ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОВЫШЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (12-24 кВ)

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к тяговым подстанциям постоянного тока, и может быть использована в системах электроснабжения железных дорог и другого электротранспорта и, прежде всего, в системах электроснабжения перспективных железных дорог постоянного тока повышенного напряжения (12-24 кВ).
Известна тяговая подстанция постоянного тока (авторское свидетельство RU №2115990 C1, кл. 6 H02J 1/00, B60M 3/00), состоящая из полупроводникового выпрямителя, трехполюсных тиристорных выключателей фидеров и запасного выключателя, оснащенных диодными разрядными устройствами, главной «плюс» и главной «минус»-шины выпрямленного напряжения, реактора сглаживающего устройства и обходных разъединителей.
Она наиболее близка по технической сущности к заявляемому объекту и взята за прототип.
Однако, как показали исследования, коммутационная способность трехполюсных тиристорных выключателей в прототипе ограничена, поэтому использование этой схемы на подстанциях постоянного тока повышенного напряжения не может быть рекомендовано.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение надежности отключения токов короткого замыкания в контактной сети, существенное повышение ресурса выключателей фидеров постоянного тока при снижении их массогабаритных показателей, а также снижение массогабаритных показателей высоковольтных выпрямителей тяговой подстанции.
Существенное повышение ресурса выключателей фидеров объясняется тем, что отключение токов коротких замыканий выключателями фидеров заявляемой модели осуществляется бездуговым бесконтактным способом. Снижение массогабаритных показателей выключателей фидеров тяговой сети при повышенном выпрямленном напряжении (12-24 кВ) вытекает из того, что использование для этой цели последовательно соединенных традиционных электромагнитных дуговых выключателей приводит к пожароопасным негабаритным устройствам. Снижение же массогабаритных показателей высоковольтных выпрямителей объясняется тем, что они выполнены по оригинальной усеченной 12-пульсовой схеме с последовательным соединением мостов, а именно без катодной группы вентилей во втором мосту выпрямителя (схему см. на фиг.1).
Заявляемая тяговая подстанция постоянного тока состоит из неуправляемого полупроводникового выпрямителя, выполненного по усеченной 12-пульсовой схеме, трехполюсных тиристорных выключателей фидеров и запасного выключателя с устройствами принудительной коммутации постоянного тока, главной «плюс» - и главной «минус»-шины выпрямленного напряжения, диодных разрядных устройств, сглаживающего устройства и обходных разъединителей фидеров и запасного выключателя. При этом в качестве главной «плюс»-шины используется расщепленная трехфазная система сборных шин, присоединенных через трехполюсный разъединитель к фазным шинам второго моста выпрямителя. К расщепленной трехфазной системе сборных шин «плюс» через трехполюсные разъединители подключены управляемые трехполюсные тиристорные выключатели фидеров контактной сети, а также запасного выключателя, выполняющие одновременно функции катодной группы и вентилей второго моста неуправляемого выпрямителя. Катоды вентилей каждого трехполюсного тиристорного выключателя фидера и запасного выключателя электрически соединены между собой и образуют соответственно плюсовые выводы фидеров постоянного тока и запасного выключателя.
На фиг.1 показана принципиальная схема главных электрических соединений предлагаемой полезной модели.
Неуправляемый выпрямитель 1, выполненный по 12-пульсовой усеченной схеме, т.е. без катодной группы вентилей второго моста выпрямителя, получает питание от одного или группы преобразовательных трансформаторов (на схеме не показаны). Фазные шины второго моста выпрямителя разъединителем 2 отделены от расщепленной трехфазной «плюс»-шины 3, к которой через разъединители 4, 15, 19, 23 и 27 подключены управляемые трехфазные фидерные выключатели 5, 16, 20, 24 и запасного выключателя 28, выполняющие одновременно функции катодной группы второго моста выпрямителя. Катоды вентилей выключателей фидеров контактной сети 5, 16, 20, 24 соединены между собой электрически и образуют плюсовые выводы фидеров постоянного тока 36, 37, 38 и 39. Катоды вентилей запасного выключателя 19 также соединены между собой и образуют вывод 40, который через разъединитель 35 позволяет подключить запасной выключатель к обходной тине 41. Параллельно вентилям выключателей фидеров и запасного выключателя через развязывающие диоды 7 подключены устройства принудительной коммутации постоянного тока 6, 17, 21, 25 и 29, состоящие из ограничивающей индуктивности 8, конденсатора 9, управляемого вентиля 10 и ограничителя перенапряжений 11. К плюсовым выводам всех выключателей фидеров и запасного выключателя присоединены катоды вентилей 12 диодных разрядных устройств 14, 18, 22, 26 и 30, поглощающие резисторы 13 которых, присоединены к «минус-шине выпрямителя подстанции 42, к которой присоединен реактор сглаживающего устройства 43. К рельсовому фидеру 44 за реактором 43 подключаются индивидуальные фильтры сглаживающих устройств (на схеме не показаны).
Тяговая подстанция работает следующим образом. При нормальном режиме работы выпрямитель 1, разъединитель 2, все выключатели фидеров контактной сети 5, 16, 20 24, диодные разрядные устройства 14, 18, 22, 26 и обходной разъединитель 35 запасного выключателя включены. В то же время запасной выключатель 28, его разъединитель 27, а также обходные разъединители фидеров контактной сети 31, 32, 33, 34 отключены. Вентили устройств принудительной коммутации 10 всех фидеров закрыты, конденсаторы 9 заряжены от источников независимого питания (на чертеже не показаны) с полярностью, указанной на схеме.
Отключение токов нагрузки или короткого замыкания любого фидера происходит путем снятия управляющих импульсов с управляемых вентилей его выключателя и, одновременно с этим, подачей отпирающего сигнала на управляемый вентиль устройства принудительной коммутации 10 этого фидера. После его открытия, через проводящие ток нагрузки или короткого замыкания управляемые вентили выключателя этого фидера начинают протекать встречные токи разряда конденсатора 9. В итоге, все управляемые вентили выключателя отключаемого фидера закрываются, и ток фидера сводится к нулю. При этом остальные фидеры тяговой подстанции продолжают работать в нормальном режиме.
Благодаря наличию вентилей в схеме выключателя каждого фидера подстанции, исключается подпитка места короткого замыкания через неповрежденные фидеры как от смежных тяговых подстанций, так от электроподвижного состава, находящегося на участке. При повреждении тиристорного выключателя любого фидера благодаря наличию обходных разъединителей и обходной шины 41 он может быть заменен запасным выключателем 28.