Gleichrichtereinheiten für Umspannwerke
Ein Halbleitergleichrichter kann abhängig von der verwendeten Gleichrichterschaltung und der Kopplungsschaltung des Leistungstransformators in einen Brücken- oder Neutralleiterkreis einbezogen werden.
Gleichrichtereinheiten für Umspannwerke des städtischen Elektrotransports VAK-1000/600-N, VAK-2000/600-N und VAK-3000/600-N. Die Bezeichnungen der Gerätetypen sind wie folgt entschlüsselt: Gleichrichter mit Silizium-Ventilgleichrichter, für gleichgerichteten Nennstrom 1000, 2000 oder 3000 A, gleichgerichtete Nennspannung 600 V, Betrieb nach Nullschaltung.
Die Einheit besteht aus einem Leistungstransformator, einem Gleichrichter, einem Schaltschrank, Schutzschränken oder -tafeln und einem Hochgeschwindigkeits-Kathodenschalter.
Gleichrichter je nach Gleichrichtertyp werden als BVK-1000/600-N, BVK-2000/600-N und BVK-3000/600-N bezeichnet, was bedeutet: Siliziumgleichrichter für gleichgerichteten Nennstrom 1000, 2000 oder 3000 A, nominal gleichgerichtet Spannung 600 V, Betrieb im Neutralleiterkreis.
Jede Phase oder jeder Zweig der Gleichrichtereinheit besteht aus parallel und in Reihe geschalteten Ventilen.
Die Parallelschaltung von Ventilen wird verwendet, wenn der Nennstrom der Phase oder des Zweigs den Nennstrom der einzelnen Ventile übersteigt.
Die Reihenschaltung von Ventilen wird verwendet, um die Spannungsfestigkeit einer Phase oder eines Zweigs im nichtleitenden Teil des Zeitraums sicherzustellen, wenn an der Phase eine Gegenspannung anliegt.
Die Anzahl der in Phase oder Zweig n1 parallel geschalteten Ventile wird auf der Grundlage bestimmt, dass der Strom der Phase oder des Zweigs Ia des Gleichrichters kleiner sein muss als der Gesamtnennstrom der parallel geschalteten Ventile
wobei Ki der Sicherheitsstromfaktor von 1,35-1,8 ist.
Wenn Ventile parallel geschaltet sind, wird der Strom zwischen ihnen ungleichmäßig verteilt, was zu Überhitzung und einem schnelleren Ausfall von Hochstromventilen sowie einer Unterauslastung von Stromventilen führt. Die ungleichmäßige Stromverteilung zwischen parallel geschalteten Ventilen ist darauf zurückzuführen, dass sich die Ventile in der Praxis in ihren direkten Zweigen der Strom-Spannungs-Kennlinien und thermischen Widerstände etwas voneinander unterscheiden.
Um den Strom zwischen parallel geschalteten Ventilen auszugleichen, können in Reihe mit den Ventilen geschaltete ohmsche Widerstände oder induktive Stromteiler verwendet werden.
Reis. 1. Diagramm eines induktiven Stromteilers für zwei parallel geschaltete Ventile: If – Phasenstrom, I2v, I1v – Ventilstrom
Reis. 2. Schema eines induktiven Stromteilers für drei parallel geschaltete Ventile
Mit den Ventilen in Reihe geschaltete ohmsche Widerstände werden selten verwendet, da zusätzliche Verluste auftreten und der Wirkungsgrad des Gleichrichters abnimmt.
In Hochleistungsanlagen werden üblicherweise induktive Stromteiler verwendet.
In Abb.In Abb. 1 zeigt ein Diagramm eines induktiven Stromteilers für zwei parallel geschaltete Ventile. Der Separator besteht aus einem Stahlkern, auf den zwei identische Spulen gewickelt sind, die so verbunden sind, dass die von ihnen erzeugten Magnetflüsse entgegengesetzt gerichtet sind.
Durch die Stromungleichheit in den Parallelzweigen entsteht im Kern ein magnetischer Fluss, der bei kleinerem Strom einen zusätzlichen Spannungsabfall in der Wicklung erzeugt. Dadurch wird ein Stromausgleich in den Wicklungen und bei parallel geschalteten Ventilen erreicht. Um den Strom in parallelen Ventilen auszugleichen, ist ein kleiner Betrag von e erforderlich. Daher bestehen die Teilerwicklungen aus einer geringen Anzahl von Windungen.
In Abb. In Abb. 2 zeigt ein Diagramm eines induktiven Stromteilers für drei parallel geschaltete Ventile. Der Splitter besteht aus einem dreistabigen Magnetkern mit zwei Spulen auf jedem Streifen. Jedes der parallel geschalteten Ventile ist über zwei in Reihe geschaltete Spulen, die sich auf unterschiedlichen Stäben befinden, mit der Phase verbunden. Wenn der Strom in einem Parallelzweig zunimmt, wird ein zusätzliches e induziert. usw. v. in den anderen beiden Zweigen, wodurch der Strom in den Wicklungen des Teilers und der Ventile ausgeglichen wird.
