/35ИУ1. Для двенадцатипульсовой схемы на базе трансформатора ТДП-12500/10ЖУ1 разработан преобразовательный трансформатор ТРДП-12500/10ЖУ1. Тип трансформатора расшифровывается так:
Т — трехфазный, М — масляный, Д— с дутьевым охлаждением, р — с расщепленной вторичной обмоткой, П — для полупроводниковых выпрямителей, У — с уравнительным реактором; число после буквенного обозначения — типовая мощность; число через дробь — номинальное напряжение первичной обмотки; Ж — железнодорожный; У — для умеренного климата, 1 — для наружного размещения. Технические характеристики преобразовательных трансформаторов приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Параметры преобразовательных трансформаторов
Примечание: ТРДП-12500/10ЖУ1 имеет ном = 2,61 кВ при параллельном соединении мостовых схем выпрямления; С/2ном = 1,305 кВ — при последовательном.
Типовая мощность преобразовательных трансформаторов представляет собой мощность обычного понижающего трансформатора, бак и магнитопровод которого использованы при изготовлении преобразовательного трансформатора. Типовая мощности обычно больше номинальной, так как в бак соответствующей типовой мощности понижающего трансформатора устанавливают магнитопровод с обмотками усиленного крепления и уравнительный реактор.
Первичные обмотки трансформаторов имеют ответвления, с помощью которых, отключив трансформатор, можно изменять его коэффициент трансформации в пределах ± 5%. Переключение ответвлений осуществляется тремя однофазными переключателями без возбуждения (ПБВ), то есть при отключении тока нагрузки. Переключатель имеет три ступени регулирования: положение I соответствует наибольшему, положение II — номинальному и положение III — наименьшему значению напряжения на первичной стороне трансформатора при неизменном напряжении на вторичных обмотках.
Выпрямители на силовых полупроводниковых приборах (СПП) применяются на тяговых подстанциях с 1965 г. В начальный период внедрения выпрямителей на основе СПП было разработано несколько их типов с различными видами охлаждения.
Выпрямители с принудительным воздушным охлаждением типов УВКЭ-1, ПВЭ-2, ПВЭ-3, ПВЭ-ЗМ, ПВК-6 устанавливались в помещениях, а их охлаждение осуществлялось путем подачи воздуха вентиляторами. В первом выпрямителе УВКЭ-1 использовались диоды нелавинного типа В-200-8 в количестве 720 штук. В последующих разработках выпрямителей шли по пути уменьшения количества диодов за счет повышения их класса и применения лавинных диодов ВЛ-200. Наиболее широкое применение на тяговых подстанциях получили выпрямители с естественным воздушным охлаждением в связи с простотой их обслуживания и высокими технико-экономическими показателями.
Выпрямитель типа ПВЭ-5АУ1 (преобразователь выпрямительный для электротяги, модификации 5 А, климатическое исполнение У, для размещения вне помещений) получил в свое время довольно широкое распространение на тяговых подстанциях. Применяются две модификации выпрямителя: для трехфазной мостовой схемы выпрямления и для шестифазной нулевой. В комплект входят: выпрямитель, состоящий из шести шкафов с диодами, шкаф с RС-контурами, шкаф с разрядниками РБК-3 и шкаф с реле земляной защиты.
Рис. 2:
а — шкаф выпрямителя ПВЭ-5АУ1; 6 — расположение в нем блоков диодов с охладителями
На рис. 2, а показан шкаф 11 с диодами 7, соединяемыми в последовательные ветви по 14 штук, расположенных по вертикали по 7 штук с двух сторон шкафа, и по 5 параллельных ветвей. Диоды, типа ВЛ—200 от 10 до 20 класса с охладителями 8 установлены на изоляторах 10, закрепленных на металлическом каркасе 4. Анодный и катодный выводы диодной группы шкафа- фазы соединены с проходными изоляторами А и К, закрепленными на крыше 1. Шкаф двустороннего обслуживания имеет двери 5 с электромагнитными замками 6. В верхней части шкафа имеется диффузор 12, обеспечивающий выход нагретого воздуха наружу и предохраняющий элементы шкафа от атмосферных осадков. Сетки 2 и 9 защищают охлаждающие отверстия. Для осмотров и ремонтных работ шкаф снабжен двумя светильниками 3. Блоки диодов с охладителями расположены в одной вертикальной плоскости (рис. 2, б). Чтобы исключить подогрев охладителей 1 верхних блоков воздухом, нагретым нижними, между соседними рядами охладителей устанавливаются наклонные экраны 2, направляющие поток теплого воздуха в канал между охладителями. Это позволило значительно уменьшить габариты шкафов выпрямителя.
