УПРАВЛЯЕМЫЙ НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к устройствам плавки гололеда на проводах и тросах воздушных линий (ВЛ) электропередачи. Предложенное техническое решение может быть использовано в любых полупроводниковых преобразователях, где имеются последовательно соединенные тиристоры. Работа преобразователя рассмотрена на примере управляемого несимметричного выпрямителя.
Известна установка выпрямительная типа ВУКН (Выпрямительная установка на кремниевых вентилях) для плавки гололеда на проводах и тросах воздушных высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) постоянным током. [1]. Установка является статическим преобразователем трехфазного переменного тока в постоянный и выполнена по трехфазной мостовой схеме выпрямления с выходными параметрами:
- частота, Гц - 50;
- напряжение, В - 8000;
-ток, А - -1200.
Каждая фаза схемы выпрямления состоит из двух полуфаз встречно включенных вентилей. Плечо фазы состоит из вентилей, соединенных по три параллельно и двенадцать последовательно. Для равномерного распределения обратных напряжений параллельно вентилям присоединены цепочки, состоящие из шунтирующих конденсаторов и резисторов. Трансформаторы каждой фазы являются датчиками защиты установки при пробое вентилей. Включение установки в работу, а также отключение производится ключом управления, установленным на двери шкафа управления.
Известно устройство для плавки гололеда на проводах и тросах воздушных линий электропередачи, содержащее однофазный
преобразователь [2], питание которого осуществляется от вспомогательного трехфазного трансформатора через разъединители и выбранную для плавки гололеда фазу воздушной линии. К зажимам постоянного напряжения однофазного преобразователя присоединена конденсаторная батарея, параллельно полностью управляемым вентилям присоединены обратные диоды, а зажим переменного тока однофазного преобразователя, соединенный с землей, параллельно соединен с грозозащитным тросом.
Наиболее близким техническим решением является выпрямительная установка для плавки гололеда на воздушных линиях электропередач (ЛЭП) [3], выполненная на базе управляемых шестипульсных выпрямителей. Питание осуществляется или от шин с соответствующим напряжением или от трехфазного силового трансформатора. Вентильный мост представляет собой трехфазный мостовой преобразователь, содержащий шесть идентичных тиристорных модулей. Часть модулей образуют катодную группу, а другая часть модулей - анодную. Основу модуля составляют восемь силовых тиристоров, соединенные последовательно.
При применении в преобразователях с напряжением, превышающим допустимое значение напряжения тиристора, с целью предотвращения пробоя тиристора обратным напряжением и открытия их прямым напряжением тиристоры соединяют последовательно в зависимости от рабочего напряжения. Как известно, тиристоры имеют разное время открытия (включения). При работе тиристоров, соединенных последовательно, на последний открываемый по времени тиристор прикладывается все рабочее напряжение преобразователя и происходит открытие его прямым напряжением, что недопустимо по техническим условиям на тиристор, т.к. через несколько циклов он выйдет из строя. В дальнейшем выводится из строя последний открывающийся тиристор из оставшихся тиристоров, что приводит к выходу из строя преобразователя.
Технический результат достигается тем, что управляемый несимметричный выпрямитель, содержащий блоки тиристоров, блоки диодов, соединенные в трехфазную мостовую схему выпрямления дополнительно снабжен компенсационными блоками, при этом блок тиристоров соединен к питающей фазе через дополнительно введенный компенсационный блок, который выполнен из трансформатора питания, трех трансформаторов компенсации, трех резисторов, двух диодов, тиристора, ограничителя напряжения и двух конденсаторов, при этом вторичные обмотки трансформаторов компенсации последовательно включены в блок тиристоров, а их первичные обмотки - параллельно первому конденсатору, который подключен к однопериодной схеме выпрямления, выполненной из первого диода, первой вторичной обмотки трансформатора питания и второго резистора и через тиристор подключен к первичным обмоткам трансформаторов компенсации, а второй конденсатор подключен к однопериодной схеме выпрямления, выполненной из второго диода, второй вторичной обмотки трансформатора питания, третьего резистора, и через тиристор к первичным обмоткам импульсных трансформаторов управления блоком тиристоров.
Предлагаемое техническое решение позволяет подготовить к работе (открыть) все соединенные последовательно тиристоры к моменту окончания длительности компенсационного напряжения, без приложения прямого рабочего напряжения или приложенного частично, но не превышающего допустимое значение напряжения одного тиристора.
Компенсационный блок в зависимости от параметров и конструкции преобразователя собирается из нескольких компенсационных
трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно, а первичные параллельно. Работа компенсационного блока последовательно соединенных тиристоров рассматривается на одной фазе управляемого несимметричного выпрямителя, выполненного по трехфазной мостовой схеме, с выходными параметрами: напряжением 14000 В, током 1200 А Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами:
- на фиг.1 представлена структурная схема (блок-схема) управляемого несимметричного выпрямителя;
- на фиг.2 представлена схема компенсационного блока.
