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.
Техническими результатами 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.
Снижение массогабаритных показателей выключателей фидеров тяговой сети при повышенном выпрямленном напряжении (12-24кВ) вытекает из того, что использование для этой цели последовательно соединенных традиционных электромагнитных дуговых выключателей приводит к пожароопасным устройствам громоздких габаритов. Существенное повышение ресурса выключателей фидеров объясняется тем, что отключение коротких замыканий выключателями фидеров заявляемой модели осуществляется бездуговым бесконтактным способом. 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 (см. ниже схему фиг.1).
Заявляемая тяговая подстанция постоянного тока состоит из управляемого полупроводникового выпрямителя, выполненного по усеченной 12-пульсовой схеме трехполюсных тиристорных выключателей фидеров и запасного выключателя, 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 вентилей второго моста управляемого 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.
Управляемый 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, 9, 12, 15 и 18 подключены управляемые трехфазные фидерные выключатели 5, 10, 13, 16 и запасного выключателя 19, выполняющие одновременно функции катодной группы второго моста выпрямителя. Катоды вентилей выключателей 5, 10, 13 и 16 соединены между собой электрически и образуют плюсовые выводы фидеров постоянного тока 27, 28, 29 и 30. Катоды вентилей запасного выключателя 19 также соединены между собой и образуют вывод 31, который через разъединитель 25 позволяет подключать запасной выключатель 19 к обходной шине 26.
К плюсовым выводам всех фидеров и запасного выключателя присоединены катоды вентилей 7 диодных разрядных устройств 6, 11, 14, 17 и 20, поглощающие резисторы 8 которых, присоединены к «минус»-шине выпрямителя подстанции 32, к которой присоединен реактор сглаживающего устройства 33. К рельсовому фидеру 34 за реактором 33 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, 10, 13 и 16, диодные разрядные устройства 6, 11, 14, 17, 20 и обходной разъединитель запасного выключателя 25 включены, а разъединитель 18 запасного выключателя 19 и его управляемые вентили, а также обходные разъединители 21, 22, 23, 24 отключены.
Отключение токов нагрузки или короткого замыкания любого фидера производится следующим образом. Вручную или по команде защиты поврежденного фидера снимаются управляющие импульсы со всех вентилей преобразовательного агрегата и поврежденного фидера, в результате чего за время, не превышающее 0,02 с после снятия управляющих импульсов, поврежденный фидер оказывается отключенным. После этого сразу же вновь подаются управляющие импульсы, но только на вентили преобразовательного агрегата и, тем самым восстанавливается питание неповрежденных фидеров контактной сети. При этом в процессе отключения неповрежденные фидера контактной сети испытывают лишь кратковременную бестоковую паузу не сказывающуюся на работе электроподвижного состава.
Существенно, что вентили в цепях каждого трехфазного выключателя исключают возможность подпитки места короткого замыкания от соседних тяговых подстанций и от электроподвижного состава на питаемом участке железной дороги. Этот положительный эффект значительно уменьшает вероятность пережога проводов контактной сети при дуговых коротких замыканиях. При повреждении тиристорного выключателя любого фидера благодаря наличию обходных разъединителей и обходной шины 26 он может быть заменен запасным выключателем 19.
Путем изменения угла сдвига управляющих импульсов одновременно на всех вентилях преобразователей и фидеров можно регулировать величину выпрямленного напряжения тяговой подстанции.