Splitter werden auf die gleiche Weise mit einer größeren Anzahl parallel geschalteter Gates implementiert. Die Anzahl der in jedem Zweig oder jeder Phase in Reihe geschalteten Ventile wird so gewählt, dass die gesamte Nennsperrspannung aller in Reihe geschalteten Ventile größer ist als die maximale Sperrspannung, die am Arm oder in der Phase mit der ausgewählten Korrekturschaltung (Brücke oder Null) anliegt.
Dabei ist Σrev.vent die Summe der in Reihe geschalteten Nennventile in umgekehrter Richtung, max ist die maximale Umkehrspannung pro Phase oder Arm für einen bestimmten Gleichrichterkreis, Ki ist der Spannungssicherheitsfaktor mit 1,45–1,8.
Daher beträgt die Anzahl der in Reihe geschalteten Tore n2
Die Anzahl der in Reihe geschalteten Lawinenventile wird gleich gewählt
Um eine gleichmäßige Verteilung der Sperrspannung zwischen den in Reihe geschalteten Ventilen zu gewährleisten, ist parallel zu den Ventilen eine Kette von in Reihe geschalteten Shunt-Widerständen RØ mit gleichen Widerständen geschaltet, die als Spannungsteiler dienen. Der Widerstandswert der Shunt-Widerstände RØ wird je nach Klasse und Anzahl der in Reihe geschalteten Ventile im Bereich 1,5-5 kΩ gewählt.
Die Ungleichmäßigkeit der Stromverteilung entlang der Parallelzweige einer Phase oder eines Zweigs sollte ± 5 % des durchschnittlichen gemessenen Stroms im Parallelzweig nicht überschreiten, und bei einem Laststrom über 100 % des Nennmodus sollte der Kurzschlussstrom betragen ± 10 % nicht überschreiten. Die ungleichmäßige Verteilung der Sperrspannungen in den Ventilen darf ± 10 % der durchschnittlichen Betriebssperrspannung, die am Ventil anliegt, nicht überschreiten.
In Abb. In Abb. 3 zeigt den Anschlussplan einer Phase der Gleichrichtereinheit BVK-1000/600-N.
BVK-Gleichrichter mit Non-Avalanche-Ventilen werden werkseitig mit Wechselstrom-Überspannungsschutzschränken und entfernten stromführenden Seiten hergestellt.
Der Überspannungsschutz auf der Wechselstromseite dieser Gleichrichter besteht aus in Stern oder Dreieck geschalteten Kondensatoren C1 und Widerständen R1, die an die Phasen der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen sind (Abb. 4).
Reis. 3.Anschlussplan einer Phase von BBK-1000/600-N
Reis. 4. Schema des VAK-Gleichrichterblocks mit Überspannungsschutz
Dieser Schutz verwendet Kondensatoren KM-2-3.15 mit einer Kapazität von 7,5-8 Mikrofarad, Widerstände PE-150 mit einer Leistung von 150 W und einem Widerstand von 5 Ohm sowie Sicherungen PK-3 mit einer Sicherung von 7,5 Ampere.
Für den Schutz vor Schaltüberspannungen auf der Gleichstromseite sorgen zwei parallel geschaltete Kondensatoren C2 IM-5-150 mit einer Kapazität von 150 Mikrofarad. Dazu sind zwei 5-Ohm-Widerstände R2 in Reihe geschaltet. Kondensatoren mit Widerständen werden über eine PK-3-Sicherung mit einer 50-A-Sicherung zwischen den Plus- und Minuspolen der Gleichrichtereinheit geschaltet.
Reis. 5. Überspannungsschutzschaltung auf der Wicklungsseite des Transformatorventils und gleichgerichteter Strom
Die Überspannung in den Sammelschienen der Gleichstrom-Schaltanlage, wenn ein Schnellschalter die Kurzschlussströme auf der Leitung abschaltet, überschreitet nicht 2 kV, d. h. überschreitet nicht die Spannungsfestigkeit der Reihenschaltung der Ventile. Die Ventile können jedoch durch Überspannungen beeinträchtigt werden, die durch das Hinzufügen von Überspannungen entstehen, wenn Kurzschlussströme in der Leitung durch Hochgeschwindigkeitsschalter mit Überspannungen durch Schaltströme in den Ventilen selbst abgeschaltet werden.
Um Halbleitergleichrichter vor Überspannung zu schützen, empfiehlt sich eine Beschaltung mit Ableitern und Kondensatoren (Abb. 5). RV1-00-Begrenzer sind auf der Ventilseite des Transformators angebracht, darunter einer zwischen jeder Phase und dem Neutral- oder Minuspol des Transformators.Da die Begrenzer für eine Zeitspanne von 2 bis 20 μs auslösen und Überspannungen in Bruchteilen einer Mikrosekunde auftreten, ist es notwendig, parallel zu den Begrenzern Kapazitäten von 0,5 μF zu installieren. Die Kapazitäten sind über PK-3-Sicherungen mit den Ventilspulen verbunden.