Структурная схема управляемого несимметричного выпрямителя (фиг.1) содержит блоки тиристоров (БТ), блоки диодов (БД), соединенные в трехфазную мостовую схему выпрямления, при этом блок тиристоров (БТ) соединен к питающей фазе через дополнительно введенный компенсационный блок (КЗ).
Компенсационный блок (фиг.2) включает в себя трансформатор питания Т1; трансформаторы компенсации Т2, Т3, Т4; конденсаторы С1, С2; резисторы R1, R2, R3; диоды V1, V2; тиристор V3; - ограничитель напряжения R4.
Вторичные обмотки трансформаторов Т2, Т3, Т4 последовательно включены в цепь тиристоров плеча фазы, а первичные обмотки трансформаторов Т2, Т3, Т4 включены параллельно конденсатору С1 через тиристор V3. Конденсатор 01 подключен к однопериодной схеме выпрямления, состоящей из диода VI, первой вторичной обмотки трансформатора питания Т1 и ограничительного резистора R2.
Конденсатор С2 подключен к однопериодной схеме выпрямления, состоящей из диода V2, второй вторичной обмотки трансформатора питания Т1 и ограничительного резистора R3 и через тиристор V3 к первичным обмоткам импульсных трансформаторов управления блока тиристоров.
Устройство работает следующим образом:
Диод VI и резистор R2 подключены к обмотке трансформатора Т1 с напряжением 1420 В и обеспечивают заряд конденсатора С1 до напряжения 2000 В. Повышать напряжение нецелесробразно, так как к диоду V1 в определенный момент прикладывается последовательно напряжение конденсатора С1 и напряжение с обмотки трансформатора. Конденсатор С2 заряжается до напряжения, необходимого чтобы сформировать импульсы управления для тиристоров плеча фазы выпрямителя. Величины емкостей С1, С2 выбираются в соответствии с максимальными паспортными данными рабочих тиристоров, время их открывания, а также характера нагрузки выпрямителя. Заряд конденсаторов C1, C2 и управление тиристора V3 сдвинуты по времени работы на 180 эл. град, и синхронизируются с рабочим напряжением выпрямителя. При подаче импульса управления на тиристор V3 происходит разряд конденсаторов С1, С2. Разряжаясь конденсатор С2 через обмотки, соединенные параллельно, трансформаторов Т2, Т3, Т4 формируют компенсационное напряжение необходимой длительности от 10 до 20 мкс и суммарным напряжением значением 13500 В. Компенсационное напряжение подается встречно прямому напряжению, прикладываемому к тиристорам чего нет в аналогичных схемах, не имеющих компенсационного блока. Длительность компенсационного напряжения зависит от сечения железа трансформаторов и рассчитывается как трансформаторы напряжения, где частота (f) задается из учета двойной длительности компенсационного напряжения. Компенсационное напряжение формируется на вторичных обмотках трансформатора (компенсационная цепь), которые входят в силовую цепь выпрямителя и состоят из шинопровода. Для обеспечения изоляции между витками, компенсационная цепь распределена на вторичные обмотки трех трансформаторов.
Разряд С2 формирует импульсы управления тиристоров плеча фазы выпрямителя достаточной длительности для их открытия (рассчитанной на 100 мкс). Длительность импульса обеспечивается автоматически, как только открываются тиристоры и через них проходит рабочий ток, трансформаторы
Т2, Т3, Т4 перемагничиваются и на первичные обмотки трансформируется напряжение, значение которого определяется ограничителем напряжения R4, выбранного на 2500 В и закрывает тиристор V3, подготавливая схему к следующему циклу работы. Ограничитель напряжения R4 установлен для защиты тиристора V3 от перенапряжения, а резистор R1 - для сброса остаточной энергии трансформаторов Т2, Т3, Т4.
Использование предлагаемого технического решение позволит повысить надежность и устойчивость работы управляемого несимметричного выпрямителя и в целом обеспечить надежное устранение гололеда на ЛЭП.
Источники информации.
1. ТУ 16.529.781-79 «Установка выпрямительная типа ВУКН (Выпрямительная установка на кремниевых вентилях)
2. Балыбердин Л.Л., Галанов В.И. и другие. Патент РФ №2235397 ОАО «НИИ по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения» Санкт-Петербург, (RU).
3. ОАО «НИИПТ», Санкт-Петербург, (RU). Выпрямительная установка для плавки гололеда на проводах ЛЭП (ВУПГ) (прототип).