Шкафы выпрямителя устанавливают на открытой части подстанции на железобетонных конструкциях на высоте не менее 1 м от уровня планировки поверхности, что обеспечивает хороший доступ охлаждающего воздуха в шкаф.
Для использования выпрямителя ПВЭ-5АУ1 в составе двенадцатипульсового выпрямительного агрегата последовательного типа с каждой стороны шкафа устанавливают дополнительно по одному горизонтальному ряду диодов с охладителями. Затем на одной стороне шкафа изменяют направление диодов. Одноименные выводы анодные А и катодные К объединяют и подключают к проходным изоляторам. В середине полуфаз устанавливают перемычки, соединяющие все пять ветвей диодов, и подключают их к одной из фаз вторичной обмотки преобразовательного трансформатора. В середине фазы также устанавливают перемычку и подключают ее к катодному выводу. Аноды полуфаз объединяют на анодном выводе. Таким образом, каждый из шести шкафов выпрямителя после реконструкции представляет два плеча мостовой схемы, три шкафа подключаются к одной трехфазной вторичной обмотке трансформатора, а три — к другой. Такая реконструкция ПВЭ-5АУ1 позволяет продлить его работу уже в новых условиях эксплуатации.
Выпрямитель ТПЕД-3150-З,3к-У1 (трехфазный преобразовательный с естественным охлаждением диодный) изготавливается на номинальный ток 3150 А и номинальное напряжение 3,3 кВ для эксплуатации в умеренном климате и предназначается для размещения на открытой части подстанции. Выпрямитель собирается из таблеточных диодов ДЛ133—500—14 (диод лавинный на 500 А 14-го класса) с охладителями, обеспечивающими прижимное усилие за счет прижимного устройства 10 кН. Выпрямитель состоит из шести шкафов, в каждом из которых размещены 48 диодов с охладителями, а также конденсаторы и резисторы. На крыше каждого шкафа размещаются шесть проходных изоляторов, через которые осуществляется подключение к шинам (плюсовой и минусовой) и вторичным обмоткам преобразовательных трансформаторов. Шкафы обслуживаются с двух сторон. Передние и задние двери снабжены механическими замками, замками электромагнитной блокировки и конечными выключателями, обеспечивающими отключение выпрямителя от высокого напряжения при открывании дверей.
Схемы главных электрических соединений выпрямителей зависят от схемы выпрямления. На рис. 3, а показано подключение выводов шкафов выпрямителя при двенадцатипульсовой последовательной схеме. Разрядники, защищающие выпрямитель от перенапряжений, подключаются между выводами вторичных обмоток трансформатора. С выпрямителем последовательного типа комплектуются разрядники РВКУ-1,65 А01. На рис. 3, б показана схема подключения шкафов выпрямителя при двенадцатипульсовой параллельной схеме выпрямления, шкафы которого имеют по четыре вывода на крыше. Шкафы описанной конструкции могут быть использованы и при других схемах выпрямления (шестипульсовых мостовой и нулевой).
Рис. 3. Подключение шкафов выпрямителя ТПЕД-3150-3,3 к:
а — при двенадцатипульсовой последовательной; б — параллельной схеме выпрямления
Результатом дальнейшей разработки выпрямителей этой серии является выпрямитель типа ВТПЕД-3,15к-3,Зк-21-У1 на номинальный ток 3,15 кА и напряжение 3,3 кВ, выполненный на диодах ДЛ153-2000-20 УХЛ2. Диод на ток 2000 А с двумя охладителями представляет собой отдельный блок, теплоотвод от которого осуществляется дистиллированной деарированной водой. Выпрямитель выполняется из 48 блоков (8 штук на фазу), защищается от перенапряжений разрядниками типа РВКУ-3,3 АО 1.