Auf der Seite des gleichgerichteten Stroms zwischen Plus- und Minuspol werden die Lawinenventile mit einer gesamten Lawinenspannung von 900–1000 V eingeschaltet. Die Ventile sind über PC-3-Sicherungen mit dem Plusbus verbunden. Strukturell handelt es sich bei diesem Schutz um ein Getinax-Panel mit Sicherung, zwei VL-200-Lawinenventilen und zwei montierten Widerständen. Das Panel wird mit einem kathodischen Schalter im Käfig installiert. In Abb. 6 ist eine bemaßte Ansicht des Überspannungsschutzpaneels auf der Seite des gleichgerichteten Stroms.
Zum Schutz vor atmosphärischer Überspannung wird empfohlen, Klemmenblöcke am Pluspol (sowohl Oberleitungs- als auch Minuspol) der Oberleitung zu installieren.
Aufgrund der Tatsache, dass Lawinenventile kurzzeitig erhebliche Ströme in die entgegengesetzte Richtung leiten können, dürfen parallel zu den Ventilen keine RØ- und R-C-Kreise installiert werden. Daher verfügen die BVKL-Gleichrichterblöcke nicht über R-C-Kreise. was das Blockdiagramm vereinfacht. Um jedoch einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen, wurde die Schaltung zur Überwachung des Zustands der Ventile des Kreises RSh auch in den Gleichrichterblöcken mit Lawinenventilen beibehalten.
Reis. 6. Überspannungsschutzfeld auf der Seite des gleichgerichteten Stroms: a – Vorderansicht, b – Draufsicht, 1 – Widerstände, 2 – Lawinenventile, 3 – Sicherung PK -3
Die Steuerung des Zustands der Ventile erfolgt durch Angabe der Relais (Mischer), die an die Mittelpunkte der parallelen Zweige der Ventile jeder Phase oder jedes Arms angeschlossen sind und das gleiche Potenzial (oder aufgrund der Unterschiede eine sehr kleine Potenzialdifferenz) haben in den Eigenschaften der Ventile).
Im Falle eines Ventilausfalls in einem Arm eines parallelen Ventilzweigs entsteht aufgrund einer Änderung des Widerstands dieses Arms eine Potenzialdifferenz zwischen den Verbindungspunkten der Mischer, die ausreicht, damit der Mischer funktioniert und schließt Kontakte.
Der Mischerkontakt schließt den Stromkreis jeder Sekundärwicklung des TC-Signaltransformators, wodurch eine Änderung des Magnetflusses im Magnetkreis verursacht und das Schutzrelais aktiviert wird, das wiederum den Stromkreis schließt, um ein Signal zu geben oder die Gleichrichtereinheit auszulösen. Der Signaltransformator trennt gleichzeitig die Löschkontakte von 220-V-Stromkreisen.
Die Schaltschranktafel neben den Mixern zeigt die Phasen- und Parallelkreisnummern an, zwischen denen die Mixer angeschlossen sind. Eine heruntergelassene Flagge am Quencher zeigt an, in welchem Stromkreis nach Fehlern gesucht werden soll.
Gleichrichter werden in Form von Metallrahmenschränken mit Doppeltüren, Vorder- und Hintertüren und abnehmbaren Seitenwänden hergestellt. Im Inneren der Schränke sind abnehmbare Platten aus Isoliermaterial montiert, an denen Ventile mit Kühlern befestigt sind. An jedem Panel sind die Ventile einer Reihenschaltung angebracht.
Um der Gleichrichtereinheit eine höhere Spannungsfestigkeit zu verleihen und die Möglichkeit einer Überlappung zwischen den Ventilen oder ihren Luftkühlern zu verringern, sind die Ventilplatten im Schrank so platziert, dass zwischen ihnen möglichst wenig Potenzialunterschied besteht.
Im Schrankinneren befinden sich auf einer Seite AC-Sammelschienen, an die über Stromteiler parallele Ventilzweige angeschlossen sind. Die Zuführung der Anodendrähte vom Transformator zu den Sammelschienen kann sowohl von unten als auch von oben erfolgen. Auf der anderen Seite befindet sich ein Kathodenstreifen mit Shunt. Das Gleichrichtergehäuse ist so eingebaut, dass eine Wartung nicht nur von der Vorder- und Rückseite, sondern auch von der Seite möglich ist.
Oben auf dem Schrank ist ein Ventilator montiert, der einen Kühlluftstrom von unten nach oben erzeugt. Am Lüftergehäuse ist ein Luftrelais montiert, das den Kühlluftstrom steuert.