Схема преобразовательного агрегата приведена на рис. 4. Агрегат состоит из преобразовательного (тягового) трансформатора Г типа ТДП-12500/10 ЖУ1 и выпрямителя UD типа ТПЕД-3150- 3,3 к-У1. К шинам РУ-10 кВ преобразователь подключается через выключатель масляный типа ВКЭ-10-20/1000 УЗ или вакуумный ВВЭ-10. К трансформаторам тока ТА, и ТА2 типа ТЛМ-10-1УЗ подключены: амперметр, релейные защиты (МТЗ и токовая осечка), устройства автоматики включения резервного преобразовательного агрегата. Заземляющие ножи QSG, используются для обеспечения безопасности производства ремонтных работ. Трансформатор имеет защиты: газовую (РГ) — от внутренних повреждений, связанных с нарушением изоляции обмоток; от понижения уровня масла, расширителя (РУР); термическую. — от предельного повышения температуры масла (термосигнализаторы ТС, и ТС2).
Рис. 4. Схема преобразовательного агрегата с выпрямителем типа ТПЕД-3150-3,Зк-У1
Выпрямитель UD типа ТПЕД-3150-3,3 к-У1 подключается к вторичной обмотке трансформатора Т, соединенной в «треугольник». Мостовая схема выпрямления, по которой собран преобразовательный агрегат, обеспечивает на шинах 3,3 кВ шеетипульсовое выпрямленное напряжение. Выпрямитель защищается от коммутационных перенапряжений разрядниками FV,, FV2, FVy типа РВКУ- 3,3AO 1, а диодные ветви плеч моста — резисторно-конденсаторными ЛС-контурами, которые также снижают скорость нарастания обратного напряжения, прикладываемого к диодам. К шинам РУ-3,3 кВ выпрямитель подключается быстродействующим выключателем QF и разъединителем QS. Выключатель типа ВАБ-43 (ВАБ-49) защищает выпрямитель и трансформатор от обратных токов, возникающих при пробе изоляции или диодов. Разъединитель типа РВРЗ-1- 10/4000 с приводом типа ПР-ЗУЗ или ПЧ-50 используется при ремонтных работах, а его заземляющий нож QSG кроме заземления выключателя QF и выпрямителя UD обеспечивает разряд конденсаторов С (в комплекте 2 конденсатора) типа ФСТН-16У2 через разрядный резистор R, типа ПЭ-75. Конденсатор С, защищаемый предохранителем FU] типа ПК-1-20/20-20УЗ, служит для отфильтровывания высокочастотных гармоник, возникающих в процессе выпрямления переменного тока, чтобы они не могли распространяться за пределы тяговой подстанции и создавать высокочастотные радиопомехи в тяговой сети. Измерение выпрямленного напряжения и тока преобразователя производятся с помощью вольтметра Р V и амперметра РА. Вольтметр типа М-151 проградуирован в киловольтах (0- 4 кВ) с учетом резистора R3 типа Р-10У, который ограничивает ток в цепи прибора. Защищается вольтметр PV предохранителем F U% типа ПКТН-10УЗ. Амперметр типа М-151 включается в цепь выпрямленного тока с помощью шунтового резистора R 2 и градуируется в килоамперах (0-4 кА).
Включение преобразовательного агрегата под нагрузку производится поочередным включением выключателей QF, со стороны 3,3 кВ и Q со стороны 10 кВ при включенном разъединителе QS (заземляющие ножи QSGl и QSG2 отключены). Защита выпрямителя от пробоя изоляции на контур заземления выпрямителя осуществляет комплект земляной защиты А К, подключаемой к контуру заземления оборудования выпрямителя (шкафы, фланцы изоляторов выпрямителей) и к наружному контуру заземления подстанции. Защита при пробое изоляции действует на отключения выключателей Q и QF со стороны шин 10 и 3,3 кВ.